專利名稱：一種碳纖維紙的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種由碳纖維和紙漿纖維復(fù)合的膜。
背景技術(shù)：
近年來，碳纖維的應(yīng)用日益廣泛，其中也有大量的應(yīng)用于紙的生產(chǎn)中。專利號為 201010137893. 6的名為“一種碳纖維紙及其制備方法”的中國發(fā)明專利，本發(fā)明涉及一種碳纖維紙及其制備方法，特別是涉及一種低成本、具有高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、可用于質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴(kuò)散層的碳纖維紙及其制備方法。本發(fā)明的一種碳纖維紙，包括PAN基石墨纖維和樹脂炭，該碳纖維紙是由PAN基石墨纖維經(jīng)樹脂炭粘結(jié)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，PAN基石墨纖維兩兩交結(jié)處均緊密搭接樹脂炭，樹脂炭占碳纖維紙的質(zhì)量百分比為10 20%。本發(fā)明的一種碳纖維紙的制備方法，包括活化、短切、濕法造紙成型、噴涂樹脂、烘干后熱壓和熱處理等幾個步驟。此發(fā)明屬于濕法造紙法生產(chǎn)碳纖維紙，此方式造紙產(chǎn)量高，技術(shù)成熟，但同時存在能耗高、污染高、設(shè)備投入和維護(hù)費(fèi)用高、工藝控制難等傳統(tǒng)缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種制備簡單，投入少，成本低，耗能少，污染少，工藝控制簡易的碳纖維紙的制造方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種碳纖維紙的制造方法，碳纖維的含量為 50%，其制備包括如下步驟①分別稱取紙漿纖維與碳纖維，紙漿纖維與碳纖維的重量比為99 :1-1:1;②按紙漿纖維與碳纖維的總重量水重量=1 1000-1 40000的重量比將上述兩種纖維用水稀釋，攪拌均勻，制得漿液C ；③在容器1的底部固定好接收網(wǎng)2，并在接收網(wǎng)2的下面安裝好導(dǎo)流板4及在容器3的底部安裝排泄閥5;④將容器1置于容器3內(nèi)，在容器3內(nèi)加入水使水位超過接收網(wǎng)2的高度，然后再把制好的漿液C倒進(jìn)容器1中，攪拌均勻；⑤垂直移動容器1或容器3，漿液C從容器1中完全流入到容器3內(nèi)；或打開排泄閥5，讓漿液C從容器1內(nèi)流經(jīng)接收網(wǎng)2，進(jìn)入容器3，同時在接收網(wǎng)2上形成一層均勻的碳纖維紙漿纖維膜；⑥絕大部分的纖維被接收網(wǎng)2攔截，剩下的液體完全進(jìn)入到容器3內(nèi)，成為液體D， 從排泄閥5排出后可作為稀釋液循環(huán)使用；⑦把上述碳纖維紙漿纖維膜從接收網(wǎng)2上取下，采用加熱和/或真空脫水的方式進(jìn)行預(yù)處理，然后用滾輪或平面的方式把膜壓緊。⑧干燥脫水成型，從而得到碳纖維紙。上述的紙漿纖維為化學(xué)紙漿、機(jī)械紙漿或化學(xué)機(jī)械紙漿中任一種或幾種；紙漿纖維的直徑為4 μ m 40 μ m，長度為0. 1 20mm。上述的碳纖維由聚丙烯腈纖維、浙青纖維、粘膠絲或酚醛纖維中任一種經(jīng)碳化制得；碳纖維的直徑為4 μ m 40 μ m，長度為2 20mm。上述①-②步驟可以為A、先把將紙漿纖維水=1 10 1 1000的重量百分比用水稀釋，制得漿液 A；B、然后將碳纖維水=1 1000 1 40000的重量百分比用水稀釋，制得漿液 B ；C、再將A和B液按照紙漿纖維與碳纖維重量百分比99 1 1 1進(jìn)行混合并攪拌均勻，制得漿液C。 上述①-②步驟還可以為I 先將碳纖維水=1 1000 1 40000的重量百分比用水稀釋，制得漿液 B ；II 然后按照紙漿纖維與碳纖維重量百分比99 1-1 1所對應(yīng)的紙漿纖維加入漿液B中攪拌均勻，制得漿液C。所述的干燥脫水是用不同溫度加熱干燥固化、輔以真空干燥固化或常溫干燥固化中任一種方式干燥脫水。