CN114855308B - 一种碳纤维纸及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于碳纤维纸技术领域，本发明提供了一种碳纤维纸及其制备方法，制备方法包含以下步骤：将丙烯腈‑N‑乙烯基甲酰胺共聚物通过干喷湿法制备聚丙烯腈基原丝，经短切处理得到聚丙烯腈基短切纤维原丝；将聚丙烯腈基短切纤维原丝顺次进行正反水刺、干燥缠绕，得到聚丙烯腈基无纺毡；将聚丙烯腈基无纺毡进行预氧化处理，得到聚丙烯腈基预氧化毡；将聚丙烯腈基预氧化毡在树脂溶液中浸渍后顺次进行干燥、热压固化、碳化、石墨化，得到碳纤维纸。本发明还提供了一种碳纤维纸的应用。本发明的制备方法能够显著提升碳纤维纸的导电性和透气性，拓展了质子交换膜燃料电池气体扩散层用碳纸的制备工艺，为实际工业化生产碳纸提供新的设计思路。

Description

一种碳纤维纸及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及碳纤维纸技术领域，尤其涉及一种碳纤维纸及其制备方法和应用。
背景技术
质子交换膜氢燃料电池(PEMFC)具有高功率密度、高能量转换率、低温启动、无污染等优点，被认为是新能源终极解决方案。气体扩散层作为PEMFC中的关键部件要求具有良好的导电性、均匀多孔性、热稳定性和耐腐蚀性，而碳纤维纸是目前唯一能满足PEMFC气体扩散层要求的材料。
目前商用氢燃料电池汽车所采用的碳纤维纸的制备技术和产品均由国外进口，并且价格昂贵，进口数量受限。碳纤维纸主要以传统湿法成型、浸渍树脂、热压固化、碳化石墨化过程制备得到。然而，碳纤维表面呈化学惰性、亲水性差，使得其在水溶液中难以分散，导致成型原纸均匀性、平整性差，且后续碳化石墨化制备得到的碳纸拉伸强度差、不耐折，难以应用在燃料电池的气体扩散层中。此外，由于国内碳纤维只能生产中低端的碳纤维原丝，未涉及对高端聚丙烯腈碳纤维的研究。因此，在保证碳纸良好的导电性、平整性，避免纤维分散性差的前提下，如何实现原材料的自给自足，是目前碳纤维纸在燃料电池气体扩散层的规模化应用中必须解决的问题。
因此，研究得到一种导电性好、透气性和孔隙率可控，提高纤维分散性，工艺过程简单、成本低的碳纤维纸，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种碳纤维纸及其制备方法和应用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种碳纤维纸的制备方法，包含以下步骤：
1)将丙烯腈-N-乙烯基甲酰胺共聚物通过干喷湿法制备聚丙烯腈基原丝，经短切处理得到聚丙烯腈基短切纤维原丝；
2)将聚丙烯腈基短切纤维原丝顺次进行正反水刺、干燥缠绕，得到聚丙烯腈基无纺毡；
3)将聚丙烯腈基无纺毡进行预氧化处理，得到聚丙烯腈基预氧化毡；
4)将聚丙烯腈基预氧化毡在树脂溶液中浸渍后顺次进行干燥、热压固化、碳化、石墨化，得到碳纤维纸。
作为优选，步骤1)所述聚丙烯腈基短切纤维原丝的长度为10～24mm，直径为5～11μm，取向度≥92％。
作为优选，步骤2)所述干燥缠绕的温度为60～80℃，时间为2～4h；所述聚丙烯腈基无纺毡的克重为60～180g/m2。
作为优选，步骤3)所述预氧化处理为将聚丙烯腈基无纺毡顺次在180～220℃预氧化5～15min、270～300℃预氧化30～90min、310～340℃预氧化20～40min。
作为优选，由室温升温至180～220℃的升温速率为2～8℃/min，由180～220℃升温至270～300℃的升温速率为0.2～2℃/min，由270～300℃升温至310～340℃的升温速率为2～8℃/min。
作为优选，步骤4)所述树脂溶液的质量浓度为6～20％，所述树脂溶液中，树脂为腰果酚-硼酚醛树脂，溶剂为甲醇和/或乙醇。
