聚酰亞胺基碳纖維紙的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種聚酷亞胺基碳纖維紙的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維及其復(fù)合材料因其優(yōu)異的綜合性能，已經(jīng)成為國(guó)防與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)不可或 缺的戰(zhàn)略性關(guān)鍵材料，是凸顯武器裝備先進(jìn)性的主要標(biāo)志，也是支撐武器裝備更新?lián)Q代的 重要基石；同時(shí)碳纖維具有明顯的軍民兩用特征，廣泛應(yīng)用于能源、交通、建筑、工業(yè)裝備、 體育休閑等民用領(lǐng)域，是構(gòu)建和發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略性新材料產(chǎn)業(yè)的中堅(jiān)力量，也是帶動(dòng)和促進(jìn) 傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級(jí)的技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的基礎(chǔ) 性、關(guān)鍵性和決定性作用。
[0003] 目前高性能纖維已經(jīng)采用造紙法制備得到產(chǎn)業(yè)化的紙基材料，例如芳絕紙?jiān)缫呀?jīng) 實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，聚酷亞胺紙也正在產(chǎn)業(yè)化中。碳纖維紙也是一種深加工制品，屬于待開(kāi)發(fā)市 場(chǎng)。碳纖維編織物和無(wú)紡布材料輕質(zhì)高強(qiáng)，但加工流程長(zhǎng)，工序較復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，加工 利用過(guò)程中產(chǎn)生大量的邊角廢料，隨著碳纖維的利用的擴(kuò)大，運(yùn)些邊角廢料的數(shù)量也在逐 年增加，而運(yùn)些邊角廢料目前沒(méi)有得到有效利用。碳纖維紙?jiān)线m應(yīng)性強(qiáng)，原料來(lái)源廣泛， 原料可W單獨(dú)使用也可W與其他纖維混合使用，可W采用一毫米至十幾毫米長(zhǎng)的碳纖維， 因此可充分利用目前碳纖維材料制備中裁剪和廢棄的邊角廢料，成紙勻度好，各向同性顯 著，產(chǎn)量大、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、成本低。
[0004] 碳纖維紙除了可用于制備軌道交通車(chē)體外，還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。碳纖維紙及其復(fù)合材料的研究與應(yīng) 用已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)廣泛的重視，目前軍事和民用工業(yè)上也得到了很多可喜的成績(jī)，已開(kāi)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(AC F)、高保 真揚(yáng)聲器材料等。
[0005] 但碳纖維紙基材料開(kāi)發(fā)過(guò)程中纖維分散困難、原紙強(qiáng)度低，所W在纖維懸浮體系 分散技術(shù)、紙頁(yè)濕法成形技術(shù)、熱壓成型和紙頁(yè)增強(qiáng)等關(guān)鍵技術(shù)上需要更加深入地研究。我 國(guó)對(duì)碳纖維紙的研究很少，而且大多數(shù)還處在按實(shí)驗(yàn)室小試摸索階段，也沒(méi)有形成較完整 的理論體系作為碳纖維紙的制備工藝指導(dǎo)，還沒(méi)有得到規(guī)模性的性能良好的碳纖維紙成 品。因此碳纖維紙的開(kāi)發(fā)，對(duì)于開(kāi)拓我國(guó)新的碳纖維應(yīng)用市場(chǎng)，提升碳纖維應(yīng)用整體水平， 促進(jìn)我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)走向良性發(fā)展軌道，具有重要的現(xiàn)實(shí)和社會(huì)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種聚酷亞胺基碳纖維紙的制 備方法，得到的聚酷亞胺基碳纖維紙具備了聚酷亞胺和碳纖維的高強(qiáng)高模力學(xué)性能，耐高 溫、導(dǎo)熱/導(dǎo)電等功能性。
