CN116657439A - 一种pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法，包括以下步骤：制备pH响应型分散体系；将碳纤维加入到pH响应型分散体系中并进行搅拌，得到碳纤维浆料；向碳纤维浆料中加入氢氧化钠进行增稠并分散碳纤维；继续向碳纤维浆料中加入氢氧化钠进行稀化，使碳纤维浆料的黏度降低，得到碳纤维浆料悬浮液；采用湿法成型工艺将碳纤维浆料悬浮液制备成碳纸原纸。本发明通过调控分散体系的pH值，使得浆料的性质变化能够适应各个制备环节的需要。
Description
技术领域
本发明涉及碳纸制备技术领域，特别涉及一种pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法。
背景技术
碳纤维在水中形成均匀的纤维浆料悬浮液，是碳纸原纸湿法成型工艺中的重要环节。为了改善碳纤维在水中的分散稳定性，可以调节浆料特性或者对碳纤维本身进行处理。
调节浆料特性一般通过在浆料内添加表面活性剂、电解类无机盐和水溶性高分子等助剂来实现。对碳纤维本身进行处理一般通过氧化处理法、表面涂层法和等离子体处理法等手段实现。然而，在制备高匀度的碳纸原纸时，如果浆料的黏度较大，则不适合湿法成型的工艺，无法通过自由沉降使碳纤维堆叠于金属网上制备碳纸原纸；如果浆料的粘稠度较稀，则浆料的稳定性变差。因此，如何更好的调节碳纤维在浆料中的分散效果，成为了制备高匀度碳纸原纸的关键点。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法。本发明通过调控分散体系的pH值，使得浆料的性质变化能够适应各个制备环节的需要。
本发明的技术方案：一种pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备pH响应型分散体系；
S2：将碳纤维加入到pH响应型分散体系中并进行搅拌，得到碳纤维浆料；
S3：向碳纤维浆料中加入氢氧化钠进行增稠并分散碳纤维；
S4：继续向碳纤维浆料中加入氢氧化钠进行稀化，使碳纤维浆料的黏度降低，得到碳纤维浆料悬浮液；
S5：采用湿法成型工艺将碳纤维浆料悬浮液制备成碳纸原纸。
前述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法中，制备pH响应型分散体系包括以下步骤：
将APAM加入到去离子水中，加热至70℃，搅拌30min，配置成0.1wt％的APAM溶液；
将Carbomer加入到去离子水中搅拌至Carbomer完全溶解，配置成0.5wt％的Carbomer溶液；
将0.1wt％的APAM溶液和0.5wt％的Carbomer溶液进行混合，得到pH响应型分散体系。
前述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法中，所述碳纤维的长度为2-8mm。
前述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法中，所述碳纤维的长度为2mm。
前述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法中，将碳纤维加入到pH响应型分散体系之前还包括对碳纤维进行碱处理，包括以下步骤：
配置氢氧化钠溶液，将碳纤维倒入氢氧化钠溶液中进行搅拌，搅拌完成后将溶液静置30-60min，然后过滤并洗去残留的氢氧化钠，从而得到经过碱处理后的碳纤维。
前述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法中，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.75mol/L，静置时间为60min。