作为优选，步骤4)所述浸渍的时间为10～40min；所述干燥的温度为60～100℃，时间为20～60min；热压固化的温度为140～180℃，压力为5～10MPa，时间为20～40min。
作为优选，步骤4)所述碳化的温度为1000～1600℃，时间为3～15min；石墨化的温度为2300～2700℃，时间为15～30min；
由室温升温至碳化温度的升温速率和由碳化温度升温至石墨化温度的升温速率独立的为2～8℃/min；所述碳化和石墨化在高纯氮气中进行。
本发明还提供了一种所述的制备方法制备得到的碳纤维纸，所述碳纤维纸的克重为30～90g/m2，电阻率为4～8mΩ·cm，透气性为1600～2200ml·mm/(cm2·hr·mmAq)。
本发明还提供了一种所述的碳纤维纸在质子交换膜燃料电池气体扩散层中的应用。
本发明的有益效果包括以下几点：
1)本发明以细旦、高取向碳纤维原丝为原料，经短切、水刺工艺制备不同克重的聚丙烯腈基无纺毡，通过低温预氧化、浸渍树脂、热压固化、一步碳化石墨化等工艺流程制备得到不同厚度的碳纤维纸，实现碳纤维纸的导电性、透气性和孔隙率的精确控制，使其在质子交换膜燃料电池中具有良好效果。
2)本发明为制备高性能碳纤维纸提供了新的实验思路，解决了原料和纤维分散性的问题，同时无需粘结剂和分散剂、配抄纤维以及二次碳化石墨化，工艺流程简单，耗能低，可实现批量规模生产。
附图说明
图1为实施例1的热压固化后的聚丙烯腈基预氧化毡的扫描电镜图；
图2为实施例2的热压固化后的聚丙烯腈基预氧化毡的扫描电镜图；
图3为实施例2的碳纤维纸的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种碳纤维纸的制备方法，包含以下步骤：
1)将丙烯腈-N-乙烯基甲酰胺共聚物通过干喷湿法制备聚丙烯腈基原丝，经短切处理得到聚丙烯腈基短切纤维原丝；
2)将聚丙烯腈基短切纤维原丝顺次进行正反水刺、干燥缠绕，得到聚丙烯腈基无纺毡；
3)将聚丙烯腈基无纺毡进行预氧化处理，得到聚丙烯腈基预氧化毡；
4)将聚丙烯腈基预氧化毡在树脂溶液中浸渍后顺次进行干燥、热压固化、碳化、石墨化，得到碳纤维纸。
本发明以丙烯腈-N-乙烯基甲酰胺共聚物为原料，配制纺丝前驱体溶液；纺丝前驱体溶液经干喷湿法纺丝、多级水洗牵伸、上油干燥、两段蒸汽牵伸、热定型得到细旦化、高取向聚丙烯腈基原丝。
本发明的纺丝前驱体溶液中丙烯腈-N-乙烯基甲酰胺共聚物的含量为23wt％，纺丝前驱体溶液的温度优选为60℃，干喷湿法纺丝空气段距离为5mm，凝固浴中DMSO的含量为60wt％，凝固浴温度为5℃，凝固时间为1.2min，初生纤维牵伸倍数为8倍，热水牵伸温度为95℃，热水牵伸倍数为2.2倍，干燥温度为145℃，蒸汽牵伸倍数为2.8倍，热定型温度为130℃。
本发明步骤1)所述聚丙烯腈基短切纤维原丝的长度优选为10～24mm，进一步优选为14～20mm，更优选为16～18mm；所述聚丙烯腈基短切纤维原丝的直径优选为5～11μm，进一步优选为6～9μm，更优选为7～8μm；所述聚丙烯腈基短切纤维原丝的取向度优选≥92％，进一步优选≥93％，更优选≥94％。
本发明步骤2)所述干燥缠绕的温度优选为60～80℃，进一步优选为65～75℃，更优选为68～72℃；所述干燥缠绕的时间优选为2～4h，进一步优选为2.5～3.5h，更优选为2.8～3.2h；干燥缠绕为干燥完成后再缠绕；所述聚丙烯腈基无纺毡的克重优选为60～180g/m2，进一步优选为80～160g/m2，更优选为100～140g/m2。
本发明的正反水刺制备无纺毡的工艺流程简单，不使用任何助剂，对纤维损伤小，且能够提高纤维之间的连接性，成本低，能耗小。
