CN113699824A - 一种碳纤维复合导电纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种碳纤维复合导电纸，由以下质量百分比的原料组成：基体纤维55‑95.9％、短切碳纤维2‑37.5％、石墨烯混合物0.2‑2％、分散剂0.1‑0.5％及热熔粘结纤维1.8‑5％。本公开还提供了一种碳纤维复合导电纸的制备方法。本公开有效的解决了现有导电纸制备的电热材料表面发热不均匀，温差过大，发热性能不稳定，使用寿命较低，红外辐射率低等问题。本公开的碳纤维复合导电纸可广泛应用于各类面状远红外电加热元件。

Description

一种碳纤维复合导电纸及其制备方法
技术领域
本公开涉及导电纸的技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合导电纸及其制备方法。
背景技术
碳纤维导电纸应具有优异的红外性能，采用碳纤维导电纸制备的电热材料电热转换效率高，红外辐射一般可以达到60％以上，其被广泛应用于地板采暖、康复理疗、食品干燥、杀菌、穿戴设备、家用电器等领域。
中国专利公开号CN102226325A公布了一种远红外碳纤维低温导电发热纸，包括原浆板、碳纤维、纳米远红外负离子粉以及扩散剂。该方案将纸浆打浆后加入经过碳化处理、水相处理、亲水性处理的碳纤维浸渍，进行均质并继续打浆后将混合浆料取料测量其电阻，电阻误差在2％±10％内的混合浆料抄造成纸。该方案的虽然对碳纤维进行了水相处理和亲水性处理，但是电阻误差在2％±10％内的混合浆料抄造成纸并没有从根本上解决碳纤维的疏水性和在纸浆浆料中不易均匀分散的问题，使得抄造的导电纸良品率低，发热不够均匀，在使用过程中会发生因碳纤维分散不均匀造成电击穿等威胁人身安全的问题。
目前的导电纸还存在批量化生产不稳定，制备的发热产品发热不均匀，温差过大，使用寿命较低，红外辐射率低，表面泄露电流过大，这些缺陷使得产品质量饱受消费者质疑，同时也带来了极大的安全隐患。有鉴于此，本发明人研究和设计出了一种碳纤维复合导电纸及其制备方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种碳纤维复合导电纸及其制备方法，其目的在于使碳纤维复合导电纸形成稳定的三维导电填充网络结构，它能有效的解决现有导电纸制备的电热材料表面发热不均匀，温差过大，发热性能不稳定，使用寿命较低，红外辐射率低等问题。本公开的碳纤维复合导电纸可广泛应用于各类面状远红外电加热元件。
为了实现上述目的，本公开采用以下的技术方案：
一种碳纤维复合导电纸，由以下质量百分比的原料组成：基体纤维55-95.9％、短切碳纤维2-37.5％、石墨烯混合物0.2-2％、分散剂0.1-0.5％及热熔粘结纤维1.8-5％。
根据本公开的至少一个实施方式，所述的基体纤维为木质纤维、棉麻纤维、锦纶纤维、聚酯纤维或芳纶纤维中的一种或几种组合；所述基体纤维包括基体长纤维及基体短纤维，所述基体长纤维的长度为0.7-1.2mm和所述基体短纤维长度为2.4-5mm；所述基体长纤维和所述基体短纤维的重量比为(3-5)：1。
根据本公开的至少一个实施方式，所述短切碳纤维采用长度为2mm、3mm和4mm的聚丙烯腈系碳纤维，三者的重量比为1：(0.6-0.8)：(0.3-0.5)；所述短切碳纤维为经过上浆、干燥的碳纤维经短切而得到的水分散性短切碳纤维。
根据本公开的至少一个实施方式，所述石墨烯混合物为氧化石墨烯和石墨粉混合而成，两者的重量比为1：(10-20)；所述石墨粉采用粒度为4-20μm的石墨粉体，所述氧化石墨烯和所述石墨粉经气流粉碎机粉碎混合而成。
根据本公开的至少一个实施方式，所述分散剂为阴离子聚丙烯酰胺或聚环氧乙烷的一种或两者组合；所述分散剂的水溶液质量百分比浓度为0.5-2％。
