碳纖維增強紙基復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電紙的制備方法，具體為一種碳纖維增強紙基復(fù)合材料的制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)電紙是一種具有導(dǎo)電性的功能紙，可廣泛用于防靜電包裝，電磁屏蔽，面狀發(fā)熱 等軍事和民用科技領(lǐng)域。制造方法主要有兩種，濕法成型和干法成型。濕法成型的主要技術(shù) 手段是將碳纖維和紙基纖維在溶液中充分分散，抄成紙張，烘干而得。要點是通過上網(wǎng)漿濃 度、碳纖維的長度，分散劑的使用量以及表面化學(xué)處理等方法使碳纖維達到良好的分散度。 影響導(dǎo)電性能的因素碳纖維的長度，2碳纖維的表面處理，3碳纖維的質(zhì)量分數(shù)以及分散 均勻度等因素。
[0003] 碳纖維導(dǎo)電紙是單獨使用碳纖維或使用碳纖維與其它纖維為原料，通過濕法或干 法制備的一類功能紙。碳纖維具有良好的導(dǎo)電性，將碳纖維與其他纖維混合抄造可制得具 有不同電阻率的導(dǎo)電功能紙，此外，碳纖維導(dǎo)電紙還具有輕薄柔軟、機械性能好、導(dǎo)熱、電熱 性能優(yōu)異的特點，因而被廣泛應(yīng)用于新能源、電磁屏蔽、電熱、電子器件和抗靜電等許多領(lǐng) 域。
[0004] 碳纖維導(dǎo)電紙作為一種高性能的多功能材料具有廣闊的發(fā)展前景，碳纖維導(dǎo)電紙 的研宄和開發(fā)在國防軍工和民用領(lǐng)域都占有重要地位。目前，碳纖維導(dǎo)電紙的制備和應(yīng)用 主要還停留于實驗室研宄探索階段，部分科研單位也完成了小試和中試，但都沒有得到規(guī) ?；a(chǎn)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。一方面，碳纖維的表面處理和分散技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中一直是有待 解決和優(yōu)化的難點；另一方面，在將實驗室研宄成果過渡轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)化生產(chǎn)的過程中，還面 臨著許多問題，如何實現(xiàn)碳纖維紙生產(chǎn)的寬幅化，保證其性能的均勻性和穩(wěn)定性等都是有 待解決和深入研宄的重要課題。
[0005] 專利號為941187756公開了一種導(dǎo)電發(fā)熱用的碳纖維復(fù)合紙及其制備方法，主要 技術(shù)方案是復(fù)合紙含有3-20%的導(dǎo)電碳纖維和基體纖維，碳纖維長度為l-20mm。專利號為 2008100179054公開了一種碳纖維屏蔽紙的制備工藝，主要步驟是，使用針葉木漿板，打漿 后加入一定比例的短切碳纖維，混合均勻后放入紙頁成型器中進行加工得到產(chǎn)品。
[0006] 經(jīng)過多年觀察后發(fā)現(xiàn)，這些技術(shù)方案形成產(chǎn)品的缺點：導(dǎo)電纖維的組織形態(tài)不均 勻，有疏有密，電阻值超差過大，發(fā)熱不均勻屏蔽性能差，嚴重局部時會引起火災(zāi)。經(jīng)過分析 后認為是導(dǎo)電纖維排列不均勻，堆積成團且雜亂無章，無法形成一種均勻的空間連接所致。 再結(jié)合處理工藝后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致導(dǎo)電纖維排列不均勻的主要原因是制備工藝中對導(dǎo)電纖維的 處理方法存在很多問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的就是為了解決提高導(dǎo)電纖維的分布均勻度，克服現(xiàn)有制備工藝中存 在的成紙后導(dǎo)電纖維分散度的問題，提供了一種碳纖維增強紙基復(fù)合材料的制備方法。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種碳纖維增強紙基復(fù)合材料的制備方法，原料及步驟如 下： 1、 原料：80-90%的紙漿板、10-20%的碳纖維、 2、 原料的預(yù)處理：紙漿板，用清水，7-13 °C浸泡，1-3小時，目的是使纖維體積增 大，松軟，容易碎，容易混合；打漿，使用設(shè)備：荷蘭式打漿槽；上刀口下刀口之間距離為 0· 01-0. 03臟，重刀打漿40-60分鐘，上刀口下刀口之間距離為0· 03-0. 05臟，輕刀打漿 40-60分鐘，得到紙漿纖維懸浮液。
[0009] 通過兩次打漿過程的目的，是使紙漿纖維受到兩次不同高度剪切力的作用，使纖 維形狀和物理性質(zhì)發(fā)生質(zhì)的改變，碳纖維，選用聚丙烯腈基碳纖維，將碳纖維浸泡潤脹處 理，方案是將其和70-90攝氏度清水混合，洗滌3-10次。不斷換水去膠液。溫度不能太高， 也不能太低，主要目的是為了使碳纖維充分分散，以及去除表面的油，不會出現(xiàn)多支合股以 及漂浮的現(xiàn)象。
[0010] 3、紙漿纖維和導(dǎo)電纖維兩者混合，將處理好的導(dǎo)電碳纖維漿液倒入紙漿纖維漿液 中，保持65-80攝氏度，在荷蘭式打漿槽中混合，要求10-20分之內(nèi)完成，混合中保持上刀口 下刀口之間距離為0. 03-0. 05mm，輕刀中混合，40-60分鐘。
