CN115404714A - 一种低阻抗碳纤维纸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低阻抗碳纤维纸的制备方法，包括调制软化点150~200℃、含易石墨化中间相组分的沥青；将调制的沥青浸渍在碳纤维原纸上，并进行热处理；将经热处理的碳纤维原纸浸渍热固性树脂，再经热压、碳化及石墨化处理后制成碳纤维纸，其中热压温度150~200℃。本发明充分发挥了调制沥青和热固性树脂二者的协同作用，一方面改善了碳纤维纸的加工性能，另一方面沥青经过高温石墨化后在碳纤维的搭接处形成高导电导热性石墨，并且在碳纤维搭接处形成融并沥青碳被热固性树脂碳包裹的一种皮芯结构，大幅降低了碳纤维之间的接触电阻，提高了碳纤维纸的导电导热性能。

Description

一种低阻抗碳纤维纸的制备方法
技术领域
本发明涉及碳纤维纸的制备方法，具体涉及一种低阻抗碳纤维纸的制备方法，制得的碳纤维纸可用于燃料电池、静电屏蔽、特种场景下多孔高导电导热板材等领域，尤其是可用于燃料电池气体扩散层基底层。
背景技术
质子交换膜氢燃料电池气体扩散层的基底层通常采用碳纤维纸，碳纤维纸内部碳纤维之间相互搭接，搭接处接触阻抗直接影响碳纤维纸的导电导热性能。碳纤维之间的搭接处常采用难石墨化的热固性树脂，比如酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂等进行粘结，该类树脂在热处理过程中形成硬碳，而硬碳属于难石墨化碳，即便经过2600℃以上温度的热处理也难以形成石墨晶体，从而限制了碳纤维纸的导电导热性能。
中间相沥青是石墨化碳优质前驱体，多环高芳香度沥青在热处理过程中盘状分子发生缩聚，随着温度的升高，缩聚程度加深，盘状分子尺寸变大，堆叠，直至失去流动性变成焦炭，具有大尺寸盘状分子的焦炭经过高温石墨化处理后形成高石墨化度的石墨晶体，具有较高的导电导热性能。然而，中间相沥青软化点高，作为沥青粘结剂使用软化熔融温度高，单独采用中间相沥青作为粘结剂制备气体扩散层的基底层时还存在如下问题：(1)中间相沥青在小于450℃的温度下是热塑性的，热压完脱模时容易粘模、掉丝、反弹、厚度不可控；(2)中间相沥青碳化过程会发生软化、熔融，失去粘接强度，限制卷对卷生产；(3)中间相沥青碳较脆，最终制备的碳纸强度低、韧性差。
将中间相沥青和热固性树脂混合起来用作粘结剂可解决上述问题，但这种方法存在如下问题：在热压过程中，热固性树脂已经开始固化，但中间相沥青由于软化点高，颗粒还没有熔融变形；碳化过程中，中间相沥青开始熔融，但热固性树脂已经固化，中间相沥青颗粒被热固性树脂隔离，彼此独立，无法融并，得到类似石榴型的结构，中间相沥青颗粒相当于石榴籽，热固性树脂相当于石榴瓤，热固性树脂将沥青颗粒隔开，微观上相当于热固性树脂碳和沥青碳电阻进行了串联，电阻较大，没有充分发挥中间相沥青碳高导电导热的作用。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提出一种导电导热性能更好的低阻抗碳纤维纸的制备方法。
技术方案：本发明提供一种低阻抗碳纤维纸的制备方法，包括如下步骤：调制软化点150～200℃、含易石墨化中间相组分的沥青；将调制的沥青浸渍在碳纤维原纸上，并进行热处理；将经热处理的碳纤维原纸浸渍热固性树脂，再经热压、碳化及石墨化处理后制成碳纤维纸，其中热压温度150～200℃。
