一種導(dǎo)電碳纖維紙的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種導(dǎo)電碳纖維紙的制備方法，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)將聚烯腈基碳纖維與氫氧化鈉溶液混合，浸泡，過濾，洗滌，得預(yù)處理碳纖維；將預(yù)處理碳纖維，菌液，葡萄糖溶液，水混合發(fā)酵，得發(fā)酵混合液；將改性海藻酸鈉液，水溶性酚醛樹脂和苯胺攪拌混合，得粘合劑；將發(fā)酵混合液，粘合劑，改性海泡石，植物精油，乳化劑，異氰酸酯，磷脂，有機(jī)酸攪拌混合，得混合漿料；將混合漿料抄造成型，干燥，炭化，即得導(dǎo)電碳纖維紙。本發(fā)明專利技術(shù)技術(shù)方案制備的導(dǎo)電碳纖維紙具有優(yōu)異的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能的特點(diǎn)，在功能材料技術(shù)行業(yè)的發(fā)展中具有廣闊的前景。

Preparation of Conductive Carbon Fiber Paper

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種導(dǎo)電碳纖維紙的制備方法
本專利技術(shù)公開了一種導(dǎo)電碳纖維紙的制備方法，屬于功能材料

技術(shù)介紹
碳纖維紙是使用碳纖維或活性碳纖維及碳纖維或活性碳纖維與其他植物或非植物纖維混合生產(chǎn)的具有特殊性能的功能紙。碳纖維紙中碳纖維是以短纖維無規(guī)則的形式存在，各向同性，是利用長(zhǎng)纖維復(fù)合成形材料無法比擬的。碳纖維不同于植物纖維，它的表面僅含有少量的基團(tuán)，在打漿過程中只能產(chǎn)生切斷作用，不能產(chǎn)生分絲帚化現(xiàn)象，在紙頁成型后纖維間也不會(huì)產(chǎn)生氫鍵。在碳纖維的成紙過程中面臨一些不同于植物纖維的難題需要解決，主要集中在分散和成紙強(qiáng)度兩個(gè)方面。普通的碳纖維紙一般采用濕法抄造，碳纖維的含量在5%~60%，在碳纖維的濕法成形中主要的問題是分散和成形。在實(shí)際的碳纖維紙成形實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，碳纖維如果過長(zhǎng)，不易分散，容易成團(tuán)。反之若碳纖維過短，容易分散成均勻的漿液，成形勻度好，但紙頁強(qiáng)度低。碳纖維及其復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能。碳纖維比鋁輕(鋁的密度2.702g/cm3，鋼的密度7.8g/cm3，碳纖維的密度1.76～1.96g/cm3)，比鋼強(qiáng)(不銹鋼的張力彈性極限σR=1GPa，彈性模量E=200GPa；碳纖維的張力彈性極限σR=7GPa，彈性模量E=700GPa)，比人的頭發(fā)細(xì)(人發(fā)直徑20～50μm，碳纖維徑7～8μm)。碳纖維此外還有如下特點(diǎn)：耐高溫，可在2000℃使用，在3000℃非氧化氣氛中不熔不軟；耐酸，能耐濃鹽酸、硫酸、磷酸溶液的侵蝕；熱膨脹系數(shù)小，約等于零；熱導(dǎo)率高，摩擦系數(shù)小，導(dǎo)電性好。由于碳纖維不僅具有碳素材料的固有特性，又具有金屬材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，所以，都把碳纖維作為既是發(fā)展航天、航空和軍事尖端技術(shù)必不可少的新材料，也視為民用工業(yè)更新?lián)Q代的基礎(chǔ)材料。碳纖維紙可廣泛用于防靜電包裝、電磁屏蔽、面狀發(fā)熱、耐熱阻燃、新能源、電化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等材料。碳纖維具多種得天獨(dú)厚的優(yōu)良性能，因此碳纖維紙及其復(fù)合材料的研究與應(yīng)用已經(jīng)引起了廣泛的重視，已開發(fā)了抗靜電包裝材料和屏蔽材料、新型層壓面狀發(fā)熱材料、燃料電池中作為質(zhì)子交換膜的氣體擴(kuò)散層碳纖維紙、耐熱阻燃材料、用于水凈化和空氣凈化的活性碳纖維濾紙(ACF)、高保真揚(yáng)聲器材料等。而傳統(tǒng)導(dǎo)電碳纖維紙力學(xué)性能和導(dǎo)電性能無法進(jìn)一步提高的問題。