專利名稱：一種功能化碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法，具體涉及一種功能化碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法。
背景技術(shù)：
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它植物或非植物纖維混合生產(chǎn)的具有特殊性能的功能紙。碳纖維紙具備許多優(yōu)良特性，如導(dǎo)電、導(dǎo)熱、多孔、吸附性等，因而被廣泛應(yīng)用于能源、軍事、環(huán)保、土木、電子電器、采暖等領(lǐng)域。近年來，隨著碳纖維的成本不斷降低，碳纖維紙優(yōu)異的導(dǎo)電性能和電熱性能使其在民用電熱采暖領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。金屬材料熱傳遞主要靠自由電子完成，而如碳纖維和石墨等非金屬材料的熱傳遞主要依靠晶格的振動和傳遞完成，即分子、原子、離子等微觀粒子的熱運動。在固體分子、原子和電子的振動、轉(zhuǎn)動等運動狀態(tài)發(fā)生改變時，會輻射出電磁波，因此熱輻射也是碳纖維紙的主要傳熱方式。由于碳纖維的熱傳導(dǎo)和熱輻射性能相當(dāng)?shù)暮?，能有效避免蓄熱和過熱現(xiàn)象的發(fā)生，因而使使用壽命長，電熱轉(zhuǎn)換效率高。碳纖維用作電熱元件后，其輻射散熱比例大于60% ;同時，其輻射出波長為8 15 μ m的遠(yuǎn)紅外波。該波長范圍的熱輻射易被人體吸收，具有促進血液循環(huán)、減緩類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎疼痛等理療作用。碳纖維紙還具有散熱均勻、電流密度小等優(yōu)點，其電熱轉(zhuǎn)換效率> 97%，是一種優(yōu)異的電熱材料。碳纖維紙作為電熱材料主要有以下特點:(I)整個紙面都是發(fā)熱面和散熱面，有利于熱量的傳輸和疏散，熱輻射性能好，發(fā)熱均勻；(2)電熱轉(zhuǎn)換效率高，比傳統(tǒng)電熱材料節(jié)能15%-30% ;(3)遠(yuǎn)紅外電熱輻射轉(zhuǎn)化率> 70%，是一種有源遠(yuǎn)紅外加熱元件，對人體具有輔助理療保健作用；(4)柔軟輕質(zhì)，可按照發(fā)熱功率和規(guī)格的要求，控制碳纖維紙的碳纖維含量和紙張尺寸，加工得到各種不同面積和電阻值，滿足不同的使用要求；(5)可撓曲、可粘合，加工性能好，適用范圍廣。因此，碳纖維復(fù)合電熱紙作為面狀發(fā)熱材料具有很高的開發(fā)價值。目前的碳纖維復(fù)合電熱紙都是以植物纖維為基體纖維，或在植物纖維中混入少量合成纖維，一般不超過20%，通過植物纖維間的氫鍵作用提供濕態(tài)的力學(xué)強度；類似地，在非織造布的濕法成網(wǎng)工藝中，為了使得到的纖維網(wǎng)絡(luò)在后續(xù)的鋪網(wǎng)和固網(wǎng)工序中不至于變形、撕裂和破壞，需要在漿料中加入一定量的濕增強劑如改性脲醛樹脂、聚乙烯醇等用以提供在固網(wǎng)工序前纖維網(wǎng)絡(luò)的強度。碳纖維復(fù)合電熱紙作為一種特定用途的功能材料，其功能化的開發(fā)已成為目前的發(fā)展方向，其中碳纖維復(fù)合電熱紙的阻燃和遠(yuǎn)紅外輻射增強的功能化尤其受到研究者的關(guān)注，而其它的功能化方向還有待探索。目前的公開技術(shù)中，碳纖維復(fù)合電熱紙的功能化途徑主要是通過功能粉體的填充或表面整理的方式來實現(xiàn)的。例如在造紙漿料中添加一定量的遠(yuǎn)紅外發(fā)射劑粉體制備具有增強遠(yuǎn)紅外輻射效果的碳纖維電熱紙；又如把碳纖維電熱紙浸潰耐熱阻燃樹脂從而獲得阻燃性能。這些方法的優(yōu)點在于簡便易操作，且具有較好的功能化效果；但其缺點也十分明顯，例如通過填充功能性粉體的方法可能導(dǎo)致碳纖維電熱紙力學(xué)性能的下降，同時功能填充體與纖維間僅存在物理連接作用，因此功能粉體隨著時間的遷移會逐漸脫落流失，造成功能化效果下降，另外功能性填充粉體粒徑小，在濕法抄紙的過程中上網(wǎng)率低，流失嚴(yán)重，在制備過程中會產(chǎn)生巨大的浪費；又如把碳纖維電熱紙浸潰耐熱阻燃樹脂后，雖然具有了良好的阻燃性能，但損失了紙張原有輕質(zhì)柔軟的特性。