CN103451989B - 一种电热耐高温碳纤维纸及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电热耐高温碳纤维纸的浆料，所述浆料中的纤维由如下质量百分比的组分构成：碳纤维I：40～70%；碳纤维II：5～30%；间位芳纶沉析纤维：5～30%；其中，所述碳纤维I的长度为1～5mm，纤度为1.5D；所述碳纤维II的长度为8～10mm，纤度为1.5D；所述间位芳纶沉析纤维的打浆度为40～80°SR。本发明还公开了所述浆料的制备方法、使用所述浆料制备的间位芳纶沉析纤维/碳纤维复合的电热耐高温碳纤维纸及其制备方法。本发明所述方法显著的提高了复合纸的机械强度、可操作性，减少抄造过程中的断纸，提高了生产效率，同时提升了复合碳纤维纸的耐温等级和阻燃效果，提高了安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种造纸方法，特别是涉及一种间位芳纶沉析纤维/碳纤维复合的电热耐高温碳纤维纸及其制备方法。
背景技术
碳纤维是由含炭量较高(通常在90%以上)的原料纤维，放在惰性气体中，经200～300℃的热稳定氧化、1000～2000℃的碳化及石墨化处理而成。碳纤维具有耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，外形有显著的各向异性，柔软、可加工成各种织物，比重小，沿纤维轴方向表现出很高的强度。
电热碳纤维纸可用于公共浴室、高温瑜伽、桑拿间、按摩房的加热取暖。更因为电热碳纤维纸以其安全、高效、易控、易安装（可成任意形状安装）、寿命长、投资少、维护费用低、使用范围广泛等诸多特点，在工业方面也获得了越来越广泛的应用。
目前市场应用的电热碳纤维纸在抄造过程中大多添加了植物纤维和耐温等级较低的合成纤维，造成其耐温等级较低，工作温度基本在80℃以下。无法满足一些高端使用场合的应用要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种间位芳纶沉析纤维/碳纤维复合的电热耐高温碳纤维纸及其制备方法。
本发明的另一目的是提供一种用以制备所述间位芳纶沉析纤维/碳纤维复合的电热耐高温碳纤维纸的浆料及其制备方法。
一种电热耐高温碳纤维纸的浆料，所述浆料中的纤维由如下质量百分比的组分构成：
碳纤维I：40～70%；
碳纤维II：5～30%；
间位芳纶沉析纤维：5～30%；
其中，所述碳纤维I的长度为1～5mm，纤度为1.5D；所述碳纤维II的长度为8～10mm，纤度为1.5D；所述间位芳纶沉析纤维的打浆度为40～80°SR。
本发明所述电热耐高温碳纤维纸的浆料，其中所述浆料中的纤维由如下质量百分比的组分构成：碳纤维I：65%；碳纤维II：15%；间位芳纶沉析纤维：20%。
一种制备所述浆料的方法，包括如下步骤：
（1）将碳纤维I、碳纤维II和间位芳纶沉析纤维分别加入水中，搅拌混匀并超声分散或机械分散，分别制得碳纤维I浆料、碳纤维II浆料和间位芳纶沉析纤维浆料；
（2）将步骤（1）中获得的三种浆料按比例混合。
本发明所述浆料的制备方法，其中，步骤（1）具体为：
碳纤维I浆料的制备：在100份水中加入碳纤维I1～5份，使用搅拌器搅拌分散5～10分钟，搅拌速度为300～500r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入300～700份的水，再用超声波分散装置对混合液分散5～10分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
碳纤维II浆料的制备：在100份水中加入碳纤维II1～5份，使用搅拌器搅拌分散5～10分钟，搅拌速度为300～500r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入300～700份的水，再用超声波分散装置对混合液分散15～45分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
间位芳纶沉析纤维浆料的制备：在100份水中加入间位芳纶沉析纤维1～5份，使用碎浆机分散5～10分钟，搅拌速度为300～500r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入300～700份的水，再用机械分散装置对混合液分散5～10分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个。
