CN108660864A - 一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法 - Google Patents

一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法,首先利用分散剂在高速分散的条件下,将碳纤维和玻璃纤维稳定分散在水体系中,形成复合纤维的悬浮液,然后将一定比例的胶粘剂加入悬浮液中不断搅拌,经过湿法成型及真空下脱水,最后将湿毡在烘板中干燥得到复合导电毡。通过此工艺制备的导电材料机械强度高、耐腐蚀、导电性能可控,可应用于航空航天、面状发热、电磁屏蔽等领域。

Description

一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法
技术领域
本发明涉及复合导电材料领域,特别涉及一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法。
背景技术
碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。碳纤维材料又被称为碳纤维原料及碳化纤维,泛指一些以碳纤维编织或多层复合而成的材料。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软,可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维的其它特性包括高度的X射线穿透性、较高的抗化学、抗热和抗低温能力。
碳纤维作为一种优良的复合材料增强体,除了高比强度、高比模量等优秀的力学性能外,还表现出良好的导电导热、耐腐蚀、耐磨损等优异特性。近年来,碳纤维在航空航天、汽车、船舶、高端体育用品、建筑、家装等领域得到了越来越广泛的应用,促进了结构及功能一体化复合材料的发展及应用。
玻璃纤维是无机非金属材料家族中具有优异性能的纤维状材料,尤其是相对于透明、脆性的块状玻璃,其力学性能得到明显的提高,一般为块状玻璃的10-20 倍。玻璃纤维主要成分为氧化铝、氧化钙、氧化硅等氧化物,以氧化硅等无机物或废旧玻璃球为原料,玻璃原料在超过1000℃的高温状态下经熔融、拉丝、上油、集束、烘干等工艺制备而成,每束玻璃纤维原丝都是有数百、数千的纤维单丝集束而成。玻璃纤维的单丝直径由3微米至30 微米不等;除具有优良的力学性能,玻璃纤维还具有耐高温、电绝缘、耐腐蚀、吸湿低、抗氧化、伸长小等一系列优于其他人造高分子纤维的性能,从而使玻璃纤维得以非常广泛的应用在国民经济中的各个领域,如能源、化工、冶金、交通、电子、电气、航空等领域。
发明内容
基于现有技术的缺陷,本发明提供了一种碳纤维/玻璃纤维复合导电毡的制备方法,该方法制备的导电材料具有机械强度好、模量高、导电性佳,且电阻可控的特点。
为了实现上述目的,本发明的技术方案为:
一种碳纤维与玻璃纤维复配制备导电材料,通过加入分散剂使用高速分散的方式将碳纤维与玻璃纤维稳定分散在水体系中,通过湿法成型、烘板干燥后获得复合导电毡。
一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法,包括以下步骤:
(1)复合纤维悬浮液制备
将碳纤维与玻璃纤维按照一定比例混合加入到水中,然后在水中加入分散剂,通过高速分散机将纤维疏解并稳定分散在水体系中,得到复合纤维悬浮液。
(2)混合浆料的制备
按一定比例将配制好胶黏剂和增强剂加到制备好的纤维悬浮液中,通过不断搅拌消除共混纤维浆料中的絮团,使纤维均匀的分散并不快速沉降。
(3)脱水成形
将混合浆料加入到成型器中,搅拌均匀后稀释,然后经过真空条件下脱水,最后将成型后的湿纸幅转移到干燥板上烘干,获得一种玻璃纤维与碳纤维复合的导电毡。
优选的,步骤(1)所述的纤维原料为聚丙烯腈短切碳纤维和玻璃纤维。
进一步优选的,所述碳纤维单丝的长度为6mm;玻璃纤维单丝的直径为15μm。
优选的,步骤(1)所述的分散剂为阴离子聚丙烯酰胺、吐温-80、羧甲基纤维素钠中的一种、两种或三种组成。
优选的,步骤(1)所述的纤维分散均匀方法为高速分散。
进一步优选的,高速分散在35℃条件下疏解20 min。