除此之外，現(xiàn)有碳紙的濕法抄造工藝中，由于需要在漿料制備過程中使用大量的纖維分散劑和濕增強劑，不僅會產(chǎn)生較大的水體污染，而且具有助劑用量大、浪費嚴(yán)重的缺點，難以適應(yīng)綠色節(jié)能的可循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法。本發(fā)明的一種碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法，包括以下步驟:I)功能化碳纖維的制備: 碳纖維表面擔(dān)載功能體:對碳纖維進行表面活化處理，得到活化碳纖維，并將功能體擔(dān)載在所述的活化碳纖維表面；所述的功能體是指遠(yuǎn)紅外發(fā)射劑、相變材料微膠囊、阻燃劑、抗菌劑、負(fù)離子粉中的一種或幾種的組合；上漿:用功能上漿劑對所述的活化碳纖維進行常規(guī)上漿處理，所述的功能上漿劑為碳纖維分散劑的水溶液，其中，所述碳纖維分散劑的濃度為5 30wt%，所述的碳纖維分散劑為聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯中的一種或其組合；碳纖維的短切:將上漿后的碳纖維進行短切，制備得到功能化碳纖維，所述的功能化碳纖維的長度為2 10_ ；2)抄紙漿料的制備:功能化碳纖維分散液的制備:將功能化碳纖維均勻分散在水中形成碳纖維分散液，其中，所述功能化碳纖維的含量0.5 5wt%。，余量為水；基體纖維分散液的制備:將長度為2 15mm的基體纖維均勻分散在水中形成基體纖維分散液，其中，所述基體纖維的含量0.5 5wt%。，余量為水；將所述功能化碳纖維分散液和所述基體纖維分散液均勻混合成抄紙漿料，其中，所述功能化碳纖維與所述基體纖維的質(zhì)量比為2:98 90:10 ;3)抄紙:在常規(guī)濕法抄紙的過濾器上鋪設(shè)一層母板進行抄紙，漿料中的水被濾去，功能化碳纖維和基體纖維沉積在母板上，得到一種纖維網(wǎng)絡(luò)/母板的層狀復(fù)合材料；所述的母板為帶有微孔的片狀板；所述微孔的孔徑為10 200 μ m,可供液體粒子通過；4)后處理:
將所述層狀復(fù)合材料烘干至質(zhì)量恒定后，進行加壓熱處理，然后除去母板，即得到所述的功能化碳纖維復(fù)合電熱紙；所述的基體纖維包括基礎(chǔ)纖維和粘結(jié)纖維；所述粘結(jié)纖維占所述基體纖維的5 100wt% ；所述的基礎(chǔ)纖維是木漿纖維、棉纖維、麻纖維、聚烯烴纖維、聚酯纖維或人造絲的一種或幾種的組合；所述的粘結(jié)纖維是低熔點復(fù)合纖維、低熔點熱塑性纖維中的一種或幾種的組合；所述的低熔點復(fù)合纖維包括PE/PP復(fù)合纖維、PE/PET復(fù)合纖維、PP/PET復(fù)合纖維；所述的低熔點熱塑性纖維包括PP和PE ；所述的功能化碳纖維復(fù)合電熱紙中功能化碳纖維的質(zhì)量百分含量為2 90% ;所述的功能化碳纖維復(fù)合電熱紙是由功能化碳纖維和基體纖維通過化學(xué)粘結(jié)、氫鍵、分子間作用力或機械纏結(jié)作用相互搭接形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。如上所述的一種功能化碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法，所述的碳纖維是PAN基碳纖維或浙青基碳纖維；所述的表面活化處理為等離子表面處理或活化劑活化處理；所述的活化劑為KOH、NaOH, HNO3或H3PO4 ;所述的擔(dān)載是指通過形成新的化學(xué)鍵或物理吸附作用，將所述功能體固定在所述活化碳纖維表面；所述的基體纖維分散液的制備步驟前，所述的基體纖維還經(jīng)過上漿處理，其中，所述的上漿處理是指用功能上漿劑對所述的活化碳纖維進行常規(guī)上漿處理，所述的功能上漿劑為基體纖維分散劑的水溶液，其中，所述基體纖維分散劑的濃度為5 30wt%，所述的基體纖維分散劑為聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯中的一種或其組合。所述的一種功能化碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法，所述母板的材料為纖維素或聚酯或含氟聚合物。