前述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法中，所述氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L，静置时间为30min。
前述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法中，所述湿法成型工艺包括以下步骤：
将碳纤维浆料悬浮液倒入纸页成型器中，气泡匀浆1min，使碳纤维浆料悬浮液均匀分散；
打开纸页成型器的放水阀，使碳纤维浆料悬浮液中的碳纤维自由沉降在铜网上，形成湿纸幅；
用吸水纸将湿纸幅中多余的水分吸收；
将湿纸幅置于平板硫化机上，在150℃和1MPa的条件下进行干燥，得到碳纸原纸。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中，利用pH响应型分散体系的分散能力与稳定性的这种变化，在湿法制纸的各个环节中，通过调控分散体系的pH值，让浆料的性质变化以适应各个环节的需要。具体来说，本发明在碳纤维的分散阶段，加入适量碱调节浆料的pH值接近中性，让浆料的黏度增大，使其可以均匀分散碳纤维。同时，这种黏度极大、整体稳定的浆料，也有利于浆料的运输和保存，让碳纤维不会发生严重的再絮聚。进入湿纸幅制备的环节，调节浆料的pH至碱性，让浆料稀化粘度降低，使其可以自由沉降让碳纤维在金属网上堆叠成纸。而且，这种可调控的pH响应型分散体系不但可以让浆料在需要的环节内保持稳定、分散良好，而且可以有效处理高浆浓的情况。相较于浓度为的低浆浓碳纤维浆料，浓度增大十倍后的的高浆浓碳纤维浆料同样可以分散良好、保持稳定。
2、本发明在将碳纤维加入到pH响应型分散体系之前还包括对碳纤维进行碱处理，通过碱处理碳纤维的手段，可以改善碳纤维后续在水中的分散和碳纤维浆料的稳定性。
附图说明
图1是不同长度的碳纤维浆料悬浮液的对比示意图；
图2是不同长度的碳纤维浆料悬浮液的稳定性的示意图；
图3是不同长度的碳纤维浆料悬浮液的背散射光参比强度的示意图；
图4是不同长度的碳纤维浆料悬浮液的动态纤维分布示意图；
图5是本发明的流程图；
图6是不同的pH响应型分散体系制备的碳纤维浆料悬浮液的对比示意图；
图7是不同的pH响应型分散体系制备的碳纤维浆料悬浮液的稳定性的示意图；
图8是不同的pH响应型分散体系制备的碳纤维浆料悬浮液的背散射光参比强度的示意图；
图9是不同的pH响应型分散体系制备的碳纤维浆料悬浮液的动态纤维分布示意图；
图10是碱处理前的碳纤维SEM图；
图11是碱处理后的碳纤维SEM图；
图12是碳纤维碱处理前的FT-IR光谱图；
图13是碳纤维碱处理后的FT-IR光谱图；
图14是不同浓度碱液处理后碳纤维浆料悬浮液对比示意图；
图15是不同碱液处理的碳纤维浆料悬浮液的稳定性的示意图；
图16是不同碱液处理的碳纤维浆料悬浮液的背散射光参比强度的示意图；
图17是不同碱液处理的碳纤维浆料悬浮液的动态纤维分布示意图；
图18是各组碳纸原纸的匀度指数示意图表；
图19是各组碳纸原纸的匀度指数示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：在进行碳纸原纸的制备之前，需要对碳纤维的长度进行筛选，在本实施例中，以2mm、4mm、6mm和8mm的碳纤维进行试验，为方便描述，对四种长度的碳纤维分别以L1、L2、L3和L4依次进行编组，在相同的分散条件下，不同长度的碳纤维分散得到的碳纤维浆料如附图1所示。由图1可知，随着碳纤维长度的增加，碳纤维的分散变差，当碳纤维长度大于4mm时，碳纤维浆料中存在大量纤维团块与纤维束。
