CN102174772A

CN102174772A - 一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法

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Publication number: CN102174772A
Application number: CN2011100264383A
Authority: CN
Inventors: 程启进
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2011-09-07

Abstract

本发明涉及一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法，将玻璃纤维与碳纤维按比例混合均匀后；用水稀释，制得的浆液经过排水、网板接收成膜，再用无机粘结剂处理，干燥脱水成型。本发明是一种制备简单，投入少，成本低，耗能少，添加剂使用少，污染少，工艺控制简易、更为耐温、阻燃的碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法。便于推广应用。

Description

一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法

技术领域

本发明属于复合纤维膜领域，特别涉及到一种由碳纤维和玻璃纤维复合的膜。

背景技术

近年来，合成纤维因其具有比普通植物纤维纸更高的强度、更稳定的尺寸、不易老化、更好的耐化学品性能的优点而得到国内外广泛的关注和应用。专利号为200410037774.8的名为“一种碳纤维芳纶纤维合成纸及湿法抄造”的中国发明专利，此发明属于合成纤维纸领域，特别涉及一种以碳纤维和芳纶纤维为结构纤维、辅以粘接纤维制成的合成纤维纸。该合成纤维纸具有轻质、柔软、高强度、高比模量、耐高温、耐疲劳、抗化学腐蚀、良好的导电性和导热性、低热膨胀系数、生物相溶性好等优异特性，可被广泛用于机电、航空、航天等高技术领域；该发明同时提供了该种合成纤维纸的湿法制备方法。

该专利尽管使用了耐高温、抗化学腐蚀的芳纶纤维与碳纤维复合而成，但是依然存在芳纶纤维成本高，不阻燃的缺点。更重要的是，其采用湿法造纸的方法进行抄造，具有设备投入大，热能以及水能耗费巨大，污染大，且批量生产时，不易控制和随时调整各纤维比例等缺点。

发明内容

本发明旨在提供一种制备简单，投入少，成本低，耗能少，添加剂使用少，污染少，工艺控制简易、更为耐温、阻燃的碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法，其制备包括如下步骤：

①：分别称取玻璃纤维与碳纤维，玻璃纤维与碳纤维的重量比为99∶1-2∶3；

②：按玻璃纤维与碳纤维的总重量∶水重量＝1∶1000-1∶40000的重量比将上述两种纤维用水稀释，搅拌均匀，制得浆液C，

③：在容器1的底部固定好接收网2，并在接收网2的下面安装好导流板4及在容器3的底部安装排泄阀5；

④：把制好的浆液C倒进容器1中，搅拌均匀，再将容器1置于容器3内；

⑤：把垂直移动容器1或容器3，浆液C从容器1中完全流入到容器3内；或打开排泄阀5，让浆液C从容器1内流经接收网2，进入容器3，同时在接收网2上形成一层均匀的碳纤维玻璃纤维膜；

⑥绝大部分的纤维被接收网2拦截，剩下的液体完全进入到容器3内，成为液体D，从排泄阀5排出后可作为浆液A和/或浆液B的稀释液循环使用；

⑦：把上述碳纤维玻璃纤维膜从接收网2上取下，进行无机粘结剂处理；

⑧：然后干燥脱水成型，从而得到耐高温的碳纤维玻璃纤维复合膜。

上述玻璃纤维为高碱玻纤、中碱玻纤和无碱玻纤中任一种或几种；玻璃纤维的直径为4μm～40μm，长度为0.1～20mm。

上述碳纤维由聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维中任一种经碳化制得；碳纤维的直径为4μm～40μm，长度为2～20mm。