本发明在碳纤维原纸上浸渍调制沥青，然后通过热处理使沥青颗粒熔融合并，再二次浸渍热固性树脂使其包裹到沥青表面，然后热压、碳化、石墨化得到低阻抗碳纤维纸。沥青经过高温石墨化后在碳纤维的搭接处形成高导电导热性石墨，大幅降低了碳纤维之间的接触电阻，从而提高了碳纤维纸的导电导热性能。此外，热固性树脂的二次浸渍提高了碳纤维纸的强度、韧性，降低了表面粗糙度，改善了加工性能。本发明充分发挥了调制沥青和热固性树脂二者的协同作用。
其中，沥青的调制方法为：将B组分HI-TS(正庚烷不溶-甲苯可溶)和C组分TI-QS(甲苯不溶-喹啉可溶)按比例混合，然后300～400℃温度下搅拌熔融得到所述沥青。B、C组分来自中间相沥青、煤沥青、石油沥青、改质沥青、直接加氢煤沥青或上述沥青的合成改质沥青，将沥青通过正庚烷、甲苯、喹啉萃取分成A组分HS、B组分HI-TS、C组分TI-QS、D组分QI，放弃A组分和D组分。通过调节B、C组分的比例，使沥青软化点为150～200℃，结焦值>70％，石墨化后可形成高结晶度的石墨；而未经处理的同样指标的沥青，相同的软化点，结焦值低；相同的结焦值，软化点高。
碳纤维原纸的制备方法为：将短切碳纤维加入含有分散剂的水中分散，然后通过湿法抄纸工艺制得碳纤维原纸。
分散剂采用聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素钠或羟乙基纤维素。将0.1～1％的分散剂完全溶于水中制成分散液。短切碳纤维采用中间相沥青基碳纤维，或中间相沥青基石墨纤维，或聚丙烯腈基碳纤维，或中间相沥青基碳纤维与聚丙烯腈基碳纤维的混合物，或中间相沥青基石墨纤维与聚丙烯腈基碳纤维的混合物。中间相沥青基碳纤维和中间相沥青基石墨纤维的长度为1～10mm，直径7～12μm。中间相沥青基石墨纤维为中间相沥青基碳纤维在2600～3300℃高温石墨化后转化而成。聚丙烯腈基碳纤维长度为2～20mm，直径为5～10μm。
将短切碳纤维加入制备的分散液中，搅拌2～30min充分分散，短切碳纤维与分散液的比例为1/1000～1/10000。采用湿法抄纸工艺将分散好的纤维浆液滤水成形，在80～150℃的温度下干燥5～60min，得到碳纤维原纸。
具体操作时，根据碳纤维原纸的设计纤维面密度和抄纸网的尺寸来确定短切碳纤维的用量，再根据分散液中分散剂的浓度确定分散液的用量。如下述的所有实施例和对比例中，碳纤维原纸的设计纤维面密度为50g/m2，抄纸网尺寸为方形60*60cm，则需要添加的短切碳纤维重量为50*0.6*0.6＝18g。如果分散液浓度为0.01％，则需要分散液的重量为18/0.0001＝180000g，即180kg分散液。
沥青浸渍在碳纤维原纸上的方法为：
制备沥青浸渍液
将沥青溶于或部分溶于有机溶剂中制成浸渍液，有机溶剂采用甲苯、二甲苯、氮甲基吡咯烷酮NMP、吡啶、喹啉、煤焦油轻油或部分上述溶剂的混合溶剂；或者，将沥青粉碎到粒径分布为D10<2μm，D50<8μm，D90<15μm，Dmax<100μm，粉碎后的沥青与乙醇混合制备成浸渍液；或者，将沥青与乙醇直接混合后球磨至粒径分布为D10<2μm，D50<8μm，D90<15μm，Dmax<100μm制成浸渍液；浸渍液所含沥青质量分数为5～20％，优选为5～15％。沥青浸渍量为沥青浸渍质量:原纸质量＝20:100～80:100，低于20:100，沥青含量过低，无法将碳纤维之间的搭接处进行有效粘接，高于80:100，沥青含量过高，导致制成的碳纤维纸孔隙率过低。
将碳纤维原纸在浸渍液中浸泡10～60s后取出干燥，干燥温度为60～200℃，干燥时间为2～60min。
浸渍沥青后的碳纤维原纸的热处理条件为：温度200～350℃，时间10～120min，热处理气氛为氮气或氩气。
浸渍热固性树脂的方法为：
制备树脂浸渍液