使用多重光散射仪检测不同长度碳纤维的碳纤维浆料悬浮液的稳定性，检测结果如附图2所示,TSI稳定性指数越大，表示该体系越不稳定。多重光散射仪在检测样品时，会定时用背散射光扫描整个样品池。随着浆料悬浮液中纤维的分布随着时间发生变化，多重光散射仪会在不同时间接收到不同强度的背散射光。以时间为横坐标，将样品初始的背散射光强度作为基准，计算每组样品在静置180min后的背散射光参比强度并作为纵坐标，从而得到附图3所示的结果。不同长度的碳纤维制得的碳纤维悬浮液在静置处理后，碳纤维的动态分布情况如附图4所示。
具体的，如附图2所示，L1的TSI指数(180min)为19.8，而其他组的TSI指数均大于25，L1组碳纤维浆料的稳定性要明显优于其他组。另外，如附图4-7所示，长度为2mm的碳纤维可以较为稳定的悬浮于浆料中，而4mm、6mm和8mm的碳纤维无法维持稳定，会在30分钟内聚集于样品池的顶部或底部。这是由于碳纤维的分散随着长度的增加而变差，如附图1所示，碳纤维浆料悬浮液中将存在未分散开的纤维束和纤维团块，且数量随着长度的增加而增多。同时，碳纤维由于其表面特性会在水相中发生絮聚产生纤维絮团，其数量与面积同样会随着碳纤维长度的增加而增加。当碳纤维浆料悬浮液静置时，其中存在的纤维絮团会随着时间的推移而逐渐聚集于样品池顶部，纤维团块与纤维束则会沉降至样品池底部。如果纤维束与纤维团块在沉降的过程中与纤维絮团发生擦撞而结合，则会如附图7中的8mm碳纤维样品池所示，纤维集中聚集于样品池底部。
综合上述内容可知，碳纤维长度会影响碳纤维的分散。在相同的分散条件下，碳纤维的长度越长，碳纤维分散越差，碳纤维浆料越不稳定，碳纤维浆料中会存在更多未分散开的纤维束和纤维团块，且会在短时间内发生絮聚。所以，在制作碳纸原纸的过程中，优先选取长度更短的碳纤维作为原料。
对于加有Carbomer(聚丙烯酸树脂)的分散体系，可以通过调节pH值来调整其分散效果和稳定性，为此，本发明提出了一种pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法，如附图5所示，包括以下步骤：
S1：制备pH响应型分散体系；pH响应型分散体系的制备方法包括如下步骤：首先分别配制出质量浓度为0.5％的Carbomer溶液以及质量浓度为0.5％的APAM(阴离子聚丙烯酰胺)与质量浓度为0.5％的Carbomer的混合液。其中，Carbomer溶液的配置方法为：称取Carbomer，将Carbomer加入去离子水，持续搅拌直至Carbomer完全溶解，配置成0.5％的Carbomer溶液；APAM溶液的配置方法为：称取TOCNs，将TOCNs加入去离子水，超声处理30min，配置成0.5％的APAM溶液。然后根据表1中氢氧化钠的用量描述，对各组进行处理，表中的pH值范围即为加入氢氧化钠后的pH值，pH值越高表示加入的氢氧化钠的量越多。
表1各pH响应型分散体系
S2：将碳纤维加入到pH响应型分散体系中并进行搅拌，得到碳纤维浆料。
S3：向碳纤维浆料中加入氢氧化钠进行增稠并分散碳纤维。
S4：继续向碳纤维浆料中加入氢氧化钠进行稀化，使碳纤维浆料的黏度降低，得到碳纤维浆料悬浮液。
具体的，在表1中，其中A2-0、D2-0和AD2-0在配置后，直接加入短切碳纤维进行分散，且其碳纤维浆料浓度为D2-1和AD2-1则是在配置好溶液后，一边搅拌一边向其中加入NaOH，使NaOH溶解于溶液中。将pH调节至6.5-7.0，使卡波姆中溶液的黏度增加。
D2-3和AD2-3按照同样的步骤进行配置，但是当pH达到7.0-9.0后，继续一边搅拌一边加入NaOH，直至将pH调节至使卡波姆中的羧基处于去离基处于去离子化，达到过量稀化的目的。