本发明步骤3)所述预氧化处理优选为将聚丙烯腈基无纺毡顺次进行第一次预氧化、第二次预氧化、第三次预氧化；第一次预氧化的温度优选为180～220℃，进一步优选为190～210℃，更优选为195～205℃；第一次预氧化的时间优选为5～15min，进一步优选为7～13min，更优选为9～11min；第二次预氧化的温度优选为270～300℃，进一步优选为275～295℃，更优选为280～290℃；第二次预氧化的时间优选为30～90min，进一步优选为40～80min，更优选为50～70min；第三次预氧化的温度优选为310～340℃，进一步优选为315～330℃，更优选为320～325℃；第三次预氧化的时间优选为20～40min，进一步优选为25～35min，更优选为28～32min。
本发明步骤3)中，由室温升温至180～220℃的升温速率优选为2～8℃/min，进一步优选为3～7℃/min，更优选为4～6℃/min；由180～220℃升温至270～300℃的升温速率优选为0.2～2℃/min，进一步优选为0.5～1.5℃/min，更优选为0.8～1.2℃/min；由270～300℃升温至310～340℃的升温速率优选为2～8℃/min，进一步优选为3～7℃/min，更优选为4～6℃/min。
本发明所述预氧化处理在空气气氛下进行。
本发明步骤4)所述树脂溶液的质量浓度优选为6～20％，进一步优选为8～15％，更优选为10～12％；所述树脂溶液中，树脂优选为腰果酚-硼酚醛树脂，溶剂优选为甲醇和/或乙醇。
本发明中，腰果酚-硼酚醛树脂的制备原料优选包含硼酸、水杨醇和腰果酚；所述硼酸、水杨醇和腰果酚的摩尔比优选为0.5～1.5：1.5～2.5：0.05～0.15，进一步优选为0.6～1.3：1.6～2.2：0.07～0.12，更优选为0.8～1.1：1.8～2：0.09～0.1。
本发明的腰果酚-硼酚醛树脂为高残炭率硼酚醛树脂，在1000℃下的残炭率为68～72％；腰果酚-硼酚醛树脂的制备方法为本领域公知的方法；采用高残炭率硼酚醛树脂，可以有效调控纤维间的连接性，实现碳纤维纸良好的力学性能和导电性能。
本发明步骤4)所述浸渍的时间优选为10～40min，进一步优选为20～30min，更优选为23～27min。
本发明步骤4)所述干燥的温度优选为60～100℃，进一步优选为70～90℃，更优选为75～85℃；所述干燥的时间优选为20～60min，进一步优选为30～50min，更优选为35～45min。
本发明步骤4)所述热压固化的温度优选为140～180℃，进一步优选为150～170℃，更优选为155～165℃；热压固化的压力优选为5～10MPa，进一步优选为6～9MPa，更优选为7～8MPa；热压固化的时间优选为20～40min，进一步优选为25～35min，更优选为28～32min；所述热压固化优选采用平板硫化剂。
本发明步骤4)所述碳化的温度优选为1000～1600℃，进一步优选为1200～1500℃，更优选为1300～1400℃；碳化的时间优选为3～15min，进一步优选为5～12min，更优选为8～10min；石墨化的温度优选为2300～2700℃，进一步优选为2400～2600℃，更优选为2450～2550℃；石墨化的时间优选为15～30min，进一步优选为18～25min，更优选为20～22min。
本发明步骤4)中，由室温升温至碳化温度的升温速率和由碳化温度升温至石墨化温度的升温速率独立的优选为2～8℃/min，进一步优选为3～7℃/min，更优选为4～6℃/min；所述碳化和石墨化优选在高纯氮气中进行。
本发明步骤4)所述碳化、石墨化优选在多级分布程序控温管式炉中进行一步碳化石墨化。
本发明还提供了一种所述的制备方法制备得到的碳纤维纸。
本发明的碳纤维纸的克重为30～90g/m2，优选为40～80g/m2，进一步优选为50～70g/m2；电阻率为4～8mΩ·cm，优选为4.5～7.5mΩ·cm，进一步优选为5～7mΩ·cm；透气性为1600～2200ml·mm/(cm2·hr·mmAq)，优选为1700～2000ml·mm/(cm2·hr·mmAq)，进一步优选为1800～1900ml·mm/(cm2·hr·mmAq)。