一种使用所述浆料制备的间位芳纶沉析纤维/碳纤维复合的电热耐高温碳纤维纸。
一种制备所述的电热耐高温碳纤维纸的方法，包括如下步骤：
A.浆料上网成形；
B.压榨、干燥；
C.高温压光处理。
本发明所述的制备电热耐高温碳纤维纸的方法，其中步骤A中所述浆料上网成形过程中采用专用斜网成型器斜网成形方法，浆速和网速的比值为0.96～1.02:1之间，上网浓度为0.01～0.03％。
本发明所述的制备电热耐高温碳纤维纸的方法，其中步骤B中所述压榨方法采用双辊双毯一道压榨脱水，压榨线压力为30～50kN/m；干燥方法采用接触式干网辅助烘缸干燥，烘干温度为80～115℃，烘干时间为0.5～2分钟。
本发明所述的制备电热耐高温碳纤维纸的方法，其中步骤C中所述高温压光处理工作温度为200～280℃，以100～350kN/m线压条件热压成型。
本发明所述的制备电热耐高温碳纤维纸的方法与现有技术不同之处在于：
本发明在造纸使用的碳纤维浆料中添加适量的间位芳纶沉析纤维，可以显著的提高复合纸的机械强度、可操作性，减少抄造过程中的断纸，提高生产效率；间位芳纶（聚间苯二甲酰间苯二胺）是排列规整的锯齿型大分子，在熔融以前就已经分解，玻璃化温度Tg为270℃，在350℃以下不会发生明显的分解和碳化；当温度超过400℃时，纤维逐渐发脆、炭化直至分解，但是不会产生熔滴；在火焰中不延燃，具有较好的阻燃性，极限氧指数LOI为29%—32%，性能极佳；凭借间位芳纶沉析纤维优异的阻燃、耐高温性能，大幅度的提升复合碳纤维纸的耐温等级以及阻燃效果，进一步的提高了复合碳纤维纸在使用中的安全性能；间位芳纶沉析纤维碳纤维的复合纸经过高温定型后，厚度可以控制在0.5mm以下，柔软性好，可加工性强；间位芳纶的优异性能使间位芳纶沉析纤维/碳纤维复合电热耐高温碳纤维纸能够长时间在200℃高温的工况下工作。
本发明显著地提高了电热耐高温碳纤维纸的机械强度，解决了现有电热碳纤维纸产品纸质疏松，机械强度低，后续加工难度大的问题。同时充分利用斜网技术良好分散长纤维的性能，在发明中加入了8-10mm的碳纤维,通过长纤维与间位芳纶沉析纤维的较好的结合，进一步提升了湿纸页的机械强度，减少抄造过程中的断纸，提高了生产效率；大幅度的提升电热耐高温碳纤维纸的耐温等级以及阻燃效果，结合间位芳纶沉析纤维优异的耐温性能，本发明制作的热耐高温碳纤维纸的耐温可达到200℃，而现有电热碳纤维纸产品的耐温通常不超过80℃,。进一步的提高了复合碳纤维纸在使用中的安全性能。
下面结合附图对本发明所述的制备电热耐高温碳纤维纸及其制备方法作进一步说明。
附图说明
图1为本发明所述制备电热耐高温碳纤维纸的方法的流程示意图。
具体实施方式
实施例1
一种电热耐高温碳纤维纸的浆料，所述浆料中的纤维由如下质量百分比的组分构成：碳纤维I：65%；碳纤维II：15%；间位芳纶沉析纤维：20%；其中，所述碳纤维I的长度为1～5mm，纤度为1.5D；所述碳纤维II的长度为8～10mm，纤度为1.5D；所述间位芳纶沉析纤维的打浆度为40～80°SR。
一种制备所述浆料的方法，包括如下步骤：
（1）三种浆料的制备：
碳纤维I浆料的制备：在100份水中加入碳纤维I1份，使用搅拌器搅拌分散5分钟，搅拌速度为300r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入400份的水，再用超声波分散装置对混合液分散10分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
碳纤维II浆料的制备：在100份水中加入碳纤维II1份，使用搅拌器搅拌分散5分钟，搅拌速度为300r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入600份的水，再用超声波分散装置对混合液分散15分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
间位芳纶沉析纤维浆料的制备：在100份水中加入间位芳纶沉析纤维1份，使用碎浆机分散5分钟，搅拌速度为300r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入300份的水，再用机械分散装置对混合液分散5分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个。
（2）将步骤（1）中获得的三种浆料按比例混合，混合后的浆料中含有如下质量百分比的纤维：碳纤维I：65%，碳纤维II：15%，间位芳纶沉析纤维：20%。