如上所述的一種功能化碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法，所述烘干的溫度為30 80°c;所述加壓熱處理是指將烘干后的層狀復(fù)合材料加熱至熱處理溫度，保溫1(Γ60分鐘后冷卻至室溫；在上述加熱、保溫和冷卻過程中，保持層狀復(fù)合材料表面的壓力為2 10MPa ；所述的熱處理溫度為120Π80 。加壓熱處理的目的是使如上所述的層狀復(fù)合材料中的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)搭接得更緊密，減小接觸電阻，同時又使粘結(jié)纖維發(fā)生熔融熱粘合，對所述的層狀復(fù)合材料的纖維網(wǎng)絡(luò)進行固定加強。固定加強一方面能使所述的層狀復(fù)合材料獲得良好的機械性能；另一方面提高了電網(wǎng)絡(luò)的長期穩(wěn)定性，從而提高功能化復(fù)合電熱紙電熱性能的穩(wěn)定性。如上所述的一種功能化碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法，所述的除去母板是當(dāng)所述母板的材料為纖維素時，所述的除去母板是指將加壓熱處理后的所述層狀復(fù)合材料用丙酮水溶液進行洗滌，脫去母板，所述的丙酮水溶液中，丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59Γ20% ;當(dāng)所述母板的材料為聚酯或含氟聚合物時，所述的除去母板是指將加壓熱處理后的所述層狀復(fù)合材料的所述母板剝除。有益效果:與傳統(tǒng)的碳纖維復(fù)合電熱紙的功能化方法相比，本發(fā)明解決了制備過程中功能粉體用量大、浪費嚴(yán)重的問題，避免了濕法抄紙工藝助劑用量大，水污染嚴(yán)重的問題，是一種綠色節(jié)能的制備方法；制備的功能化碳纖維復(fù)合電熱紙具有功能化效率高，效果顯著且持久穩(wěn)定的優(yōu)點。
本發(fā)明所制備的碳纖維復(fù)合電熱紙在制備過程中無需加入濕增強劑，具有優(yōu)良的濕強度和干強度；電熱性能可調(diào)，同時具有穩(wěn)定的電熱性能。本發(fā)明所制備的碳纖維復(fù)合電熱紙的基體可以是傳統(tǒng)的植物纖維，也可以是各種表面惰性或非惰性的合成纖維，定量調(diào)節(jié)范圍大，可用于制備低定量、中定量、高定量的碳纖維復(fù)合電熱紙，因此靈活性大。本發(fā)明具有成本低、方法簡單的優(yōu)點，能夠適應(yīng)工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)的要求。本發(fā)明所制備的碳纖維復(fù)合電熱紙可以具有多種功能性，并可應(yīng)用于服裝面料、室內(nèi)裝潢、工業(yè)生產(chǎn)等多個領(lǐng)域。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式

，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例1( I)通過等離子表面處理對碳纖維進行表面活化處理，得到活化碳纖維，并將功能體擔(dān)載在所述的活化碳纖維表面，所述的功能體為遠(yuǎn)紅外發(fā)射劑；所述的碳纖維是PAN基碳纖維；(2)用功能上漿劑對所述的活化碳纖維進行常規(guī)上漿處理，所述的功能上漿劑為碳纖維分散劑的水溶液，其中，所述碳纖維分散劑的濃度為5wt%，所述的碳纖維分散劑為聚丙烯酰胺；(3)將表面擔(dān)載有功能體的碳纖維進行短切，制備得到功能化碳纖維，所述的功能化碳纖維的長度為2mm ；(4)將功能化碳纖維均勻分散在水中形成碳纖維分散液，其中，所述功能化碳纖維的含量為0.5wt%。，余量為水；(5)將長度為2mm的基體纖維均勻分散在水中形成基體纖維分散液，其中，所述基體纖維的含量為0.5wt%。，余量為水；所述的基體纖維包括基礎(chǔ)纖維和粘結(jié)纖維；所述粘結(jié)纖維占所述基體纖維的5wt% ;所述的基礎(chǔ)纖維是木漿纖維；所述的粘結(jié)纖維是PE/PP復(fù)合纖維；(6)將所述碳纖維分散液和所述基體纖維分散液均勻混合成抄紙漿料，其中，所述功能化碳纖維與所述基體纖維的質(zhì)量比為2:98 ；( 7 )在常規(guī)濕法抄紙的過濾器上鋪設(shè)一層母板進行抄紙，漿料中的水被濾去，碳纖維和基體纖維沉積在母板上，得到一種纖維網(wǎng)絡(luò)/母板的層狀復(fù)合材料；所述的母板為帶有微孔的片狀板，材料為纖維素，孔徑為ΙΟμπι;(8)將所述層狀復(fù)合材料烘干至質(zhì)量恒定后，進行加壓熱處理，然后除去母板，即得到所述的碳纖維復(fù)合電熱紙；所述烘干的溫度為30°C ;所述加壓熱處理是指將烘干后的層狀復(fù)合材料加熱至120°C。保溫60分鐘后冷卻至室溫；在上述加熱、保溫和冷卻過程中，保持層狀復(fù)合材料表面的壓力為2MPa ;所述的除去母板是指將加壓熱處理后的所述層狀復(fù)合材料用丙酮水溶液進行洗滌，脫去母板，所述的丙酮水溶液中，丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。