根据本公开的至少一个实施方式，所述热熔粘结纤维为低熔点共聚酰胺纤维、乙烯-醋酸乙烯共聚物纤维、低熔点复合纤维或低熔点热塑纤维中的一种或几种组合。
一种碳纤维复合导电纸的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对基体纤维进行打浆：
步骤1.1：将基体长纤维放入打浆机中，用35-60℃的热水浸泡15-30min,启动打浆机进行打浆，打浆时间30-90min；
步骤1.2：将基体短纤维放入打浆机中，用35-60℃的热水浸泡15-30min,启动打浆机进行打浆，打浆时间20-60min；
步骤2：分别对步骤1.1和步骤1.2打浆后的基体长纤维和基体短纤维进行磨浆；
步骤3：制备水分散性短切碳纤维溶液：
步骤3.1：制备水分散短切碳纤维：
步骤3.1.1：对碳纤维单丝进行水分散性上浆处理，上浆处理采用的上浆剂是表面活性剂和分散剂的水性乳液，表面活性剂为聚乙二醇或聚丙烯酰胺中的一种或组合，其质量为上浆剂质量的2-10％，分散剂为阴离子聚丙烯酰胺或聚氧化乙烯中的一种或组合，其质量为上浆剂质量的0.5-2％；
碳纤维具有优异的电学性能和稳定的辐射率，在0-1200K温度之间，其辐射率均在90％以上，但是碳纤维具有疏水性，短切碳纤维长度大于1mm时，其疏水性随着长度的增加而明显，短切碳纤维在水中进行分散时，极易造成絮凝成团。对碳纤维进行水分散型处理，能有效的改善碳纤维与水的接触角，提高其亲水性，从而提高短切碳纤维在水中的分散性，极大的避免碳纤维在水中分散时出现絮凝。
步骤3.1.2：对步骤3.1.1上浆后的碳纤维进行干燥处理，干燥处理可采用热风干燥或红外干燥，干燥温度为70-100℃；
步骤3.1.3：对步骤3.1.2得到的干燥的碳纤维进行短切处理，短切长度分别为2mm、3mm和4mm；
步骤3.2：对水分散性短切碳纤维进行水相处理：
步骤3.2.1：将所述的2mm、3mm和4mm长度的水分散性短切碳纤维按照配比分别称重；
步骤3.2.2：将所述分散剂按照配比称重；
步骤3.2.3：向高速搅拌机里注入洁净的水，启动高速搅拌机，搅拌机转速为400-800r/min；
步骤3.2.4：将步骤3.2.2的分散剂装入漏斗中，将漏斗中的分散剂置于匀速出水的水管上方，使分散剂均匀流入装有洁净水的高速搅拌机中进行分散剂均质处理，均质时间10-30min；
在进行分散剂溶液工程化的制备过程中，因为使用量大，往往一次性将分散剂投入到水中，极易出现分散剂在水中凝结，无论是阴离子聚丙烯酰胺还是聚环氧乙烷，在制备溶液时一旦发生凝结，极难将凝结除去，而加入碳纤维溶液后，凝结的分散剂会导致碳纤维絮凝，造成抄造的导电纸上出现碳纤维絮凝，从而影响使用。将分散剂装入漏斗中，在工程化应用中经多次实际应用测试，通过匀速流入水流中并加入到搅拌机中，能极大的提高分散剂的水溶性，避免分散剂在水中凝结。
步骤3.2.5：将步骤3.2.1中的2mm长度的水分散性短切碳纤维投入到步骤3.2.4的分散剂水溶液中，搅拌时间15-30min，搅拌机转速为800-1600r/min，从而得到2mm长度的水相处理的碳纤维溶液；
步骤3.2.6：重复步骤3.2.2至步骤3.2.4，将步骤3.2.1中的3mm长度的水分散性短切碳纤维投入到步骤3.2.4的分散剂水溶液中，搅拌时间15-35min，搅拌机转速为800-1600r/min，从而得到3mm长度的水相处理的碳纤维溶液；
步骤3.2.7：重复步骤3.2.2至步骤3.2.4，将步骤3.2.1中的4mm长度的水分散性短切碳纤维投入到步骤3.2.4的分散剂水溶液中，搅拌时间15-45min，搅拌机转速为800-1600r/min，从而得到4mm长度的水相处理的碳纤维溶液；
步骤4：制备石墨烯混合物与基体纤维混合浆料：
步骤4.1：制备石墨烯混合物与基体长纤维混合浆料：
步骤4.1.1：按照基体长纤维在基体纤维中的重量百分比配比称重石墨烯混合物的重量；
