一種碳纖維紙鋼的生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】一種碳纖維紙鋼的生產(chǎn)工藝，所述的紙鋼以碳纖維和纖維素纖維作為原材料，工藝過程包括：a、將碳纖維長絲切斷為3～10mm的短纖維，在分散劑中疏解為均勻的單纖維懸浮液；b、將上述單纖維懸浮液與纖維素纖維混合打漿制成成膜液體，在濕法無紡布設(shè)備上抄造成碳纖維紙鋼原紙；c、采用干法預(yù)浸機(jī)對(duì)碳纖維紙鋼原紙實(shí)施浸膠處理，浸膠量為碳纖維紙鋼原紙重量的25％～40％；d、碳纖維紙鋼原紙?jiān)陔p柱下加壓熱油導(dǎo)熱式熱壓機(jī)層合熱壓成型或進(jìn)行真空熱壓成型。本發(fā)明利用碳系纖維和纖維素纖維為增強(qiáng)體制成一種比強(qiáng)度、比剛度大于鋼材的新材料，以其強(qiáng)度大、質(zhì)量輕、耐酸堿、防靜電、電磁屏蔽等優(yōu)異材料性能，可在多種領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
【專利說明】一種碳纖維紙鋼的生產(chǎn)工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到一種碳纖維紙鋼新材料，更涉及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中碳纖維新材料領(lǐng)域，特別是這種新材料在紙鋼的生產(chǎn)工藝中。
【背景技術(shù)】 [0002]碳纖維是發(fā)明家愛迪生首先發(fā)現(xiàn)的一種新材料，上世紀(jì)50年代起逐步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，由于其材料性能優(yōu)異初期用于航空、航天利于，近年來向工業(yè)和民用領(lǐng)域滲透，在碳纖維科學(xué)和生產(chǎn)領(lǐng)域還未有用其制作紙鋼的報(bào)導(dǎo)。
[0003]紙鋼是當(dāng)代高科技的成果，它是用極細(xì)的金屬絲和纖維混在紙漿中，用造紙法制成的特殊材料，所以又叫金屬纖維紙。薄的僅零點(diǎn)幾毫米，和紙一樣薄，可是強(qiáng)度卻和鋼材相當(dāng)；厚的可由幾層薄紙鋼片用合成樹脂粘合而成，厚度達(dá)2-3厘米。紙鋼可制成板材，亦可沖壓軋制成槽型、波型和各種異形材。
[0004]美國用金屬纖維作為加強(qiáng)材料制作紙鋼的消息，在中國最早只有《廣東造紙技術(shù)通訊》1981年Zl期《紙鋼一金屬纖維紙》和《科學(xué)之友》1995年10期楊朋《神奇的紙鋼》介紹:紙和鋼本是風(fēng)馬牛不相及，但現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)卻孕育出紙鋼這種新穎別致的材料。它不僅可以做得和紙一樣薄，而且強(qiáng)度能和鋼材相似，再加上它以紙和鋼作基材，因而稱『紙鋼』名副其實(shí)。紙鋼是用極細(xì)的金屬細(xì)絲纖維，混在紙漿中，用造紙法制成的，故又叫金屬纖維紙。薄的為零點(diǎn)幾毫米，厚的可由幾層薄紙鋼片用合成樹脂粘合而成，厚度為二、三厘米。紙鋼可制成板材，亦可沖壓軋制成槽型、波型等各種異形材。其強(qiáng)度可達(dá)600公斤/厘米以上。已往國外紙鋼的制造和中國的介紹，都是采用金屬纖維制造，強(qiáng)度一般，重量較重，韌性也不夠好，易斷。如果能將碳纖維材料應(yīng)用到紙鋼中，那無疑是本領(lǐng)域中一項(xiàng)重大的技術(shù)突破。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了設(shè)計(jì)出一種全新材料的紙鋼，采用了碳纖維和纖維素纖維相結(jié)合的方式制造紙鋼。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種碳纖維紙鋼的生產(chǎn)工藝，關(guān)鍵是:所述的紙鋼以碳纖維和纖維素纖維作為原材料，工藝過程包括:
[0007]a、將碳纖維長絲切斷為3~IOmm的短纖維，在分散劑中疏解為均勻的單纖維懸浮液；
[0008]b、將上述單纖維懸浮液與纖維素纖維混合打漿制成成膜液體，在濕法無紡布設(shè)備上抄造成碳纖維紙鋼原紙；
[0009]C、采用干法預(yù)浸機(jī)對(duì)碳纖維紙鋼原紙實(shí)施浸膠處理，浸膠量為碳纖維紙鋼原紙重量的25%~40% ；
[0010]d、碳纖維紙鋼原紙?jiān)?80~370°C、15~35kg / cm2雙柱下加壓熱油導(dǎo)熱式熱壓機(jī)層合熱壓成型；或利用RTM真空罐，在120~180°C，5~20kg / cm2的條件下，進(jìn)行真空熱壓成型。
[0011]所述的碳纖維與纖維素纖維在制成的碳纖維紙鋼中的質(zhì)量百分比含量為1%?95%。
[0012]所述的分散劑為陽離子聚丙烯腈胺。
[0013]所述的分散劑的用量為碳纖維干重的0.2%。