所述的接收網(wǎng)2為銅網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)、電鍍網(wǎng)、尼龍網(wǎng)、PET網(wǎng)中任一種網(wǎng)，目數(shù)為 40-200 目所述的導(dǎo)流板4是鋁蜂窩板、銅蜂窩板、電鍍網(wǎng)、不銹鋼蜂窩板、聚酯蜂窩板、陶瓷蜂窩板、高強(qiáng)度的金屬網(wǎng)或塑料網(wǎng)中任一種。所述的排泄閥5是單個或兩個以上。本專利的有益效果是1、采用碳纖維和紙漿纖維，其材料成本低。2、制備過程所需設(shè)備投入少，能耗低。3、整個過程幾乎不使用化學(xué)添加劑，其污染特別少。4、水可以不經(jīng)過特別處理，而循環(huán)使用，浪費(fèi)特別少，且水的需求量少。5、整個過程便于控制碳纖維以及紙漿纖維的含量和比例，且可以在生產(chǎn)過程中隨時進(jìn)行調(diào)整，工藝流程短，控制成本低。6、碳纖維整體分散均勻，可以便于加工成不同溫度要求的面狀發(fā)熱體。且碳纖維發(fā)熱具有遠(yuǎn)紅外作用，還可以用于理療等場所。以及用于防靜電和催化凈化等領(lǐng)域，應(yīng)用范圍廣。


圖1為容器1的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為容器3的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為加入水后容器1和容器3的關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本專利進(jìn)一步說明；
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種碳纖維紙的制造方法，優(yōu)選的機(jī)械紙漿纖維的直徑為4 μ m,長度為0. 5mm。優(yōu)選的碳纖維的直徑為4 μ m，長度為2mm。碳纖維由浙青纖維碳化制得。其制備方法包括如下步驟優(yōu)選的先將碳纖維按照1 2000的比例用水稀釋，制得60L漿液B。再將打漿的含紙漿纖維25%的漿液12L倒入漿液B中混合均勻，制得漿液C。此時漿液中紙漿纖維與碳纖維重量比為99 1。容器1為不銹鋼框，用導(dǎo)軌固定，其底部平整地固定有200目的700mmX450mm尼龍接收網(wǎng)2，接收網(wǎng)2的下面有導(dǎo)流板4，導(dǎo)流板4為邊長4mm，厚IOmm的正六邊形聚酯塑料蜂窩板，容器3為塑料框，其底部設(shè)有排泄閥5。先在容器3內(nèi)放入200mm高度的水，然后容器1順著導(dǎo)軌下滑，并置于容器3中，至容器1中的接收網(wǎng)2低于容器3內(nèi)的水面5mm。把配置好的漿液C倒進(jìn)容器1中并攪拌均勻，然后把容器1沿著導(dǎo)軌從容器3內(nèi)均勻升起至高于容器3的頂部，使?jié){液C從容器1內(nèi)流出，全部進(jìn)入到容器3內(nèi)，成為液體D。同時在接收網(wǎng)2上形成一層均勻的碳纖維紙漿纖維膜。用的確良布把碳纖維紙漿纖維膜從接收網(wǎng) 2上取下，并在105°C下預(yù)干燥lOmins，然后用平板把碳纖維紙膜壓緊，再次在105°C下干燥 30mins，從而得到成型的碳纖維紙。而容器3內(nèi)剩下的液體D可以從排泄閥5放出循環(huán)使用，作為漿液A和漿液B的稀釋液。用此工藝制備的碳纖維紙，測試600mm X 420mm面積的電阻值(電極方向?yàn)殚L度方向)，其值為400 Ω。使用220V的交流電壓進(jìn)行通電測試，其表面平均溫度為45°C，在其表面上的10處不同的位置測試其溫度分布，溫度偏差小于5°C。實(shí)施例2一種碳纖維紙的制造方法，優(yōu)選的化學(xué)紙漿纖維的直徑為8 μ m,長度為6mm。優(yōu)選的碳纖維的直徑為4 μ m，長度為6mm。碳纖維由聚丙烯腈纖維碳化制得。其制備方法包括如下步驟優(yōu)選的先將打漿后含量為20%的紙漿纖維按照紙纖維含量以1 100的比例用水稀釋，制得15L漿液A。然后將碳纖維按照15 100000的比例用水稀釋，制得52. 6L漿液 B。再將漿液A倒入到漿液B中混合均勻，制得漿液C。其中漿液中紙漿纖維與碳纖維重量比為19 1。容器1為不銹鋼框，其底部用螺絲平整有接收網(wǎng)2和導(dǎo)流板4，其中接收網(wǎng)2為80 目的銅網(wǎng)，導(dǎo)流板4為邊長6mm，厚IOmm的正六邊形鋁蜂窩板。