CN103103870A - 一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法 - Google Patents
一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103103870A CN103103870A CN2012105867146A CN201210586714A CN103103870A CN 103103870 A CN103103870 A CN 103103870A CN 2012105867146 A CN2012105867146 A CN 2012105867146A CN 201210586714 A CN201210586714 A CN 201210586714A CN 103103870 A CN103103870 A CN 103103870A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon fiber
- fiber
- motherboard
- matrix
- functionalized carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Paper (AREA)
Abstract
本发明涉及一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法,该方法包括以下步骤:(1)功能化碳纤维的制备;(2)抄纸浆料的制备;(3)抄纸;(4)后处理。通过在活化碳纤维表面担载功能体制备得到功能化碳纤维,再进行湿法抄纸,从而使碳纤维复合电热纸实现功能化;与传统的碳纤维复合电热纸的功能化方法相比,本发明解决了制备过程中功能粉体用量大、浪费严重的问题,且在制备过程中避免了湿法抄纸工艺助剂用量大,水污染严重的问题,是一种绿色节能的制备方法,制备的功能化碳纤维复合电热纸具有功能化效率高,效果显著且持久稳定的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维复合电热纸的制备方法,具体涉及一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法。
背景技术
碳纤维纸是使用碳纤维或活性碳纤维及碳纤维或活性碳纤维与其它植物或非植物纤维混合生产的具有特殊性能的功能纸。碳纤维纸具备许多优良特性,如导电、导热、多孔、吸附性等,因而被广泛应用于能源、军事、环保、土木、电子电器、采暖等领域。
近年来,随着碳纤维的成本不断降低,碳纤维纸优异的导电性能和电热性能使其在民用电热采暖领域受到越来越多的关注。金属材料热传递主要靠自由电子完成,而如碳纤维和石墨等非金属材料的热传递主要依靠晶格的振动和传递完成,即分子、原子、离子等微观粒子的热运动。在固体分子、原子和电子的振动、转动等运动状态发生改变时,会辐射出电磁波,因此热辐射也是碳纤维纸的主要传热方式。由于碳纤维的热传导和热辐射性能相当的好,能有效避免蓄热和过热现象的发生,因而使使用寿命长,电热转换效率高。碳纤维用作电热元件后,其辐射散热比例大于60%;同时,其辐射出波长为8~15μm的远红外波。该波长范围的热辐射易被人体吸收,具有促进血液循环、减缓类风湿关节炎疼痛等理疗作用。碳纤维纸还具有散热均匀、电流密度小等优点,其电热转换效率>97%,是一种优异的电热材料。
碳纤维纸作为电热材料主要有以下特点:(1)整个纸面都是发热面和散热面,有利于热量的传输和疏散,热辐射性能好,发热均匀;(2)电热转换效率高,比传统电热材料节能15%-30%;(3)远红外电热辐射转化率>70%,是一种有源远红外加热元件,对人体具有辅助理疗保健作用;(4)柔软轻质,可按照发热功率和规格的要求,控制碳纤维纸的碳纤维含量和纸张尺寸,加工得到各种不同面积和电阻值,满足不同的使用要求;(5)可挠曲、可粘合,加工性能好,适用范围广。因此,碳纤维复合电热纸作为面状发热材料具有很高的开发价值。
目前的碳纤维复合电热纸都是以植物纤维为基体纤维,或在植物纤维中混入少量合成纤维,一般不超过20%,通过植物纤维间的氢键作用提供湿态的力学强度;类似地,在非织造布的湿法成网工艺中,为了使得到的纤维网络在后续的铺网和固网工序中不至于变形、撕裂和破坏,需要在浆料中加入一定量的湿增强剂如改性脲醛树脂、聚乙烯醇等用以提供在固网工序前纤维网络的强度。
碳纤维复合电热纸作为一种特定用途的功能材料,其功能化的开发已成为目前的发展方向,其中碳纤维复合电热纸的阻燃和远红外辐射增强的功能化尤其受到研究者的关注,而其它的功能化方向还有待探索。目前的公开技术中,碳纤维复合电热纸的功能化途径主要是通过功能粉体的填充或表面整理的方式来实现的。例如在造纸浆料中添加一定量的远红外发射剂粉体制备具有增强远红外辐射效果的碳纤维电热纸;又如把碳纤维电热纸浸渍耐热阻燃树脂从而获得阻燃性能。这些方法的优点在于简便易操作,且具有较好的功能化效果;但其缺点也十分明显,例如通过填充功能性粉体的方法可能导致碳纤维电热纸力学性能的下降,同时功能填充体与纤维间仅存在物理连接作用,因此功能粉体随着时间的迁移会逐渐脱落流失,造成功能化效果下降,另外功能性填充粉体粒径小,在湿法抄纸的过程中上网率低,流失严重,在制备过程中会产生巨大的浪费;又如把碳纤维电热纸浸渍耐热阻燃树脂后,虽然具有了良好的阻燃性能,但损失了纸张原有轻质柔软的特性。