S5：采用湿法成型工艺将碳纤维浆料悬浮液制备成碳纸原纸。
当pH值不同时，Carbomer溶液的黏度会发生较大的变化，本实施例中，利用这个变化制备了不同pH值的D2和AD2分散体系。并且，使用不同体积的分散体系分散相同质量的碳纤维，制备了不同浆浓的浆料，分散后得到的浆料如图6所示。
虽然当浆浓为时，0.5wt％的APAM溶液可以较好的分散碳纤维，但是当浆浓提高至/>后，浆料中存在大量的纤维絮团，以及没有分散开的纤维束。这是因为相较于低浆浓的浆料，碳纤维在高浆浓的浆料中更加容易相互擦撞，这都会导致更容易产生纤维絮团，使得碳纤维无法得到较好的分散。单独使用Carboerm制备的分散体系和使用Carbomer与APAM复配制得的分散体系出现了类似的情况，即在低浆浓的情况下，碳纤维均可以较好的被分散，但是当浆浓提高至/>后，浆料中的碳纤维无法被很好的分散，会出现一定数量的纤维絮团和纤维束。但是D2-0和AD2-0中的碳纤维分散情况更好，这意味着添加有Carbomer的分散体系在高浆浓的情况下仍能表现出较好的分散能力。
利于pH值对Carbomer溶液性质的影响，通过调节pH值至7.0左右来增加浆料的黏度，再进行分散。D2-1、D2-2、AD2-1和AD2-2四组浆料中碳纤维均被很好的分散，浆料中没有未分散开的纤维团块和纤维絮团，也不存在再絮聚生成的纤维絮团。这表明，通过调节pH实现增稠后的分散体系，即使在高浆浓的情况下，仍然可以很好的分散碳纤维。
当pH调节至9.0-10.0，Carbomer溶液由凝胶状态稀化至液态，此时再使用D2-3、D2-4、AD2-3和AD2-4分散碳纤维。可以发现D2-4中存在一定数量的纤维絮团，而D2-3、AD2-3和AD2-4中的碳纤维仍然被很好的分散。这表明仅使用Carbomer配置的分散体系在稀化后，可以很好的分散浆浓为浆料，但是当浆浓提高至/>后，碳纤维容易发生絮集产生纤维絮团。而使用APAM和Carbomer复配的AD2在稀化后，即使在高浆浓的情况下，仍然可以很好的分散碳纤维。
使用不同加碱量的pH响应型分散体系分散碳纤维，除了分散效果不同之外，所得碳纤维浆料的稳定性也有着较大差异。pH响应型分散体系在不同加碱量、不同浆浓的情况下，浆料的TSI稳定性指数和参比被散射光强度如图7-8所示，浆料的动态纤维分布如图9所示，横坐标均为时间，纵坐标均为高度。比较A2-0、D2-0和AD2-0可知，当浆浓提高至后，除了碳纤维分散变得较差，其浆料的稳定性也变得很差。虽然A2-0、D2-0和AD2-0的TSI稳定性指数(180min)的数值都小于6.5，但是从其参比背散射光强度的变化和动态纤维分布可知，这些浆料中的碳纤维会在30min内全部沉降至样品池底部，导致测得TSI稳定性指数(180min)偏低。
如果加入过量碱使浆料稀化，浆料的稳定性则会变差。如图7所示，D2-4和AD2-4较差，TSI稳定性指数(180min)分别为18.5和12.8，如图9所示，虽然没有出现绝大多数不纤维沉降至样品池底部的现象，但是这两组浆料中均出现了一定程度的纤维聚集于纤维沉降的现象。D2-3的稳定性稍好，其TSI稳定性指数(180min)为4.04，但是由于浆料的稀化，出现了部分纤维沉降至样品池底部的情况。AD2-3的稳定性最好，其TSI稳定性指数(180min)仅为1.83，如图9所示，大部分纤维随着时间的迁移仍然可以保持稳定悬浮。这是因为当pH过大时，Carbomer的电离程度降低，分子间的作用力也会减弱，导致分散体系的黏度降低，碳纤维无法保持稳定悬浮溶液发生絮聚和沉降。而AD2-3和AD2-4中除了Carbomer之外，还加入了APAM，使得稀化后的浆料还能保持一定的黏度与稳定。所以AD2-3和AD2-4的表现要分别优于D2-3和D2-4。