容器3為不銹鋼框，平放于液壓設(shè)備上，其底部設(shè)有排泄閥5，并先在容器3內(nèi)倒入250mm深的水。用支架把容器1固定在容器3的正上方，用液壓設(shè)備把容器3升起，使容器1置于容器3內(nèi)，直到容器1底部固定的接收網(wǎng)2低于水面5mm。把配置好的漿液C倒進(jìn)不銹鋼容器1中并攪拌均勻，然后采用液壓設(shè)備把容器3勻速下降，直至容器1高出容器3的頂部。此時漿液C從容器1內(nèi)流出，全部進(jìn)入到容器3內(nèi)，成為液體D。同時在接收網(wǎng)2上形成一層均勻的碳纖維紙漿纖維膜。用毛毯將碳纖維紙漿纖維膜從接收網(wǎng)2上取下，并在有真空情況下105°C下預(yù)干燥 anins，然后用圓滾把碳纖維紙膜壓緊，再次在105°C下干燥30mins，從而得到成型的碳纖維紙。其中容器3內(nèi)剩下的液體D可以從排泄閥5放出循環(huán)使用，作為漿液A和漿液B的稀釋液。用此工藝制備的碳纖維紙，測試600mm X 420mm面積的電阻值(電極方向?yàn)殚L度方向)，其值為40 Ω。使用80V的交流電壓進(jìn)行通電測試，其表面平均溫度為60°C，在其表面上的10處不同的位置測試其溫度分布，溫度偏差小于8°C。實(shí)施例3采用與實(shí)施例2相同的原料、制作工藝制造的碳纖維紙，其中漿液C中紙纖維和碳纖維的質(zhì)量比為11. 5 1。用此工藝制備的碳纖維紙漿纖維復(fù)合膜，測試600mmX 420mm面積的電阻值(電極方向?yàn)殚L度方向)，其值為30 Ω。使用80V的交流電壓進(jìn)行通電測試，其表面平均溫度為 80°C，在其表面上的10處不同的位置測試其溫度分布，溫度偏差小于10°C。實(shí)施例4采用與實(shí)施例2相同的原料、制作工藝制造的碳纖維紙，其中漿液C中紙纖維和碳纖維的質(zhì)量比為9 1。用此工藝制備的碳纖維紙漿纖維復(fù)合膜，測試600mmX 420mm面積的電阻值(電極方向?yàn)殚L度方向)，其值為25 Ω。使用48V的流電直壓進(jìn)行通電測試，其表面平均溫度為 40°C，在其表面上的10處不同的位置測試其溫度分布，溫度偏差小于4°C。實(shí)施例5一種碳纖維紙的制造方法，優(yōu)選的化學(xué)紙漿纖維的直徑為8 μ m,長度為25mm。優(yōu)選的碳纖維的直徑為8 μ m，長度為25mm。碳纖維由浙青纖維碳化制得。其制備方法包括如下步驟優(yōu)選的先將碳纖維按照1 40000的比例用水稀釋，制得60L漿液B。再將打漿的含紙漿纖維10%的漿液0. 015L倒入漿液B中混合均勻，制得漿液C。此時漿液中紙漿纖維與碳纖維重量比為1 1。容器1為不銹鋼框，用導(dǎo)軌固定，其底部平整地固定有40目的700mmX450mm不銹鋼接收網(wǎng)2，接收網(wǎng)2的下面有導(dǎo)流板4，導(dǎo)流板4為厚10mm，直徑為3mm的銅板。容器3為塑料框，在4個側(cè)面的底部均設(shè)有排泄閥5。先在容器3內(nèi)放入300mm高度的水，然后容器 1順著導(dǎo)軌下滑，并置于容器3中，至容器1中的接收網(wǎng)2低于容器3內(nèi)的水面5mm。把配置好的漿液C倒進(jìn)容器1中并攪拌均勻，然后把底部的4個排泄閥5全部打開，使?jié){液C從容器1內(nèi)流出，流經(jīng)容器3，然后流出。此時在接收網(wǎng)2上形成一層均勻的碳纖維紙漿纖維膜。用的確良布把碳纖維紙漿纖維膜從接收網(wǎng)2上取下，并在105°C下預(yù)干燥lOmins，然后用圓滾把碳纖維紙膜壓緊，再次在105°C下干燥30mins，從而得到成型的碳纖維紙。從容器 3流出的液體D可以從排泄閥5放出循環(huán)使用，作為漿液A和漿液B的稀釋液。用此工藝制備的碳纖維紙，測試60mmX6mm面積的電阻值(電極方向?yàn)殚L度方向)，其值為ΜΩ。使用12V的直流電壓進(jìn)行通電測試，其表面平均溫度為80°C，在其表面上的10處不同的位置測試其溫度分布，溫度偏差小于10°C。