[发明专利]一种无聚合物粘结剂的高性能碳纤维纸及其制备方法

说明书

本发明属于导电功能材料领域，公开了一种无聚合物粘结剂的高性能碳纤维纸及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：将连续的碳纤维和铜纤维剪短成短纤维，然后通过湿法造纸技术得到铜/碳纤维纸，对所得的铜/碳纤维纸进行烘干处理后，再采用高温固相烧结的方法即可得到所述一种无聚合物粘结剂的高性能碳纤维纸。本发明提供的碳纤维纸以碳纤维为原料，用铜纤维取代传统的聚合物粘结剂，通过湿法造纸和固相烧结工艺形成烧结结合点，为碳纤维纸提供了较好的力学性能。此外，由于碳纤维与铜纤维本身的特性，使得碳纤维纸具有较好的导电性和耐热性。

技术领域

本发明属于导电功能材料、电磁屏蔽材料领域，具体涉及一种无聚合物粘结剂的高性能碳纤维纸及其制备方法。

背景技术

近年来，由于加工成本低、易于剪裁、性价比高等优点，无纺布吸引了大量人员的关注。而在众多的无纺布中，碳纤维无纺布(又称碳纤维纸)已经广泛地应用于柔性电子、电磁屏蔽等领域当中。碳纤维纸是以短切碳纤维作为原料，通过湿法造纸技术制备而成的，具有轻质多孔、导电性强、耐腐蚀的特点。碳纤维纸的强度主要是由碳纤维与碳纤维之间的摩擦力来提供的，这一性质导致了碳纤维纸的力学性能较差。一般，为了增强其力学性能，人们往往添加一些聚合物粘结剂，例如聚乙烯纤维。然而聚合物粘结剂会渗透到碳纤维与碳纤维之间，增大了接触电阻，严重地损害碳纤维纸的导电性，从而使得其电磁屏蔽能力下降。因此，如何增强碳纤维纸的力学性能而不损害其导电性是本发明重点解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种无聚合物粘结剂的高性能碳纤维纸及其制备方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

本发明为了解决传统聚合物粘结剂会损害碳纤维纸导电性的问题，提供一种力学性能优异、导电性强、无聚合物粘结剂的高性能碳纤维纸及其制备方法，该制备方法结合了湿法造纸与固相烧结工艺，过程简单可控，便于推广应用。

本发明提供的一种无聚合物粘结剂的高性能碳纤维纸的制备方法，包括如下步骤：

(1)碳纤维和铜纤维的准备：分别将连续的横截面直径为5-15μm的碳纤维、连续的横截面直径为20-25μm的铜纤维剪短至长度为2-10mm的短纤维，然后使用有机溶剂对短纤维进行超声波清洗，清洗后放置到烘箱中40-60℃烘干1-2小时；烘干后，称取剪短后的碳纤维和剪短后的铜纤维(碳纤维横截面直径为5-15μm，铜纤维横截面直径为20-25μm)，剪短后的碳纤维与剪短后的铜纤维质量比为1：2-3；

(2)湿法造纸：将步骤(1)准备好的碳纤维和铜纤维加入到质量分数为1.4wt％-1.7wt％的分散液中进行搅拌分散，得到混合物，将混合物静置5-10min，然后将含有纤维的分散液通过80-100目的不锈钢滤网，抄造成铜/碳纤维纸；

(3)烘干：将步骤(2)所得的铜/碳纤维纸放置到烘干箱进行烘干处理；

(4)固相烧结：将烘干处理后的铜/碳纤维纸放置到平板模具中进行压合，然后在氢气氛围下采用高温固相烧结的方法即可得到所述无聚合物粘结剂的高性能碳纤维纸。

进一步地，步骤(1)中所述有机溶剂为无水丙酮或无水乙醇。

进一步地，步骤(1)中所述超声波清洗的超声频率为20-50KHz，超声波清洗的时间为10-30min。

进一步地，步骤(2)所述分散液为甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素溶液中的一种。

进一步地，步骤(2)中所述搅拌速率为600-700rpm，搅拌时间为4-6min。

进一步地，步骤(3)所述烘干温度为40-60℃，烘干时间为3-4h。

进一步地，步骤(4)所述高温固相烧结的温度为900-1000℃，高温固相烧结时间为30-60min。