上述①-②步骤还可以是：

A、先把将玻璃纤维按照1∶30～1∶1000的重量百分比用水稀释，制得浆液A；

B、然后将碳纤维按照1∶1000～1∶40000的重量百分比用水稀释，制得浆液B；

C、分别在浆液A和浆液B中添加聚丙烯酰胺分散剂或聚氧化乙烯分散剂；

D、再将A和B液按照玻璃纤维与碳纤维重量百分比99∶1～2∶3进行混合并搅拌均匀，制得浆液C。

上述①-②步骤还可以是：

I：先将碳纤维按照1∶1000～1∶40000的重量百分比用水稀释，制得浆液B；

II：然后按照玻璃纤维与碳纤维重量百分比99∶1-2∶3所对应的玻璃纤维加入浆液B中搅拌均匀，制得浆液C。

上述无机粘结剂是二氧化硅溶胶、碱金属硅酸盐凝胶、磷酸盐凝胶、硅铝酸盐凝胶、金属醇盐凝胶中任一种或两种以上；无机粘结剂处理是用浸泡、喷涂或涂布的方式中任一种方式处理；其处理是单面处理或双面处理。

上述干燥脱水是用不同温度加热干燥固化、辅以真空干燥固化或常温干燥固化中任一种方式干燥脱水。

上述接收网2为铜网、不锈钢网、、尼龙网、PET网中任一种网，目数为40目到200目；且接收网2表面平整，不变形，并确保其平放时处于水平状态；接收网2上还放置或粘结固定有一层网布，在排水时接受碳纤维和玻璃纤维，以方便排水后取下碳纤维玻璃纤维膜；该网布是尼龙布、涤纶布、玻纤网布、PTFE网布中任一种。

上述导流板4是铝蜂窝板、铜蜂窝板、电镀网、不锈钢蜂窝板、聚酯蜂窝板、陶瓷蜂窝板、高强度的金属网或塑料网中任一种蜂窝板。

上述排泄阀5是单个或两个以上，以增加其排水速度和排水的均匀性。

本专利的有益效果是：

1、采用碳纤维和玻璃纤维，其材料成本低，且阻燃性能良好。

2、使用无机粘结剂，其耐温性能良好，可高达1000℃。

3、制备过程所需设备投入少，且碳纤维和玻璃纤维不吸水，极易干燥，耗能特别少。

4、整个过程添加剂使用量很少，甚至可以不使用分散剂等有机溶剂，其污染特别少。

5、水可以不经过特别处理，而循环使用，浪费特别少，且水的需求量少。

6、整个过程便于控制碳纤维以及玻璃纤维的含量和比例，且可以在生产过程中随时进行调整，工艺成本特别低。

7、碳纤维整体分散均匀，可以便于加工成不同温度要求的面状发热体。且碳纤维发热具有远红外作用，还可以用于理疗等场所。

8、采用玻璃纤维和无机粘结剂，其抗化学性能优异，可以用于防静电和催化净化等领域，应用范围广。

附图说明

图1为应用例容器1的剖视结构示意图。

图2为应用例容器3的剖视结构示意图。

下面结合附图和实施例对本专利进一步说明。

具体实施方式

实施例1

一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法，由碳纤维和玻璃纤维用水稀释后，按照一定比例混合均匀，经过排水和网板接收，再用无机粘结剂处理，然后脱水干燥而成。成型后的玻璃纤维和碳纤维的重量比优选为4∶1。

优选的玻璃纤维的直径为8μm，长度为6mm。玻璃纤维采用浸润剂拉制的原丝，经由湿法在线短切而成。优选的碳纤维的直径为4μm，长度为6mm。碳纤维由聚丙烯腈纤维碳化制得。

其制备方法包括如下步骤：

优选的先将玻璃纤维按照1∶100的比例用水稀释，制得浆液A。然后将碳纤维按照15∶100000的比例用水稀释，制得浆液B。再将浆液A倒入到浆液B中混合均匀，制得浆液C。其中浆液中玻璃纤维与碳纤维重量比为4∶1。