将酚醛树脂、环氧树脂或呋喃树脂溶于有机溶剂乙醇、甲醇或丙酮中制成5％～20％的均相浸渍液；
将浸渍沥青热处理后的碳纤维原纸在树脂浸渍液中浸泡10～60s，然后50～150℃干燥2～30min。热固性树脂浸渍量为热固性树脂浸渍质量:原纸质量＝20:100～50:100。
将浸渍热固性树脂后的碳纤维原纸进行热压，采用平板模压或连续压平的方式，热压条件具体为：热压压力0.1～2MPa，热压温度150～200℃，时间0.5～30min。热压后进行碳化处理，碳化处理的条件为：温度500～1500℃，优选温度800～1000℃，时间0.2～10h，气氛为氮气或氩气，碳化处理后得到碳化纸。对碳化纸进行高温石墨化处理，石墨化处理条件为：温度2200～3300℃，优选温度2200～2800℃，时间5min～20h，气氛为氮气或氩气。
本发明的制备方法制得的碳纤维纸具有如下特点：厚度50～500μm，体积密度0.25～0.7g/ml，强度10～40MPa，水平电阻1～10mΩ·cm，垂直电阻1～8mΩ·cm2。性能上明显优于商业化的碳纤维纸。
下面详细介绍本发明的技术原理。
一、本发明选用的沥青具有如下特点：
(1)由于二次浸渍热固性树脂后需要热压，热固性树脂热压温度范围为150～200℃，因此沥青的软化点应为150～200℃，在软化点的温度下热压，沥青软化而不流动，压缩性能好；
(2)为了使最终的沥青碳导电性能高，所选沥青应为含中间相易石墨化的前驱体；
(3)为了防止碳化过程发泡，所选沥青要严格控制轻组分含量。
中间相沥青是由大分子有序排列而成，轻组分少，是非常易石墨化的前驱体，但软化点高(>250℃)，若采用中间相沥青，则在热压温度150～200℃下，中间相沥青没有软化，难以压缩，导致碳纸厚度较厚和表面粗糙的弊端。煤沥青、石油沥青、改质沥青、直接加氢煤沥青或上述沥青的合成改质沥青软化点可达到150～200℃的热压的需求，但弊端是轻组分多，碳化过程会大量发泡，破坏包裹在沥青外层的热固性树脂，无法在碳纤维搭接处形成致密的皮芯结构。
本发明中的调制沥青同时满足上述三个沥青选择原则，调制时，以中间相沥青、煤沥青、石油沥青、改质沥青、直接加氢煤沥青或其合成改制沥青为原料，这些沥青具有高芳香度的特点。利用萃取剂正庚烷、甲苯、喹啉进行萃取切割组分，然后将萃取剂蒸馏回收后可分别得到A组分HS、B组分HI-TS、C组分TI-QS和D组分QI。其中A组分HS为沥青中的油类物质，结焦值极低，易发泡，因此放弃使用，在所需目标沥青中严格控制；B组分HI-TS为沥青中分子量相对较小的组分，软化点较低，结焦值适中，可用来调低软化点；C组分TI-QS为沥青中分子量相对较大的组分，是中间相沥青的潜在组分，也可称之为可溶中间相潜在组分，软化点适中，粘结性高，结焦值高，是极易石墨化的主要前驱体；D组分QI是沥青中分子量大的组分或其它无机组分，单独使用时无法软化熔融，分为原生QI和次生QI，原生QI主要是无机固体颗粒，如炭黑、氧化物固体、焦粒、粉尘等，不是易石墨化前驱体，次生QI是易石墨化前驱体，QI组分对软化点提高贡献很大，而且碳化过程中，原生QI在中间相组分发育过程中充当晶种的作用，成核过程为非均相成核，容易形成镶嵌型结构的中间相微球，不能融并成均相的中间相沥青，因而石墨化后石墨晶体缺陷多，导电导热差，因此也放弃使用D组分QI。综上所述，本发明采用B、C组分来调制沥青，通过调节B、C组分的比例，使沥青软化点为150～200℃，结焦值>70％，石墨化后可形成高结晶度的石墨。
二、沥青与热固性树脂的协同机理