步骤4.1.2：按照基体长纤维在基体纤维中的重量百分比配比称重热熔粘结纤维的重量；
步骤4.1.3：将步骤2中得到的磨浆后的基体长纤维抽入到均质机中，均质机转速为600-1000r/min；
步骤4.1.4：将步骤4.1.1中的石墨烯混合物倒入到步骤4.1.3中的均质机中进行均质，均质时间15-30min；
步骤4.1.5：将蒸汽管放入均质机中对步骤4.1.4中均质的混合溶液进行加热，蒸汽温度100-120℃；
步骤4.1.6：将熔粘结纤维导入蒸汽加热的均质机中，蒸汽加热时间10-20min，蒸汽加热混合溶液的温度最高不超过65℃；
步骤4.1.7：得到石墨烯混合物与基体长纤维混合浆料。
步骤4.2：制备石墨烯混合物与基体短纤维混合浆料；
步骤4.2.1：按照基体短纤维在基体纤维中的重量百分比配比称重石墨烯混合物的重量；
步骤4.2.2：按照基体短纤维在基体纤维中的重量百分比配比称重热熔粘结纤维的重量；
步骤4.2.3：将步骤2中得到的磨浆后的基体短纤维抽入到均质机中，均质机转速为600-1000r/min；
步骤4.2.4：将步骤4.1.1中的石墨烯混合物倒入到步骤4.2.3中的均质机中进行均质，均质时间15-25min；
步骤4.2.5：将蒸汽管放入均质机中对步骤4.2.4中均质的混合溶液进行加热，蒸汽温度100-120℃；
步骤4.2.6：将熔粘结纤维导入蒸汽加热的均质机中，蒸汽加热时间10-20min，蒸汽加热混合溶液的温度最高不超过65℃；
步骤4.2.7：得到石墨烯混合物与基体短纤维混合浆料；
在制备石墨烯混合物与基体纤维混合浆料时，热熔粘结纤维在常温状态下不易溶于水，采用蒸汽可使其快速溶于水，避免溶解不充分使得基体纤维出现粘结。石墨烯混合物主要是由石墨烯和石墨组成，石墨烯和石墨的粒径都是微米级，溶解后的热熔纤维混合溶液能有效的将石墨烯和石墨黏附到基体纤维的长纤维或短纤维上,确保抄造的导电纸形成稳定的三维导电填充网络结构。
步骤5：将步骤4.1.7的混合浆料抽入到混浆池中，启动混浆均质机，均质机转速为600-1000r/min；
步骤6：将步骤3.2.5得到2mm长度的水相处理的碳纤维溶液抽入到步骤5的混浆池中进行混浆均质，均质时间10-30min；
步骤7：将步骤3.2.5得到4mm长度的水相处理的碳纤维溶液抽入到步骤6的混浆池中进行混浆均质，均质时间10-20min；
步骤8：将步骤4.2.7得到石墨烯混合物与基体短纤维混合浆料抽入到步骤7的混浆池中进行混浆均质，均质时间20-30min；
步骤9：将步骤3.2.6得到3mm长度的水相处理的碳纤维溶液抽入到步骤8的混浆池中进行混浆均质，同时将蒸汽管放入混浆池中进行蒸汽加热，蒸汽温度100-120℃，蒸汽加热酱料的温度最高不超过75℃，均质时间30-80min；首先将2mm长度的水相处理的碳纤维与石墨烯混合物与基体长纤维混合浆料进行混浆，有利于溶液中基体长纤维与短纤维均匀分散。放入4mm长度的水相处理的碳纤维溶液后，4mm长度的碳纤维与基体长纤维易发生缠绕从而导致碳纤维絮凝，而再依次放入基体短纤维混合浆料和3mm长度的水相处理的碳纤维溶液后，基体短纤维和3mm的短切碳纤维又能将4mm长度的碳纤维与基体长纤维之间的缠绕在高速均质和蒸汽加热的状况下冲破，并使得基体纤维与碳纤维均匀分散。在均匀分散的酱料中，碳纤维之间形成三维导电网络，而黏附在基体纤维上的石墨烯混合物对碳纤维之间形成的三维导电网络进行填充，从而形成三维导电填充网络。
步骤10：在均质过程中不断从步骤9中的浆料池中提取混合浆料用抄片机抄纸，并对所得抄片纸热压干燥后，扎上电极后多次测量其电阻大小，多次测量电阻误差在±5％之间即得到制备碳纤维复合导电纸的浆料；
步骤11：将步骤10获得的电阻误差在±5％之间的混合浆料采用圆网抄纸机通过湿法抄纸工艺获得碳纤维复合导电纸。采用湿法抄纸