本发明的碳纤维纸由交错的纤维网构成，纤维之间由少量的树脂碳连接而成，使其具有较高的空隙。
本发明还提供了一种所述的碳纤维纸在质子交换膜燃料电池气体扩散层中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
以丙烯腈-N-乙烯基甲酰胺共聚物为原料，在二甲基亚砜中溶解，配制丙烯腈-N-乙烯基甲酰胺共聚物含量为23wt％的纺丝前驱体溶液。纺丝前驱体溶液经干喷湿法纺丝、多级水洗牵伸、上油干燥、两段蒸汽牵伸、热定型得到细旦化(直径为5～10um)、高取向(取向度为93％)的聚丙烯腈基碳纤维原丝，经短切获得聚丙烯腈基短切纤维原丝(长度为10mm)。
将聚丙烯腈基短切纤维原丝置于梳理机上经正反水刺、70℃下烘干缠绕3h，制备得到克重为160g/m2的聚丙烯腈基无纺毡。
将聚丙烯腈基无纺毡放入多级分步程序控温管式炉(型号为KSL-1700X-GS)中，通入流量为0.5L/min的空气，由室温以5℃/min的升温速率升温至200℃，保温10min；然后由200℃以1℃/min的升温速率升温至290℃，保温60min；接着由290℃以5℃/min的升温速率升温至320℃，保温30min，得到聚丙烯腈基预氧化毡。
将聚丙烯腈基预氧化毡放入腰果酚-硼酚醛树脂的甲醇溶液中(腰果酚-硼酚醛树脂在溶液中的质量分数为15％)浸渍30min，取出后在鼓风干燥箱中60℃下烘干30min，随后将其采用平板硫化机热压固化，热压固化的温度为160℃，时间为30min，压力为5MPa，得到热压固化后的聚丙烯腈基预氧化毡；将热压固化后的聚丙烯腈基预氧化毡放入多级分步程序控温管式炉中进行一步碳化石墨化处理，一步碳化石墨化处理的工艺为：在高纯氮气中，由室温以5℃/min的升温速率升至1300℃保温5min进行碳化处理；接着由1300℃以5℃/min的升温速率升至2500℃保温20min进行石墨化处理，制备得到碳纤维纸。
本实施例的碳纤维纸的克重为80g/m2，电阻率为6.5mΩ·cm，透气性为1600ml·mm/(cm2·hr·mmAq)；聚丙烯腈基无纺毡的透气性为2800ml·mm/(cm2·hr·mmAq)，聚丙烯腈基预氧化毡的透气性为2400ml·mm/(cm2·hr·mmAq)。
本实施例的热压固化后的聚丙烯腈基预氧化毡的扫描电镜图如图1所示，由图1可知，纤维被过量固化后的树脂连接在一起，使得纤维间存在少量的空隙。
实施例2
将实施例1中腰果酚-硼酚醛树脂在溶液中的质量分数由15％改为10％，其他条件和实施例1相同。
本实施例的热压固化后的聚丙烯腈基预氧化毡的扫描电镜图如图2所示，由图2可知，热压固化后的聚丙烯腈基预氧化毡由交错的纤维网构成，纤维之间由固化树脂连接而成。
本实施例的碳纤维纸的扫描电镜图如图3所示，由图3可知，碳纤维纸由交错的纤维网构成，纤维之间由少量的树脂碳连接而成。
本实施例的碳纤维纸的克重为80g/m2，电阻率为7.8mΩ·cm，透气性为1900ml·mm/(cm2·hr·mmAq)。
实施例3
将实施例1中聚丙烯腈基短切纤维原丝的长度由10mm改为17mm，腰果酚-硼酚醛树脂在溶液中的质量分数由15％改为10％，其他条件和实施例1相同。
本实施例的碳纤维纸的克重为80g/m2，电阻率为6.7mΩ·cm，透气性为1750ml·mm/(cm2·hr·mmAq)。
实施例4
将实施例1中聚丙烯腈基短切纤维原丝的长度由10mm改为24mm，腰果酚-硼酚醛树脂在溶液中的质量分数由15％改为10％，其他条件和实施例1相同。
本实施例的碳纤维纸的克重为80g/m2，电阻率为5.8mΩ·cm，透气性为1600ml·mm/(cm2·hr·mmAq)。
实施例5