所制得的碳纖維復(fù)合電熱紙的碳纖維含量為2%，厚度為280 μ m,定重為40g/m2，電阻率為75 Ω.cm,電阻率浮動不超過5%，電熱輻射轉(zhuǎn)化效率為78%。實施例2( I)以KOH為活化劑，對碳纖維進行表面活化處理，得到活化碳纖維，并將功能體擔(dān)載在所述的活化碳纖維表面，所述的功能體為相變材料微膠囊；所述的碳纖維是浙青基碳纖維；(2)用功能上漿劑對所述的活化碳纖維進行常規(guī)上漿處理，所述的功能上漿劑為碳纖維分散劑的水溶液，其中，所述碳纖維分散劑的濃度為30wt%，所述的碳纖維分散劑為聚氧化乙烯；(3)將表面擔(dān)載有功能體的碳纖維進行短切，制備得到功能化碳纖維，所述的功能化碳纖維的長度為IOmm ；(4)將功能化碳纖維均勻分散在水中形成碳纖維分散液，其中，所述功能化碳纖維的含量為5wt%。,余量為水；(5)將長度為15mm的基體纖維均勻分散在水中形成基體纖維分散液,其中，所述基體纖維的含量為5wt%。，余量為水；所述的基體纖維為PP/PET復(fù)合纖維；所述的基體纖維在分散前已經(jīng)過上漿處理，上漿劑是濃度30wt%聚氧化乙烯的水溶液；(6)將所述碳纖維分散液和所述基體纖維分散液均勻混合成抄紙漿料，其中，所述功能化碳纖維與所述基體纖維的質(zhì)量比為90:10 ;( 7 )在常規(guī)濕法抄紙的過濾器上鋪設(shè)一層母板進行抄紙，漿料中的水被濾去，碳纖維和基體纖維沉積在母板上，得到一種纖維網(wǎng)絡(luò)/母板的層狀復(fù)合材料；所述的母板為帶有微孔的片狀板，材料為纖維素，孔徑為200μηι;(8)將所述層狀復(fù)合材料烘干至質(zhì)量恒定后，進行加壓熱處理，然后除去母板，即得到所述的碳纖維復(fù)合電熱紙；所述烘干的溫度為80°C ;所述加壓熱處理是指將烘干后的層狀復(fù)合材料加熱至180°C。保溫10分鐘后冷卻至室溫；在上述加熱、保溫和冷卻過程中，保持層狀復(fù)合材料表面的壓力為IOMPa ;所述的除去母板是指將加壓熱處理后的所述層狀復(fù)合材料用丙酮水溶液進行洗滌，脫去母板，所述的丙酮水溶液中，丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。所制得的碳纖維復(fù)合電熱紙的碳纖維含量為90%，厚度為70 μ m,定重為10g/m2，電阻率為0.09 Ω.cm,電阻率浮動不超過5%，電熱輻射轉(zhuǎn)化效率為57%。實施例3(I)以NaOH為活化劑，對碳纖維進行表面活化處理，得到活化碳纖維，并將功能體擔(dān)載在所述的活化碳纖維表面，所述的功能體為阻燃劑；所述的碳纖維是浙青基碳纖維；(2)用功能上漿劑對所述的活化碳纖維進行常規(guī)上漿處理，所述的功能上漿劑為碳纖維分散劑的水溶液，其中，所述碳纖維分散劑的濃度為10wt%，所述的碳纖維分散劑由聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯組合而成；(3)將表面擔(dān)載有功能體的碳纖維進行短切，制備得到功能化碳纖維，所述的功能化碳纖維的長度為7mm ；(4)將功能化碳纖維均勻分散在水中形成碳纖維分散液，其中，所述功能化碳纖維的含量為lwt%。,余量為水；(5)將長度為12mm的基體纖維均勻分散在水中形成基體纖維分散液，其中，所述基體纖維的含量為0.4wt%。，余量為水；所述的基體纖維為PE/PET復(fù)合纖維；所述的基體纖維在分散前已經(jīng)過上漿處理，上漿劑是濃度10wt%聚丙烯酰胺的水溶液；(6)將所述碳纖維分散液和所述基體纖維分散液均勻混合成抄紙漿料，其中，所述功能化碳纖維與所述基體纖維的質(zhì)量比為10:90 ；( 7 )在常規(guī)濕法抄紙的過濾器上鋪設(shè)一層母板進行抄紙，漿料中的水被濾去，碳纖維和基體纖維沉積在母板上，得到一種纖維網(wǎng)絡(luò)/母板的層狀復(fù)合材料；所述的母板為帶有微孔的片狀板，材料為纖維素，孔徑為150μηι;(8)將所述層狀復(fù)合材料烘干至質(zhì)量恒定后，進行加壓熱處理，然后除去母板，即得到所述的碳纖維復(fù)合電熱紙；所述烘干的溫度為60°C ;所述加壓熱處理是指將烘干后的層狀復(fù)合材料加熱至140°C。