一种使用所述浆料制备的间位芳纶沉析纤维/碳纤维复合的电热耐高温碳纤维纸。
一种制备所述的电热耐高温碳纤维纸的方法，如图1所示，包括如下步骤：
A.浆料上网成形：采用专用斜网成型器斜网成形方法，浆速和网速的比值为0.96:1，上网浓度为0.01％；
B.压榨、干燥：采用双辊双毯一道压榨脱水，压榨线压力为30kN/m；干燥方法采用接触式干网辅助烘缸干燥，烘干温度为100℃，烘干时间为0.5分钟；
C.高温压光处理：处理过程中工作温度为280℃，以200kN/m线压条件热压成型。
实施例2
一种电热耐高温碳纤维纸的浆料，所述浆料中的纤维由如下质量百分比的组分构成：碳纤维I：70%；碳纤维II：5%；间位芳纶沉析纤维：25%；其中，所述碳纤维I的长度为1～5mm，纤度为1.5D；所述碳纤维II的长度为8～10mm，纤度为1.5D；所述间位芳纶沉析纤维的打浆度为40～80°SR。
一种制备所述浆料的方法，包括如下步骤：
（1）三种浆料的制备：
碳纤维I浆料的制备：在100份水中加入碳纤维I1份，使用搅拌器搅拌分散5分钟，搅拌速度为300r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入300份的水，再用超声波分散装置对混合液分散5分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
碳纤维II浆料的制备：在100份水中加入碳纤维II1份，使用搅拌器搅拌分散5分钟，搅拌速度为300r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入300份的水，再用超声波分散装置对混合液分散15分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
间位芳纶沉析纤维浆料的制备：在100份水中加入间位芳纶沉析纤维1份，使用碎浆机分散5分钟，搅拌速度为300r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入300份的水，再用机械分散装置对混合液分散5分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个。
（2）将步骤（1）中获得的三种浆料按比例混合，混合后的浆料中含有如下质量百分比的纤维：碳纤维I：70%，碳纤维II：5%，间位芳纶沉析纤维：25%。
一种使用所述浆料制备的间位芳纶沉析纤维/碳纤维复合的电热耐高温碳纤维纸。
一种制备所述的电热耐高温碳纤维纸的方法，包括如下步骤：
A.浆料上网成形：采用专用斜网成型器斜网成形方法，浆速和网速的比值为0.96:1，上网浓度为0.01％；
B.压榨、干燥：采用双辊双毯一道压榨脱水，压榨线压力为30kN/m；干燥方法采用接触式干网辅助烘缸干燥，烘干温度为80℃，烘干时间为0.5分钟；
C.高温压光处理：处理过程中工作温度为200℃，以100kN/m线压条件热压成型。
实施例3
一种电热耐高温碳纤维纸的浆料，所述浆料中的纤维由如下质量百分比的组分构成：碳纤维I：65%；碳纤维II：30%；间位芳纶沉析纤维：5%；其中，所述碳纤维I的长度为1～5mm，纤度为1.5D；所述碳纤维II的长度为8～10mm，纤度为1.5D；所述间位芳纶沉析纤维的打浆度为40～80°SR。
一种制备所述浆料的方法，包括如下步骤：
（1）三种浆料的制备：
碳纤维I浆料的制备：在100份水中加入碳纤维I5份，使用搅拌器搅拌分散10分钟，搅拌速度为500r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入700份的水，再用超声波分散装置对混合液分散10分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
碳纤维II浆料的制备：在100份水中加入碳纤维II5份，使用搅拌器搅拌分散10分钟，搅拌速度为500r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入700份的水，再用超声波分散装置对混合液分散45分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
间位芳纶沉析纤维浆料的制备：在100份水中加入间位芳纶沉析纤维5份，使用碎浆机分散10分钟，搅拌速度为500r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入700份的水，再用机械分散装置对混合液分散10分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个。