容器1的底部固定有接收网2，接收网2上放置有38g/m2克重的玻纤网布。接收网2的下面有导流板4。容器1置于不锈钢容器3内，容器3的底部设有排泄阀5。把配置好的浆液C倒进不锈钢容器1中并搅拌均匀，然后把器1从容器3中平稳的升起，浆液C从容器1内流出，完全进入到容器3内，成为液体D。同时在接收网2上形成一层均匀的碳纤维玻璃纤维膜。容器3内剩下的液体D可以循环使用，作为浆液A和浆液B的稀释液。

把碳纤维玻璃纤维膜连同玻纤网布从接收网2上取下，以15g/m²的量单面喷涂二氧化硅凝胶，然后在120℃下干燥5mins。再在另一面以15g/m²的量喷涂二氧化硅凝胶，再次在120℃下干燥5mins，从而得到耐高温的碳纤维玻璃纤维复合膜。

其中接收网2为80目的铜网，且平整、牢固的固定在容器1的底部，以确保其水平。导流板4为铜制蜂窝板，其中板厚20mm，孔径3mm，孔距4.5mm。

用此工艺制备的碳纤维玻璃纤维复合膜，测试150mm×60mm面积的电阻值(电极方向为长度方向)，其值为107Ω。使用50V的交流电压进行通电测试，其表面平均温度为200℃，在其表面上的10处不同的位置测试其温度分布，温度偏差小于10℃。

实施例2

其制备方法包括如下步骤：

将玻璃纤维按照1∶100的比例用水稀释，制得浆液A。然后将碳纤维按照15∶100000的比例用水稀释，制得浆液B。再将浆液A倒入浆液B中混合并搅拌均匀，制得浆液C。其中浆液C中玻璃纤维与碳纤维重量比为19∶1。

容器1的底部固定有接收网2，接收网2的下面有导流板4。容器1置于不锈钢容器3内，容器3的底部设有排水孔5。把浆液C倒进不锈钢容器1中并搅拌均匀。容器1不动，容器3中平稳的下降，浆液C从容器1内流出，完全进入到容器3内，成为液体D，同时在接收网2上形成一层均匀的碳纤维玻璃纤维膜。容器3内剩下的液体D可以循环使用，作为A浆液和B浆液的稀释液。

把膜从接收网2上取下，以25g/m²的量单面喷涂二氧化硅凝胶，然后在150℃下干燥5mins。再在另一面以25g/m²的量喷涂二氧化硅凝胶，再次在150℃下干燥5mins，从而得到耐高温的碳纤维玻璃纤维复合膜。

其中接收网2为60目的铜网，将接收网2平整、牢固的固定在容器1的底部，以确保其水平。导流板4为铜制蜂窝板，其中板厚20mm，孔径3mm，孔距4.5mm。

用此工艺制备的碳纤维玻璃纤维复合膜，测试150mm×60mm面积的电阻值(电极方向为长度方向)，其值为110KΩ。

实施例3

其制备方法包括如下步骤：

将玻璃纤维按照1∶100的比例用水稀释，制得浆液A。然后将碳纤维按照15∶100000的比例用水稀释，制得浆液B。再将浆液A倒入浆液B中混合并搅拌均匀，制得浆液C。其中浆液C中玻璃纤维与碳纤维重量比为2∶3。

容器1的底部固定有接收网2，接收网2上放置有38g/m2克重的玻纤网布，接收网2的下面有导流板4。容器1置于不锈钢容器3内，容器3的底部设有排水孔5。把制好的浆液C倒进不锈钢容器1中并搅拌均匀。容器1先升起，待容器1内液面高度为5mm时，容器3平稳且快速的下降，剩下的浆液C从容器1内流出，此时容器3内的液体为液体D，同时在接收网2上形成一层均匀的碳纤维玻璃纤维膜。容器3内剩下的液体D可以循环使用，作为A浆液和B浆液的稀释液。

