一种基于碳纤维的透明导电发热薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于碳纤维的透明导电发热薄膜的方法。该方法首先将植物纤维在溶液中浸泡；用溶解无机盐的有机溶液进行溶解，然后经乳化再生。然后将碳纤维在浸渍液中浸泡，然后用搅拌机处理；将悬浮液和碳纤维混合，疏解，抄造成纸，将抄造的原纸干燥至含水率低于8％；处理后的纸张进行压榨；纸张在洗涤液中浸泡，去除残留在薄膜中有机溶剂和无机盐；处理后的纸张进行压榨；得到透明度高、导电发热性能好、强度高的透明发导电发热薄膜。本发明专利技术再生桨悬浮液中含有大量小尺寸级别的纤维素断链，极大地改善了薄膜的透明度；均匀分散的碳纤维，保证了薄膜的导电和发热。

Preparation of a transparent and conductive heating film based on carbon fiber

The invention discloses a method of transparent conducting heating film based on carbon fiber. The method first soaked the plant fiber in the solution, dissolved the organic solution with dissolved inorganic salt, and then regenerated by emulsification. Carbon fiber and then soak in the impregnation solution, and then use the mixer treatment; the suspension of carbon fiber and mixed with ease, making paper, will be made by paper drying to moisture content below 8%; processed paper press paper; in washing liquid soak, remove the residual in organic solvent and inorganic thin film salt; processed paper pressing; transparent conductive film with high transparency, hair heat conductive heating performance and high strength. The regenerated paddle suspension contains a large number of small size cellulose chain breaking, which greatly improves the transparency of the film. The uniformly dispersed carbon fiber ensures the conductivity and heating of the thin film.

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳纤维的透明导电发热薄膜的制备方法
本专利技术涉及碳纤维导电发热薄膜，特别是涉及一种低成本、高性能、环境友好型、透明度高、发热量大的碳纤维导电发热薄膜的制造方法，该碳纤维薄膜可应用于防静电包装、电磁屏蔽、面状发热、新能源、电化学、生物医学等材料。
技术介绍
碳纤维及其复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、导电、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。由于碳纤维不仅具有碳素材料的固有特性，又具有金属材料的导电性和导热性，所以，世界各国都把碳纤维作为既是发展航天、航空和军事尖端技术必不可少的新材料，也视为民用工业更新换代的基础材料。碳纤维具有较大的比表面积、较大的表面能从而导致了碳纤维难以在水溶液中离散为单根纤维。而且碳纤维碳‐碳间以非极性共价键相连接，导致碳纤维表面活性基团少，难易被水润湿，在水中容易絮聚成团。虽然国内市场上也存在一些碳纤维薄膜，但一般不透明，且发热量小，制作成本高，工艺繁琐复杂。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术中碳纤维薄膜透明度差和发热量低两个方面的问题，提供了一种生产时间短、物理性能好、透明度高、发热量大的碳纤维纸的制备方法。