（2）将步骤（1）中获得的三种浆料按比例混合，混合后的浆料中含有如下质量百分比的纤维：碳纤维I：65%，碳纤维II：30%，间位芳纶沉析纤维：5%。
一种使用所述浆料制备的间位芳纶沉析纤维/碳纤维复合的电热耐高温碳纤维纸。
一种制备所述的电热耐高温碳纤维纸的方法，如图1所示，包括如下步骤：
A.浆料上网成形：采用专用斜网成型器斜网成形方法，浆速和网速的比值为1.02:1，上网浓度为0.03％；
B.压榨、干燥：采用双辊双毯一道压榨脱水，压榨线压力为50kN/m；干燥方法采用接触式干网辅助烘缸干燥，烘干温度为115℃，烘干时间为2分钟；
C.高温压光处理：处理过程中工作温度为280℃，以350kN/m线压条件热压成型。
实施例4
一种电热耐高温碳纤维纸的浆料，所述浆料中的纤维由如下质量百分比的组分构成：碳纤维I：40%；碳纤维II：30%；间位芳纶沉析纤维：30%；其中，所述碳纤维I的长度为1～5mm，纤度为1.5D；所述碳纤维II的长度为8～10mm，纤度为1.5D；所述间位芳纶沉析纤维的打浆度为40～80°SR。
一种制备所述浆料的方法，包括如下步骤：
（1）三种浆料的制备：
碳纤维I浆料的制备：在100份水中加入碳纤维I3份，使用搅拌器搅拌分散8分钟，搅拌速度为400r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入500份的水，再用超声波分散装置对混合液分散7分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
碳纤维II浆料的制备：在100份水中加入碳纤维II3份，使用搅拌器搅拌分散8分钟，搅拌速度为400r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入500份的水，再用超声波分散装置对混合液分散30分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
间位芳纶沉析纤维浆料的制备：在100份水中加入间位芳纶沉析纤维3份，使用碎浆机分散8分钟，搅拌速度为400r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入500份的水，再用机械分散装置对混合液分散8分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个。
（2）将步骤（1）中获得的三种浆料按比例混合，混合后的浆料中含有如下质量百分比的纤维：碳纤维I：40%，碳纤维II：30%，间位芳纶沉析纤维：30%。
一种使用所述浆料制备的间位芳纶沉析纤维/碳纤维复合的电热耐高温碳纤维纸。
一种制备所述的电热耐高温碳纤维纸的方法，如图1所示，包括如下步骤：
A.浆料上网成形：采用专用斜网成型器斜网成形方法，浆速和网速的比值为1:1，上网浓度为0.02％；
B.压榨、干燥：采用双辊双毯一道压榨脱水，压榨线压力为40kN/m；干燥方法采用接触式干网辅助烘缸干燥，烘干温度为100℃，烘干时间为1分钟；
C.高温压光处理：处理过程中工作温度为250℃，以200kN/m线压条件热压成型。
实施例5
一种电热耐高温碳纤维纸的浆料，所述浆料中的纤维由如下质量百分比的组分构成：碳纤维I：55%；碳纤维II：25%；间位芳纶沉析纤维：20%；其中，所述碳纤维I的长度为1～5mm，纤度为1.5D；所述碳纤维II的长度为8～10mm，纤度为1.5D；所述间位芳纶沉析纤维的打浆度为40～80°SR。
一种制备所述浆料的方法，包括如下步骤：
（1）三种浆料的制备：
碳纤维I浆料的制备：在100份水中加入碳纤维I4份，使用搅拌器搅拌分散7分钟，搅拌速度为350r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入600份的水，再用超声波分散装置对混合液分散7分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
碳纤维II浆料的制备：在100份水中加入碳纤维II4份，使用搅拌器搅拌分散9分钟，搅拌速度为450r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入600份的水，再用超声波分散装置对混合液分散40分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