[0014]本發(fā)明采用了碳纖維和纖維素纖維制造紙鋼，碳纖維強(qiáng)度是鋼的4倍、重量是鋼的I / 10之一、是迄今為止唯一在2000°C強(qiáng)度不損失的材料，故利用碳纖維制造的紙鋼表現(xiàn)出更優(yōu)異的特性。紙鋼作為一種新材料，在中國之見諸與國外產(chǎn)品的介紹和報(bào)導(dǎo)，至今、未有實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)化生產(chǎn)的制品；利用本發(fā)明的技術(shù)，已成功地完成了工業(yè)化試生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]一種碳纖維紙鋼的生產(chǎn)工藝，關(guān)鍵是:所述的紙鋼以碳纖維和纖維素纖維作為原材料，工藝過程包括:
[0016]a、將碳纖維長絲切斷為3?IOmm的短纖維，在分散劑中疏解為均勻的單纖維懸浮液；
[0017]b、將上述單纖維懸浮液與纖維素纖維混合打漿制成成膜液體，在濕法無紡布設(shè)備上抄造成碳纖維紙鋼原紙；
[0018]C、采用干法預(yù)浸機(jī)對(duì)碳纖維紙鋼原紙實(shí)施浸膠處理，浸膠量為碳纖維紙鋼原紙重量的25%?40% ；
[0019]d、碳纖維紙鋼原紙?jiān)?80?370°C、15?35kg / cm2雙柱下加壓熱油導(dǎo)熱式熱壓機(jī)層合熱壓成型；或利用RTM真空罐，在120?180°C，5?20kg / cm2的條件下，進(jìn)行真空熱壓成型。
[0020]根據(jù)碳纖維紙鋼制品不同強(qiáng)度要求，所述的碳纖維與纖維素纖維在制成的碳纖維紙鋼中的質(zhì)量百分比含量為
[0021]所述的分散劑為陽離子聚丙烯腈胺。
[0022]所述的分散劑的用量為碳纖維干重的0.2%。本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)，利用該技術(shù)分別試制了兩個(gè)批次的制品:
[0023]紙鋼試樣一、
[0024]紙鋼尺寸:長2200mm、寬 1200mm、厚度 1.2mm ;
[0025]紙鋼層合數(shù):碳纖維含量30%、80g/m2碳纖維紙鋼原紙10層；
[0026]紙鋼密度:1.1658g/cm3
[0027]紙鋼強(qiáng)度:400kg/ cm2。
[0028]紙鋼試樣二、
[0029]紙鋼尺寸:長2200mm、寬 1200mm、厚度 2.0mm ;
[0030]紙鋼層合數(shù):碳纖維含量30%、80g / m2碳纖維紙鋼原紙20層；
[0031]紙鋼密度:1.0833g/ cm3
[0032]紙鋼強(qiáng)度:490kg/ cm2。
[0033]材料性能比較，根據(jù)中國玻璃鋼綜合信息網(wǎng)公布的材料數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明兩個(gè)試樣紙鋼材料密度(1.1658g / cm3、l.1658g / cm3)小于碳纖維-環(huán)氧樹脂(1.45 / g.cm3)體系和玻璃鋼體系(2.0 / g.cm3)、換算可知比強(qiáng)度大于高強(qiáng)度鋼。
[0034]各種材料的性能比較
【權(quán)利要求】
1.一種碳纖維紙鋼的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述的紙鋼以碳纖維和纖維素纖維作為原材料，工藝過程包括: a、將碳纖維長絲切斷為3?IOmm的短纖維，在分散劑中疏解為均勻的單纖維懸浮液； b、將上述單纖維懸浮液與纖維素纖維混合打漿制成成膜液體，在濕法無紡布設(shè)備上抄造成碳纖維紙鋼原紙； C、采用干法預(yù)浸機(jī)對(duì)碳纖維紙鋼原紙實(shí)施浸膠處理，浸膠量為碳纖維紙鋼原紙重量的25%?40% ； d、碳纖維紙鋼原紙?jiān)?80?370°C、15?35kg / cm2雙柱下加壓熱油導(dǎo)熱式熱壓機(jī)層合熱壓成型；或利用RTM真空罐，在120?180°C，5?20kg / cm2的條件下，進(jìn)行真空熱壓成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維紙鋼的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述的碳纖維與纖維素纖維在制成的碳纖維紙鋼中的質(zhì)量百分比含量為1%--95%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維紙鋼的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述的分散劑為陽離子聚丙烯腈胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維紙鋼的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述的分散劑的用量為碳纖維干重的0.2%。
【文檔編號(hào)】D21H21/08GK103556524SQ201310419033
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】王北亭, 王霄飛, 呂娟 申請(qǐng)人:王霄飛, 王北亭