保溫30分鐘后冷卻至室溫；在上述加熱、保溫和冷卻過程中，保持層狀復(fù)合材料表面的壓力為IOMPa ;所述的除去母板是指將加壓熱處理后的所述層狀復(fù)合材料用丙酮水溶液進行洗滌，脫去母板，所述的丙酮水溶液中，丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%。所制得的碳纖維復(fù)合電熱紙的碳纖維含量為10%，厚度為1.4mm,定重為200g/m2，電阻率為0.2 Ω.cm,電阻率浮動不超過5%，電熱輻射轉(zhuǎn)化效率為60%。實施例4( I)以HNO3為活化劑，對碳纖維進行表面活化處理，得到活化碳纖維，并將功能體擔(dān)載在所述的活化碳纖維表面，所述的功能體為抗菌劑；所述的碳纖維是PAN基碳纖維；(2)用功能上漿劑對所述的活化碳纖維進行常規(guī)上漿處理，所述的功能上漿劑為碳纖維分散劑的水溶液，其中，所述碳纖維分散劑的濃度為5wt%，所述的碳纖維分散劑為聚丙烯酰胺；(3)將表面擔(dān)載有功能體的碳纖維進行短切，制備得到功能化碳纖維，所述的功能化碳纖維的長度為5mm ；(4)將功能化碳纖維均勻分散在水中形成碳纖維分散液，其中，所述功能化碳纖維的含量為lwt%。,余量為水；(5)將長度為3mm的基體纖維均勻分散在水中形成基體纖維分散液，其中，所述基體纖維的含量為0.5wt%。，余量為水；所述的基體纖維包括基礎(chǔ)纖維和粘結(jié)纖維；所述粘結(jié)纖維占所述基體纖維的20wt% ;所述的基礎(chǔ)纖維是聚烯烴纖維；所述的粘結(jié)纖維是PE纖維；所述的基體纖維在分散前已經(jīng)過上漿處理，上漿劑是濃度為10wt%的基體纖維分散劑水溶液，其中，基體纖維分散劑由聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯組合而成；(6)將所述碳纖維分散液和所述基體纖維分散液均勻混合成抄紙漿料，其中，所述功能化碳纖維與所述基體纖維的質(zhì)量比為5:95 ；( 7 )在常規(guī)濕法抄紙的過濾器上鋪設(shè)一層母板進行抄紙，漿料中的水被濾去，碳纖維和基體纖維沉積在母板上，得到一種纖維網(wǎng)絡(luò)/母板的層狀復(fù)合材料；所述的母板為帶有微孔的片狀板，材料為聚酯，孔徑為ΙΟΟμπι;(8)將所述層狀復(fù)合材料烘干至質(zhì)量恒定后，進行加壓熱處理，然后將母板剝除，即得到所述的碳纖維復(fù)合電熱紙；所述烘干的溫度為40°C ;所述加壓熱處理是指將烘干后的層狀復(fù)合材料加熱至150°C。保溫15分鐘后冷卻至室溫；在上述加熱、保溫和冷卻過程中，保持層狀復(fù)合材料表面的壓力為5MPa。所制得的碳纖維復(fù)合電熱紙的碳纖維含量為5%，厚度為420 μ m,定重為60g/m2，電阻率為6 Ω * cm,電阻率浮動不超過5%，電熱輻射轉(zhuǎn)化效率為65%。實施例5( I)以H3PO4為活化劑，對碳纖維進行表面活化處理，得到活化碳纖維，并將功能體擔(dān)載在所述的活化碳纖維表面，所述的功能體為負(fù)離子粉；所述的碳纖維是PAN基碳纖維；(2)用功能上漿劑對所述的活化碳纖維進行常規(guī)上漿處理，所述的功能上漿劑為碳纖維分散劑的水溶液，其中，所述碳纖維分散劑的濃度為5wt%，所述的碳纖維分散劑為聚丙烯酰胺；(3)將表面擔(dān)載有功能體的碳纖維進行短切，制備得到功能化碳纖維，所述的功能化碳纖維的長度為8mm ；(4)將功能化碳纖維均勻分散在水中形成碳纖維分散液，其中，所述功能化碳纖維的含量為lwt%。,余量為水；(5)將長度為8mm的基體纖維均勻分散在水中形成基體纖維分散液，其中，所述基體纖維的含量為0.8wt%。，余量為水；所述的基體纖維包括基礎(chǔ)纖維和粘結(jié)纖維；所述粘結(jié)纖維占所述基體纖維的70wt% ;所述的基礎(chǔ)纖維由棉纖維和麻纖維組合而成；所述的粘結(jié)纖維由PE/PP復(fù)合纖維、PE/PET復(fù)合纖維組合而成；所述的粘結(jié)纖維在分散前已經(jīng)過上漿處理，上漿劑是濃度5wt%聚丙烯酰胺的水溶液；(6)將所述碳纖維分散液和所述基體纖維分散液均勻混合成抄紙漿料，其中，所述功能化碳纖維與所述基體纖維的質(zhì)量比為90:10 ;( 7 )在常規(guī)濕法抄紙的過濾器上鋪設(shè)一層母板進行抄紙，漿料中的水被濾去，碳纖維和基體纖維沉積在母板上，得到一種纖維網(wǎng)絡(luò)/母板的層狀復(fù)合材料；所述的母板為帶有微孔的片狀板，材料為含氟高聚物，孔徑為90 μ m ;(8)將所述層狀復(fù)合材料烘干至質(zhì)量恒定后，進行加壓熱處理，然后將母板剝除，即得到所述的碳纖維復(fù)合電熱紙；所述烘干的溫度為80°C ;所述加壓熱處理是指將烘干后的層狀復(fù)合材料加熱至145°C。