本发明首先将沥青浸渍在碳纤维原纸上，然后在200～350℃的条件下热处理，目的是使沥青颗粒充分熔融合并，形成一体，此时沥青较脆，且没有强度，碳纸的强度仍然靠碳纤维原纸提供；然后浸渍热固性树脂，此时热固性树脂包裹在融并后的沥青外层，热固性树脂形成一个腔体，沥青在腔体里面，形成皮芯结构，皮芯结构相当于沥青碳和热固性树脂碳电阻的并联，阻抗更低；浸渍热固性树脂后150～200℃热压，热压过程中，沥青仅软化而不流动，沥青软化确保碳纸可压缩，从而厚度可控、表面粗糙度低，沥青不流动确保沥青不与热固性树脂互溶，确保皮芯结构的形成，与此同时，热压时热固性树脂固化成型，热压后碳纸易脱模、不掉丝、强度高、韧性好；碳化过程沥青则发生软化、热缩聚、脱氢反应，但热固性树脂已经固化定型，可将沥青束缚在原来的腔体内，确保形成皮芯结构；石墨化过程晶格有序度进一步提高，导电导热性能变好。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：(1)加工性能方面，热压脱模时，不粘模、不掉丝、不反弹、厚度可控、表面光滑；碳化时，碳化温度下热固性树脂已固化，可维持碳纤维纸的强度，可实现卷对卷生产；(2)结构上，在碳纤维搭接处形成融并沥青碳被热固性树脂碳包裹的一种皮芯结构，使沥青碳高导电、高导热的优势充分发挥。
具体实施方式
下述实施例和对比例中使用的短切纤维规格为：中间相沥青基碳纤维直径7～12μm，长度按照切断机刀距为5mm进行切断，长度分布为＜2mm占4％，2～3mm占17％，3～7mm占76％，＞7mm占3％，碳化温度为1000℃；聚丙烯腈基碳纤维可采用全系列商业产品，为方便对比，以下实施例和对比例中均采用T300级，无胶，长度5mm，直径7μm。
实施例1
沥青的调制方法为：30％软化点150℃的高结焦值高温煤焦油浸渍沥青的HI-TS组分，软化点为94℃，结焦值为63％。70％的软化点150℃的高结焦值高温煤焦油浸渍沥青的TI-QS组分，软化点为265℃，结焦值为93.2％。将二者混合，在350℃下融并，冷却后粉碎成粒径分布为D10＝0.2μm，D50＝3μm，D90＝8μm的沥青粉末，所得的沥青软化点为193℃，结焦值为84％。
配制质量浓度为0.3％的聚乙烯醇水溶液，添加0.05％的碳纤维，碳纤维比例为中间相沥青基碳纤维:聚丙烯腈基碳纤维＝4:6，打浆15分钟，将打好的浆液通过抄纸机进行湿法抄纸，纸页成型后进行干燥得到碳纤维原纸，干燥温度120℃，干燥时间30min。将10％的沥青粉末分散在90％的乙醇中制备成沥青浸渍液，将碳纤维原纸在沥青浸渍液中浸渍60秒，然后烘干。然后300℃氮气气氛热处理1小时。配制10％的酚醛树脂乙醇溶液，将热处理好的碳纤维纸在酚醛树脂乙醇溶液中浸渍60秒，然后取出60℃干燥30分钟。采用平板模压机在0.5MPa，193℃条件下热压15分钟。然后氮气气氛下1000℃碳化处理1小时，氩气气氛下2600℃石墨化1小时，得到碳纤维纸。
对比例1
与实施例1相比，对比例1不浸渍沥青，仅浸渍酚醛树脂。
配制质量浓度为0.3％的聚乙烯醇水溶液，添加0.05％的碳纤维，碳纤维比例为聚丙烯腈基碳纤维:中间相沥青基碳纤维＝4:6，打浆15分钟。将打好的浆液通过抄纸机进行湿法抄纸，纸页成型后进行干燥得到碳纤维原纸，干燥温度120℃，干燥时间30min。配制10％的酚醛树脂乙醇溶液，将碳纤维原纸在酚醛树脂乙醇溶液中浸渍60秒，然后取出60℃干燥30分钟，采用平板模压机在0.5MPa，193℃条件下热压15分钟，然后氮气气氛下1000℃碳化处理1小时，氩气气氛下2600℃石墨化1小时，得到碳纤维纸。
实施例2