除此之外,现有碳纸的湿法抄造工艺中,由于需要在浆料制备过程中使用大量的纤维分散剂和湿增强剂,不仅会产生较大的水体污染,而且具有助剂用量大、浪费严重的缺点,难以适应绿色节能的可循环经济发展要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维复合电热纸的制备方法。
本发明的一种碳纤维复合电热纸的制备方法,包括以下步骤:
1)功能化碳纤维的制备:
碳纤维表面担载功能体:
对碳纤维进行表面活化处理,得到活化碳纤维,并将功能体担载在所述的活化碳纤维表面;所述的功能体是指远红外发射剂、相变材料微胶囊、阻燃剂、抗菌剂、负离子粉中的一种或几种的组合;
上浆:
用功能上浆剂对所述的活化碳纤维进行常规上浆处理,所述的功能上浆剂为碳纤维分散剂的水溶液,其中,所述碳纤维分散剂的浓度为5~30wt%,所述的碳纤维分散剂为聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯中的一种或其组合;
碳纤维的短切:
将上浆后的碳纤维进行短切,制备得到功能化碳纤维,所述的功能化碳纤维的长度为2~10mm;
2)抄纸浆料的制备:
功能化碳纤维分散液的制备:
将功能化碳纤维均匀分散在水中形成碳纤维分散液,其中,所述功能化碳纤维的含量0.5~5wt‰,余量为水;
基体纤维分散液的制备:
将长度为2~15mm的基体纤维均匀分散在水中形成基体纤维分散液,其中,所述基体纤维的含量0.5~5wt‰,余量为水;
将所述功能化碳纤维分散液和所述基体纤维分散液均匀混合成抄纸浆料,其中,所述功能化碳纤维与所述基体纤维的质量比为2:98~90:10;
3)抄纸:
在常规湿法抄纸的过滤器上铺设一层母板进行抄纸,浆料中的水被滤去,功能化碳纤维和基体纤维沉积在母板上,得到一种纤维网络/母板的层状复合材料;
所述的母板为带有微孔的片状板;所述微孔的孔径为10~200μm,可供液体粒子通过;
4)后处理:
将所述层状复合材料烘干至质量恒定后,进行加压热处理,然后除去母板,即得到所述的功能化碳纤维复合电热纸;
所述的基体纤维包括基础纤维和粘结纤维;所述粘结纤维占所述基体纤维的5~100wt%;
所述的基础纤维是木浆纤维、棉纤维、麻纤维、聚烯烃纤维、聚酯纤维或人造丝的一种或几种的组合;所述的粘结纤维是低熔点复合纤维、低熔点热塑性纤维中的一种或几种的组合;所述的低熔点复合纤维包括PE/PP复合纤维、PE/PET复合纤维、PP/PET复合纤维;所述的低熔点热塑性纤维包括PP和PE;
所述的功能化碳纤维复合电热纸中功能化碳纤维的质量百分含量为2~90%;所述的功能化碳纤维复合电热纸是由功能化碳纤维和基体纤维通过化学粘结、氢键、分子间作用力或机械缠结作用相互搭接形成稳定的三维网状结构。
如上所述的一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法,所述的碳纤维是PAN基碳纤维或沥青基碳纤维;所述的表面活化处理为等离子表面处理或活化剂活化处理;所述的活化剂为KOH、NaOH、HNO3或H3PO4;所述的担载是指通过形成新的化学键或物理吸附作用,将所述功能体固定在所述活化碳纤维表面;所述的基体纤维分散液的制备步骤前,所述的基体纤维还经过上浆处理,其中,所述的上浆处理是指用功能上浆剂对所述的活化碳纤维进行常规上浆处理,所述的功能上浆剂为基体纤维分散剂的水溶液,其中,所述基体纤维分散剂的浓度为5~30wt%,所述的基体纤维分散剂为聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯中的一种或其组合。
所述的一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法,所述母板的材料为纤维素或聚酯或含氟聚合物。
如上所述的一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法,所述烘干的温度为30~80℃;所述加压热处理是指将烘干后的层状复合材料加热至热处理温度,保温10~60分钟后冷却至室温;在上述加热、保温和冷却过程中,保持层状复合材料表面的压力为2~10MPa;所述的热处理温度为120℃~180℃。加压热处理的目的是使如上所述的层状复合材料中的导电网络搭接得更紧密,减小接触电阻,同时又使粘结纤维发生熔融热粘合,对所述的层状复合材料的纤维网络进行固定加强。固定加强一方面能使所述的层状复合材料获得良好的机械性能;另一方面提高了电网络的长期稳定性,从而提高功能化复合电热纸电热性能的稳定性。