保溫40分鐘后冷卻至室溫；在上述加熱、保溫和冷卻過程中，保持層狀復(fù)合材料表面的壓力8MPa。所制得的碳纖維復(fù)合電熱紙的碳纖維含量為90%，厚度為250 μ m,定重為40g/m2，電阻率為0.1 Ω.Cm,電阻率浮動不超過5%，電熱輻射轉(zhuǎn)化效率為60%。實施例6( I)以H3PO4為活化劑，對碳纖維進行表面活化處理，得到活化碳纖維，并將功能體擔(dān)載在所述的活化碳纖維表面，所述的功能體由遠(yuǎn)紅外發(fā)射劑和負(fù)離子粉組合而成的；所述的碳纖維是PAN基碳纖維；(2)用功能上漿劑對所述的活化碳纖維進行常規(guī)上漿處理，所述的功能上漿劑為碳纖維分散劑的水溶液，其中，所述碳纖維分散劑的濃度為5wt%，所述的碳纖維分散劑為聚丙烯酰胺；(3)將表面擔(dān)載有功能體的碳纖維進行短切，制備得到功能化碳纖維，所述的功能化碳纖維的長度為8mm ；(4)將功能化碳纖維均勻分散在水中形成碳纖維分散液，其中，所述功能化碳纖維的含量為lwt%。，含量為0.5wt%。，余量為水；(5)將長度為15mm的基體纖維均勻分散在水中形成基體纖維分散液，其中，所述基體纖維的含量為lwt%。，余量為水；所述的基體纖維包括基礎(chǔ)纖維和粘結(jié)纖維；所述粘結(jié)纖維占所述基體纖維的40wt% ;所述的基礎(chǔ)纖維是由木漿纖維、聚酯纖維和人造絲組合而成的；所述的粘結(jié)纖維是由PP/PET復(fù)合纖維和PP纖維組合而成的；所述的基體纖維在分散前已經(jīng)過上漿處理，上漿劑是濃度5wt%聚丙烯酰胺的水溶液；(6)將所述碳纖維分散液和所述基體纖維分散液均勻混合成抄紙漿料，其中，所述功能化碳纖維與所述基體纖維的質(zhì)量比為3:97 ；( 7 )在常規(guī)濕法抄紙的過濾器上鋪設(shè)一層母板進行抄紙，漿料中的水被濾去，碳纖維和基體纖維沉積在母板上，得到一種纖維網(wǎng)絡(luò)/母板的層狀復(fù)合材料；所述的母板為帶有微孔的片狀板，材料為含氣聞聚物，孔徑為180 μ m ；(8)將所述層狀復(fù)合材料烘干至質(zhì)量恒定后，進行加壓熱處理，然后將母板剝除，即得到所述的碳纖維復(fù)合電熱紙；所述烘干的溫度為60°C ;所述加壓熱處理是指將烘干后的層狀復(fù)合材料加熱至170°C。保溫60分鐘后冷卻至室溫；在上述加熱、保溫和冷卻過程中，保持層狀復(fù)合材料表面的壓力為2MPa。所制得的碳纖維復(fù)合電熱紙的碳纖維含量為3%，厚度為220 μ m,定重為35g/m2，電阻率為6.5 Ω.cm,電阻率浮動不超過5%，電熱輻射轉(zhuǎn)化效率為60%。實施例7(I)以H3PO4為活化劑，對碳纖維進行表面活化處理，得到活化碳纖維，并將功能體擔(dān)載在所述的活化碳纖維表面，所述的功能體由相變材料微膠囊、阻燃劑、抗菌劑組合而成的；所述的碳纖維是浙青基碳纖維；(2)用功能上漿劑對所述的活化碳纖維進行常規(guī)上漿處理，所述的功能上漿劑為碳纖維分散劑的水溶液，其中，所述碳纖維分散劑的濃度為5wt%，所述的碳纖維分散劑為聚氧化乙烯；(3)將表面擔(dān)載有功能體的碳纖維進行短切，制備得到功能化碳纖維，所述的功能化碳纖維的長度為8mm ；(4)將功能化碳纖維均勻分散在水中形成碳纖維分散液，其中，所述功能化碳纖維的含量為lwt%。,余量為水；(5)將長度為15mm的基體纖維均勻分散在水中形成基體纖維分散液，其中，所述基體纖維的含量為lwt%。，余量為水；所述的基體纖維包括基礎(chǔ)纖維和粘結(jié)纖維；所述粘結(jié)纖維占所述基體纖維的40wt% ;所述的基礎(chǔ)纖維是聚酯纖維；所述的粘結(jié)纖維是PE/PET復(fù)合纖維；所述的基體纖維在分散前已經(jīng)過上漿處理，上漿劑是濃度5wt%聚丙烯酰胺的水溶液；(6)將所述碳纖維分散液和所述基體纖維分散液均勻混合成抄紙漿料，其中，所述功能化碳纖維與所述基體纖維的質(zhì)量比為3:97 ；(7)在常規(guī)濕法抄紙的過濾器上鋪設(shè)一層母板進行抄紙，漿料中的水被濾去，碳纖維和基體纖維沉積在母板上，得到一種纖維網(wǎng)絡(luò)/母板的層狀復(fù)合材料；所述的母板為帶有微孔的片狀板，材料為含氣聞聚物，孔徑為160 μ m ；(8)將所述層狀復(fù)合材料烘干至質(zhì)量恒定后，進行加壓熱處理，然后將母板剝除，即得到所述的碳纖維復(fù)合電熱紙；所述烘干的溫度為60°C ;所述加壓熱處理是指將烘干后的層狀復(fù)合材料加熱至150°C。