因此，如何改善傳統(tǒng)導(dǎo)電碳纖維紙的缺點(diǎn)，以獲取更高綜合性能的提升，是其推廣與應(yīng)用于更廣闊的領(lǐng)域，滿足工業(yè)生產(chǎn)需求亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)主要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)傳統(tǒng)導(dǎo)電碳纖維紙力學(xué)性能和導(dǎo)電性能無法進(jìn)一步提高的問題，提供了一種導(dǎo)電碳纖維紙的制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：一種導(dǎo)電碳纖維紙的制備方法，具體制備步驟如下：（1）將聚烯腈基碳纖維與氫氧化鈉溶液按質(zhì)量比1：10～1：20混合，浸泡，過濾，洗滌，得預(yù)處理碳纖維；（2）按重量份數(shù)計(jì)，將20～30份預(yù)處理碳纖維，4～5份菌液，3～5份葡萄糖溶液，20～30份水混合發(fā)酵，得發(fā)酵混合液；（3）按重量份數(shù)計(jì)，將10～20份改性海藻酸鈉液，30～40份水溶性酚醛樹脂和5～8份苯胺攪拌混合，得粘合劑；（4）按重量份數(shù)計(jì)，將20～30份發(fā)酵混合液，10～20份粘合劑，3～5份改性海泡石，2～3份植物精油，2～3份乳化劑，2～3份異氰酸酯，2～3份磷脂，2～3份有機(jī)酸，攪拌混合，得混合漿料；（5）將混合漿料抄造成型，干燥，炭化，即得導(dǎo)電碳纖維紙。步驟（2）所述菌液是由以下重量份數(shù)的原料組成：1～2份枯草芽孢桿菌，2～3份甘油，1～2份聚乙二醇，10～20份去離子水。步驟（3）所述改性海藻酸鈉液的制備過程為：將海藻酸鈉與水按質(zhì)量比1：50～1：100混合，靜置溶脹后，加熱攪拌溶解，接著加入海藻酸鈉質(zhì)量0.1～0.2倍的高碘酸鈉，加熱攪拌反應(yīng)，即得改性海藻酸鈉液。步驟（4）所述改性海泡石的制備過程為：將海泡石與納米四氧化三鐵按質(zhì)量比10：1～20：1粉碎，過篩，焙燒，得預(yù)處理海泡石，按重量份數(shù)計(jì)，將30～40份預(yù)處理海泡石，10～20份硅烷偶聯(lián)劑KH-550，20～30份無水乙醇，40～60份水混合，接著滴加鹽酸調(diào)節(jié)pH至3.8～4.0，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)，過濾，洗滌，干燥，即得改性海泡石。步驟（4）所述植物精油為迷迭香精油，薰衣草精油，玫瑰花精油，茉莉花精油，茶花精油或雪蓮精油中的任意一種。步驟（4）所述乳化劑為乳化劑OP-10，吐溫-80或吐溫-60中任意一種。步驟（4）所述炭化條件為：溫度為1000～1100℃，時(shí)間為2～3h。步驟（4）所述異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯，二苯基甲烷二異氰酸酯或三甲基己烷二異氰酸酯中的任意一種。步驟（4）所述磷脂為牛奶磷脂，花生磷脂或蛋黃磷脂中的任意一種。步驟（4）所述有機(jī)酸為檸檬酸，乙二胺四乙酸，聚馬來酸或聚丙烯酸，羥基亞乙基二磷酸中的任意一種。本專利技術(shù)的有益效果是：（1）本專利技術(shù)通過添加菌液，在制備過程中，首先，將預(yù)處理碳纖維，菌液，葡萄糖溶液，水混合發(fā)酵，使得菌液中的枯草芽孢桿菌能夠在預(yù)處理纖維內(nèi)部繁殖，其次，在使用過程中，在一定溫度條件下，混合菌液中的枯草芽孢桿菌代謝過程中產(chǎn)生漆酶，苯胺可向漆酶轉(zhuǎn)移電子，形成苯胺自由基，苯胺自由基可引發(fā)苯胺聚合，從預(yù)處理碳纖維內(nèi)部向外延伸形成三維網(wǎng)絡(luò)，一方面，使得生成的聚苯胺與預(yù)處理碳纖維界面結(jié)合更加緊密，降低了聚苯胺與預(yù)處理碳纖維間的界面電阻，從而使得體系的導(dǎo)電性能得到進(jìn)一步的提升，另一方面，聚苯胺能夠與體系中的改性海藻酸鈉、水溶性酚醛樹脂形成三維網(wǎng)絡(luò)交叉纏結(jié)，使得體系中的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步致密化，從而使得體系的力學(xué)性能得到提升；（2）本專利技術(shù)通過添加改性海泡石，在制備過程中，首先將納米四氧化三鐵與海泡石混合球磨處理，使得四氧化三鐵能夠分散海泡石體系中，海泡石在水中分散形成海泡石纖維束，同時(shí)，海泡石本身就具有良好的流變性和高粘度的懸浮穩(wěn)定性，通過偶聯(lián)劑改善其親水面后，在樹脂體系中可形成穩(wěn)定分散的懸浮體系，并攜帶是納米四氧化三鐵懸浮分散，在基體固化后，攜帶納米四氧化三鐵的海泡石纖維束組合形成海泡石纖維束導(dǎo)電，從而使得體系的導(dǎo)電性能得到進(jìn)一步的提升；（3）本專利技術(shù)通過添加改性海藻酸鈉液和植物精油，在使用過程中，植物精油成分占據(jù)了改性海藻酸鈉骨架中的部分活性基團(tuán)的位置，降低了改性海藻酸鈉分子中共價(jià)鍵的振動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，可使改性海藻酸鈉中可與水形成親水鍵的自由H基團(tuán)減少，同時(shí)使膜的接觸角和溶脹指數(shù)減小，使得體系的含水量降低，從而使得體系的力學(xué)性能得到進(jìn)一步的提升。