如上所述的一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法,所述的除去母板是当所述母板的材料为纤维素时,所述的除去母板是指将加压热处理后的所述层状复合材料用丙酮水溶液进行洗涤,脱去母板,所述的丙酮水溶液中,丙酮的质量分数为5%~20%;当所述母板的材料为聚酯或含氟聚合物时,所述的除去母板是指将加压热处理后的所述层状复合材料的所述母板剥除。
有益效果:
与传统的碳纤维复合电热纸的功能化方法相比,本发明解决了制备过程中功能粉体用量大、浪费严重的问题,避免了湿法抄纸工艺助剂用量大,水污染严重的问题,是一种绿色节能的制备方法;制备的功能化碳纤维复合电热纸具有功能化效率高,效果显著且持久稳定的优点。
本发明所制备的碳纤维复合电热纸在制备过程中无需加入湿增强剂,具有优良的湿强度和干强度;电热性能可调,同时具有稳定的电热性能。
本发明所制备的碳纤维复合电热纸的基体可以是传统的植物纤维,也可以是各种表面惰性或非惰性的合成纤维,定量调节范围大,可用于制备低定量、中定量、高定量的碳纤维复合电热纸,因此灵活性大。
本发明具有成本低、方法简单的优点,能够适应工业连续化生产的要求。
本发明所制备的碳纤维复合电热纸可以具有多种功能性,并可应用于服装面料、室内装潢、工业生产等多个领域。
具体实施方式
下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)通过等离子表面处理对碳纤维进行表面活化处理,得到活化碳纤维,并将功能体担载在所述的活化碳纤维表面,所述的功能体为远红外发射剂;所述的碳纤维是PAN基碳纤维;
(2)用功能上浆剂对所述的活化碳纤维进行常规上浆处理,所述的功能上浆剂为碳纤维分散剂的水溶液,其中,所述碳纤维分散剂的浓度为5wt%,所述的碳纤维分散剂为聚丙烯酰胺;
(3)将表面担载有功能体的碳纤维进行短切,制备得到功能化碳纤维,所述的功能化碳纤维的长度为2mm;
(4)将功能化碳纤维均匀分散在水中形成碳纤维分散液,其中,所述功能化碳纤维的含量为0.5wt‰,余量为水;
(5)将长度为2mm的基体纤维均匀分散在水中形成基体纤维分散液,其中,所述基体纤维的含量为0.5wt‰,余量为水;所述的基体纤维包括基础纤维和粘结纤维;所述粘结纤维占所述基体纤维的5wt%;所述的基础纤维是木浆纤维;所述的粘结纤维是PE/PP复合纤维;
(6)将所述碳纤维分散液和所述基体纤维分散液均匀混合成抄纸浆料,其中,所述功能化碳纤维与所述基体纤维的质量比为2:98;
(7)在常规湿法抄纸的过滤器上铺设一层母板进行抄纸,浆料中的水被滤去,碳纤维和基体纤维沉积在母板上,得到一种纤维网络/母板的层状复合材料;所述的母板为带有微孔的片状板,材料为纤维素,孔径为10μm;
(8)将所述层状复合材料烘干至质量恒定后,进行加压热处理,然后除去母板,即得到所述的碳纤维复合电热纸;所述烘干的温度为30℃;所述加压热处理是指将烘干后的层状复合材料加热至120℃。保温60分钟后冷却至室温;在上述加热、保温和冷却过程中,保持层状复合材料表面的压力为2MPa;所述的除去母板是指将加压热处理后的所述层状复合材料用丙酮水溶液进行洗涤,脱去母板,所述的丙酮水溶液中,丙酮的质量分数为5%。
所制得的碳纤维复合电热纸的碳纤维含量为2%,厚度为280μm,定重为40g/m2,电阻率为75Ω·cm,电阻率浮动不超过5%,电热辐射转化效率为78%。
实施例2
(1)以KOH为活化剂,对碳纤维进行表面活化处理,得到活化碳纤维,并将功能体担载在所述的活化碳纤维表面,所述的功能体为相变材料微胶囊;所述的碳纤维是沥青基碳纤维;
(2)用功能上浆剂对所述的活化碳纤维进行常规上浆处理,所述的功能上浆剂为碳纤维分散剂的水溶液,其中,所述碳纤维分散剂的浓度为30wt%,所述的碳纤维分散剂为聚氧化乙烯;
(3)将表面担载有功能体的碳纤维进行短切,制备得到功能化碳纤维,所述的功能化碳纤维的长度为10mm;
(4)将功能化碳纤维均匀分散在水中形成碳纤维分散液,其中,所述功能化碳纤维的含量为5wt‰,余量为水;
(5)将长度为15mm的基体纤维均匀分散在水中形成基体纤维分散液,其中,所述基体纤维的含量为5wt‰,余量为水;所述的基体纤维为PP/PET复合纤维;所述的基体纤维在分散前已经过上浆处理,上浆剂是浓度30wt%聚氧化乙烯的水溶液;
(6)将所述碳纤维分散液和所述基体纤维分散液均匀混合成抄纸浆料,其中,所述功能化碳纤维与所述基体纤维的质量比为90:10;
(7)在常规湿法抄纸的过滤器上铺设一层母板进行抄纸,浆料中的水被滤去,碳纤维和基体纤维沉积在母板上,得到一种纤维网络/母板的层状复合材料;所述的母板为带有微孔的片状板,材料为纤维素,孔径为200μm;
(8)将所述层状复合材料烘干至质量恒定后,进行加压热处理,然后除去母板,即得到所述的碳纤维复合电热纸;所述烘干的温度为80℃;所述加压热处理是指将烘干后的层状复合材料加热至180℃。保温10分钟后冷却至室温;在上述加热、保温和冷却过程中,保持层状复合材料表面的压力为10MPa;所述的除去母板是指将加压热处理后的所述层状复合材料用丙酮水溶液进行洗涤,脱去母板,所述的丙酮水溶液中,丙酮的质量分数为20%。