保溫60分鐘后冷卻至室溫；在上述加熱、保溫和冷卻過程中，保持層狀復(fù)合材料表面的壓力為2MPa。所制得的碳纖維復(fù)合電熱紙的碳纖維含量為3%，厚度為120 μ m,定重為20g/m2，電阻率為4Ω.cm,電阻率浮動不超過5%，電熱輻射轉(zhuǎn)化效率為67%。實施例8(I)以H3PO4為活化劑，對碳纖維進行表面活化處理，得到活化碳纖維，并將功能體擔(dān)載在所述的活化碳纖維表面，所述的功能體由遠(yuǎn)紅外發(fā)射劑、相變材料微膠囊、阻燃劑、抗菌劑、負(fù)離子粉組合而成的；所述的碳纖維是浙青基碳纖維；(2)用功能上漿劑對所述的活化碳纖維進行常規(guī)上漿處理，所述的功能上漿劑為碳纖維分散劑的水溶液，其中，所述碳纖維分散劑的濃度為5wt%，所述的碳纖維分散劑為聚丙烯酰胺；(3)將表面擔(dān)載有功能體的碳纖維進行短切，制備得到功能化碳纖維，所述的功能化碳纖維的長度為8mm ；(4)將功能化碳纖維均勻分散在水中形成碳纖維分散液，其中，所述功能化碳纖維的含量為lwt%。,余量為水；(5)將長度為15mm的基體纖維均勻分散在水中形成基體纖維分散液，其中，所述基體纖維的含量為lwt%。，余量為水；所述的基體纖維包括基礎(chǔ)纖維和粘結(jié)纖維；所述粘結(jié)纖維占所述基體纖維的40wt% ;所述的基礎(chǔ)纖維是聚酯纖維；所述的粘結(jié)纖維是PE/PET復(fù)合纖維；所述的基體纖維在分散前已經(jīng)過上漿處理，上漿劑是濃度5wt%聚丙烯酰胺的水溶液；(6)將所述碳纖維分散液和所述基體纖維分散液均勻混合成抄紙漿料，其中，所述功能化碳纖維與所述基體纖維的質(zhì)量比為3:97 ；(7)在常規(guī)濕法抄紙的過濾器上鋪設(shè)一層母板進行抄紙，漿料中的水被濾去，碳纖維和基體纖維沉積在母板上，得到一種纖維網(wǎng)絡(luò)/母板的層狀復(fù)合材料；所述的母板為帶有微孔的片狀板，材料為含氣聞聚物，孔徑為180 μ m ；(8)將所述層狀復(fù)合材料烘干至質(zhì)量恒定后，進行加壓熱處理，然后將母板剝除，即得到所述的碳纖維復(fù)合電熱紙；所述烘干的溫度為60°C ;所述加壓熱處理是指將烘干后的層狀復(fù)合材料加熱至140°C。保溫60分鐘后冷卻至室溫；在上述加熱、保溫和冷卻過程中，保持層狀復(fù)合材料表面的壓力為2MPa。所制得的碳纖維復(fù)合電熱紙的碳纖維含量為3%，厚度為130 μ m,定重為25g/m2，電阻率為3.6 Ω.cm,電阻率浮動不超過5%，電熱輻射轉(zhuǎn)化效率為54%。
權(quán)利要求
1.一種功能化碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法，其特征是包括以下步驟: 1)功能化碳纖維的制備: 碳纖維表面擔(dān)載功能體: 對碳纖維進行表面活化處理，得到活化碳纖維，并將功能體擔(dān)載在所述的活化碳纖維表面；所述的功能體是指遠(yuǎn)紅外發(fā)射劑、相變材料微膠囊、阻燃劑、抗菌劑、負(fù)離子粉中的一種或幾種的組合； 上漿: 用功能上漿劑對所述的活化碳纖維進行常規(guī)上漿處理，所述的功能上漿劑為碳纖維分散劑的水溶液，其中，所述碳纖維分散劑的濃度為5 30wt%，所述的碳纖維分散劑為聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯中的一種或其組合； 碳纖維的短切: 將上漿后的碳纖維進行短切，制備得到功能化碳纖維，所述的功能化碳纖維的長度為2 IOmm ； 2)抄紙漿料的制備: 功能化碳纖維分散液的制備: 將功能化碳纖維均勻分散在水中形成碳纖維分散液，其中，所述功能化碳纖維的含量0.5 5wt%。，余量為水； 基體纖維分散液的制備: 將長度為2 15mm的基體纖維均勻分散在水中形成基體纖維分散液，其中，所述基體纖維的含量0.5 5wt%。