采用上述技术方案之后，本公开具有以下有益效果：
(1)本公开的碳纤维复合导电纸发热体的表面积大，其整个面都是发热面和散热面，碳纤维与基体纤维上黏附的石墨烯和石墨形成稳定的三维导电填充网络，三维导电填充网络有效的填补了基体纤维部分不发热导致的温度不均匀性和局部温度过高等问题，使得整个面发热均匀且温差不超过5度，工作状态下表面温度可达50～120℃，热量易于传递、疏散，热辐射性好；
(2)本公开的碳纤维复合导电纸发热体热转换效率高，热效率理论值高达99.99％.在实际中应用一般可达97％，比传统材料节能15％～30％，其电-热辐射转换效率达到75％以上，热量主要以红外辐射的方式进行传播，传热效率高，是一种先进的节能材料；
(3)本公开的碳纤维复合导电纸发热体的热量传递主要以远红外辐射为主，而且还释放出5～15μm的远红外线光波，活化人体内水分子，提高血液含氧量，增强细胞活力，改善人体微循环，促进新陈代谢；
(4)本公开的碳纤维复合导电纸发热体可以根据功率和规格要求，组合成各种不同功率与温度的发热材料，以满足不同要求；
(5)本公开的碳纤维复合导电纸发热体中无量纲的磁阻和磁场在劳伦兹力的作用下，其积蓄的正、负电荷产生的电场磁场和磁阻相互抵消，电磁辐射几乎为零；
(6)本公开的碳纤维复合导电纸制备的发热材料使用安全，在一般电压下整个面都是电子通路，电流密度极小，对人体毫无伤害；
(7)本公开的碳纤维复合导电纸制备的发热材料使用寿命高达十万小时。
具体实施方式
下面结合实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将结合实施方式来详细说明本公开。
实施例1
一种碳纤维复合导电纸，由以下质量百分比的原料组成：木质纤维55％、短切碳纤维37.5％、石墨烯混合物2％、分散剂阴离子聚丙烯酰胺0.5％及低熔点共聚酰胺纤维5％。
在本实施例1中，所述基体纤维包括基体长纤维及基体短纤维，所述基体长纤维的长度为0.7-1.2mm和所述基体短纤维长度为2.4-5mm；所述基体长纤维和所述基体短纤维的重量比为3：1。
在本实施例1中，所述短切碳纤维采用长度为2mm、3mm和4mm的聚丙烯腈系碳纤维，三者的重量比为1：0.6：0.3；所述短切碳纤维为经过上浆、干燥的碳纤维经短切而得到的水分散性短切碳纤维。
在本实施例1中，所述石墨烯混合物为氧化石墨烯和石墨粉混合而成，两者的重量比为1：10。所述石墨粉采用粒度为4μm的石墨粉体，所述氧化石墨烯和所述石墨粉经气流粉碎机粉碎混合而成。
在本实施例1中，所述分散剂的水溶液质量百分比浓度为0.5％。
实施例2
一种碳纤维复合导电纸，由以下质量百分比的原料组成：棉麻纤维95.9％、短切碳纤维2％、石墨烯混合物0.2％、分散剂阴离子聚丙烯酰胺0.1％及乙烯-醋酸乙烯共聚物纤维1.8％。
在本实施例2中，所述基体纤维包括基体长纤维及基体短纤维，所述基体长纤维的长度为0.7-1.2mm和所述基体短纤维长度为2.4-5mm；所述基体长纤维和所述基体短纤维的重量比为4：1。
在本实施例2中，所述短切碳纤维采用长度为2mm、3mm和4mm的聚丙烯腈系碳纤维，三者的重量比为1：0.7：0.4；所述短切碳纤维为经过上浆、干燥的碳纤维经短切而得到的水分散性短切碳纤维。
在本实施例2中，所述石墨烯混合物为氧化石墨烯和石墨粉混合而成，两者的重量比为1：15；所述石墨粉采用粒度为10μm的石墨粉体，所述氧化石墨烯和所述石墨粉经气流粉碎机粉碎混合而成。
在本实施例2中，所述分散剂的水溶液质量百分比浓度为1％。
实施例3
一种碳纤维复合导电纸，由以下质量百分比的原料组成：聚酯纤维75％、短切碳纤维20.7％、石墨烯混合物1％、分散剂聚环氧乙烷0.3％及低熔点热塑纤维3％。
在本实施例3中，所述基体纤维包括基体长纤维及基体短纤维，所述基体长纤维的长度为0.7-1.2mm和所述基体短纤维长度为2.4-5mm；所述基体长纤维和所述基体短纤维的重量比为5：1。