[0007] 按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種聚酷亞胺基碳纖維紙的制備方法，特征在于，包 括W下步驟：
[0008] (1)在纖維漿料中添加纖維漿料質(zhì)量0.1~0.5%的分散劑，沉降；
[0009] (2)在頻率20~40化、巧重1~5Kg的條件下對(duì)纖維漿料進(jìn)行打漿，打漿前加入纖維 漿料質(zhì)量0.1~0.8%的分散劑，打漿時(shí)間為25~50min;打漿后采用纖維疏解器進(jìn)行疏解， 疏解漿料時(shí)間為2~IOmin;
[0010] (3)在步驟(2)處理后的纖維漿料中再加入纖維漿料質(zhì)量6~10%的下苯膠乳，高 速攬拌20~50s;再加入纖維漿料質(zhì)量0.4~1 %的陽(yáng)離子聚丙締酷胺，高速攬拌20~50s;再 加入纖維漿料0.02~0.08 %的分散劑，高速攬拌20~40s，然后在紙頁(yè)成形器上形成原紙；
[0011] (4)用DMAc(二甲基乙酷胺)將聚酷亞胺樹(shù)脂稀釋至質(zhì)量百分濃度為2%~20%的 聚酷亞胺樹(shù)脂溶液，將原紙?jiān)诰劭醽啺窐?shù)脂溶液中做浸潰處理，浸潰時(shí)間為2~12小時(shí)，再 將原紙置于70~90°C的鼓風(fēng)干燥箱中處理1.5~化；
[0012] (5)將步驟(4)處理后的原紙?jiān)跓釅簷C(jī)中熱壓后得到所述的聚酷亞胺基碳纖維紙。
[0013] 進(jìn)一步的，所述纖維漿料的組成為:5 %~25 %碳纖維、5 %~25 %聚酷亞胺、1 %~ 10%PI樹(shù)脂膠和40%~80%溶劑。
[0014] 進(jìn)一步的，所述纖維漿料的溶劑為順二甲基甲酯胺(DMF)、二甲基乙酷胺(DMAc)、 二甲基亞諷(DMSO)或N甲基化咯燒酬(NMP)。
[0015] 進(jìn)一步的，所述碳纖維的纖維長(zhǎng)度為1~5mm，纖維直徑< 50曲1。
[0016] 進(jìn)一步的，所述步驟(3)中攬拌速度為600~1500轉(zhuǎn)/分鐘。
[0017] 進(jìn)一步的，所述分散劑采用聚氧化乙締、脂肪醇聚氧乙締酸甲基硅烷、油酸聚氧乙 締醋、烷基酪聚氧乙締酸憐酸醋鹽、聚丙締酷胺或聚乙締化咯燒酬。
[001引進(jìn)一步的，所述步驟(5)的熱壓條件為：第一階段：100~140°C、3~8MPa，熱壓2~ 4min;第二階段：140~180°C、8~12MPa，熱壓 2~4min;第S 階段：200~280°C、12 ~22MPa， 熱壓1~5min。
[0019] 本發(fā)明所述聚酷亞胺基碳纖維紙是一種高性能紙，其力學(xué)性能優(yōu)良，耐溫性好，而 碳纖維的加入賦予了紙張導(dǎo)熱和導(dǎo)電的功能，碳纖維特有的吸能效應(yīng)和聚酷亞胺的防福射 功能形成了鮮明對(duì)比，可W實(shí)現(xiàn)在紙張上通過(guò)激光錯(cuò)射進(jìn)行=維的激光刻蝕，形成獨(dú)特的 線(xiàn)路和圖案，聚酷亞胺基可W對(duì)碳纖維周?chē)幕|(zhì)提供保護(hù)，紙張除了激光經(jīng)過(guò)路線(xiàn)外都 可W不受破壞。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021] 實(shí)施例1: 一種聚酷亞胺基碳纖維紙的制備方法，包括W下步驟：
[0022] (1)在纖維漿料中添加纖維漿料質(zhì)量0.1的分散劑聚氧化乙締，沉降；所述纖維漿 料的組成為:5 %碳纖維、10 %聚酷亞胺、5%PI樹(shù)脂膠和80 %溶劑順二甲基甲酯胺(DMF)，PI 樹(shù)脂膠的質(zhì)量百分濃度為2% ;所述碳纖維的纖維長(zhǎng)度為1~5mm，纖維直徑含50WI1;
[0023] (2)在頻率20化、巧重化g的條件下對(duì)纖維漿料進(jìn)行打漿，打漿前加入纖維漿料質(zhì) 量0.1 %的分散劑聚氧化乙締，打漿時(shí)間為50min;打漿后采用纖維疏解器進(jìn)行疏解，疏解漿 料時(shí)間為2min;
[0024] (3)在步驟(2)處理后的纖維漿料中再加入纖維漿料質(zhì)量6%的下苯膠乳，高速攬 拌50s ;再加入纖維漿料質(zhì)量O . 4%的陽(yáng)離子聚丙締酷胺，高速攬拌50s ;再加入纖維漿料 0.02 %的分散劑聚氧化乙締，高速攬拌40s，然后在紙頁(yè)成形器上形成原紙;所述攬拌速度 為600轉(zhuǎn)/分鐘；