所制得的碳纤维复合电热纸的碳纤维含量为90%,厚度为70μm,定重为10g/m2,电阻率为0.09Ω·cm,电阻率浮动不超过5%,电热辐射转化效率为57%。
实施例3
(1)以NaOH为活化剂,对碳纤维进行表面活化处理,得到活化碳纤维,并将功能体担载在所述的活化碳纤维表面,所述的功能体为阻燃剂;所述的碳纤维是沥青基碳纤维;
(2)用功能上浆剂对所述的活化碳纤维进行常规上浆处理,所述的功能上浆剂为碳纤维分散剂的水溶液,其中,所述碳纤维分散剂的浓度为10wt%,所述的碳纤维分散剂由聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯组合而成;
(3)将表面担载有功能体的碳纤维进行短切,制备得到功能化碳纤维,所述的功能化碳纤维的长度为7mm;
(4)将功能化碳纤维均匀分散在水中形成碳纤维分散液,其中,所述功能化碳纤维的含量为1wt‰,余量为水;
(5)将长度为12mm的基体纤维均匀分散在水中形成基体纤维分散液,其中,所述基体纤维的含量为0.4wt‰,余量为水;所述的基体纤维为PE/PET复合纤维;所述的基体纤维在分散前已经过上浆处理,上浆剂是浓度10wt%聚丙烯酰胺的水溶液;
(6)将所述碳纤维分散液和所述基体纤维分散液均匀混合成抄纸浆料,其中,所述功能化碳纤维与所述基体纤维的质量比为10:90;
(7)在常规湿法抄纸的过滤器上铺设一层母板进行抄纸,浆料中的水被滤去,碳纤维和基体纤维沉积在母板上,得到一种纤维网络/母板的层状复合材料;所述的母板为带有微孔的片状板,材料为纤维素,孔径为150μm;
(8)将所述层状复合材料烘干至质量恒定后,进行加压热处理,然后除去母板,即得到所述的碳纤维复合电热纸;所述烘干的温度为60℃;所述加压热处理是指将烘干后的层状复合材料加热至140℃。保温30分钟后冷却至室温;在上述加热、保温和冷却过程中,保持层状复合材料表面的压力为10MPa;所述的除去母板是指将加压热处理后的所述层状复合材料用丙酮水溶液进行洗涤,脱去母板,所述的丙酮水溶液中,丙酮的质量分数为15%。
所制得的碳纤维复合电热纸的碳纤维含量为10%,厚度为1.4mm,定重为200g/m2,电阻率为0.2Ω·cm,电阻率浮动不超过5%,电热辐射转化效率为60%。
实施例4
(1)以HNO3为活化剂,对碳纤维进行表面活化处理,得到活化碳纤维,并将功能体担载在所述的活化碳纤维表面,所述的功能体为抗菌剂;所述的碳纤维是PAN基碳纤维;
(2)用功能上浆剂对所述的活化碳纤维进行常规上浆处理,所述的功能上浆剂为碳纤维分散剂的水溶液,其中,所述碳纤维分散剂的浓度为5wt%,所述的碳纤维分散剂为聚丙烯酰胺;
(3)将表面担载有功能体的碳纤维进行短切,制备得到功能化碳纤维,所述的功能化碳纤维的长度为5mm;
(4)将功能化碳纤维均匀分散在水中形成碳纤维分散液,其中,所述功能化碳纤维的含量为1wt‰,余量为水;
(5)将长度为3mm的基体纤维均匀分散在水中形成基体纤维分散液,其中,所述基体纤维的含量为0.5wt‰,余量为水;所述的基体纤维包括基础纤维和粘结纤维;所述粘结纤维占所述基体纤维的20wt%;所述的基础纤维是聚烯烃纤维;所述的粘结纤维是PE纤维;所述的基体纤维在分散前已经过上浆处理,上浆剂是浓度为10wt%的基体纤维分散剂水溶液,其中,基体纤维分散剂由聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯组合而成;
(6)将所述碳纤维分散液和所述基体纤维分散液均匀混合成抄纸浆料,其中,所述功能化碳纤维与所述基体纤维的质量比为5:95;
(7)在常规湿法抄纸的过滤器上铺设一层母板进行抄纸,浆料中的水被滤去,碳纤维和基体纤维沉积在母板上,得到一种纤维网络/母板的层状复合材料;所述的母板为带有微孔的片状板,材料为聚酯,孔径为100μm;
(8)将所述层状复合材料烘干至质量恒定后,进行加压热处理,然后将母板剥除,即得到所述的碳纤维复合电热纸;所述烘干的温度为40℃;所述加压热处理是指将烘干后的层状复合材料加热至150℃。保温15分钟后冷却至室温;在上述加热、保温和冷却过程中,保持层状复合材料表面的压力为5MPa。
所制得的碳纤维复合电热纸的碳纤维含量为5%,厚度为420μm,定重为60g/m2,电阻率为6Ω·cm,电阻率浮动不超过5%,电热辐射转化效率为65%。
实施例5
(1)以H3PO4为活化剂,对碳纤维进行表面活化处理,得到活化碳纤维,并将功能体担载在所述的活化碳纤维表面,所述的功能体为负离子粉;所述的碳纤维是PAN基碳纤维;
(2)用功能上浆剂对所述的活化碳纤维进行常规上浆处理,所述的功能上浆剂为碳纤维分散剂的水溶液,其中,所述碳纤维分散剂的浓度为5wt%,所述的碳纤维分散剂为聚丙烯酰胺;
(3)将表面担载有功能体的碳纤维进行短切,制备得到功能化碳纤维,所述的功能化碳纤维的长度为8mm;
(4)将功能化碳纤维均匀分散在水中形成碳纤维分散液,其中,所述功能化碳纤维的含量为1wt‰,余量为水;