沥青的调制方法为：50％软化点为133℃的高温煤焦油沥青HI-TS组分，软化点为91℃，结焦值为52.8％。50％软化点为133℃的高温煤焦油沥青TI-QS组分，软化点为274℃，结焦值为91.6％。将二者混合，在350℃下融并，冷却后粉碎成粒径分布为D10＝0.5μm，D50＝4μm，D90＝9μm的沥青粉末，所得的沥青软化点为157℃，结焦值为73％。
配制质量浓度为0.5％的聚丙烯酰胺水溶液，添加0.03％的碳纤维，碳纤维比例为中间相沥青基碳纤维:聚丙烯腈基碳纤维＝2:8，打浆15分钟，将打好的浆液通过抄纸机进行湿法抄纸，纸页成型后进行干燥得到碳纤维原纸，干燥温度120℃，干燥时间30min。将10％的沥青粉末分散在90％的乙醇中制备成沥青浸渍液，将碳纤维原纸在沥青浸渍液中浸渍60秒，然后烘干。然后300℃氮气气氛热处理1小时。配制10％的酚醛树脂乙醇溶液，将热处理好的碳纤维纸在酚醛树脂乙醇溶液中浸渍60秒，然后取出60℃干燥30分钟。采用平板模压机在0.5MPa，157℃条件下热压15分钟。然后氮气气氛下1000℃碳化处理1小时，氩气气氛下2600℃石墨化1小时，得到碳纤维纸。
对比例2-1
与实施例2相比，对比例2-1不浸渍沥青，仅浸渍酚醛树脂。
配制质量浓度为0.5％的聚丙烯酰胺水溶液，添加0.03％的碳纤维，碳纤维比例为中间相沥青基碳纤维:聚丙烯腈基碳纤维＝2:8，打浆15分钟，将打好的浆液通过抄纸机进行湿法抄纸，纸页成型后进行干燥得到碳纤维原纸，干燥温度120℃，干燥时间30min。配制10％的酚醛树脂乙醇溶液，将碳纤维原纸在酚醛树脂乙醇溶液中浸渍60秒，然后取出60℃干燥30分钟。采用平板模压机在0.5MPa，157℃条件下热压15分钟。然后氮气气氛下1000℃碳化处理1小时，氩气气氛下2600℃石墨化1小时，得到碳纤维纸。
对比例2-2
与实施例2相比，对比例2-2将中间相沥青和酚醛树脂混合浸渍。
配制质量浓度为0.5％的聚丙烯酰胺水溶液，添加0.03％的碳纤维，碳纤维比例为中间相沥青基碳纤维:聚丙烯腈基碳纤维＝2:8，打浆15分钟，将打好的浆液通过抄纸机进行湿法抄纸，纸页成型后进行干燥得到碳纤维原纸，干燥温度120℃，干燥时间30min。将10％的中间相沥青粉末和10％的酚醛树脂混合后分散在80％的乙醇中制备成混合浸渍液，中间相沥青粉末的粒径分布为D10＝0.6μm，D50＝4.8μm，D90＝11μm，中间相沥青软化点为293℃，TI含量94％，偏光显微镜测出中间相含量为100％，结焦值为91％。将碳纤维原纸在混合浸渍液中浸渍60秒，然后烘干。采用平板模压机在0.5MPa，200℃条件下热压15分钟。然后氮气气氛下1000℃碳化处理1小时，氩气气氛下2600℃石墨化1小时，得到碳纤维纸。
实施例3
沥青的调制方法为：40％软化点为120℃的改质沥青HI-TS组分，软化点为92℃，结焦值为54％。60％软化点为257℃的中间相沥青TI-QS组分，软化点为285℃，结焦值为93％。将二者混合，在350℃下融并，冷却后粉碎成粒径分布为D10＝0.5μm，D50＝3.9μm，D90＝8.9μm的沥青粉末，所得的沥青软化点为182℃，结焦值为78％。
配制质量浓度为0.7％的羧甲基纤维素钠水溶液，添加0.01％的聚丙烯腈基碳纤维，打浆15分钟，将打好的浆液通过抄纸机进行湿法抄纸，纸页成型后进行干燥得到碳纤维原纸，干燥温度120℃，干燥时间30min。将10％的沥青粉末分散在90％的乙醇中制备成沥青浸渍液，将碳纤维原纸在沥青浸渍液中浸渍60秒，然后烘干。然后350℃氮气气氛热处理1小时。配制10％的酚醛树脂乙醇溶液，将热处理好的碳纤维纸在酚醛树脂乙醇溶液中浸渍60秒，然后取出60℃干燥30分钟。采用平板模压机在0.5MPa，182℃条件下热压15分钟。然后氮气气氛下1000℃碳化处理1小时，氩气气氛下2600℃石墨化1小时，得到碳纤维纸。