在本实施例3中，所述短切碳纤维采用长度为2mm、3mm和4mm的聚丙烯腈系碳纤维，三者的重量比为1：0.8：0.5；所述短切碳纤维为经过上浆、干燥的碳纤维经短切而得到的水分散性短切碳纤维。
在本实施例3中，所述石墨烯混合物为氧化石墨烯和石墨粉混合而成，两者的重量比为1：20；所述石墨粉采用粒度为20μm的石墨粉体，所述氧化石墨烯和所述石墨粉经气流粉碎机粉碎混合而成。
在本实施例3中，所述分散剂的水溶液质量百分比浓度为2％。
实施例4
一种碳纤维复合导电纸的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对基体纤维进行打浆：
步骤1.1：将基体长纤维放入打浆机中，用35-60℃的热水浸泡15-30min,启动打浆机进行打浆，打浆时间30-90min；
步骤1.2：将基体短纤维放入打浆机中，用35-60℃的热水浸泡15-30min,启动打浆机进行打浆，打浆时间20-60min；
步骤2：分别对步骤1.1和步骤1.2打浆后的基体长纤维和基体短纤维进行磨浆；
步骤3：制备水分散性短切碳纤维溶液：
步骤3.1：制备水分散短切碳纤维：
步骤3.1.1：对碳纤维单丝进行水分散性上浆处理，上浆处理采用的上浆剂是表面活性剂和分散剂的水性乳液，表面活性剂为聚乙二醇或聚丙烯酰胺中的一种或组合，其质量为上浆剂质量的2-10％，分散剂为阴离子聚丙烯酰胺或聚氧化乙烯中的一种或组合，其质量为上浆剂质量的0.5-2％；
碳纤维具有优异的电学性能和稳定的辐射率，在0-1200K温度之间，其辐射率均在90％以上，但是碳纤维具有疏水性，短切碳纤维长度大于1mm时，其疏水性随着长度的增加而明显，短切碳纤维在水中进行分散时，极易造成絮凝成团。对碳纤维进行水分散型处理，能有效的改善碳纤维与水的接触角，提高其亲水性，从而提高短切碳纤维在水中的分散性，极大的避免碳纤维在水中分散时出现絮凝。
步骤3.1.2：对步骤3.1.1上浆后的碳纤维进行干燥处理，干燥处理可采用热风干燥或红外干燥，干燥温度为70-100℃；
步骤3.1.3：对步骤3.1.2得到的干燥的碳纤维进行短切处理，短切长度分别为2mm、3mm和4mm；
步骤3.2：对水分散性短切碳纤维进行水相处理：
步骤3.2.1：将所述的2mm、3mm和4mm长度的水分散性短切碳纤维按照配比分别称重；
步骤3.2.2：将所述分散剂按照配比称重；
步骤3.2.3：向高速搅拌机里注入洁净的水，启动高速搅拌机，搅拌机转速为400-800r/min；
步骤3.2.4：将步骤3.2.2的分散剂装入漏斗中，将漏斗中的分散剂置于匀速出水的水管上方，使分散剂均匀流入装有洁净水的高速搅拌机中进行分散剂均质处理，均质时间10-30min；
在进行分散剂溶液工程化的制备过程中，因为使用量大，往往一次性将分散剂投入到水中，极易出现分散剂在水中凝结，无论是阴离子聚丙烯酰胺还是聚环氧乙烷，在制备溶液时一旦发生凝结，极难将凝结除去，而加入碳纤维溶液后，凝结的分散剂会导致碳纤维絮凝，造成抄造的导电纸上出现碳纤维絮凝，从而影响使用。将分散剂装入漏斗中，在工程化应用中经多次实际应用测试，通过匀速流入水流中并加入到搅拌机中，能极大的提高分散剂的水溶性，避免分散剂在水中凝结。
步骤3.2.5：将步骤3.2.1中的2mm长度的水分散性短切碳纤维投入到步骤3.2.4的分散剂水溶液中，搅拌时间15-30min，搅拌机转速为800-1600r/min，从而得到2mm长度的水相处理的碳纤维溶液；
步骤3.2.6：重复步骤3.2.2至步骤3.2.4，将步骤3.2.1中的3mm长度的水分散性短切碳纤维投入到步骤3.2.4的分散剂水溶液中，搅拌时间15-35min，搅拌机转速为800-1600r/min，从而得到3mm长度的水相处理的碳纤维溶液；