，余量為水； 將所述功能化碳纖維分散液和所述基體纖維分散液均勻混合成抄紙漿料，其中，所述功能化碳纖維與所述基體纖維的質(zhì)量比為2:98 90:10 ； 3)抄紙: 在常規(guī)濕法抄紙的過濾器上鋪設(shè)一層母板進行抄紙，漿料中的水被濾去，功能化碳纖維和基體纖維沉積在母板上，得到一種纖維網(wǎng)絡(luò)/母板的層狀復(fù)合材料； 所述的母板為帶有微孔的片狀板；所述微孔的孔徑為10 200 μ m，可供液體粒子通過; 4)后處理: 將所述層狀復(fù)合材料烘干至質(zhì)量恒定后，進行加壓熱處理，然后除去母板，即得到所述的功能化碳纖維復(fù)合電熱紙； 所述的基體纖維包括基礎(chǔ)纖維和粘結(jié)纖維；所述粘結(jié)纖維占所述基體纖維的5 100wt% ； 所述的基礎(chǔ)纖維是木漿纖維、棉纖維、麻纖維、聚烯烴纖維、聚酯纖維或人造絲的一種或幾種的組合；所述的粘結(jié)纖維是低熔點復(fù)合纖維、低熔點熱塑性纖維中的一種或幾種的組合； 所述的功能化碳纖維復(fù)合電熱紙中功能化碳纖維的質(zhì)量百分含量為2 90% ;所述的功能化碳纖維復(fù)合電熱紙是由功能化碳纖維和基體纖維通過化學(xué)粘結(jié)、氫鍵、分子間作用力或機械纏結(jié)作用相互搭接形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能化碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法， 其特征在于，所述的碳纖維是PAN基碳纖維或浙青基碳纖維；所述的擔(dān)載是指通過形成新的化學(xué)鍵或物理吸附作用，將所述功能體固定在所述活化碳纖維表面；所述的分散劑為聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯中的一種或其組合；所述的基體纖維分散液的制備步驟中，還加入基體纖維分散劑，所述基體纖維分散劑的加入量為0.5 lwt%。;所述的基體纖維分散液的制備步驟前，所述的基體纖維還經(jīng)過上漿處理，其中，所述的上漿處理是指用功能上漿劑對所述的活化碳纖維進行常規(guī)上漿處理，所述的功能上漿劑為基體纖維分散劑的水溶液，其中，所述基體纖維分散劑的濃度為5 30wt%，所述的基體纖維分散劑為聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯中的一種或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能化碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法，其特征在于，所述母板的材料為纖維素或聚酯或含氟聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能化碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法，其特征在于，所述烘干的溫度為30 80°C ;所述加壓熱處理是指將烘干后的層狀復(fù)合材料加熱至熱處理溫度，保溫10飛0分鐘后冷卻至室溫；在上述加熱、保溫和冷卻過程中，保持層狀復(fù)合材料表面的壓力為2 IOMPa ;所述的熱處理溫度為120°C 180°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能化碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法，其特征在于，當(dāng)所述母板的材料為纖維素時，所述的除去母板是指將加壓熱處理后的所述層狀復(fù)合材料用丙酮水溶液進行洗滌，脫去母板，所述的丙酮水溶液中，丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59Γ20% ;當(dāng)所述母板的材 料為聚酯或含氟聚合物時，所述的除去母板是指將加壓熱處理后的所述層狀復(fù)合材料的所述母板剝除。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功能化碳纖維復(fù)合電熱紙的制備方法，該方法包括以下步驟(1)功能化碳纖維的制備；(2)抄紙漿料的制備；(3)抄紙；(4)后處理。通過在活化碳纖維表面擔(dān)載功能體制備得到功能化碳纖維，再進行濕法抄紙，從而使碳纖維復(fù)合電熱紙實現(xiàn)功能化；與傳統(tǒng)的碳纖維復(fù)合電熱紙的功能化方法相比，本發(fā)明解決了制備過程中功能粉體用量大、浪費嚴(yán)重的問題，且在制備過程中避免了濕法抄紙工藝助劑用量大，水污染嚴(yán)重的問題，是一種綠色節(jié)能的制備方法，制備的功能化碳纖維復(fù)合電熱紙具有功能化效率高，效果顯著且持久穩(wěn)定的優(yōu)點。
文檔編號D21H13/50GK103103870SQ201210586
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者王彪, 施云舟, 王華平 申請人:東華大學(xué)