(5)将长度为8mm的基体纤维均匀分散在水中形成基体纤维分散液,其中,所述基体纤维的含量为0.8wt‰,余量为水;所述的基体纤维包括基础纤维和粘结纤维;所述粘结纤维占所述基体纤维的70wt%;所述的基础纤维由棉纤维和麻纤维组合而成;所述的粘结纤维由PE/PP复合纤维、PE/PET复合纤维组合而成;所述的粘结纤维在分散前已经过上浆处理,上浆剂是浓度5wt%聚丙烯酰胺的水溶液;
(6)将所述碳纤维分散液和所述基体纤维分散液均匀混合成抄纸浆料,其中,所述功能化碳纤维与所述基体纤维的质量比为90:10;
(7)在常规湿法抄纸的过滤器上铺设一层母板进行抄纸,浆料中的水被滤去,碳纤维和基体纤维沉积在母板上,得到一种纤维网络/母板的层状复合材料;所述的母板为带有微孔的片状板,材料为含氟高聚物,孔径为90μm;
(8)将所述层状复合材料烘干至质量恒定后,进行加压热处理,然后将母板剥除,即得到所述的碳纤维复合电热纸;所述烘干的温度为80℃;所述加压热处理是指将烘干后的层状复合材料加热至145℃。保温40分钟后冷却至室温;在上述加热、保温和冷却过程中,保持层状复合材料表面的压力8MPa。
所制得的碳纤维复合电热纸的碳纤维含量为90%,厚度为250μm,定重为40g/m2,电阻率为0.1Ω·cm,电阻率浮动不超过5%,电热辐射转化效率为60%。
实施例6
(1)以H3PO4为活化剂,对碳纤维进行表面活化处理,得到活化碳纤维,并将功能体担载在所述的活化碳纤维表面,所述的功能体由远红外发射剂和负离子粉组合而成的;所述的碳纤维是PAN基碳纤维;
(2)用功能上浆剂对所述的活化碳纤维进行常规上浆处理,所述的功能上浆剂为碳纤维分散剂的水溶液,其中,所述碳纤维分散剂的浓度为5wt%,所述的碳纤维分散剂为聚丙烯酰胺;
(3)将表面担载有功能体的碳纤维进行短切,制备得到功能化碳纤维,所述的功能化碳纤维的长度为8mm;
(4)将功能化碳纤维均匀分散在水中形成碳纤维分散液,其中,所述功能化碳纤维的含量为1wt‰,含量为0.5wt‰,余量为水;
(5)将长度为15mm的基体纤维均匀分散在水中形成基体纤维分散液,其中,所述基体纤维的含量为1wt‰,余量为水;所述的基体纤维包括基础纤维和粘结纤维;所述粘结纤维占所述基体纤维的40wt%;所述的基础纤维是由木浆纤维、聚酯纤维和人造丝组合而成的;所述的粘结纤维是由PP/PET复合纤维和PP纤维组合而成的;所述的基体纤维在分散前已经过上浆处理,上浆剂是浓度5wt%聚丙烯酰胺的水溶液;
(6)将所述碳纤维分散液和所述基体纤维分散液均匀混合成抄纸浆料,其中,所述功能化碳纤维与所述基体纤维的质量比为3:97;
(7)在常规湿法抄纸的过滤器上铺设一层母板进行抄纸,浆料中的水被滤去,碳纤维和基体纤维沉积在母板上,得到一种纤维网络/母板的层状复合材料;所述的母板为带有微孔的片状板,材料为含氟高聚物,孔径为180μm;
(8)将所述层状复合材料烘干至质量恒定后,进行加压热处理,然后将母板剥除,即得到所述的碳纤维复合电热纸;所述烘干的温度为60℃;所述加压热处理是指将烘干后的层状复合材料加热至170℃。保温60分钟后冷却至室温;在上述加热、保温和冷却过程中,保持层状复合材料表面的压力为2MPa。
所制得的碳纤维复合电热纸的碳纤维含量为3%,厚度为220μm,定重为35g/m2,电阻率为6.5Ω·cm,电阻率浮动不超过5%,电热辐射转化效率为60%。
实施例7
(1)以H3PO4为活化剂,对碳纤维进行表面活化处理,得到活化碳纤维,并将功能体担载在所述的活化碳纤维表面,所述的功能体由相变材料微胶囊、阻燃剂、抗菌剂组合而成的;所述的碳纤维是沥青基碳纤维;
(2)用功能上浆剂对所述的活化碳纤维进行常规上浆处理,所述的功能上浆剂为碳纤维分散剂的水溶液,其中,所述碳纤维分散剂的浓度为5wt%,所述的碳纤维分散剂为聚氧化乙烯;
(3)将表面担载有功能体的碳纤维进行短切,制备得到功能化碳纤维,所述的功能化碳纤维的长度为8mm;
(4)将功能化碳纤维均匀分散在水中形成碳纤维分散液,其中,所述功能化碳纤维的含量为1wt‰,余量为水;
(5)将长度为15mm的基体纤维均匀分散在水中形成基体纤维分散液,其中,所述基体纤维的含量为1wt‰,余量为水;所述的基体纤维包括基础纤维和粘结纤维;所述粘结纤维占所述基体纤维的40wt%;所述的基础纤维是聚酯纤维;所述的粘结纤维是PE/PET复合纤维;所述的基体纤维在分散前已经过上浆处理,上浆剂是浓度5wt%聚丙烯酰胺的水溶液;
(6)将所述碳纤维分散液和所述基体纤维分散液均匀混合成抄纸浆料,其中,所述功能化碳纤维与所述基体纤维的质量比为3:97;
(7)在常规湿法抄纸的过滤器上铺设一层母板进行抄纸,浆料中的水被滤去,碳纤维和基体纤维沉积在母板上,得到一种纤维网络/母板的层状复合材料;所述的母板为带有微孔的片状板,材料为含氟高聚物,孔径为160μm;
(8)将所述层状复合材料烘干至质量恒定后,进行加压热处理,然后将母板剥除,即得到所述的碳纤维复合电热纸;所述烘干的温度为60℃;所述加压热处理是指将烘干后的层状复合材料加热至150℃。保温60分钟后冷却至室温;在上述加热、保温和冷却过程中,保持层状复合材料表面的压力为2MPa。