具體實(shí)施方式將海藻酸鈉與水按質(zhì)量比1：50～1：100置于1號(hào)燒杯中，用玻璃棒攪拌10～20min，靜置溶脹3～5h后，將1號(hào)燒杯置于數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，于溫度為90～95℃，轉(zhuǎn)速為400～600r/min條件下，加熱攪拌溶解40～60min，接著將1號(hào)燒杯中加入海藻酸鈉質(zhì)量0.1～0.2倍的高碘酸鈉，于溫度為90～95℃，轉(zhuǎn)速為400～600r/min條件下，加熱攪拌反應(yīng)40～60min，即得改性海藻酸鈉液，將海泡石與納米四氧化三鐵按質(zhì)量比10：1～20：1置于球磨機(jī)中球磨粉碎，過120目的篩，得細(xì)化海泡石，接著將細(xì)化海泡石置于馬弗爐中，于溫度為650～750℃條件下，焙燒2本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種導(dǎo)電碳纖維紙的制備方法，其特征在于具體制備步驟如下：（1）將聚烯腈基碳纖維與氫氧化鈉溶液按質(zhì)量比1：10～1：20混合，浸泡，過濾，洗滌，得預(yù)處理碳纖維；（2）按重量份數(shù)計(jì)，將20～30份預(yù)處理碳纖維，4～5份菌液，3～5份葡萄糖溶液，20～30份水混合發(fā)酵，得發(fā)酵混合液；（3）按重量份數(shù)計(jì)，將10～20份改性海藻酸鈉液，30～40份水溶性酚醛樹脂和5～8份苯胺攪拌混合，得粘合劑；（4）按重量份數(shù)計(jì)，將20～30份發(fā)酵混合液，10～20份粘合劑，3～5份改性海泡石，2～3份植物精油，2～3份乳化劑，2～3份異氰酸酯，2～3份磷脂，2～3份有機(jī)酸，攪拌混合，得混合漿料；（5）將混合漿料抄造成型，干燥，炭化，即得導(dǎo)電碳纖維紙。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種導(dǎo)電碳纖維紙的制備方法，其特征在于具體制備步驟如下：（1）將聚烯腈基碳纖維與氫氧化鈉溶液按質(zhì)量比1：10～1：20混合，浸泡，過濾，洗滌，得預(yù)處理碳纖維；（2）按重量份數(shù)計(jì)，將20～30份預(yù)處理碳纖維，4～5份菌液，3～5份葡萄糖溶液，20～30份水混合發(fā)酵，得發(fā)酵混合液；（3）按重量份數(shù)計(jì)，將10～20份改性海藻酸鈉液，30～40份水溶性酚醛樹脂和5～8份苯胺攪拌混合，得粘合劑；（4）按重量份數(shù)計(jì)，將20～30份發(fā)酵混合液，10～20份粘合劑，3～5份改性海泡石，2～3份植物精油，2～3份乳化劑，2～3份異氰酸酯，2～3份磷脂，2～3份有機(jī)酸，攪拌混合，得混合漿料；（5）將混合漿料抄造成型，干燥，炭化，即得導(dǎo)電碳纖維紙。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種導(dǎo)電碳纖維紙的制備方法，其特征在于：步驟（2）所述菌液是由以下重量份數(shù)的原料組成：1～2份枯草芽孢桿菌，2～3份甘油，1～2份聚乙二醇，10～20份去離子水。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種導(dǎo)電碳纖維紙的制備方法，其特征在于：步驟（3）所述改性海藻酸鈉液的制備過程為：將海藻酸鈉與水按質(zhì)量比1：50～1：100混合，靜置溶脹后，加熱攪拌溶解，接著加入海藻酸鈉質(zhì)量0.1～0.2倍的高碘酸鈉，加熱攪拌反應(yīng)，即得改性海藻酸鈉液。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種導(dǎo)電碳纖維紙的制備方法，其特征在于：步驟（4）所述改性海泡石的制...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：龍?jiān)品?/a>，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：龍?jiān)品?/a>，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南,43