本专利技术通过对植物纤维进行溶解再生从而极大地改善了碳纤维薄膜的透明度和匀度。利用高温复压技术，使碳纤维与植物再生纤维充分接触和粘合，保证了碳纤维薄膜的机械强度，并极大地提高了碳纤维薄膜的密度和透明度。本专利技术的特点通过以下步骤实现：一种基于碳纤维的透明导电发热薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：1)植物纤维的预处理:经过蒸煮，打桨和漂白处理的植物纤维在溶液中浸泡；所述的溶液为饱和氢氧化钠溶液、质量分数大于等于85％的H2SO4或者丙酮溶液；2)植物纤维的溶解：将预处理后的植物桨纤维用浓度为5‐200g/L的溶解无机盐的有机溶液进行溶解，然后经乳化再生，制成浓度为5‐200g/L的悬浮液；所述的无机盐为氢氧化钠、氯化钾或者氯化锂，所述的有机溶液为乙醇、甲醇、氮氮二甲基乙酰胺或者氮氮二甲基甲酰胺；3)碳纤维的分散：将碳纤维在浸渍液中浸泡，然后用搅拌机处理5‐10min；所述浸渍液为饱和氢氧化钠溶液或者浓硫酸；4)碳纤维的透明导电发热薄膜的抄造：将经步骤2)得到的悬浮液和步骤3)得到的碳纤维混合，疏解，抄造成纸，所得纸张的定量为10‐200g/m2；碳纤维和植物纤维的质量比为(0.1‐50)：(0.1‐99)；5)薄膜干燥：以质量百分比计，将步骤4)抄造的原纸干燥至含水率低于8％；6)压榨处理：将经步骤5)处理后的纸张进行压榨；7)洗涤工艺：将经步骤6)处理后的纸张在洗涤液中浸泡，去除残留在薄膜中有机溶剂和无机盐；8)压榨处理工艺：将经步骤7)处理后的纸张进行压榨。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述的碳纤维纤维长度为1‐10mm，直径为5‐15μm，含碳量为90％‐99.9％，比热容为0.1‐0.3Cal/g·℃。优选地，碳纤纤维在抄纸前经过了浓酸或者浓碱预处理。优选地，所述植物桨纤维是桉木溶解桨或竹溶解桨。优选地，所述的植物纤维在步骤1)中的溶液中浸泡的时间为1‐100分钟；所述碳纤维在步骤3)的浸渍液中浸泡的时间为1‐100分钟。优选地，所述的干燥包括微波干燥和红外干燥中的一种或两者结合。优选地，步骤6)和步骤8)所述压榨的温度为80‐110℃，压力为5‐15MPa，时间为300‐600s。优选地，所述的纸张在洗涤液中浸泡的时间为1‐2h。优选地，所述洗涤液为蒸馏水、去离子水或者乙醇。优选地，所述的浸渍液温度在40‐60℃。步骤2)采用了乳化再生的方法制备碳纤维导电薄膜的原料。本专利技术一种高透明度、发热量大的碳纤维薄膜，由上述方法所得，定量为(10‐30)g/m2时，厚度为(0.01‐0.5)mm，抗张强度为(40‐40000)KN/m2，透明度为(20％‐70％)。碳纤维间以非极性共价键相连接，导致碳纤维表面活性基团少，不容易被水润湿，在水中易絮聚，分散性能很差，所以很难制造出高质量的碳纤维薄膜。植物纤维中的纤维素含有大量的羟基基团，这些基团可以形成很强的氢键从而使薄膜具备一定的强度，溶解再生的小尺寸纤维含有更多的羟基且带有负电性，从而给碳纤维提供了一个良好的分散环境。而小尺寸的纤维的存在，也极大地改善了碳纤维薄膜的透明度。碳纤维薄膜成型后，采用压榨干燥处理，从而使碳纤维和植物纤维能够更好的结合在一块，不但极大地改善了薄膜的强度，也在一定程度上增加了薄膜的透明度。本专利技术的碳纤维发热导电薄膜是以植物纤维为基体，碳纤维作为导电介质，经过常规的湿法成型，其克重为(10‐30)g/m2。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1在制备碳纤维发热导电薄膜时，我们对植物纤维进行了溶解再生，再生的植物纤维尺寸明显小于原植物纤维，且再生的植物纤维由于显电负性，给碳纤维提供了极佳的分散环境，而小尺寸的再生纤维，也极大地改善了薄膜的透明度。2本专利技术基于碳纤维的透明导电发热薄膜厚度为(0.01‐0.5)mm，是一种高性能(抗张强度为40‐40000KN/m2)，低定量(10‐30g/m2)、透明度高(20％‐70％)、发热量大、发热均匀的薄膜。3本专利技术方法相比传统的碳纤维薄膜具有较高的透明度、且发热量大，产品的综合性能明显高于目前市场上存在的碳纤维薄膜相关指标。4本专利技术在片状发热材料领域内可以广泛使用，同时解决了传统碳纤维薄膜透明度低的缺点，对碳纤维薄膜的发展具有重要作用。5本专利技术方法具有工艺简单、成本低、无污染和等优点。附图说明图1为实施例1碳纤维透明导电发热薄膜横截面扫描电镜图；图2为实施例1碳纤维透明导电发热薄膜纵截面扫描电镜图。