以丙烯腈-N-乙烯基甲酰胺共聚物为原料，在二甲基亚砜中溶解，配制丙烯腈-N-乙烯基甲酰胺共聚物含量为23wt％的纺丝前驱体溶液。纺丝前驱体溶液经干喷湿法纺丝、多级水洗牵伸、上油干燥、两段蒸汽牵伸、热定型得到细旦化(直径为6～9um)、高取向(取向度为93.5％)的聚丙烯腈基碳纤维原丝，经短切获得聚丙烯腈基短切纤维原丝(长度为15mm)。
将聚丙烯腈基短切纤维原丝置于梳理机上经正反水刺、63℃下烘干缠绕4h，制备得到克重为100g/m2的聚丙烯腈基无纺毡。
将聚丙烯腈基无纺毡放入多级分步程序控温管式炉(型号为KSL-1700X-GS)中，通入流量为0.5L/min的空气，由室温以3℃/min的升温速率升温至190℃，保温15min；然后由190℃以0.5℃/min的升温速率升温至280℃，保温80min；接着由280℃以3℃/min的升温速率升温至315℃，保温32min，得到聚丙烯腈基预氧化毡。
将聚丙烯腈基预氧化毡放入腰果酚-硼酚醛树脂的乙醇溶液中(腰果酚-硼酚醛树脂在溶液中的质量分数为12％)浸渍20min，取出后在鼓风干燥箱中70℃下烘干45min，随后将其采用平板硫化机热压固化，热压固化的温度为150℃，时间为40min，压力为6MPa，得到热压固化后的聚丙烯腈基预氧化毡；将热压固化后的聚丙烯腈基预氧化毡放入多级分步程序控温管式炉中进行一步碳化石墨化处理，一步碳化石墨化处理的工艺为：在高纯氮气中，由室温以3℃/min的升温速率升至1200℃保温10min进行碳化处理；接着由1200℃以3℃/min的升温速率升至2400℃保温25min进行石墨化处理，制备得到碳纤维纸。
本实施例的碳纤维纸的克重为70g/m2，电阻率为5.5mΩ·cm，透气性为1850ml·mm/(cm2·hr·mmAq)。
实施例6
以丙烯腈-N-乙烯基甲酰胺共聚物为原料，在二甲基亚砜中溶解，配制丙烯腈-N-乙烯基甲酰胺共聚物含量为23wt％的纺丝前驱体溶液。纺丝前驱体溶液经干喷湿法纺丝、多级水洗牵伸、上油干燥、两段蒸汽牵伸、热定型得到细旦化(直径为5～9um)、高取向(取向度为92.5％)的聚丙烯腈基碳纤维原丝，经短切获得聚丙烯腈基短切纤维原丝(长度为20mm)。
将聚丙烯腈基短切纤维原丝置于梳理机上经正反水刺、75℃下烘干缠绕2h，制备得到克重为130g/m2的聚丙烯腈基无纺毡。
将聚丙烯腈基无纺毡放入多级分步程序控温管式炉(型号为KSL-1700X-GS)中，通入流量为0.5L/min的空气，由室温以7℃/min的升温速率升温至210℃，保温7min；然后由210℃以1.5℃/min的升温速率升温至295℃，保温50min；接着由295℃以7℃/min的升温速率升温至330℃，保温20min，得到聚丙烯腈基预氧化毡。
将聚丙烯腈基预氧化毡放入腰果酚-硼酚醛树脂的甲醇溶液中(腰果酚-硼酚醛树脂在溶液中的质量分数为8％)浸渍25min，取出后在鼓风干燥箱中80℃下烘干30min，随后将其采用平板硫化机热压固化，热压固化的温度为170℃，时间为25min，压力为7MPa，得到热压固化后的聚丙烯腈基预氧化毡；将热压固化后的聚丙烯腈基预氧化毡放入多级分步程序控温管式炉中进行一步碳化石墨化处理，一步碳化石墨化处理的工艺为：在高纯氮气中，由室温以7℃/min的升温速率升至1400℃保温7min进行碳化处理；接着由1400℃以7℃/min的升温速率升至2600℃保温15min进行石墨化处理，制备得到碳纤维纸。
本实施例的碳纤维纸的克重为75g/m2，电阻率为5mΩ·cm，透气性为1950ml·mm/(cm2·hr·mmAq)。
对比例1
采用传统湿法成型技术制备碳纤维纸，将商用短切聚丙烯腈基碳纤维(型号为T-700，长度为9mm)加入纤维解离器中，然后加入分散剂聚丙烯酰胺水溶液(聚丙烯酰胺水溶液的质量浓度为0.1％)，在500r/min的搅拌速率下分散3min，得到碳纤维分散液。