步骤3.2.7：重复步骤3.2.2至步骤3.2.4，将步骤3.2.1中的4mm长度的水分散性短切碳纤维投入到步骤3.2.4的分散剂水溶液中，搅拌时间15-45min，搅拌机转速为800-1600r/min，从而得到4mm长度的水相处理的碳纤维溶液；
步骤4：制备石墨烯混合物与基体纤维混合浆料：
步骤4.1：制备石墨烯混合物与基体长纤维混合浆料：
步骤4.1.1：按照基体长纤维在基体纤维中的重量百分比配比称重石墨烯混合物的重量；
步骤4.1.2：按照基体长纤维在基体纤维中的重量百分比配比称重热熔粘结纤维的重量；
步骤4.1.3：将步骤2中得到的磨浆后的基体长纤维抽入到均质机中，均质机转速为600-1000r/min；
步骤4.1.4：将步骤4.1.1中的石墨烯混合物倒入到步骤4.1.3中的均质机中进行均质，均质时间15-30min；
步骤4.1.5：将蒸汽管放入均质机中对步骤4.1.4中均质的混合溶液进行加热，蒸汽温度100-120℃；
步骤4.1.6：将熔粘结纤维导入蒸汽加热的均质机中，蒸汽加热时间10-20min，蒸汽加热混合溶液的温度最高不超过65℃；
步骤4.1.7：得到石墨烯混合物与基体长纤维混合浆料。
步骤4.2：制备石墨烯混合物与基体短纤维混合浆料；
步骤4.2.1：按照基体短纤维在基体纤维中的重量百分比配比称重石墨烯混合物的重量；
步骤4.2.2：按照基体短纤维在基体纤维中的重量百分比配比称重热熔粘结纤维的重量；
步骤4.2.3：将步骤2中得到的磨浆后的基体短纤维抽入到均质机中，均质机转速为600-1000r/min；
步骤4.2.4：将步骤4.1.1中的石墨烯混合物倒入到步骤4.2.3中的均质机中进行均质，均质时间15-25min；
步骤4.2.5：将蒸汽管放入均质机中对步骤4.2.4中均质的混合溶液进行加热，蒸汽温度100-120℃；
步骤4.2.6：将熔粘结纤维导入蒸汽加热的均质机中，蒸汽加热时间10-20min，蒸汽加热混合溶液的温度最高不超过65℃；
步骤4.2.7：得到石墨烯混合物与基体短纤维混合浆料；
在制备石墨烯混合物与基体纤维混合浆料时，石墨烯混合物主要是由石墨烯和石墨组成，石墨烯和石墨的粒径都是微米级，采用热熔纤维能有效的将石墨烯和石墨黏附到基体纤维的长纤维或短纤维上,确保抄造的导电纸形成稳定的三维导电填充网络结构；
步骤5：将步骤4.1.7的混合浆料抽入到混浆池中，启动混浆均质机，均质机转速为600-1000r/min；
步骤6：将步骤3.2.5得到2mm长度的水相处理的碳纤维溶液抽入到步骤5的混浆池中进行混浆均质，均质时间10-30min；
步骤7：将步骤3.2.5得到4mm长度的水相处理的碳纤维溶液抽入到步骤6的混浆池中进行混浆均质，均质时间10-20min；
步骤8：将步骤4.2.7得到石墨烯混合物与基体短纤维混合浆料抽入到步骤7的混浆池中进行混浆均质，均质时间20-30min；
步骤9：将步骤3.2.6得到3mm长度的水相处理的碳纤维溶液抽入到步骤8的混浆池中进行混浆均质，同时将蒸汽管放入混浆池中进行蒸汽加热，蒸汽温度100-120℃，蒸汽加热酱料的温度最高不超过75℃，均质时间30-80min；
步骤10：在均质过程中不断从步骤9中的浆料池中提取混合浆料用抄片机抄纸，并对所得抄片纸热压干燥后，扎上电极后多次测量其电阻大小，多次测量电阻误差在±5％之间即得到制备碳纤维复合导电纸的浆料；
步骤11：将步骤10获得的电阻误差在±5％之间的混合浆料采用圆网抄纸机通过湿法抄纸工艺获得碳纤维复合导电纸。
本公开的碳纤维复合导电纸可以形成稳定的三维导电填充网络结构，它能有效的解决现有导电纸制备的电热材料表面发热不均匀，温差过大，发热性能不稳定，使用寿命较低，红外辐射率低等问题。本公开的碳纤维复合导电纸可广泛应用于各类面状远红外电加热元件。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种碳纤维复合导电纸，其特征在于，由以下质量百分比的原料组成：基体纤维55-95.9％、短切碳纤维2-37.5％、石墨烯混合物0.2-2％、分散剂0.1-0.5％及热熔粘结纤维1.8-5％。
