碳纤维纸及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碳纤维纸及其制备方法。碳纤维纸的制备方法包括：分别对衬底和碳纤维进行预处理，将预处理后的碳纤维置于纤维盒中；将纤维盒置于静电力场中，纤维盒的一侧设有栅板，栅板上设有规则排列的孔隙；吹动纤维盒内的碳纤维，使得碳纤维在纤维盒内漂浮，在静电力场的作用下，漂浮的碳纤维穿过孔隙向衬底移动，并粘附在衬底上；调整栅板相对于衬底的角度，控制气体流速、流量以及碳纤维的沉积方向，使得碳纤维在衬底上呈现交叉有序排列；对粘附有碳纤维的衬底进行后处理，以得到碳纤维纸。本发明专利技术通过将静电力场和流体力学相结合，实现碳纤维在粘性衬底表面的定向沉积，获得结构有序化的碳纤维纸，提高了碳纤维纸的导电性与机械强度。电性与机械强度。电性与机械强度。

【技术实现步骤摘要】
碳纤维纸及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种碳纤维纸及其制备方法，属于特种纸


技术介绍

[0002]碳纤维纸是由碳纤维与碳基体共同组成的一种多孔的复合材料，在燃料电池气体扩散层、超级电容器集流体、气体过滤器、电解水电极等领域有着广泛的应用。而在燃料电池、超级电容器和电解水槽等涉及到电化学过程的器件中，碳纤维纸不仅作为支撑材料，同时担负着传质和导电的双重作用。所以，不但要求碳纤维纸具有较好的孔隙度，还必须具有良好的导电性。通常碳纤维纸的导电性主要由两个方而的因素决定，一方面是碳纤维本身的导电性能，另一方面是碳纤维紧密粘接程度所影响的接触电阻。
[0003]为了提高碳纤维纸的导电性，中国专利技术专利CN201610867661.3通过丝网印刷与喷涂相结合的方式，将高导电性材料用于优化碳纤维纸的性能。具体是将高导电性材料、造孔剂、疏水剂和分散液通过搅拌的方式配制成成分均匀的第一浆料。并将配制好的第一浆料，通过丝网印刷的方式涂覆在经过处理的碳纸上。然后在碳纤维纸上通过喷涂的方式喷涂预设厚度的由高导电性材料、疏水剂和分散液组成的第二浆料，形成第二喷涂层。最终获得平整度高、耐久性好、导电性能高的碳纤维纸。然而该方案是在碳纤维纸已经成型之后，通过外在修饰的技术手段提高导电性，并没有对碳纤维自身的排列进行优化。
[0004]为了从碳纤维层面进行导电性的提高，中国专利技术专利CN201910851387.4通过在碳纤维表面负载Fe
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NiCoP异质结构来提高整体的导电性。具体是先通过水热生长法，将镍钴纳米棒直接生长在碳纤维上。再通过第二步离子引导生长，将铁镍立方体生长于镍钴纳米棒的顶部。该异质结构加快了电子的传输，提高了材料的导电性。制备得到的样品具有高效的催化活性和稳定性，可用于电解水领域。这种方案是从更加微观的层面，对碳纤维纸进行了有效的改性。但是这种液相生长的制备方案，只能适用于制备小型器件，并不能够快速批量的制备高导电性能的产品。
[0005]为了提高碳纤维纸的结构强度，中国专利技术专利CN202010760099.0提供了一种燃料电池气体扩散层用碳纸前躯体的制备方法。所述制备方法包括将不同长度的碳纤维与纳米纤维素混合分散，加入助剂提高细小纤维的留着率，然后通过湿法成型技术得到碳纤维纸湿纸，再通过真空负压抽吸工艺将树脂浸入碳纸中，真空干燥后得到碳纸前驱体。纳米纤维素的加入能够在碳纤维之间形成氢键结合，使碳纸具有优异的机械强度和结构稳定性。但是纤维素不具备导电的性能。
[0006]有鉴于此，确有必要提出一种碳纤维纸及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种碳纤维纸及其制备方法，以解决现有技术中碳纤维纸的导电性较差以及机械强度较低的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种碳纤维纸的制备方法，包括：
[0009]S1、对衬底进行预处理，对碳纤维进行预处理，并将预处理后的碳纤维放置于纤维盒中；
[0010]S2、将所述纤维盒置于静电力场中，所述纤维盒的一侧设有栅板，所述栅板上设有规则排列的孔隙；
[0011]S3、对所述纤维盒内的碳纤维进行吹动，使得所述碳纤维在所述纤维盒内漂浮，在静电力场的作用下，漂浮的碳纤维穿过所述孔隙向所述衬底移动，并粘附在所述衬底上；
[0012]S4、调整所述栅板相对于所述衬底的角度，控制气体流速、流量以及碳纤维的沉积方向，使得所述碳纤维在所述衬底上呈现交叉有序排列；
[0013]S5、对粘附有所述碳纤维的衬底进行后处理，以得到碳纤维纸。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，S1中对衬底的预处理为在所述衬底上设置粘性物质；对碳纤维的预处理包括：
[0015]S11、对碳纤维进行高温氧化处理；
[0016]S12、对高温氧化处理后的碳纤维进行短切处理；
[0017]S13、将短切后的碳纤维置于纤维梳理机中，以对短切后的碳纤维进行开松处理。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述高温氧化的温度为300～500℃，高温氧化的时间为5～10小时，短切处理后的碳纤维的长度为3～10毫米。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述粘性物质为淀粉、纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的任意一种。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，在S2中，静电力场由静电发生器提供，所述纤维盒与预处理后的衬底相对设置，且所述栅板设于所述纤维盒靠近所述衬底的一侧。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述栅板与所述衬底之间的距离为20～50厘米，所述静电发生器的电压控制在50～200千伏。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，S5中的后处理包括：
[0023]S51、将粘附有所述碳纤维的衬底置于高温烘箱中进行除胶处理，以得到碳纤维绒布；
[0024]S52、将所述碳纤维绒布浸入固化剂中，随后置于高温炉内进行碳化，以得到碳纤维纸。
[0025]作为本专利技术的进一步改进，所述高温烘箱的温度为300～450℃，所述高温炉内的碳化温度为2000～2500℃。
[0026]作为本专利技术的进一步改进，所述固化剂为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯中的任意一种。
[0027]为实现上述目的，本专利技术还提供了一种碳纤维纸，根据前述的碳纤维纸的制备方法制备得到。
[0028]本专利技术的有益效果是：本专利技术的碳纤维纸制备方法通过将静电力场和流体力学相结合，并在栅板上设置规则排列的孔隙，以控制碳纤维的输出方向和角度，碳纤维在静电力场的吸引作用下，能够实现碳纤维在粘性衬底表面的定向沉积，从而获得结构有序化的碳纤维纸，进一步提高碳纤维纸整体的导电性与机械强度；该制备方法在制备过程中完全不需要水和溶剂，能够有效的避免水资源浪费以及废水污染，是一种非常环保的特种纸生产方案；该技术方案不仅可以使用碳纤维作为原料，也可以使用棉纤维、合成纤维等原料进行
纸张的生产，继而获得纸张的内核骨架，最后在有序的内核骨架上继续沉积无序的碳纤维，具有综合有序与无序结构的优势特征。
附图说明
[0029]图1是本专利技术优选实施例中碳纤维纸的制备方法的流程图。
[0030]图2是图1中S1的流程图。
[0031]图3是图1中S5的流程图。
[0032]图4是本专利技术优选实施例中碳纤维穿过栅板以形成有序碳纤维纸的制备示意图。
[0033]图5是本专利技术中实施例1、2、3、4、5和6制备得到的碳纤维纸的性能表征图。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。
[0035]请参阅图1所示，本专利技术揭示了一种碳纤维纸的制备方法，包括：
[0036]S1、对衬底进行预处理，对碳纤维进行预处理，并将预处理后的碳纤维放置于纤维盒中；
[0037]S2、将纤维盒置于静电力场中，纤维盒的一侧设有栅板，栅板上设有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维纸的制备方法，其特征在于，包括：S1、对衬底进行预处理，对碳纤维进行预处理，并将预处理后的碳纤维放置于纤维盒中；S2、将所述纤维盒置于静电力场中，所述纤维盒的一侧设有栅板，所述栅板上设有规则排列的孔隙；S3、对所述纤维盒内的碳纤维进行吹动，使得所述碳纤维在所述纤维盒内漂浮，在静电力场的作用下，漂浮的碳纤维穿过所述孔隙向所述衬底移动，并粘附在所述衬底上；S4、调整所述栅板相对于所述衬底的角度，控制气体流速、流量以及碳纤维的沉积方向，使得所述碳纤维在所述衬底上呈现交叉有序排列；S5、对粘附有所述碳纤维的衬底进行后处理，以得到碳纤维纸。2.根据权利要求1所述的碳纤维纸的制备方法，其特征在于，S1中对衬底的预处理为在所述衬底上设置粘性物质；对碳纤维的预处理包括：S11、对碳纤维进行高温氧化处理；S12、对高温氧化处理后的碳纤维进行短切处理；S13、将短切后的碳纤维置于纤维梳理机中，以对短切后的碳纤维进行开松处理。3.根据权利要求2所述的碳纤维纸的制备方法，其特征在于：所述高温氧化的温度为300～500℃，高温氧化的时间为5～10小时，短切处理后的碳纤维的长度为3～10毫米。4.根据权利要求2所述的碳纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：林瑞，陈亮，
申请(专利权)人：上海氢伦新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：