对比例3-1
与实施例3相比，对比例3-1不浸渍沥青，仅浸渍酚醛树脂。
配制质量浓度为0.7％的羧甲基纤维素钠水溶液，添加0.01％的聚丙烯腈基碳纤维，打浆15分钟，将打好的浆液通过抄纸机进行湿法抄纸，纸页成型后进行干燥得到碳纤维原纸，干燥温度120℃，干燥时间30min。配制10％的酚醛树脂乙醇溶液，将碳纤维原纸在酚醛树脂乙醇溶液中浸渍60秒，然后取出60℃干燥30分钟。采用平板模压机在0.5MPa，182℃条件下热压15分钟。然后氮气气氛下1000℃碳化处理1小时，氩气气氛下2600℃石墨化1小时，得到碳纤维纸。
对比例3-2
与实施例3相比，对比例3-2仅浸渍中间相沥青，不浸渍酚醛树脂。
配制质量浓度为0.7％的羧甲基纤维素钠水溶液，添加0.01％的聚丙烯腈基碳纤维，打浆15分钟，将打好的浆液通过抄纸机进行湿法抄纸，纸页成型后进行干燥得到碳纤维原纸，干燥温度120℃，干燥时间30min。将10％的中间相沥青粉末分散在90％的乙醇中制备成中间相沥青浸渍液，其中沥青粉末的粒径分布为D10＝0.4μm，D50＝5.9μm，D90＝8.4μm，沥青软化点为282℃，TI含量87％，偏光显微镜测出中间相含量为100％，结焦值为92％，将碳纤维原纸在沥青浸渍液中浸渍60秒，然后烘干。然后350℃氮气气氛热处理1小时。采用平板模压机在0.5MPa，200℃条件下热压15分钟，脱模时碳纸没有被有效压缩，且存在掉丝、强度差的现象，无法用作燃料电池气体扩单层的基底层碳纸。
对按照上述实施例与对比例的方法制备的碳纤维纸进行物性参数测试，测试结果见表1。实施例比其对应的对比例在水平电阻率和垂直电阻率上均有明显的降低。表2给出了不同沥青A、B、C、D组分的参数，可供参考选用。
表1实施例与对比例中制得的碳纤维纸的性能参数
Figure BDA0003815609980000081
表2不同沥青A、B、C、D组分的参数
Figure BDA0003815609980000082
需要指出的是：
(1)原料含石墨纤维或石墨化后转化为石墨纤维的纤维纸称之为石墨纤维纸，原料不含石墨纤维或石墨化后难以转化为石墨纤维的纤维纸称为碳纤维纸。便于与商业化的碳纤维纸表述一致，本发明中原料含石墨纤维或石墨化后转化为石墨纤维的纤维纸也称之为碳纤维纸。
(2)沥青的中间相含量的分析方法有两种：一种是采用偏振光显微镜法，中间相沥青由各向异性组分和各向同性组分组成，中间相即为各向异性组分，是沥青中大分子量的盘状分子定向排列而成。各向异性组分在偏振光显微镜中成像清晰，与各向同性组分有明显轮廓。偏振光显微镜取景后通过数格子法计算出各向异性组分的含量。另一种方法是族组成法，当沥青中盘状分子达到一定尺寸后就能够形成中间相，因此可通过盘状分子尺寸大小来区分各向异性和各向同性组分。采用溶剂甲苯将沥青溶解，甲苯不溶物(TI)是分子尺寸较大的组分，具备分子堆积取向的条件，是各向异性组分潜在的前驱体，甲苯可溶物(TS)是分子尺寸较小的组分，可认为是各向同性组分。
(3)本发明所提到的百分含量均为质量百分含量。
(4)本发明中提到的HS为正庚烷可溶物，HI为正庚烷不溶物，TS为甲苯可溶物，TI为甲苯不溶物，QS为喹啉可溶物，QI为喹啉不溶物。A组分为HS；B组分为将HI正庚烷不溶物用甲苯溶解，甲苯可溶物即为B组分HI-TS；C组分为将TI甲苯不溶物用喹啉溶解，喹啉可溶物即为C组分TI-QS，D组分为QI。