在pH响应型分散体系中，加入适量碱可以大大增加浆料的黏度，改善碳纤维的分散和浆料的稳定性。但是这种黏度极大的浆料却不适合湿法成型的工艺，无法通过自由沉降使碳纤维堆叠于金属网上制备碳纸原纸。加入过量的碱可以使增稠的浆料稀化，虽然浆料的稳定性变差，但是这种浆料可以适合于湿法成型的工艺，可以在浆料桶内自由沉降形成碳纸原纸湿纸幅。
因此，本发明利用pH响应型分散体系的分散能力与稳定性的这种变化，在湿法制纸的各个环节中，通过调控分散体系的pH值，让浆料的性质变化以适应各个环节的需要。具体来说，本发明在碳纤维的分散阶段，加入适量碱调节浆料的pH值接近中性，让浆料的黏度增大，使其可以均匀分散碳纤维。同时，这种黏度极大、整体稳定的浆料，也有利于浆料的运输和保存，让碳纤维不会发生严重的再絮聚。进入湿纸幅制备的环节，在浆料桶内调节浆料的pH至碱性，让浆料稀化粘度降低，使其可以自由沉降让碳纤维在金属网上堆叠成纸。而且，这种可调控的pH响应型分散体系不但可以让浆料在需要的环节内保持稳定、分散良好，而且可以有效处理高浆浓的情况。相较于浓度为的低浆浓碳纤维浆料，浓度增大十倍后的/>的高浆浓碳纤维浆料同样可以分散良好、保持稳定。
综上可知，加有Carbomer的分散体系，可以通过调节pH值来调整其分散效果和稳定性。当加有适量碱以增稠Carbomer时，D2-1、D2-2、AD2-1和AD2-2都可以很好的分散碳纤维并维持稳定。本发明通过调节pH，增稠分散体系改善碳纤维的分散和稳定，稀化分散体系使湿纸幅成型，使得分散体系更加适用于湿法造纸的工艺。
更进一步地，将碳纤维加入到pH响应型分散体系之前还包括对碳纤维进行碱处理，所述碱处理包括以下步骤：配置氢氧化钠溶液，将碳纤维倒入氢氧化钠溶液中进行搅拌，搅拌完成后将溶液静置，在碱处理的过程中，静置时间为30-60min。然后过滤并洗去残留的氢氧化钠，从而得到经过碱处理后的碳纤维。
如附图10和附图11所示，分别为碱处理前后的碳纤维SEM图。由图10可知，碱处理前，碳纤维表面有颗粒附着，凹凸不平，这些颗粒的存在会增加碳纤维之间的碰擦和黏着从而产生絮聚或者缠结，不利于碳纤维浆料的均匀分散。如图11所示，碱处理后，碳纤维表面的颗粒数量大大减少，而且碱处理后碳纤维在水中的分散稳定性明显提升。
如附图12和附图13所示，分别为碳纤维碱处理前后的FT-IR光谱图。从图12和图13可以看出，处理前后的碳纤维均所有碳纤维都具有位于3450cm-1处的羟基—OH伸缩振动峰和位于1630cm-1处—C＝O伸缩振动峰，这意味在碱处理后，碳纤维表面仍保留有亲水的羟基基团。另外，在2850cm-1处及2930cm-1处出现—CH2和—CH3的伸缩振动峰，主要原因是碱处理碳纤维可以去除碳纤维表面的上浆剂和油污，随着上浆剂和油污的去除，碳纤维表面的基团可以被红外光谱仪测得。当碱处理30min时，在2850cm-1处及2930cm-1处出现的峰会随着碱液浓度的增大而更加明显，但当处理时间为60min时，增大浓度不会带来太大的变化。
采用不同浓度碱液和时间处理碳纤维，观察碳纤维浆料悬浮液分散情况，结果如图14所示，其中T1-T4为碳纤维经过不同浓度的碱液处理30min后进行分散得到的碳纤维浆料悬浮液，而T5-T8为将处理时间延长至60min后得到的碳纤维浆料悬浮液。没有经过碱处理得到的碳纤维浆料悬浮液，仍存在大量密实的纤维束和纤维团块。使用低浓度碱液预处理30min再分散获得的碳纤维浆料悬浮液，所有的纤维团块都被打散为纤维束，且剩余未被分散开的纤维束数量随着碱液浓度的增加而减少，当预处理碱液浓度增大至1mol/L，几乎不存在纤维束和纤维团块。