具体实施方式为了更加深入理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，需要说明的是，本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。下面实施例中，抗张强度采用GB/T12914‐2008国家标准测试；材料单位面积上的克重按照NFQ01‐003‐1975进行测试；透明度用紫外分光计测量400‐1000nm波长透过率(UV‐9000)。实施例1一种基于碳纤维的透明导电发热薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：(1)植物纤维的预处理：首先将经过蒸煮，打桨和漂白处理的桉木植物纤维用丙酮预处理，在32℃温度下处理30分钟。(2)植物纤维的溶解：将预处理后的桉木植物纤维用浓度为10g/L的溶解无机盐的有机溶液进行溶解，然后经乳化再生，制成浓度为20g/L的悬浮液；所述的无机盐为氯化锂，有机溶液为氮氮二甲基乙酰胺。(3)碳纤维的分散：将长度为6mm，直径为7μm，含碳量为92％，比热容为0.2Cal/g·℃的碳纤维在浸渍液浸泡5分钟，用蒸馏水洗涤后用搅拌机处理5min；所述浸渍液为饱和氢氧化钠溶液。(4)碳纤维透明导电发热薄膜的抄造：将经步骤(2)得到的悬浮液和步骤(3)得到的碳纤维混合，用疏解机进行疏解后抄造成纸，所得的薄膜的定量为20g/m2。碳纤维和植物纤维的质量比为4：96。(5)薄膜干燥：以质量百分比计，将步骤(4)抄造的原纸干燥至含水率为6％；(6)压榨工艺：将经步骤(5)处理后的样张在温度为100℃，压力为10MPa处理500s；(7)洗涤工艺：将经步骤(6)处理后的样张在洗涤液中浸泡1h，去本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于碳纤维的透明导电发热薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：1)植物纤维的预处理:经过蒸煮，打桨和漂白处理的植物纤维在溶液中浸泡；所述的溶液为饱和氢氧化钠溶液、质量分数大于等于85％的H2SO4或者丙酮溶液；2)植物纤维的溶解：将预处理后的植物桨纤维用浓度为5‐200g/L的溶解无机盐的有机溶液进行溶解，然后经乳化再生，制成浓度为5‐200g/L的悬浮液；所述的无机盐为氢氧化钠、氯化钾或者氯化锂，所述的有机溶液为乙醇、甲醇、氮氮二甲基乙酰胺或者氮氮二甲基甲酰胺；3)碳纤维的分散：将碳纤维在浸渍液中浸泡，然后用搅拌机处理5‐10min；所述浸渍液为饱和氢氧化钠溶液或者浓硫酸；4)碳纤维的透明导电发热薄膜的抄造：将经步骤2)得到的悬浮液和步骤3)得到的碳纤维混合，疏解，抄造成纸，所得纸张的定量为10‐200g/m

【技术特征摘要】
1.一种基于碳纤维的透明导电发热薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：1)植物纤维的预处理:经过蒸煮，打桨和漂白处理的植物纤维在溶液中浸泡；所述的溶液为饱和氢氧化钠溶液、质量分数大于等于85％的H2SO4或者丙酮溶液；2)植物纤维的溶解：将预处理后的植物桨纤维用浓度为5‐200g/L的溶解无机盐的有机溶液进行溶解，然后经乳化再生，制成浓度为5‐200g/L的悬浮液；所述的无机盐为氢氧化钠、氯化钾或者氯化锂，所述的有机溶液为乙醇、甲醇、氮氮二甲基乙酰胺或者氮氮二甲基甲酰胺；3)碳纤维的分散：将碳纤维在浸渍液中浸泡，然后用搅拌机处理5‐10min；所述浸渍液为饱和氢氧化钠溶液或者浓硫酸；4)碳纤维的透明导电发热薄膜的抄造：将经步骤2)得到的悬浮液和步骤3)得到的碳纤维混合，疏解，抄造成纸，所得纸张的定量为10‐200g/m2；碳纤维和植物纤维的质量比为(0.1‐50)：(0.1‐99)；5)薄膜干燥：以质量百分比计，将步骤4)抄造的原纸干燥至含水率低于8％；6)压榨处理：将经步骤5)处理后的纸张进行压榨；7)洗涤工艺：将经步骤6)处理后的纸张在洗涤液中浸泡，去除残留在薄膜中有机溶剂和无机盐；8)压榨处理工艺：将经步骤7)处理后的纸张进行压榨。2.根据权利要求1所述的基于碳纤维的透明导电发热薄膜的制备方法，其特征在于，所述的碳纤维纤维长度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德桃，路朋博，程凡，欧阳豪，林美燕，苏灵峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44