[0025] (4)用DMAc(二甲基乙酷胺)將聚酷亞胺樹(shù)脂稀釋至質(zhì)量百分濃度為2%的聚酷亞 胺樹(shù)脂溶液，將原紙?jiān)诰劭醽啺窐?shù)脂溶液中做浸潰處理，浸潰時(shí)間為12小時(shí)，再將原紙置于 70°C的鼓風(fēng)干燥箱中處理化；
[0026] (5)將步驟(4)處理后的原紙?jiān)跓釅簷C(jī)中熱壓后得到厚度為0.07mm的聚酷亞胺基 碳纖維紙;所述熱壓條件為:第一階段：100°C、3MPa，熱壓4min;第二階段：140°C、SMPa，熱壓 4111111;第^階段：2001：、121?日，熱壓5111111。
[0027] 實(shí)施例2: -種聚酷亞胺基碳纖維紙的制備方法，包括W下步驟：
[0028] (1)在纖維漿料中添加纖維漿料質(zhì)量0.5%的分散劑脂肪醇聚氧乙締酸甲基硅烷， 沉降;所述纖維漿料的組成為：10%碳纖維、25%聚酷亞胺、10%PI樹(shù)脂膠和55%溶劑二甲 基乙酷胺(DMAc), PI樹(shù)脂膠的質(zhì)量百分濃度為5%;所述碳纖維的纖維長(zhǎng)度為1~5mm，纖維 直徑< 50皿；
[0029] (2)在頻率40化、巧重5Kg的條件下對(duì)纖維漿料進(jìn)行打漿，打漿前加入纖維漿料質(zhì) 量0.8%的分散劑脂肪醇聚氧乙締酸甲基硅烷，打漿時(shí)間為25min;打漿后采用纖維疏解器 進(jìn)行疏解，疏解漿料時(shí)間為2min;
[0030] (3)在步驟(2)處理后的纖維漿料中再加入纖維漿料質(zhì)量10%的下苯膠乳，高速攬 拌20s;再加入纖維漿料質(zhì)量1 %的陽(yáng)離子聚丙締酷胺，高速攬拌20s;再加入纖維漿料 0.08%的分散劑脂肪醇聚氧乙締酸甲基硅烷，高速攬拌20s，然后在紙頁(yè)成形器上形成原 紙;所述攬拌速度為1500轉(zhuǎn)/分鐘；
[0031] (4)用DMAc(二甲基乙酷胺)將聚酷亞胺樹(shù)脂稀釋至質(zhì)量百分濃度為20%的聚酷亞 胺樹(shù)脂溶液，將原紙?jiān)诰劭醽啺窐?shù)脂溶液中做浸潰處理，浸潰時(shí)間為2小時(shí)，再將原紙置于 90°C的鼓風(fēng)干燥箱中處理1.化；
[0032] (5)將步驟(4)處理后的原紙?jiān)跓釅簷C(jī)中熱壓后得到厚度為0.07mm的聚酷亞胺基 碳纖維紙;所述熱壓條件為:第一階段：140°C、SMPa，熱壓2min;第二階段：180°C、12MPa，熱 壓2min;第S階段：280 °C、22MPa，熱壓Imin。
[0033] 實(shí)施例3: -種聚酷亞胺基碳纖維紙的制備方法，包括W下步驟：
[0034] (1)在纖維漿料中添加纖維漿料質(zhì)量0.2%的分散劑油酸聚氧乙締醋，沉降;所述 纖維漿料的組成為：8%碳纖維、12%聚酷亞胺、8%PI樹(shù)脂膠和72%溶劑二甲基亞諷 (DMSO)，PI樹(shù)脂膠的質(zhì)量百分濃度為8% ;所述碳纖維的纖維長(zhǎng)度為1~5mm，纖維直徑含50y m;
[0035] (2)在頻率30化、巧重2Kg的條件下對(duì)纖維漿料進(jìn)行打漿，打漿前加入纖維漿料質(zhì) 量0.5%的分散劑油酸聚氧乙締醋，打漿時(shí)間為30min;打漿后采用纖維疏解器進(jìn)行疏解，疏 解漿料時(shí)間為5min;
[0036] (3)在步驟(2)處理后的纖維漿料中再加入纖維漿料質(zhì)量8%的下苯膠乳，高速攬 拌30s ;再加入纖維漿料質(zhì)量0.5 %的陽(yáng)離子聚丙締酷胺，高速攬拌30s ;再加入纖維漿料 0.06 %的分散劑，高速攬拌30s，然后在紙頁(yè)成形器上形成原紙;所述攬拌速度為1000轉(zhuǎn)/分 鐘；
[0037] (4)用DMAc(二甲基乙酷胺)將聚酷亞胺樹(shù)脂稀釋至質(zhì)量百分濃度為10%的聚酷亞 胺樹(shù)脂溶液，將原紙?jiān)诰劭醽啺窐?shù)脂溶液中做浸潰處理，浸潰時(shí)間為10小時(shí)，再將原紙置于 80°C的鼓風(fēng)干燥箱中處理化；
[0038] (5)將步驟(4)處理后的原紙?jiān)跓釅簷C(jī)中熱壓后得到厚度為0.1mm的聚酷亞胺基碳 纖維紙;所述熱壓條件為:第一階段：120°C、5MPa，熱壓3min;第二階段：150°C、IOMPa，熱壓 3min;第S階段：250 °C、20MPa，熱壓2min。
[0039] 實(shí)施例1~實(shí)施例3得到的碳纖維紙的機(jī)械強(qiáng)度如表1所示。
[0040] 表 1
[0042]