对比可知，延长预处理时间至60min后，碳纤维的分散效果较30min更好，悬浮液中的纤维束和纤维团块的数量和面积都大大减少。但是使用1mol/L的碱液处理碳纤维60min后，分散效果较30min有所下降，悬浮液中的碳纤维呈现出絮聚的趋势，此时的碳纤维在湿法造纸工艺的自由沉降环节会容易形成纤维絮团，影响后续制备的碳纸原纸的性能。这是因为当高浓度碱液处理的时间过长时，碳纤维表面呈现惰性，会呈现出絮聚的趋势，并在过长的处理时间里絮聚成纤维絮团，进而影响APAM对单根碳纤维的包裹，不利于后续碳纤维在APAM溶液中的分散。
如图15-16所示，分别为不同碱液处理的碳纤维浆料悬浮液的稳定性和背散射光参比强度示意图。图17为不同碱液处理的碳纤维浆料悬浮液的动态纤维分布示意图。对比T1-T4，在处理时间为30min时，随着碱液浓度的增加，悬浮液的稳定性指数整体增加趋势变缓，静置180min后测得的TSI稳定性指数降低，从23.05降至19.58。这表明，碱液浓度会影响碱处理的效果，且在一定处理时间内，适当地提升碱液浓度可以改善悬浮液的沉降情况，得到更稳定的碳纤维浆料悬浮液。相比T1-T3，T5-T7的TSI稳定性指数(180min)，分别从23.05、22.05和21.20降低至22.83、21.78和20.98。是因为随着碱液浓度和预处理时间的增加，碳纤维的分散得到改善，悬浮液中纤维束和纤维絮团的数量减少，使得悬浮液的TSI稳定性指数减小。比较静置处理不同时间后的TSI稳定性指数(180min)，1mol/L处理的碳纤维在分散后得到悬浮液的稳定性处理30min差，TSI稳定性指数会从19.58升至21.69。随着碱液预处理时间的增加，TSI稳定性指数也增加。造成这一现象的原因是当碳纤维表面的上浆剂和油污被处理后，碱液继续处理会使表面表现出惰性的碳纤维呈现团聚的趋势，导致存在更多纤维絮团，纤维絮团会在悬浮液静置的过程里快速下降，同时絮团与分散于悬浮液中的其他碳纤维会发生擦碰，促使其发生沉降或形成更大的纤维絮团，影响碳纤维在悬浮液中的分布，使悬浮液的TSI稳定性指数变大。
综上可知，通过碱处理碳纤维的手段，可以改善碳纤维后续在水中的分散和碳纤维浆料的稳定性。结果表明，与未处理的碳纤维相比，经过0.75mol/L的碱处理60min，或经过1mol/L的碱处理30min后，碳纤维可以更好的在水中分散。
使用匀度仪检测碳纸原纸的匀度，其匀度指数如图18和19所示，图中，A1-A3、B1-B3、C1-C3和D1-D3分别是不同用量的单一分散体系所制成的碳纸原纸；AB1-AB3、AC1-AC3、AD1-AD5和BD1-BD3分别是不同用量的多种溶液复配的复合分散体系制成的碳纸原纸，各分散体系所采用的溶液如下：APAM、TOCNs(TEMPO氧化纳米纤维素纤维)、PU(聚氨酯)和Carbomer。由图18和图19可知，使用分散情况不同的浆料制备得到的碳纸原纸，其匀度指数差异较大，AD2-5、AD2-6的匀度指数较高，其中AD2-5和AD2-6中各溶液用量分别与表1中AD2-3和AD2-4中各溶液的用量相同。这表明碳纤维的分散情况对碳纸原纸的匀度有显著的影响。
使用分散最差的浆料所制备出来的碳纸原纸的匀度指数也较低，即这些原纸的匀度较差。而除了匀度指数较低外，这些组中的各张碳纸的匀度指数相差的也较大，数据跨度非常大。这是因为，这些分散较差的浆料中，存在大量未分散开的纤维束和纤维团块，以及絮聚产生的纤维絮团。在后续湿法成型制得碳纸原纸时，这些聚集在一起的碳纤维会直接沉积在碳纸原纸中，导致原纸中纤维没有均匀排列，使原纸的匀度变差。另外，使用这样的浆料制备的各张碳纸原纸会存在较大的差异，所以数据跨度较大。