[0011] 在此過程中，刀重會使導(dǎo)電纖維被切斷，而影響導(dǎo)電纖維之間的連接狀態(tài)，影響產(chǎn) 1^十生倉泛。
[0012] 4、然后稀釋，在打漿槽中，所有纖維占總重的比例為4-5%之間，再送入儲漿池中 加水稀釋濃度為上一工序的三分之一到四分之一之間，再進行稀釋，出紙網(wǎng)箱前纖維量比 例降至0. 1%，稀釋步驟時間在5-8分完成。
[0013] 現(xiàn)有的技術(shù)方案中，均是將導(dǎo)電纖維和紙漿纖維進行簡單混合，然后進行抄造。但 是沒有考慮到兩種纖維的混合均勻度，這樣導(dǎo)致的結(jié)果就是導(dǎo)電纖維團聚現(xiàn)象十分明顯， 當(dāng)然肉眼宏觀觀察不到。
[0014] 5、出紙：出紙的車速為5-10米/分，紙漿自然上網(wǎng)，壓實，真空吸液，烘干。
[0015] 車速很關(guān)鍵，過快或過慢均會導(dǎo)致紙張均勻度下降，出現(xiàn)不規(guī)則云朵狀圖案，而且 會出現(xiàn)透空。這樣使其中的導(dǎo)電纖維排列不均勻。有的部位聚成團，有的部位為二維網(wǎng)結(jié) 構(gòu)。
[0016] 按照本工藝路線形成的產(chǎn)品，從微觀上看，如圖1、2所示意，導(dǎo)電纖維呈現(xiàn)三維搭 接的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電纖維混合在基體纖維中，在三維空間內(nèi)縱橫交錯，在單位空間內(nèi)的 纖維量一致，搭接均勻度一致，宏觀上使導(dǎo)電纖維形成的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電性非常均勻穩(wěn)定，空間任 意方向?qū)щ娋鶆蛐砸恢?，保證了電流在導(dǎo)電纖維形成的網(wǎng)絡(luò)中傳遞均勻。形成的導(dǎo)電碳紙 產(chǎn)品任意形狀剪切，任意方向放置，都不會影響導(dǎo)電性能。而且使用安全。
[0017] 與現(xiàn)有制備工藝相比，本技術(shù)方案在對纖維的分散性處理中，沒有用到任何化工 型產(chǎn)品，完全物理操作，因此整個生產(chǎn)過程環(huán)保安全，不產(chǎn)生污染性強烈的廢水，對環(huán)境友 好。
[0018] 本工藝中任意一個細節(jié)的變動，都會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，例如大量導(dǎo)電纖維懸浮在 木漿纖維漿液表面，造成導(dǎo)電纖維分布不均勻，原因是其本上的膠黏劑為處理干凈，或者 切絲時加油過多，除油不干凈，浸泡時水溫低，上述物質(zhì)未能除凈，浸泡時間短，未能充分分 散。木漿溫度高，其中含有的一部分蛋白質(zhì)等有機物會發(fā)酵，從而產(chǎn)生細小的氣泡，導(dǎo)電纖 維吸附氣泡后也容易漂浮。因此，混合漿液必須在短時間內(nèi)處理完，并盡可能降低抄紙溫 度。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本工藝的特點主要是體現(xiàn)在上述細節(jié)的確定，對于木漿纖維和 導(dǎo)電纖維的使用比例，并沒有太大改觀，在基本相似的比例下，本工藝制備的導(dǎo)電紙，效果 更好，特別是在造紙過程中，沒有使用任何的化學(xué)分散劑，純物理操作，零污染排放，非常環(huán) 保。
[0020] 本發(fā)明所述工藝制成的導(dǎo)電紙的導(dǎo)電性能檢測如下：宏觀上，發(fā)熱均勻，絕對不存 在局部過熱帶來的火災(zāi)隱患。標定克數(shù)，40-55g/m 2,電阻常數(shù)，0.02-0, 25w/cm2。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明所述工藝制成的產(chǎn)品的顯微結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明所述工藝制成的 產(chǎn)品的顯微結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0022] 實施例1、一種碳纖維增強紙基復(fù)合材料的制備方法，使用原料及步驟如下： 1、原料：紙漿選用針葉本色木漿，碳纖維、選用聚丙烯腈基碳纖維，短切成3. 5-7. 5mm 短纖維。
[0023] 2、原料的預(yù)處理： 紙漿板，用清水，10攝氏度浸泡，2小時，然后撕片待用。
[0024] 紙漿中的纖維因受到體積增大，松軟，容易碎，容易混合；打漿，設(shè)備：荷蘭式打 漿槽；上刀口下刀口之間距離為0. 02mm，重刀打漿50分鐘；上刀口下刀口之間距離為 0.04mm，輕刀打漿50分鐘。
[0025] 通過兩次打漿過程，使木漿纖維受到高度剪切力的作用，使纖維形狀和物理性質(zhì) 發(fā)生質(zhì)的改變， 碳纖維浸泡潤脹，和80攝氏度清水混合，洗滌8次，每次不超過20分鐘。不斷換水去 膠液。溫度不能太高，也不能太低，主要目的是為了使碳纖維充分分散，不會出現(xiàn)多支合股 的現(xiàn)象，導(dǎo)電碳纖維在導(dǎo)電紙中起著關(guān)鍵的作用，因此對其精細處理必不可少，浸泡時間過 長，導(dǎo)電碳纖維容易吸附溶液中的雜質(zhì)，導(dǎo)致電阻值失