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維紙的制造方法，其特征在于碳纖維的含量為 50%，其制備包括如下步驟①分別稱取紙漿纖維與碳纖維，紙漿纖維與碳纖維的重量比為99:1-1:1;②按紙漿纖維與碳纖維的總重量水重量=1 1000-1 40000的重量比將上述兩種纖維用水稀釋，攪拌均勻，制得漿液C ；③在容器(1)的底部固定好接收網(wǎng)O)，并在接收網(wǎng)( 的下面安裝好導(dǎo)流板(4)及在容器(3)的底部安裝排泄閥(5)；④將容器(1)置于容器(3)內(nèi)，在容器(3)內(nèi)加入水使水位超過接收網(wǎng)( 的高度， 然后再把制好的漿液C倒進(jìn)容器(1)中，攪拌均勻；⑤垂直移動容器(1)或容器(3)，漿液C從容器(1)中完全流入到容器(3)內(nèi)；或打開排泄閥(5)，讓漿液C從容器(1)內(nèi)流經(jīng)接收網(wǎng)O)，進(jìn)入容器(3)，同時在接收網(wǎng)(2)上形成一層均勻的碳纖維紙漿纖維膜；⑥絕大部分的纖維被接收網(wǎng)( 攔截，剩下的液體完全進(jìn)入到容器C3)內(nèi)，成為液體D， 從排泄閥( 排出后可作為稀釋液循環(huán)使用；⑦把上述碳纖維紙漿纖維膜從接收網(wǎng)( 上取下，采用加熱和/或真空脫水的方式進(jìn)行預(yù)處理，然后用滾輪或平面的方式把膜壓緊；⑧干燥脫水成型，從而得到碳纖維紙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維紙的制造方法，其特征在于紙漿纖維為化學(xué)紙漿、機(jī)械紙漿或化學(xué)機(jī)械紙漿中任一種或幾種；紙漿纖維的直徑為4 μ m 40 μ m，長度為 0. 1 20mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維紙的制造方法，其特征在于碳纖維由聚丙烯腈纖維、浙青纖維、粘膠絲或酚醛纖維中任一種經(jīng)碳化制得；碳纖維的直徑為4μπι 40μπι， 長度為2 20mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維紙的制造方法，其特征在于上述①-②步驟為A、先把將紙漿纖維水=1 10 1 1000的重量百分比用水稀釋，制得漿液A ；B、然后將碳纖維水=1 1000 1 40000的重量百分比用水稀釋，制得漿液B;C、再將A和B液按照紙漿纖維與碳纖維重量百分比99 1 1 1進(jìn)行混合并攪拌均勻，制得漿液C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維紙的制造方法，其特征在于上述①-②步驟為I先將碳纖維水=1 1000 1 40000的重量百分比用水稀釋，制得漿液B ；II然后按照紙漿纖維與碳纖維重量百分比99 1-1 1所對應(yīng)的紙漿纖維加入漿液 B中攪拌均勻，制得漿液C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維紙的制造方法，其特征在于干燥脫水是用不同溫度加熱干燥固化、輔以真空干燥固化或常溫干燥固化中任一種方式干燥脫水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維紙的制造方法，其特征在于接收網(wǎng)( 為銅網(wǎng)、 不銹鋼網(wǎng)、電鍍網(wǎng)、尼龍網(wǎng)、PET網(wǎng)中任一種網(wǎng)，目數(shù)為40-200目
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維紙的制造方法，其特征在于導(dǎo)流板(4)是鋁蜂窩板、銅蜂窩板、電鍍網(wǎng)、不銹鋼蜂窩板、聚酯蜂窩板、陶瓷蜂窩板、高強(qiáng)度的金屬網(wǎng)或塑料
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維紙的制造方法，其特征在于排泄閥( 是單個或兩個以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳纖維紙的制造方法，采用網(wǎng)孔放水、網(wǎng)板接收的方式，其工藝簡單可控，設(shè)備投入和維護(hù)低，能耗低，污染少，制造的碳纖維紙分布均勻，強(qiáng)度好?？梢詮V泛的應(yīng)用于加熱、除靜電、催化凈化、航空、建筑等領(lǐng)域。
文檔編號D21H13/50GK102154917SQ201110059508
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者程啟進(jìn) 申請人:安徽博領(lǐng)環(huán)境科技有限公司