[发明专利]一种碳纤维复合功能纸的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维复合功能纸的制备方法。

背景技术

碳纤维纸是使用碳纤维或活性碳纤维及碳纤维或活性碳纤维与其它植物或非植物纤维混合生产的具有特殊性能的功能纸。碳纤维纸具备许多优良特性，如导电、导热、多孔、吸附性等，因而被广泛应用于能源、军事、环保、土木、电子电器、采暖等领域。

近年来，随着碳纤维的成本不断降低，碳纤维纸优异的导电性能和电热性能使其在民用电热采暖领域受到越来越多的关注。金属材料热传递主要靠自由电子完成，而如碳纤维和石墨等非金属材料的热传递主要依靠晶格的振动和传递完成，即分子、原子、离子等微观粒子的热运动。在固体分子、原子和电子的振动、转动等运动状态发生改变时，会辐射出电磁波，因此热辐射也是碳纤维纸的主要传热方式。由于碳纤维的热传导和热辐射性能相当的好，能有效避免蓄热和过热现象的发生，因而使使用寿命长，电热转换效率高。碳纤维用作电热元件后，其辐射散热比例大于60%；同时，其辐射出波长为8～15μm的远红外波。该波长范围的热辐射易被人体吸收，具有促进血液循环、减缓类风湿关节炎疼痛等理疗作用。碳纤维纸还具有散热均匀、电流密度小等优点，其电热转换效率＞97％，是一种优异的电热材料。

碳纤维纸作为电热材料主要有以下特点：（1）整个纸面都是发热面和散热面，有利于热量的传输和疏散，热辐射性能好，发热均匀；（2）电热转换效率高，比传统电热材料节能15%-30%；（3）远红外电热辐射转化率＞70%，是一种有源远红外加热元件，对人体具有辅助理疗保健作用；（4）柔软轻质，可按照发热功率和规格的要求，控制碳纤维纸的碳纤维含量和纸张尺寸，加工得到各种不同面积和电阻值，满足不同的使用要求；（5）可挠曲、可粘合，加工性能好，适用范围广。因此，碳纤维复合功能纸作为面状发热材料具有很高的开发价值。

现有碳纤维复合功能纸主要采用植物纤维为基体材料，其优点是工艺简单，成型容易，纸张综合性能良好。但是使用植物纤维为基体，纸张成型后具有易吸湿、耐水性差等固有缺陷，其吸湿特性还会导致电热纸电导率的“漂移”，对电热纸电热性能的稳定性造成影响；同时，植物纤维由于不具有结构和成分的可设计性，在电热纸中仅提供了物理机械性能，不具备功能性。

相较于植物纤维，合成纤维具有更好的环境耐受性和功能多样性。以合成纤维为基体可大大拓展碳纤维复合功能纸的使用场合和应用范围，同时赋予碳纤维复合功能纸功能的多样性。但是，由于许多合成纤维如PP、PE缺乏表面活性官能团，造成纤维间的相互结合能力极弱；且当合成纤维以短纤形式存在时，纤维间的物理缠结能力也不强，这就导致了以合成纤维为主要基体时，纸页的湿强度很低，在进入下一道工序时容易产生变形、撕裂等破坏，因而难以加工成型。所以，目前的碳纤维复合功能纸都是以植物纤维为基体纤维，或在植物纤维中混入少量合成纤维，一般不超过20%，通过植物纤维间的氢键作用提供湿态的力学强度；类似地，在非织造布的湿法成网工艺中，为了使得到的纤维网络在后续的铺网和固网工序中不至于变形、撕裂和破坏，需要在浆料中加入一定量的湿增强剂如改性脲醛树脂、聚乙烯醇等用以提供在固网工序前纤维网络的强度。

除此之外，现有碳纸的湿法抄造工艺中，由于需要在浆料制备过程中使用大量的纤维分散剂和湿增强剂，不仅会产生较大的水体污染，而且具有助剂用量大、浪费严重的缺点，难以适应绿色节能的可循环经济发展要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维复合功能纸的制备方法。

本发明的一种碳纤维复合功能纸的制备方法，包括以下步骤：

1）碳纤维的预处理：

碳纤维分的表面处理：

对碳纤维进行表面活化处理，得到活化碳纤维，用功能上浆剂对所述的活化碳纤维进行常规上浆处理，所述的功能上浆剂为碳纤维分散剂的水溶液，其中，所述碳纤维分散剂的浓度为5～30wt%，所述的碳纤维分散剂为聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯中的一种或其组合；

短切：

将经过表面处理的碳纤维进行短切，制备得到预处理碳纤维，所述的预处理化碳纤维的长度为2～10mm；

2）抄纸浆料的制备：

碳纤维分散液的制备：

将预处理碳纤维均匀分散在水中形成碳纤维分散液，其中，所述预处理碳纤维的含量为0.5～5wt‰，余量为水；

基体纤维分散液的制备：

将长度为2～15mm的基体纤维均匀分散在水中形成基体纤维分散液，其中，所述基体纤维的含量不大于0.5～5wt‰，余量为水；