所制得的碳纤维复合电热纸的碳纤维含量为3%,厚度为120μm,定重为20g/m2,电阻率为4Ω·cm,电阻率浮动不超过5%,电热辐射转化效率为67%。
实施例8
(1)以H3PO4为活化剂,对碳纤维进行表面活化处理,得到活化碳纤维,并将功能体担载在所述的活化碳纤维表面,所述的功能体由远红外发射剂、相变材料微胶囊、阻燃剂、抗菌剂、负离子粉组合而成的;所述的碳纤维是沥青基碳纤维;
(2)用功能上浆剂对所述的活化碳纤维进行常规上浆处理,所述的功能上浆剂为碳纤维分散剂的水溶液,其中,所述碳纤维分散剂的浓度为5wt%,所述的碳纤维分散剂为聚丙烯酰胺;
(3)将表面担载有功能体的碳纤维进行短切,制备得到功能化碳纤维,所述的功能化碳纤维的长度为8mm;
(4)将功能化碳纤维均匀分散在水中形成碳纤维分散液,其中,所述功能化碳纤维的含量为1wt‰,余量为水;
(5)将长度为15mm的基体纤维均匀分散在水中形成基体纤维分散液,其中,所述基体纤维的含量为1wt‰,余量为水;所述的基体纤维包括基础纤维和粘结纤维;所述粘结纤维占所述基体纤维的40wt%;所述的基础纤维是聚酯纤维;所述的粘结纤维是PE/PET复合纤维;所述的基体纤维在分散前已经过上浆处理,上浆剂是浓度5wt%聚丙烯酰胺的水溶液;
(6)将所述碳纤维分散液和所述基体纤维分散液均匀混合成抄纸浆料,其中,所述功能化碳纤维与所述基体纤维的质量比为3:97;
(7)在常规湿法抄纸的过滤器上铺设一层母板进行抄纸,浆料中的水被滤去,碳纤维和基体纤维沉积在母板上,得到一种纤维网络/母板的层状复合材料;所述的母板为带有微孔的片状板,材料为含氟高聚物,孔径为180μm;
(8)将所述层状复合材料烘干至质量恒定后,进行加压热处理,然后将母板剥除,即得到所述的碳纤维复合电热纸;所述烘干的温度为60℃;所述加压热处理是指将烘干后的层状复合材料加热至140℃。保温60分钟后冷却至室温;在上述加热、保温和冷却过程中,保持层状复合材料表面的压力为2MPa。
所制得的碳纤维复合电热纸的碳纤维含量为3%,厚度为130μm,定重为25g/m2,电阻率为3.6Ω·cm,电阻率浮动不超过5%,电热辐射转化效率为54%。
Claims (5)
1.一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法,其特征是包括以下步骤:
1)功能化碳纤维的制备:
碳纤维表面担载功能体:
对碳纤维进行表面活化处理,得到活化碳纤维,并将功能体担载在所述的活化碳纤维表面;所述的功能体是指远红外发射剂、相变材料微胶囊、阻燃剂、抗菌剂、负离子粉中的一种或几种的组合;
上浆:
用功能上浆剂对所述的活化碳纤维进行常规上浆处理,所述的功能上浆剂为碳纤维分散剂的水溶液,其中,所述碳纤维分散剂的浓度为5~30wt%,所述的碳纤维分散剂为聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯中的一种或其组合;
碳纤维的短切:
将上浆后的碳纤维进行短切,制备得到功能化碳纤维,所述的功能化碳纤维的长度为2~10mm;
2)抄纸浆料的制备:
功能化碳纤维分散液的制备:
将功能化碳纤维均匀分散在水中形成碳纤维分散液,其中,所述功能化碳纤维的含量0.5~5wt‰,余量为水;
基体纤维分散液的制备:
将长度为2~15mm的基体纤维均匀分散在水中形成基体纤维分散液,其中,所述基体纤维的含量0.5~5wt‰,余量为水;
将所述功能化碳纤维分散液和所述基体纤维分散液均匀混合成抄纸浆料,其中,所述功能化碳纤维与所述基体纤维的质量比为2:98~90:10;
3)抄纸:
在常规湿法抄纸的过滤器上铺设一层母板进行抄纸,浆料中的水被滤去,功能化碳纤维和基体纤维沉积在母板上,得到一种纤维网络/母板的层状复合材料;
所述的母板为带有微孔的片状板;所述微孔的孔径为10~200μm,可供液体粒子通过;
4)后处理:
将所述层状复合材料烘干至质量恒定后,进行加压热处理,然后除去母板,即得到所述的功能化碳纤维复合电热纸;
所述的基体纤维包括基础纤维和粘结纤维;所述粘结纤维占所述基体纤维的5~100wt%;
所述的基础纤维是木浆纤维、棉纤维、麻纤维、聚烯烃纤维、聚酯纤维或人造丝的一种或几种的组合;所述的粘结纤维是低熔点复合纤维、低熔点热塑性纤维中的一种或几种的组合;
所述的功能化碳纤维复合电热纸中功能化碳纤维的质量百分含量为2~90%;所述的功能化碳纤维复合电热纸是由功能化碳纤维和基体纤维通过化学粘结、氢键、分子间作用力或机械缠结作用相互搭接形成稳定的三维网状结构。