把膜从接收网2上取下，在碳纤维玻璃纤维膜与玻纤网布的对立面再放置一层38g/m2克重的玻纤网布，并压平。以50g/m²的量单面喷涂二氧化硅凝胶，然后在150℃下干燥10mins。再在另一面以50g/m²的量喷涂二氧化硅凝胶，再次在150℃下干燥10mins，从而得到耐高温的碳纤维玻璃纤维复合膜。

其中接收网2为60目的铜网，并平整、牢固的固定在容器1的底部，以确保其水平。导流板4铜制蜂窝板，其中板厚20mm，孔径3mm，孔距4.5mm。

用此工艺制备的碳纤维玻璃纤维复合膜，测试150mm ×60mm面积的电阻值(电极方向为长度方向)，其值为37Ω。使用50V的电压进行通电测试，其功率为121W，表面平均温度为320℃，在其表面上的10处不同的位置测试其温度分布，温度偏差小于20℃。

Claims

1.一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法，其特征在于：其制备包括如下步骤，

②：按玻璃纤维与碳纤维的总重量∶水重量＝1∶1000-1∶40000的重量比将上述两种纤维用水稀释，搅拌均匀，制得浆液C；

③：在容器(1)的底部固定好接收网(2)，并在接收网(2)的下面安装好导流板(4)及在容器(3)的底部安装排泄阀(5)；

④：将容器(1)置于容器(3)内，搅拌均匀，再把制好的浆液C倒进容器(1)中；

⑤：垂直移动容器(1)或容器(3)，浆液C从容器(1)中完全流入到容器(3)内；或打开排泄阀(5)，让浆液C从容器(1)内流经接收网(2)，进入容器(3)，同时在接收网(2)上形成一层均匀的碳纤维玻璃纤维膜；

⑥绝大部分的纤维被接收网(2)拦截，剩下的液体完全进入到容器(3)内，成为液体D，从排泄阀(5)排出后可作为稀释液循环使用；

⑦：把上述碳纤维玻璃纤维膜从接收网(2)上取下，进行无机粘结剂处理；

2.根据权利要求1所述的一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法，其特征在于：玻璃纤维为高碱玻纤、中碱玻纤和无碱玻纤中任一种或几种；玻璃纤维的直径为4μm～40μm，长度为0.1～20mm。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法，其特征在于：碳纤维由聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维中任一种经碳化制得；碳纤维的直径为4μm～40μm，长度为2～20mm。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法，其特征在于：

上述①-②步骤为：

5.根据权利要求1所述的一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法，其特征在于：

上述①-②步骤为：

6.根据权利要求1所述的一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法，其特征在于：无机粘结剂是二氧化硅溶胶、碱金属硅酸盐凝胶、磷酸盐凝胶、硅铝酸盐凝胶、金属醇盐凝胶中任一种或两种以上；无机粘结剂处理是用浸泡、喷涂或涂布的方式中任一种方式处理；其处理是单面处理或双面处理。

7.根据权利要求9所述的一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法，其特征在于：干燥脱水是用不同温度加热干燥固化、辅以真空干燥固化或常温干燥固化中任一种方式干燥脱水。

8.根据权利要求8所述的一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法，其特征在于：接收网(2)为铜网、不锈钢网、、尼龙网、PET网中任一种网，目数为40目到200目；且接收网(2)表面平整，不变形，并确保其平放时处于水平状态；接收网(2)上还放置或粘结固定有一层网布，在排水时接受碳纤维和玻璃纤维，以方便排水后取下碳纤维玻璃纤维膜；该网布是尼龙布、涤纶布、玻纤网布、PTFE网布中任一种。

9.根据权利要求8所述的一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法，其特征在于：导流板(4)是铝蜂窝板、铜蜂窝板、电镀网、不锈钢蜂窝板、聚酯蜂窝板、陶瓷蜂窝板、高强度的金属网或塑料网中任一种蜂窝板。

10.根据权利要求15所述的一种耐高温碳纤维玻璃纤维复合膜的制备方法，其特征在于：排泄阀(5)是单个或两个以上，以增加其排水速度和排水的均匀性。