分散较好的浆料AD2-5、AD2-6，所制备出来的碳纸原纸的匀度指数也较高，即这些原纸的匀度较好。这是因为这些浆料中的碳纤维分散均匀，可以保证其在湿法成型的过程中能够更加均匀地分散在原纸中。另外，存在更少的纤维絮团也意味着碳纤维将更少地在原纸中堆积与团聚，可以避免产生较大的空隙和不均匀的结果，可以使原纸获得更高的匀度指数，以及更稳定的匀度表现。
大部分组的数据分布都呈现出左偏态或右偏态的特征，即存在一些原纸的匀度指数相较于该组其他原纸要更大或更小。这表明匀度指数除了碳纤维的分散情况外，也受到其他因素的显著影响。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的权利要求书的保护范围之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：制备pH响应型分散体系；
S2：将碳纤维加入到pH响应型分散体系中并进行搅拌，得到碳纤维浆料；
S3：向碳纤维浆料中加入氢氧化钠进行增稠并分散碳纤维；
S4：继续向碳纤维浆料中加入氢氧化钠进行稀化，使碳纤维浆料的黏度降低，得到碳纤维浆料悬浮液；
S5：采用湿法成型工艺将碳纤维浆料悬浮液制备成碳纸原纸。
2.根据权利要求1所述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法，其特征在于：制备pH响应型分散体系具体包括以下步骤：
将APAM加入到去离子水中，加热至70℃，搅拌30min，配置成0.1wt％的APAM溶液；
将Carbomer加入到去离子水中搅拌至Carbomer完全溶解，配置成0.5wt％的Carbomer溶液；
将0.1wt％的APAM溶液和0.5wt％的Carbomer溶液进行混合，得到pH响应型分散体系。
3.根据权利要求1所述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法，其特征在于：所述碳纤维的长度为2-8mm。
4.根据权利要求1所述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法，其特征在于：所述碳纤维的长度为2mm。
5.根据权利要求1所述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法，其特征在于：将碳纤维加入到pH响应型分散体系之前还包括对碳纤维进行碱处理，包括以下步骤：
配置0.25-1mol/L的氢氧化钠溶液，将碳纤维倒入氢氧化钠溶液中进行搅拌，搅拌完成后将溶液静置30-60min，然后过滤并洗去残留的氢氧化钠，从而得到经过碱处理后的碳纤维。
6.根据权利要求5所述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液的浓度为0.75mol/L，静置时间为60min。
7.根据权利要求5所述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L，静置时间为30min。
8.根据权利要求1所述的pH响应型分散体系的高匀度碳纸原纸的制备方法，其特征在于：所述湿法成型工艺包括以下步骤：
将碳纤维浆料悬浮液倒入纸页成型器中，气泡匀浆1min，使碳纤维浆料悬浮液均匀分散；
打开纸页成型器的放水阀，使碳纤维浆料悬浮液中的碳纤维自由沉降在铜网上，形成湿纸幅；
用吸水纸将湿纸幅中多余的水分吸收；
将湿纸幅置于平板硫化机上，在150℃和1MPa的条件下进行干燥，得到碳纸原纸。
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