Die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung von kohlenstofffaserverstärkten Para-Phthalonitril (CF/APN)-Verbundwerkstoffen ist gering, was deren Anwendung in Hochwärmeleitfähigkeitsbereichen einschränkt. Zur Lösung dieses Problems wurde in dieser Studie zunächst die reaktionsinduzierte Phasentrennungsmethode verwendet, um zwei Arten von APN-Harz-Mikrokugeln mit durchschnittlichen Durchmessern von 25 und 200 μm herzustellen, die dann mit wenigen Schichten Graphen (FLG) beschichtet wurden, um die Partikel APN25@FLG und APN200@FLG zu erhalten. Die APN@FLG-Partikel wurden als wärmeleitende Verstärkungsphase in das CF/APN-Verbundsystem eingebracht und mit der direkt zugemischten FLG-Modifikation verglichen, um die Wirkung der APN@FLG-Partikel auf die Wärmeleitfähigkeit und die mechanischen Eigenschaften des Verbunds zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Modifikation durch Einführung der APN@FLG-Partikel die Wärmeleitfähigkeit deutlich besser verbessert als die Direktzugabe von FLG. Die APN-Harz-Mikrokugeln in den APN@FLG-Partikeln können die inplane Orientierung von FLG unter Formdruck effektiv hemmen und so die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung des Verbunds deutlich erhöhen. Bei einer FLG-Zugabemenge von 3,6 Gew.-% erreicht die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung des APN200@FLG/CF/APN-Verbunds 1,62 W/(m·K), was eine Steigerung von 189 % gegenüber dem unveränderten CF/APN-Verbund darstellt. Gleichzeitig bleiben die schichtinternen Scherfestigkeiten des Verbunds nach Einführung der APN@FLG-Partikel weitgehend unverändert, wobei die Biegefestigkeit nur bei hohen Partikelmengen abnimmt. Diese Studie bietet eine effiziente und praktikable neue Strategie für das Design und die Herstellung von hochleistungsfähigen wärmeleitenden Verbundmaterialien.

Para-Phthalonitril; Kohlefaser; Wärmeleitfähigkeit; wenigschichtiges Graphen; Orientierung