[发明专利]一种水分散性短切碳纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水分散性短切碳纤维及其制备方法。本发明通过将碳纤维依次进行电化学阳极氧化处理、上浆、干燥及切断而成。本发明的碳纤维具有良好的集束性、可切割性和水分散性，与水的接触角为60°～80°，碳纤维长度2～12mm。本发明水分散性碳纤维处理方法简单，生产成本低，具有很高的市场应用价值。该短切碳纤维可用于湿法抄纸工艺，制备的碳纤维纸或碳纤维复合纸可应用于燃料电池的电极材料、电磁屏蔽材料、电发热材料和复合材料等领域。

技术领域

本发明碳纤维处理技术领域，具体的说，涉及一种水分散性短切碳纤维及其制备方法。

背景技术

通过将碳纤维分散在基体树脂中来制备的碳纤维增强复合材料，在轻质、机械性能、尺寸稳定性、导电性等方面具有良好的性能。因此，这种复合材料被广泛应用在比如汽车、飞机、电气或电子装置、光学仪器、精密仪器、娱乐玩具和游戏、家庭或办公用品、建筑材料等领域。对这种复合材料的需求逐年上涨。同时含有碳纤维的纸或复合纸在电发热、电磁波屏蔽等领域也得到快速发展。获得这种碳纤维增强复合材料或纸的方法之一是在水中处理碳纤维比如运用湿法抄纸工艺，比如将短切碳纤维分散在水中，然后通过粘合、缠绕或缝合将短切碳纤维凝固在基体树脂或其它纤维(如木浆纤维)中。另外在最近几年，抄纸法被作为一种方法来获得用在燃料电池中的气体扩散层。

在造纸过程中，碳纤维被提前切成短切碳纤维，然后被分散在分散介质中，最后进行抄纸。当集束性能和纤维硬挺度差的时候，碳纤维切断可操作性差，导致纤维长度短于预定的长度。另外，在抄纸过程中碳纤在水中必须具有极好的分散性。用在电极气体扩散层时，分散性越好，导电性越好。

因此，碳纤维被应用到抄纸过程中时需要同时具有(1)集束性；(2)可切割性，即需要一定的硬挺度，(3)极好的分散性：在抄纸过程中，当碳纤维进入到水中时，可以迅速的分散成单纤的形式，并且抑制碳纤维二次聚集。

环氧树脂类的上浆剂是碳纤维常用上浆材料，对于抄纸过程来说，其集束性能太高，不适合用于抄纸工艺。涂覆水性化合物上浆剂的碳纤维分散性有提高，但切割性能差。本发明采用电化学处理与表面上浆相结合的方法，工艺简单且连续性强，使碳纤维具有了良好切割性和水分散性，可广泛应用于抄纸过程。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水分散性碳纤维及其制备方法。其目的在于使碳纤维具有良好的水分散性。本发明制备方法包括了电化学氧化及上浆的处理过程；得到的水分散性碳纤维同时具有良好集束性、可切割性和极好的水分散性。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案具体如下。

本发明提供一种水分散性短切碳纤维的制备方法，具体步骤如下：

1)对碳纤维进行电化学阳极氧化处理；

2)将电化学阳极氧化处理后的碳纤维上浆；

3)上浆后的碳纤维进行干燥、短切。

上述步骤1)中，所述碳纤维的单丝含量为1K-48K。

上述步骤1)中，电化学阳极氧化处理时，以铵盐为电解质，碳纤维为正极，石墨棒为负极，电解质浓度为0.5～1.5mol/L，电流密度为0.3～3mA/cm2，电解时间为2～3min。优选的，铵盐为磷酸氢二铵或者碳酸氢铵。