[发明专利]复合沥青基碳晶材料制备方法及由该材料制备碳晶板材

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合的沥青基碳纤维碳晶材料，特别是涉及一种聚氨酯复合沥青基碳晶材料制备方法及由该材料制备碳晶板材。

背景技术

碳纤维具有导电、导热、抗氧化（300℃下课长期使用），质轻，直径细（<7μm），电阻温度系数小，电性能稳定，远红外辐射，屏蔽或阻尼电磁波等特点。易于工业化规模生产，已在导电发热材料中得到广泛应用。

从炭收率、生产技术的难易以及工艺成本等多种因素综合考虑，国际市场上仅有聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、粘胶基碳纤维和沥青基碳纤维实现了产业化。其中，以PAN为原料制造高强度，中等模量的PAN基碳纤维，由于其生产工艺较为简单，而且产品的力学性能优良，因此用途较为广泛。但是PAN基碳纤维的原料价格高，难以获得高模量的PAN基碳纤维其碳化收率低，技术难度大、设备复杂，成本较高。

而沥青基碳纤维的炭化收率比PAN基碳纤维高，原料沥青价格也远比PAN便宜。高性能沥青基碳纤维容易在较低的热处理温度下得到石墨化程度高、模量高的碳纤维。此外，它还具有导热系数高、导电性能好和热膨胀系数小等优点。

在沥青基碳纤维的基础上加入聚氨酯与其复合，不仅具有适应面广泛，耐候性良好、成本低、产品性能稳定、抗变形能力强，不易开裂，使用寿命长等优点，还能提高饰面稳定性、安全性等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合沥青基碳晶材料制备方法及由该材料制备碳晶板材，本发明克服其致命缺陷的新型换代产品；提供由该产品制备电采暖发热产品的生产方法，并以该碳晶材料制备晶板材，作为建筑用采暖发热产品，适应面广泛，耐候性良好、成本低、产品稳定。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种聚氨酯复合沥青基碳纤维碳晶材料的制备方法，所述方法包括以下制备步骤：

1)将沥青在惰性气体保护下升温后恒温搅拌，结束后冷却至室温，制得混合沥青原料；

2)将混合沥青原料放入熔融纺丝机喷丝料桶中，装入沥青碳纤维成型装置，在保护气下升温至熔融纺丝温度，在喷丝口处开始喷丝；

3)把原丝放在载样台上，放入高温炉中，设置升温程序，通入空气，氧化处理，结束后冷却，即得氧化纤维；

4)把经过步骤3)交联处理过的氧化纤维放在载样台上，放入高温炉内升温，通入惰性气体保护，开始碳化处理，结束后冷却，得到沥青基碳纤维；

5）准确称量4，4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、预先脱水的聚己二酸乙二醇丙二醇酯多元醇(ODX-218，Mn=2000)和沥青基碳纤维加入装有温度计、搅拌器的烧瓶中，在N₂气氛保护下，80～85℃下反应2h，制得预聚体;采用二正丁胺法分析游离NCO基团含量，按照扩链系数0.95加入扩链剂1，4-丁二醇(BDO)，110℃下硫化2h，100℃下老化24h，即得聚氨酯复合沥青基碳纤维材料样片；

6）用大功率电子球磨机进行深度加工，反复多次，直至产生均匀的直径在1～2μ的聚氨酯复合的沥青基碳晶粉。

所述的一种聚氨酯复合沥青基碳晶材料及其制备方法，沥青为煤焦沥青、石油沥青和天然沥青三种中的一种或多种。

所述的一种聚氨酯复合沥青基碳纤维的制备方法，氮气保护下机械搅拌的温度为350～400℃，搅拌时间为0.5～2h。

所述的一种聚氨酯复合沥青基碳纤维的制备方法，在步骤2)中，设置升温的程序以3℃/min，从室温升至340℃，再以2℃/min升至纺丝温度。

所述的一种聚氨酯复合沥青基碳纤维的制备方法，在步骤2)中，沥青基纤维成型装置在喷丝口处得原丝后缠绕在卷丝筒上，调节卷丝筒的转速，转速为200～900m/min，使得纤维均匀缠绕，通过调节挤压速度也可控制纤维的直径，挤压速度为1.9×10^-7～3.8×10^-7m³/min。

所述的一种聚氨酯复合沥青基碳纤维的制备方法，在步骤4)中，升温的程序以40℃/min从室温升到1800℃，保温20min。

一种聚氨酯复合沥青基碳纤维碳晶材料制备碳晶板材，其制备包括如下步骤：

a）原材料的准备：

①将上述碳晶粉以重量百分比为3%～11%的比例掺入普通纸浆，加入粘性助剂，用高速均质机均质；

②在小型造纸设备上制出碳晶纸，作为制造碳晶板材的原料；

③用剪裁设备配合模量检测装置在大卷的碳晶纸中挑选碳晶含量符合产品要求的原纸，并按产品的制作要求裁剪成所需的形状备用；