Claims (10)

1.一种低阻抗碳纤维纸的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：调制软化点150～200℃、含易石墨化中间相组分的沥青；将调制的沥青浸渍在碳纤维原纸上，并进行热处理；将经热处理的碳纤维原纸浸渍热固性树脂，再经热压、碳化及石墨化处理后制成碳纤维纸，其中热压温度150～200℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：沥青的调制方法为：将B组分HI-TS和C组分TI-QS按比例混合，然后300～400℃温度下搅拌熔融得到所述沥青；B、C组分通过正庚烷、甲苯、喹啉从中间相沥青、煤沥青、石油沥青、改质沥青、直接加氢煤沥青或上述沥青的合成改质沥青中萃取得到。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：碳纤维原纸的制备方法为：将短切碳纤维加入含有分散剂的水中分散，然后通过湿法抄纸工艺制得碳纤维原纸；短切碳纤维采用中间相沥青基碳纤维，或中间相沥青基石墨纤维，或聚丙烯腈基碳纤维，或中间相沥青基碳纤维与聚丙烯腈基碳纤维的混合物，或中间相沥青基石墨纤维与聚丙烯腈基碳纤维的混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：沥青浸渍在碳纤维原纸上的方法为：
制备沥青浸渍液
将沥青溶于或部分溶于有机溶剂中制成浸渍液，有机溶剂采用甲苯、二甲苯、氮甲基吡咯烷酮NMP、吡啶、喹啉、煤焦油轻油或部分上述溶剂的混合溶剂；或者，将沥青粉碎到粒径分布为D10<2μm，D50<8μm，D90<15μm，Dmax<100μm，粉碎后的沥青与乙醇混合制备成浸渍液；或者，将沥青与乙醇直接混合后球磨至粒径分布为D10<2μm，D50<8μm，D90<15μm，Dmax<100μm制成浸渍液；
将碳纤维原纸在浸渍液中浸泡后取出干燥。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：浸渍液所含沥青质量分数为5～20％，沥青浸渍量为沥青浸渍质量:原纸质量＝20:100～80:100。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：浸渍沥青后的碳纤维原纸的热处理条件为：温度200～350℃，时间10～120min，气氛为氮气或氩气。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：浸渍热固性树脂的方法为：
制备树脂浸渍液
将酚醛树脂、环氧树脂或呋喃树脂溶于有机溶剂乙醇、甲醇或丙酮中制成5％～20％的均相浸渍液；
将浸渍沥青热处理后的碳纤维原纸在树脂浸渍液中浸泡后取出干燥。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：热固性树脂浸渍量为热固性树脂浸渍质量:原纸质量＝20:100～50:100。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：碳化处理条件为：温度500～1500℃，时间0.2～10h，气氛为氮气或氩气。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：石墨化处理条件为：温度2200～3300℃，时间5min～20h，气氛为氮气或氩气。
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