采用湿法成型技术，将碳纤维分散液转移到纸页成型器中，在真空度为0.05MPa的真空条件下脱水60s使碳纤维分散液通过不锈钢滤网，在滤网表面形成克重为50g/m2的碳纤维原纸。
将碳纤维原纸浸渍在腰果酚-硼酚醛树脂的甲醇溶液(腰果酚-硼酚醛树脂在溶液中的质量分数为10％)中，取出后在真空干燥箱中100℃下干燥10min，随后采用平板硫化机热压固化，热压固化的温度为160℃，时间为30min，压力为5MPa，最后在高纯氮气中，由室温以5℃/min的升温速率升至1300℃保温5min进行碳化处理；接着由1300℃以5℃/min的升温速率升至2500℃保温20min进行石墨化处理，制备得到碳纤维纸。
本对比例的碳纤维纸的克重为80g/m2，电阻率为12mΩ·cm，透气性为1400ml·mm/(cm2·hr·mmAq)。
由实施例和对比例可知，本发明的制备方法能够显著提高碳纤维纸的导电性和透气性，拓展了质子交换膜燃料电池气体扩散层用碳纸的制备工艺，为实际工业化生产碳纸提供新的设计思路。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种碳纤维纸的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
1)将丙烯腈-N-乙烯基甲酰胺共聚物通过干喷湿法制备聚丙烯腈基原丝，经短切处理得到聚丙烯腈基短切纤维原丝；
2)将聚丙烯腈基短切纤维原丝顺次进行正反水刺、干燥缠绕，得到聚丙烯腈基无纺毡；
3)将聚丙烯腈基无纺毡进行预氧化处理，得到聚丙烯腈基预氧化毡；
4)将聚丙烯腈基预氧化毡在树脂溶液中浸渍后顺次进行干燥、热压固化、碳化、石墨化，得到碳纤维纸；
步骤3)所述预氧化处理为将聚丙烯腈基无纺毡顺次在180～220℃预氧化5～15min、270～300℃预氧化30～90min、310～340℃预氧化20～40min；
步骤4)所述树脂溶液的质量浓度为6～20％，所述树脂溶液中，树脂为腰果酚～硼酚醛树脂，溶剂为甲醇和/或乙醇；
步骤1)所述聚丙烯腈基短切纤维原丝的长度为10～24mm，直径为5～11μm，取向度>92％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述干燥缠绕的温度为60～80℃，时间为2～4h；所述聚丙烯腈基无纺毡的克重为60～180g/m2。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，由室温升温至180～220℃的升温速率为2～8℃/min，由180～220℃升温至270～300℃的升温速率为0.2～2℃/min，由270～300℃升温至310～340℃的升温速率为2～8℃/min。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，步骤4)所述浸渍的时间为10～40min；所述干燥的温度为60～100℃，时间为20～60min；热压固化的温度为140～180℃，压力为5～10MPa，时间为20～40min。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤4)所述碳化的温度为1000～1600℃，时间为3～15min；石墨化的温度为2300～2700℃，时间为15～30min；由室温升温至碳化温度的升温速率和由碳化温度升温至石墨化温度的升温速率独立的为2～8℃/min；所述碳化和石墨化在高纯氮气中进行。
6.权利要求1～5任意一项所述的制备方法制备得到的碳纤维纸，其特征在于，所述碳纤维纸的克重为30～90g/m2，电阻率为4～8mΩ·cm，透气性为1600～2200ml·mm/(cm2·hr·mmAq)。
7.权利要求6所述的碳纤维纸在质子交换膜燃料电池气体扩散层中的应用。
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