2.如权利要求1所述的碳纤维复合导电纸，其特征在于，所述的基体纤维为木质纤维、棉麻纤维、锦纶纤维、聚酯纤维或芳纶纤维中的一种或几种组合。
3.如权利要求1所述的碳纤维复合导电纸，其特征在于，所述基体纤维包括基体长纤维及基体短纤维，所述基体长纤维的长度为0.7-1.2mm和所述基体短纤维长度为2.4-5mm；所述基体长纤维和所述基体短纤维的重量比为(3-5)：1。
4.如权利要求1所述的碳纤维复合导电纸，其特征在于，所述短切碳纤维采用长度为2mm、3mm和4mm的聚丙烯腈系碳纤维，三者的重量比为1：(0.6-0.8)：(0.3-0.5)；所述短切碳纤维为经过上浆、干燥的碳纤维经短切而得到的水分散性短切碳纤维。
5.如权利要求1所述的碳纤维复合导电纸，其特征在于，所述石墨烯混合物为氧化石墨烯和石墨粉混合而成，两者的重量比为1：(10-20)。
6.如权利要求5所述的碳纤维复合导电纸，其特征在于，所述石墨粉采用粒度为4-20μm的石墨粉体，所述氧化石墨烯和所述石墨粉经气流粉碎机粉碎混合而成。
7.如权利要求1所述的碳纤维复合导电纸，其特征在于，所述分散剂为阴离子聚丙烯酰胺或聚环氧乙烷的一种或两者组合。
8.如权利要求1所述的碳纤维复合导电纸，其特征在于，所述分散剂的水溶液质量百分比浓度为0.5-2％。
9.如权利要求1所述的碳纤维复合导电纸，其特征在于，所述热熔粘结纤维为低熔点共聚酰胺纤维、乙烯-醋酸乙烯共聚物纤维、低熔点复合纤维或低熔点热塑纤维中的一种或几种组合。
10.一种如任一权利要求1-9所述的碳纤维复合导电纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对基体纤维进行打浆：
步骤1.1：将基体长纤维放入打浆机中，用35-60℃的热水浸泡15-30min,启动打浆机进行打浆，打浆时间30-90min；
步骤1.2：将基体短纤维放入打浆机中，用35-60℃的热水浸泡15-30min,启动打浆机进行打浆，打浆时间20-60min；
步骤2：分别对步骤1.1和步骤1.2打浆后的基体长纤维和基体短纤维进行磨浆；
步骤3：制备水分散性短切碳纤维溶液：
步骤3.1：制备水分散短切碳纤维：
步骤3.1.1：对碳纤维单丝进行水分散性上浆处理，上浆处理采用的上浆剂是表面活性剂和分散剂的水性乳液，表面活性剂为聚乙二醇或聚丙烯酰胺中的一种或组合，其质量为上浆剂质量的2-10％，分散剂为阴离子聚丙烯酰胺或聚氧化乙烯中的一种或组合，其质量为上浆剂质量的0.5-2％；
步骤3.1.2：对步骤3.1.1上浆后的碳纤维进行干燥处理，干燥处理可采用热风干燥或红外干燥，干燥温度为70-100℃；
步骤3.1.3：对步骤3.1.2得到的干燥的碳纤维进行短切处理，短切长度分别为2mm、3mm和4mm；
步骤3.2：对水分散性短切碳纤维进行水相处理：
步骤3.2.1：将所述的2mm、3mm和4mm长度的水分散性短切碳纤维按照配比分别称重；
步骤3.2.2：将所述分散剂按照配比称重；
步骤3.2.3：向高速搅拌机里注入洁净的水，启动高速搅拌机，搅拌机转速为400-800r/min；
步骤3.2.4：将步骤3.2.2的分散剂装入漏斗中，将漏斗中的分散剂置于匀速出水的水管上方，使分散剂均匀流入装有洁净水的高速搅拌机中进行分散剂均质处理，均质时间10-30min；
步骤3.2.5：将步骤3.2.1中的2mm长度的水分散性短切碳纤维投入到步骤3.2.4的分散剂水溶液中，搅拌时间15-30min，搅拌机转速为800-1600r/min，从而得到2mm长度的水相处理的碳纤维溶液；