优选的,步骤(2)所述的胶粘剂为环氧树脂、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯的一种、两种或三种混合组成。
优选的,步骤(2)所述增强剂为丙烯酸脂、丁苯胶乳中的一种或两种组成。
优选的,步骤(2)所述的搅拌速度为40~60r/min,时间为10-15min。
优选的,步骤(3)所述的浆料浓度为3-5%,加入成型器后浆料稀释至0.2~1.5%。
优选的,步骤(3)所述的干燥温度为120℃,烘干至复合材料的含水量≤5%。
各组分的作用如下:
碳纤维:碳纤维具有低密度、高强度、耐高温、抗化学腐蚀、高导电、高导热、生物相容性好等一系列优异特性,常被加工成各种功能材料或高性能复合材料。
玻璃纤维:玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料,优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好,机械强度高,玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料,电绝缘材料和绝热保温材料。
分散剂:使碳纤维和玻璃纤维在水体系中均匀分散,消除絮聚现象。
胶粘剂:将纤维与纤维粘连在一起,提高纤维之间的结合强度。
增强剂:增加纤维之间的结合强度,改善纸页成型,提高胶粘剂的留着。
该工艺的特点是:首先利用分散剂分散碳纤维和玻璃纤维,得到复合纤维悬浮液;然后通过添加胶黏剂和增强剂,增加纤维之间的结合强度;接着通过湿法成型的方法将制备的混合浆料加入到成型器中真空脱水,最后在平板干燥器烘干后得到碳纤维/玻璃纤维复合导电毡。通过此工艺制备的导电材料强度好、导电性佳,可以作为导电器件使用,应用前景广泛。
具体实施方式
为了更好的理解本发明,下面结合具体实施例来进一步说明。
实施例1:
(1)复合纤维悬浮液制备
将碳纤维和玻璃纤维分别按照绝干浆的10%与90%混合加入到水中,然后在水中加入浓度0.5%的羧甲基纤维素钠,通过高速分散机将纤维疏解20min并稳定分散在水体系中,得到复合纤维悬浮液。
(2)混合浆料的制备
将10%浓度的聚乙烯醇和20%浓度的环氧树脂加到制备好的纤维悬浮液中,通过不断搅拌(40r/min,10min)消除共混纤维浆料中的絮团,使纤维均匀的分散并不快速沉降,浆料浓度为3%。
(3)脱水成形
将混合浆料加入到纸页成型器中,搅拌均匀后稀释至0.5%,然后经过真空条件下脱水、压榨、120℃干燥20min后获得高匀度纤维复合导电材料。
实施例2:
(1)复合纤维悬浮液制备
将碳纤维和玻璃纤维分别按照绝干浆的15%与85%混合加入到水中,然后在水中加入浓度1%的吐温-80,通过高速分散机将纤维疏解15min并稳定分散在水体系中,得到复合纤维悬浮液。
(2)混合浆料的制备
将10%浓度的聚乙烯醇和30%浓度的丙烯酸脂乳液加到制备好的纤维悬浮液中,通过不断搅拌(50r/min,10min)消除共混纤维浆料中的絮团,使纤维均匀的分散并不快速沉降,浆料浓度为5%。
(3)脱水成形
将混合浆料加入到纸页成型器中,搅拌均匀后稀释至1%,然后经过真空条件下脱水、压榨、120℃干燥20min后获得高匀度纤维复合导电材料。
实施例3:
(1)复合纤维悬浮液制备
将碳纤维和玻璃纤维分别按照绝干浆的20%与80%混合加入到水中,然后在水中加入浓度0.02%的阴离子聚丙烯酰胺,通过高速分散机将纤维疏解15min并稳定分散在水体系中,得到复合纤维悬浮液。
(2)混合浆料的制备
将10%浓度的聚乙烯醇和35%浓度的丁苯胶乳加到制备好的纤维悬浮液中,通过不断搅拌(60r/min,10min)消除共混纤维浆料中的絮团,使纤维均匀的分散并不快速沉降,浆料浓度为4%。
(3)脱水成形
将混合浆料加入到纸页成型器中,搅拌均匀后稀释至0.3%,然后经过真空条件下脱水、压榨、120℃干燥20min后获得高匀度纤维复合导电材料。
实施例4:
将实施例1中步骤(1)复合纤维悬浮液制备过程改为“将碳纤维和玻璃纤维分别按照绝干浆的30%与70%混合加入到水中,然后在水中加入浓度0.5%的羧甲基纤维素钠,通过高速分散机将纤维疏解20min并稳定分散在水体系中,得到复合纤维悬浮液”,其他同实施例1中所述。
实施例5:
将实施例2中步骤(1)复合纤维悬浮液制备过程改为“将碳纤维和玻璃纤维分别按照绝干浆的40%与60%混合加入到水中,然后在水中加入浓度1%的吐温-80,通过高速分散机将纤维疏解15min并稳定分散在水体系中,得到复合纤维悬浮液”,其他同实施例2中所述。
实施例6:
将实施例3中步骤(1)纸的制备过程改为“将碳纤维和玻璃纤维分别按照绝干浆的50%与50%混合加入到水中,然后在水中加入浓度0.02%的阴离子聚丙烯酰胺,通过高速分散机将纤维疏解15min并稳定分散在水体系中,得到复合纤维悬浮液”,其他同实施例3中所述。
实施例样品的导电性能
样品序号 碳纤维添加量(%) 电阻(Ω)
实施例1 10 2500
实施例2 15 1200
实施例3 20 650
实施例4 30 320
实施例5 40 200
实施例6 50 150
总结与结论
本研究结果表明,本申请制备的碳纤维/玻璃纤维复合导电毡具有很好的导电效果,并且可以通过改变碳纤维与玻璃纤维的配比控制其导电性能。当碳纤维添加量为50%,分散剂为0.5%的羧甲基纤维素钠,胶粘剂为30%的丙烯酸脂,经湿法成型、烘板干燥的复合导电材料强度高,电阻小,得到电阻可控的复合毡导电性好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受实施例的限制,其它任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、组合、替代、简化均应为等效替换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法,其特征在于:
(1)复合纤维悬浮液制备
将碳纤维与玻璃纤维按照一定比例混合加入到水中,然后在水中加入分散剂,通过高速分散机将纤维疏解并稳定分散在水体系中,得到复合纤维悬浮液;
(2)混合浆料的制备
按一定比例将配制好胶黏剂和增强剂加到制备好的纤维悬浮液中,通过不断搅拌消除共混纤维浆料中的絮团,使纤维均匀的分散并不快速沉降;
(3)脱水成形
将混合浆料加入到成型器中,搅拌均匀后稀释,然后经过真空条件下脱水,最后将成型后的湿纸幅转移到干燥板上烘干,获得一种玻璃纤维与碳纤维复合的导电毡。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法,其特征在于:步骤(1)所述的纤维原料为聚丙烯腈短切碳纤维和玻璃纤维,其中碳纤维单丝的长度为6mm;玻璃纤维单丝的直径为15μm。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法,其特征在于:步骤(1)所述的分散剂为阴离子聚丙烯酰胺、吐温-80、羧甲基纤维素钠中的一种、两种或三种组成。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法,其特征在于:步骤(1)所述的纤维分散均匀方法为高速分散,高速分散在35℃条件下疏解20 min。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法,其特征在于:步骤(2)所述的胶粘剂为环氧树脂、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯的一种、两种或三种混合组成。
6.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法,其特征在于:步骤(2)所述增强剂为丙烯酸脂、丁苯胶乳中的一种或两种组成。
7.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法,其特征在于:步骤(2)所述的搅拌速度为40~60r/min,时间为10-15min。
8.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法,其特征在于:步骤(3)所述的浆料浓度为3-5%,加入成型器后浆料稀释至0.2~1.5%。
9.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复配碳纤维制备导电毡的方法,其特征在于:步骤(3)所述的干燥温度为120℃,烘干至复合材料的含水量≤5%。
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