2.根据权利要求1所述的一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法,其特征在于,所述的碳纤维是PAN基碳纤维或沥青基碳纤维;所述的担载是指通过形成新的化学键或物理吸附作用,将所述功能体固定在所述活化碳纤维表面;所述的分散剂为聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯中的一种或其组合;所述的基体纤维分散液的制备步骤中,还加入基体纤维分散剂,所述基体纤维分散剂的加入量为0.5~1wt‰;所述的基体纤维分散液的制备步骤前,所述的基体纤维还经过上浆处理,其中,所述的上浆处理是指用功能上浆剂对所述的活化碳纤维进行常规上浆处理,所述的功能上浆剂为基体纤维分散剂的水溶液,其中,所述基体纤维分散剂的浓度为5~30wt%,所述的基体纤维分散剂为聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述的一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法,其特征在于,所述母板的材料为纤维素或聚酯或含氟聚合物。
4.根据权利要求1所述的一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法,其特征在于,所述烘干的温度为30~80℃;所述加压热处理是指将烘干后的层状复合材料加热至热处理温度,保温10~60分钟后冷却至室温;在上述加热、保温和冷却过程中,保持层状复合材料表面的压力为2~10MPa;所述的热处理温度为120℃~180℃。
5.根据权利要求1所述的一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法,其特征在于,当所述母板的材料为纤维素时,所述的除去母板是指将加压热处理后的所述层状复合材料用丙酮水溶液进行洗涤,脱去母板,所述的丙酮水溶液中,丙酮的质量分数为5%~20%;当所述母板的材料为聚酯或含氟聚合物时,所述的除去母板是指将加压热处理后的所述层状复合材料的所述母板剥除。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210586714.6A CN103103870B (zh) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | 一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210586714.6A CN103103870B (zh) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | 一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103103870A true CN103103870A (zh) | 2013-05-15 |
CN103103870B CN103103870B (zh) | 2015-04-08 |
Family
ID=48312045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210586714.6A Active CN103103870B (zh) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | 一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103103870B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104831584A (zh) * | 2015-05-11 | 2015-08-12 | 青岛青蓝鳍节能科技有限公司 | 一种涤纶纤维导电纸及其制备方法 |
CN106488593A (zh) * | 2015-11-04 | 2017-03-08 | 石家庄邦迪高分子材料有限公司 | 一种远红外碳纤维复合发热膜 |
CN109706554A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-03 | 江苏宝德新材料有限公司 | 一种耐高温短纤维的制备方法 |
CN113699824A (zh) * | 2021-08-25 | 2021-11-26 | 上海骏珲新材料科技有限公司 | 一种碳纤维复合导电纸及其制备方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1344039A (zh) * | 2001-09-11 | 2002-04-10 | 石油大学(北京) | 离子交换膜燃料电池电极扩散层碳纤维复合纸及其制备方法 |
JP2003183994A (ja) * | 2001-10-09 | 2003-07-03 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 炭素繊維紙およびそれを用いた燃料電池用多孔質炭素電極基材 |
CN101003956A (zh) * | 2007-01-12 | 2007-07-25 | 东华大学 | 一种复合导电碳纤维纸 |
CN101591868A (zh) * | 2009-06-23 | 2009-12-02 | 东华大学 | 用于质子交换膜燃料电池气体扩散层的碳纤维纸的制备 |