步骤3.2.6：重复步骤3.2.2至步骤3.2.4，将步骤3.2.1中的3mm长度的水分散性短切碳纤维投入到步骤3.2.4的分散剂水溶液中，搅拌时间15-35min，搅拌机转速为800-1600r/min，从而得到3mm长度的水相处理的碳纤维溶液；
步骤3.2.7：重复步骤3.2.2至步骤3.2.4，将步骤3.2.1中的4mm长度的水分散性短切碳纤维投入到步骤3.2.4的分散剂水溶液中，搅拌时间15-45min，搅拌机转速为800-1600r/min，从而得到4mm长度的水相处理的碳纤维溶液；
步骤4：制备石墨烯混合物与基体纤维混合浆料：
步骤4.1：制备石墨烯混合物与基体长纤维混合浆料：
步骤4.1.1：按照基体长纤维在基体纤维中的重量百分比配比称重石墨烯混合物的重量；
步骤4.1.2：按照基体长纤维在基体纤维中的重量百分比配比称重热熔粘结纤维的重量；
步骤4.1.3：将步骤2中得到的磨浆后的基体长纤维抽入到均质机中，均质机转速为600-1000r/min；
步骤4.1.4：将步骤4.1.1中的石墨烯混合物倒入到步骤4.1.3中的均质机中进行均质，均质时间15-30min；
步骤4.1.5：将蒸汽管放入均质机中对步骤4.1.4中均质的混合溶液进行加热，蒸汽温度100-120℃；
步骤4.1.6：将熔粘结纤维导入蒸汽加热的均质机中，蒸汽加热时间10-20min，蒸汽加热混合溶液的温度最高不超过65℃；
步骤4.1.7：得到石墨烯混合物与基体长纤维混合浆料。
步骤4.2：制备石墨烯混合物与基体短纤维混合浆料；
步骤4.2.1：按照基体短纤维在基体纤维中的重量百分比配比称重石墨烯混合物的重量；
步骤4.2.2：按照基体短纤维在基体纤维中的重量百分比配比称重热熔粘结纤维的重量；
步骤4.2.3：将步骤2中得到的磨浆后的基体短纤维抽入到均质机中，均质机转速为600-1000r/min；
步骤4.2.4：将步骤4.1.1中的石墨烯混合物倒入到步骤4.2.3中的均质机中进行均质，均质时间15-25min；
步骤4.2.5：将蒸汽管放入均质机中对步骤4.2.4中均质的混合溶液进行加热，蒸汽温度100-120℃；
步骤4.2.6：将熔粘结纤维导入蒸汽加热的均质机中，蒸汽加热时间10-20min，蒸汽加热混合溶液的温度最高不超过65℃；
步骤4.2.7：得到石墨烯混合物与基体短纤维混合浆料；
在制备石墨烯混合物与基体纤维混合浆料时，石墨烯混合物主要是由石墨烯和石墨组成，石墨烯和石墨的粒径都是微米级，采用热熔纤维能有效的将石墨烯和石墨黏附到基体纤维的长纤维或短纤维上,确保抄造的导电纸形成稳定的三维导电填充网络结构；
步骤5：将步骤4.1.7的混合浆料抽入到混浆池中，启动混浆均质机，均质机转速为600-1000r/min；
步骤6：将步骤3.2.5得到2mm长度的水相处理的碳纤维溶液抽入到步骤5的混浆池中进行混浆均质，均质时间10-30min；
步骤7：将步骤3.2.5得到4mm长度的水相处理的碳纤维溶液抽入到步骤6的混浆池中进行混浆均质，均质时间10-20min；
步骤8：将步骤4.2.7得到石墨烯混合物与基体短纤维混合浆料抽入到步骤7的混浆池中进行混浆均质，均质时间20-30min；
步骤9：将步骤3.2.6得到3mm长度的水相处理的碳纤维溶液抽入到步骤8的混浆池中进行混浆均质，同时将蒸汽管放入混浆池中进行蒸汽加热，蒸汽温度100-120℃，蒸汽加热酱料的温度最高不超过75℃，均质时间30-80min；
步骤10：在均质过程中不断从步骤9中的浆料池中提取混合浆料用抄片机抄纸，并对所得抄片纸热压干燥后，扎上电极后多次测量其电阻大小，多次测量电阻误差在±5％之间即得到制备碳纤维复合导电纸的浆料；
步骤11：将步骤10获得的电阻误差在±5％之间的混合浆料采用圆网抄纸机通过湿法抄纸工艺获得碳纤维复合导电纸。
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