[发明专利]碳纤维增强纸基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电纸的制备方法，具体为一种碳纤维增强纸基复合材料的制备方法。

背景技术

导电纸是一种具有导电性的功能纸，可广泛用于防静电包装，电磁屏蔽，面状发热等军事和民用科技领域。制造方法主要有两种，湿法成型和干法成型。湿法成型的主要技术手段是将碳纤维和纸基纤维在溶液中充分分散，抄成纸张，烘干而得。要点是通过上网浆浓度、碳纤维的长度，分散剂的使用量以及表面化学处理等方法使碳纤维达到良好的分散度。影响导电性能的因素：1碳纤维的长度，2碳纤维的表面处理，3碳纤维的质量分数以及分散均匀度等因素。

碳纤维导电纸是单独使用碳纤维或使用碳纤维与其它纤维为原料，通过湿法或干法制备的一类功能纸。碳纤维具有良好的导电性，将碳纤维与其他纤维混合抄造可制得具有不同电阻率的导电功能纸，此外，碳纤维导电纸还具有轻薄柔软、机械性能好、导热、电热性能优异的特点，因而被广泛应用于新能源、电磁屏蔽、电热、电子器件和抗静电等许多领域。

碳纤维导电纸作为一种高性能的多功能材料具有广阔的发展前景，碳纤维导电纸的研究和开发在国防军工和民用领域都占有重要地位。目前，碳纤维导电纸的制备和应用主要还停留于实验室研究探索阶段，部分科研单位也完成了小试和中试，但都没有得到规模化生产并实现产业化。一方面，碳纤维的表面处理和分散技术在工业生产中一直是有待解决和优化的难点；另一方面，在将实验室研究成果过渡转变为工业化生产的过程中，还面临着许多问题，如何实现碳纤维纸生产的宽幅化，保证其性能的均匀性和稳定性等都是有待解决和深入研究的重要课题。

专利号为941187756公开了一种导电发热用的碳纤维复合纸及其制备方法，主要技术方案是复合纸含有3-20%的导电碳纤维和基体纤维，碳纤维长度为1-20mm。专利号为2008100179054公开了一种碳纤维屏蔽纸的制备工艺，主要步骤是，使用针叶木浆板，打浆后加入一定比例的短切碳纤维，混合均匀后放入纸页成型器中进行加工得到产品。

经过多年观察后发现，这些技术方案形成产品的缺点：导电纤维的组织形态不均匀，有疏有密，电阻值超差过大，发热不均匀屏蔽性能差，严重局部时会引起火灾。经过分析后认为是导电纤维排列不均匀，堆积成团且杂乱无章，无法形成一种均匀的空间连接所致。再结合处理工艺后发现，导致导电纤维排列不均匀的主要原因是制备工艺中对导电纤维的处理方法存在很多问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决提高导电纤维的分布均匀度，克服现有制备工艺中存在的成纸后导电纤维分散度的问题，提供了一种碳纤维增强纸基复合材料的制备方法。

本发明的技术方案是，一种碳纤维增强纸基复合材料的制备方法，原料及步骤如下：

1、原料：80-90%的纸浆板、10-20%的碳纤维、

2、原料的预处理：纸浆板，用清水，7-13℃浸泡，1-3小时，目的是使纤维体积增大，松软，容易碎，容易混合；打浆，使用设备：荷兰式打浆槽；上刀口下刀口之间距离为0.01-0.03mm，重刀打浆40-60分钟，上刀口下刀口之间距离为0.03-0.05mm，轻刀打浆40-60分钟，得到纸浆纤维悬浮液。

通过两次打浆过程的目的，是使纸浆纤维受到两次不同高度剪切力的作用，使纤维形状和物理性质发生质的改变，碳纤维，选用聚丙烯腈基碳纤维，将碳纤维浸泡润胀处理，方案是将其和70-90摄氏度清水混合，洗涤3-10次。不断换水去胶液。温度不能太高，也不能太低，主要目的是为了使碳纤维充分分散，以及去除表面的油，不会出现多支合股以及漂浮的现象。

3、纸浆纤维和导电纤维两者混合，将处理好的导电碳纤维浆液倒入纸浆纤维浆液中，保持65-80摄氏度，在荷兰式打浆槽中混合，要求10-20分之内完成，混合中保持上刀口下刀口之间距离为0.03-0.05mm，轻刀中混合，40-60分钟。

在此过程中，刀重会使导电纤维被切断，而影响导电纤维之间的连接状态，影响产品性能。

4、然后稀释，在打浆槽中，所有纤维占总重的比例为4-5%之间，再送入储浆池中加水稀释浓度为上一工序的三分之一到四分之一之间，再进行稀释，出纸网箱前纤维量比例降至0.1%，稀释步骤时间在5-8分完成。

现有的技术方案中，均是将导电纤维和纸浆纤维进行简单混合，然后进行抄造。但是没有考虑到两种纤维的混合均匀度，这样导致的结果就是导电纤维团聚现象十分明显，当然肉眼宏观观察不到。

5、出纸：出纸的车速为5-10米/分，纸浆自然上网，压实，真空吸液，烘干。