-
2012
- 2012-12-28 CN CN201210586714.6A patent/CN103103870B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1344039A (zh) * | 2001-09-11 | 2002-04-10 | 石油大学(北京) | 离子交换膜燃料电池电极扩散层碳纤维复合纸及其制备方法 |
JP2003183994A (ja) * | 2001-10-09 | 2003-07-03 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 炭素繊維紙およびそれを用いた燃料電池用多孔質炭素電極基材 |
CN101003956A (zh) * | 2007-01-12 | 2007-07-25 | 东华大学 | 一种复合导电碳纤维纸 |
CN101591868A (zh) * | 2009-06-23 | 2009-12-02 | 东华大学 | 用于质子交换膜燃料电池气体扩散层的碳纤维纸的制备 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104831584A (zh) * | 2015-05-11 | 2015-08-12 | 青岛青蓝鳍节能科技有限公司 | 一种涤纶纤维导电纸及其制备方法 |
CN106488593A (zh) * | 2015-11-04 | 2017-03-08 | 石家庄邦迪高分子材料有限公司 | 一种远红外碳纤维复合发热膜 |
CN109706554A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-03 | 江苏宝德新材料有限公司 | 一种耐高温短纤维的制备方法 |
CN113699824A (zh) * | 2021-08-25 | 2021-11-26 | 上海骏珲新材料科技有限公司 | 一种碳纤维复合导电纸及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103103870B (zh) | 2015-04-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103103869B (zh) | 一种碳纤维复合功能纸的制备方法 | |
CN104163578B (zh) | 石墨烯涂覆的复合玻璃纤维的制备方法 | |
CN103966844B (zh) | 一种石墨烯导电复合纤维的制备方法 | |
CN101798774B (zh) | 一种碳纤维纸及其制备方法 | |
CN103103870B (zh) | 一种功能化碳纤维复合电热纸的制备方法 | |
CN109888295A (zh) | 一种锂离子电池集流体用涂层浆料、集流体及其制备方法 | |
CN105369686B (zh) | 一种高导电石墨烯碳纤维导电纸及其制备方法 | |
CN102226325A (zh) | 一种远红外碳纤维低温导电发热纸及其制备方法 | |
CN107086311B (zh) | 利用石墨烯碳素纤维导电纸制作燃料电池多孔扩散层电极板的方法 | |
CN107197549A (zh) | 石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热板及制作工艺 | |
CN107129752A (zh) | 一种石墨烯银纳米线复合浆料及其制备方法 | |
CN107761249A (zh) | 一种石墨烯‑玻璃纤维复合材料及其制备方法 | |
CN109137593A (zh) | 一种涂层增强型低紧度免碳化固态电解电容器纸及其制备方法 | |
CN106381752A (zh) | 一种碳纤维发热纸及其应用 | |
CN105155815B (zh) | 一种纳米碳纤维发热地板的制备方法 | |
CN108330679A (zh) | 一种石墨烯涂层导电纤维的制备方法 | |
CN106187264A (zh) | 一种具有电热和散热功能薄膜的制备方法 | |
CN110258105A (zh) | 多功能复合织物及其制备方法 | |
CN104831584A (zh) | 一种涤纶纤维导电纸及其制备方法 | |
CN109098029A (zh) | 一种新型碳纤维发热纸的制造方法 | |
CN106012090A (zh) | 一种石墨烯导电复合纤维的制备方法 | |
CN109788728A (zh) | 一种轻质吸波暗室尖锥材料及其制备方法 | |
CN109629228A (zh) | 一种多功能织物及其制备方法和应用 | |
CN106498710A (zh) | 具有电磁波吸收特性的纤维及其制备方法 | |
CN109763321A (zh) | 一种导电石墨烯/银复合芳纶丝束及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |