一种超细沥青基碳纤维吸波纸及其制备工艺制造技术

一种超细沥青基碳纤维吸波纸及其制备工艺，所述超细沥青基碳纤维吸波纸其原料组分包括超细沥青基碳纤维40～60wt％、间位芳纶沉析纤维30～50wt％、间位芳纶短切纤维0～10wt％；制备方法为：通过优选超细沥青基碳纤维、间位芳纶沉析、间位芳纶短切纤维原料，以间位芳纶短切纤维为支撑、粘结骨架，以间位芳纶沉析纤维为分散组分，通过造纸湿法成形热压增强粘合等环节，制备出具有高电磁损耗、低介电、高强度的超细沥青基碳纤维吸波纸；本发明专利技术制备的超细沥青基碳纤维吸波纸质量轻、密度小、耐腐蚀性及耐磨性强、具有很高的导电、导热性性质，同时直径小易于弯曲，不易横向压溃，还能增加碳纤维在纸张中的导电网络，在极少的添加下解决吸波性能问题。波性能问题。波性能问题。

【技术实现步骤摘要】
一种超细沥青基碳纤维吸波纸及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及造纸、隐身材料及电子通信
，具体为一种超细沥青基碳纤维吸波纸及其制备工艺。

技术介绍

[0002]随着军事科学技术的飞速发展，飞机、导弹、舰船、车辆等武器装备的生存能力面临着严重的威胁，为了提高武器装备的战场突防能力和生存能力，降低目标对电磁波的吸收或散射特征是未来武器装备的必然发展方向，对电磁波的屏蔽和吸收已成为研发新型武器的一个重要考虑因素。
[0003]目前，采用的电磁屏蔽层通常采用金属片或金属填料复合材料制作，将其覆盖在需要防护的部件上，起到电磁屏蔽的作用。但是金属密度大，增加了设备的重量，此外，还存在价格昂贵、易氧化、易腐蚀、柔性差、屏蔽性能难以调节、吸波性能差、使用不便等缺点，在某些特殊场合，还容易引起精密仪器及设备的内部短路，带来不必要的损失，严重限制了金属在电磁屏蔽领域的实际应用。因此急需一种质量轻，造价低，抗腐蚀，柔性好同时具有优异吸波性能的屏蔽材料。
[0004]碳纤维具有良好的电磁屏蔽性能，并且碳纤维具备优异的电、热传导性，阻燃性能良好，热膨胀系数极低、低辐射线吸收性等一系列优点，使得碳纤维成为电磁屏蔽的热门材料之一。按照原料一般可分为粘胶基碳纤维、沥青基碳纤维、聚丙烯腈(PAN)基碳纤维。其中沥青基碳纤维是以煤沥青、石油沥青等富含稠环芳烃的物质作原料，经调制、熔融方式、炭化、石墨化等一系列物理化学变化得到的，相较于PAN基碳纤维，沥青基碳纤维具有更高的模量，以及更高的热导率和导电率。将碳纤维通过湿法成形工艺制备成纸基材料，有望开发出宽频段、低反射、可结构设计的碳纤维基吸波材料，用于国防军工、航空航天领域。
[0005]然而，碳纤维虽然模量高，强度大，但是不易弯曲，脆性大，易压溃，这导致在纸张成形以及热压增强中存在一系列问题，严重影响着纸基材料的开发。超细沥青基碳纤维质量轻、密度小、耐腐蚀性及耐磨性强、具有很高的导电导热性性质，同时直径小易于弯曲，不易横向压溃，同时还能增加碳纤维在纸张中的导电网络，在极少的添加下有潜力解决吸波纸制造难题。

技术实现思路

[0006]为了克服传统碳纤维纸基材料湿法成形难、碳纤维易折断、易压溃、导电性能难调控等问题，本专利技术的目的在于提供了一种超细沥青基碳纤维吸波纸的制备工艺，通过优选超细沥青基碳纤维、间位芳纶沉析、间位芳纶短切纤维原料，以间位芳纶短切纤维为支撑、粘结骨架，以间位芳纶沉析纤维为分散组分，通过造纸湿法成形热压增强粘合等环节，制备出具有高电磁损耗、低介电、高强度的超细沥青基碳纤维吸波纸；本专利技术的具有工艺简单、制备高效的特点。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种超细沥青基碳纤维吸波纸，其原料组分包括超细沥青基碳纤维40～60wt％、间位芳纶沉析纤维30～50wt％、间位芳纶短切纤维0～10wt％。
[0009]所述超细沥青基碳纤维直径为为5～6μm，长度为5～7mm，拉伸强度≥2300Mpa，热导率≥600W/(m
·
K)，电阻率≤2.1μΩ
·
m。
[0010]所述间位芳纶沉析纤维平均纤维扭结度为107.7
°
，平均纤维宽度为17.8μm，平均纤维卷曲程度3.5％，细小纤维含量9.7％。
[0011]一种超细沥青基碳纤维吸波纸的制备工艺，具体包括以下步骤；
[0012]步骤1，将直径5～6μm，长度5～7mm的超细沥青基碳纤维置于浓度为1.0
×
10
‑
3mol/L～1.5
×
10
‑
3mol/L的十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠清洗液中，在上述清洗液中洗涤20～40min，得到超细沥青基碳纤维与清洗液的混合溶液；
[0013]步骤2，将步骤1得到的混合溶液在400～1200目的滤网上过滤，并用清水冲洗纤维至无泡沫残留；将过滤得到的超细沥青基碳纤维置于50～70℃的烘箱中干燥8～12h；
[0014]步骤3，恒重处理：将厚度为4～7μm，长度为80～600μm的间位芳纶沉析纤维放入恒温恒湿箱中，设定温度为20～30℃，湿度为60％～80％，放置3～7天；
[0015]步骤4，随后将恒重处理后的间位芳纶沉析纤维置于95～105℃烘箱中2～3h；
[0016]步骤5，称量步骤4中经恒重处理后的间位芳纶沉析纤维40～50wt％、0～10wt％的芳纶短切纤维和一定量的水加入标准纤维疏解器的搅拌腔中疏解12000～23000转，再加入40～60wt％的超细沥青基碳纤维，继续疏解2000～3000转，得到浆料；所述一定量的水为间位芳纶沉析纤维、芳纶短切纤维和超细沥青基碳纤维总量的50000～100000wt％；
[0017]步骤6，将步骤5中得到的浆料在纸页成型器中经加水配浆、匀浆辊匀浆、纸页抄造、油压机压榨、真空热干燥，得碳纤维原纸；
[0018]步骤7，对步骤6得到的碳纤维原纸进行热压，提升纸张致密度，热压温度为160～200℃，压力为8～12Mpa，时间为3～10min，得超细沥青基碳纤维吸波纸。
[0019]所述步骤5中配浆时，先将芳纶沉析纤维、芳纶短切纤维在自来水中疏解，之后将超细沥青基碳纤维添加疏解，且顺序限定。
[0020]所述步骤7中碳纤维原纸热压采用平板硫化机或辊压机进行；热压参数具体为：160～200℃、8～12Mpa、3～10min。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益技术效果：
[0022]首先，本专利技术优选超细沥青基碳纤维作为吸波的核心的纤维原料。沥青基碳纤维是用煤沥青、石油沥青等富含稠环芳烃的物质作原料，通过原料的调制、熔融纺丝、预氧化、炭化、石墨化等工艺所制备，具有质量轻、密度小、耐腐蚀性及耐磨性强、具有很高的导电导热性。选用超细沥青基碳纤维作为主要纤维原料，相比传统碳纤维更有利于构建三维多孔的导电网络结构，同时调控介电性能，可有效提升碳纤维纸的吸波性能。
[0023]其次，本专利技术引入了高柔韧的间位芳纶短切纤维作为强度粘结支撑骨架，，加入后可有效提升纸张的柔韧度，在保持强度前提下有利于碳纤维吸波纸加工成蜂窝结构材料特别是利于开发更小规格的的碳纤维蜂窝结构材料，可以拓展在军工领域应用潜力。
[0024]进一步的，本专利技术引入芳纶沉析作为辅助分散和增强组分，通过芳纶沉析纤维良好的分散性以及表面丰富的细小纤维，一方面提高浆料分散，提升纸张匀度，另一方面，实现机械互锁和交织粘合。在不影响纸基材料密度的情况下，可大幅度提升匀度、强度以及改
善介电性质。
[0025]进一步的，本专利技术工艺方面优选热压工艺在160～200℃、8～12Mpa下热压3～10min增强处理，从而创造芳纶沉析、芳纶短切纤维间距缩小的可能，促进纤维交织粘结，减小纸基材料空隙使吸波纸结构更加致密，这有利于提升纸张力学强度。
[0026]进一步的，本专利技术不同于传统纸张材料的干本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超细沥青基碳纤维吸波纸，其特征在于：其原料组分包括超细沥青基碳纤维40～60wt％、间位芳纶沉析纤维30～50wt％、间位芳纶短切纤维0～10wt％。2.根据权利要求1所述的一种超细沥青基碳纤维吸波纸，其特征在于：所述超细沥青基碳纤维直径为5～6μm，长度为5～7mm，拉伸强度≥2300Mpa，热导率≥600W/(m
·
K)，电阻率≤2.1μΩ
·
m。3.根据权利要求1所述的一种超细沥青基碳纤维吸波纸，其特征在于：所述间位芳纶沉析纤维平均纤维扭结度为107.7
°
，平均纤维宽度为17.8μm，平均纤维卷曲程度3.5％，细小纤维含量9.7％。4.一种超细沥青基碳纤维吸波纸的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤；步骤1，将直径5～6μm，长度5～7mm的超细沥青基碳纤维置于浓度为1.0
×
10
‑3mol/L～1.5
×
10
‑3mol/L的十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠清洗液中，在上述清洗液中洗涤20～40min，得到超细沥青基碳纤维与清洗液的混合溶液；步骤2，将步骤1得到的混合溶液在400～1200目的滤网上过滤，并用清水冲洗纤维至无泡沫残留；将过滤得到的超细沥青基碳纤维置于50～70℃的烘箱中干燥8～12h；步骤3，恒重处理：将厚度为4～7μm，长度为80～600μm的间位芳纶沉析纤维放入恒温恒湿箱中，设定温度为20～30℃，湿度为60％～80％，放置3～7天；步骤4，随后将恒重处理后的间位芳纶沉析纤维置于95～105℃烘箱中2～3h；步骤5，称量步骤4中经恒重处理后的间位芳纶沉析纤维40～50wt％、0～10wt％的芳纶短切纤维和一定量的水加入标准纤维疏解器的搅拌腔中疏解12000～23000转，再加入40～60wt％的超细沥青基碳纤维，继续疏解2000～3000转，得到浆料；所述一定量的水为间位芳纶沉析纤维、芳纶短切纤维和超细沥青基碳纤维总量的50000～100000wt％；步骤6，将步骤5中得到的浆料在纸页成型器中经加水配浆、匀浆辊匀浆、纸页抄造、油压机压榨、真空热干燥，得碳纤维原纸；步骤7，对步骤6得到的碳纤维原纸进行热压，提升纸张致密度，热压温度为160～200℃，压力为8～12Mpa，时间为3～10min，得超细沥青基碳纤维吸波纸。5.根据权利要求4所述的一种超细沥青基碳纤维吸波纸的制备工艺，其特征在于：所述步骤5中配浆时，先将芳纶沉析纤维、芳纶短切纤维在自来水中疏解，之后将超细沥青基碳纤维添加疏解，且顺序限定。6.根据权利要求2所述的一种超细沥青基碳纤维吸波纸的制备工艺，其特征在于：所述步骤7中碳纤维原纸热压采用平板硫化机或辊压机进行；热压参数具体为：160～200℃、8～12Mpa、3～10min。7.根据权利要求3所述的一种超细沥青基碳纤维吸波纸的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，将直径5μm，长度5mm的超细沥青基碳纤维置于浓度为1.0
×
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‑3mol/L的十二烷基苯磺酸钠清洗液中，在上述清洗液中洗涤40min，得到超细沥青基碳纤维与清洗液的混合溶液；步骤2，将步骤1得到的混合溶液在400目的滤网上过滤，并用清水冲洗纤维至无泡沫残留；将过滤得到的超细沥青基碳纤维置于50℃的烘箱中干燥12h；步骤3，恒重处理：将厚度为4μm，长度为450μm的间位芳纶沉析纤维放入恒温恒湿箱中，
设定温度为20℃，湿度为60％，放置7天；步骤4，随后将恒重处理后的间位芳纶沉析纤维置于95℃烘箱中2h；步骤5，称量步骤4中经恒重处理后的间位芳纶沉析纤维50wt％、10wt％的芳纶短切纤维和一定量的水加入标准纤维疏解器的搅拌腔中疏解12000转，再加入40wt％的超细沥青基碳纤维，继续疏解3000转，得到浆料；所述一定量的水为间位芳纶沉析纤维、芳纶短切纤维和超细沥青基碳纤维总量的50000wt％；步骤6，将步骤5中得到的浆料在纸页成型器中经加水配浆、匀浆辊匀浆、纸页抄造、油压机压榨、真空热干燥，得碳纤维原纸；步骤7，对步骤6得到的碳纤维原纸进行热压，提升纸张致密度，热压温度为160℃，压力为12Mpa，时间为3min，得超细沥青基碳纤维吸波...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆赵情，贾峰峰，徐明源，花莉，刘远清，郭子瞻，王阮玉，于航，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：