间位芳纶沉析纤维浆料的制备：在100份水中加入间位芳纶沉析纤维4份，使用碎浆机分散9分钟，搅拌速度为350r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入400份的水，再用机械分散装置对混合液分散9分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个。
（2）将步骤（1）中获得的三种浆料按比例混合，混合后的浆料中含有如下质量百分比的纤维：碳纤维I：55%，碳纤维II：25%，间位芳纶沉析纤维：20%。
一种使用所述浆料制备的间位芳纶沉析纤维/碳纤维复合的电热耐高温碳纤维纸。
一种制备所述的电热耐高温碳纤维纸的方法，如图1所示，包括如下步骤：
A.浆料上网成形：采用专用斜网成型器斜网成形方法，浆速和网速的比值为0.98:1之间，上网浓度为0.01％；
B.压榨、干燥：采用双辊双毯一道压榨脱水，压榨线压力为45kN/m；干燥方法采用接触式干网辅助烘缸干燥，烘干温度为90℃，烘干时间为1.5分钟；
C.高温压光处理：处理过程中工作温度为270℃，以300kN/m线压条件热压成型。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种电热耐高温碳纤维纸的浆料，其特征在于：
所述浆料中的纤维由如下质量百分比的组分构成：
碳纤维I：40～70％；
碳纤维II：5～30％；
间位芳纶沉析纤维：5～30％；
其中，所述碳纤维I的长度为1～5mm，纤度为1.5D；所述碳纤维II的长度为8～10mm，纤度为1.5D；所述间位芳纶沉析纤维的打浆度为40～80°SR；
所述浆料由如下方法制备而成：
(1)将碳纤维I、碳纤维II和间位芳纶沉析纤维分别加入水中，搅拌混匀并超声分散或机械分散，分别制得碳纤维I浆料、碳纤维II浆料和间位芳纶沉析纤维浆料；
(2)将步骤(1)中获得的三种浆料按比例混合；
其中，碳纤维I浆料的制备方法：在100份水中加入碳纤维I1～5份，使用搅拌器搅拌分散5～10分钟，搅拌速度为300～500r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入300～700份的水，再用超声波分散装置对混合液分散5～10分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
碳纤维II浆料的制备方法：在100份水中加入碳纤维II1～5份，使用搅拌器搅拌分散5～10分钟，搅拌速度为300～500r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入300～700份的水，再用超声波分散装置对混合液分散15～45分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个；
间位芳纶沉析纤维浆料的制备方法：在100份水中加入间位芳纶沉析纤维1～5份，使用碎浆机分散5～10分钟，搅拌速度为300～500r/min，使混合液中无肉眼可见的团块后再加入300～700份的水，再用机械分散装置对混合液分散5～10分钟，同时搅拌混合液，使每200ml中的混合液在光照下的絮状物少于5个。
2.使用如权利要求1所述的浆料制备的电热耐高温碳纤维纸。
3.一种制备权利要求2所述的电热耐高温碳纤维纸的方法，其特征在于：包括如下步骤：
A.浆料上网成形；
B.压榨、干燥；
C.高温压光处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤A中所述浆料上网成形过程中采用专用斜网成型器斜网成形方法，浆速和网速的比值为0.96～1.02:1之间，上网浓度为0.01～0.03％。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：步骤B中所述压榨方法采用双辊双毯一道压榨脱水，压榨线压力为30～50kN/m；干燥方法采用接触式干网辅助烘缸干燥，烘干温度为80～115℃，烘干时间为0.5～2分钟。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤C中所述高温压光处理工作温度为200～280℃，以100～350kN/m线压条件热压成型。
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