【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳纸生产，具体涉及一种增强型碳纸原纸的生产工艺及碳纸原纸。
技术介绍
1、碳纸为质子交换膜染料电池气体扩散层的基体材料，具有良好的透气性能、优异的导电性能、合适的孔隙率和孔径分布以及优异的力学性能。碳纸主要由碳纤维构成，其中碳纤维以无序的形式排列，但是碳纸存在缺陷，碳纸整体的机械强度较低、脆性较大，在使用过程中容易发生断裂。
2、增强碳纸强度的常规方案主要是在碳纸表面沉积有机物，有机物膜在炭化过程形成碳膜；碳纸表面的沉积物质与碳纸处理方法相一致，例如化学沉积有氯代有机物和非氯代有机物、浸渍树脂浆料。无论是气相沉积还是浸渍处理，处理后的碳纸增重率过大必然会导致碳纸的孔隙率、透气性劣化。因此，有必要进一步探索新的增强碳纸原纸的生产工艺。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种增强型碳纸原纸的生产工艺，利用蜡促进碳纤维在悬浮浆料中的分散；原纸坯体中的蜡经热压和炭化脱除，碳纤维表面的树脂层经热压炭化形变为扁条状，利于提升碳纸强度。
2、为了实现上述技术效果，本专利技术的技术方案为：一种增强型碳纸原纸的生产工艺，包括以下步骤：
3、s1：碳纤维单丝进行蒸镀蜡处理，得到含蜡碳纤维，分切含蜡碳纤维，得短切碳纤维；
4、s2：配置包含短切碳纤维的悬浮浆料，抄造，压榨，于低于蜡熔点的温度下干燥，得原纸坯体；
5、s3：配制树脂浆料，将树脂浆料施加于原纸坯体，于低于蜡熔点的温度下干燥去除树脂
6、s4：含树脂的原纸坯体依次经热压、炭化，得增强型碳纸原纸；
7、所述蜡不溶于或者微溶于所述树脂浆料的液体组分；热压温度大于蜡的熔点。
8、优选的技术方案为，以碳纤维的质量为100％计，碳纤维经蒸镀蜡处理后增重率为1.5％～5％。
9、碳纤维经蒸镀蜡处理后增重率可选为1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％点值以及以上述两个点值作为最大值和最小值的区间值。
10、优选的技术方案为，所述悬浮浆料的主要组份中短切碳纤维、分散剂和增稠剂的质量之比为1:(0.1～0.3):(1.5～5)。短切碳纤维和分散剂的质量之比可选为1:0.1、1:0.15、1:0.2、1:0.25、1:0.3点值以及以上述两个点值作为最大值和最小值的区间值；同时，短切碳纤维与增稠剂的质量之比可选为1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5点值以及以上述两个点值作为最大值和最小值的区间值。
11、优选的技术方案为，所述分散剂包括非离子表面活性剂和电解类无机盐分散剂，非离子表面活性剂和电解类无机盐分散剂的质量之比为1：(0.2～0.5)。非离子表面活性剂和电解类无机盐分散剂的质量之比可选为1：0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5点值以及以上述两个点值作为最大值和最小值的区间值。
12、优选的技术方案为，s1碳纤维单丝的平均直径为5～15μm，所述短切碳纤维平均长度为2～6mm。碳纤维单丝的平均直径可选为5、7、9、11、13、15μm点值以及以上述两个点值作为最大值和最小值的区间值；短切碳纤维的平均长度可选为2、3、4、5、6mm。
13、优选的技术方案为，所述树脂浆料中的树脂为选自环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂中的一种或两种以上的组合。
14、优选的技术方案为，所述树脂浆料的主要组分为醇溶性酚醛树脂、戊二醛、多羟基醇脂肪酸酯和醇溶剂；
15、所述树脂浆料中树脂的质量百分比为3％～10.5％，戊二醛的质量百分比为0.2％～1％，多羟基醇脂肪酸酯的质量百分比为0.03％～0.2％。
16、树脂浆料中树脂的质量百分比为可选为3％、5％、7％、9％、10.5％点值以及以上述两个点值作为最大值和最小值的区间值；戊二醛的质量百分比可选为0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％点值以及以上述两个点值作为最大值和最小值的区间值；多羟基醇脂肪酸酯的质量百分比可选为0.03％、0.06％、0.09％、0.12％、0.15％、0.18％、0.2％点值以及以上述两个点值作为最大值和最小值的区间值。
17、优选的技术方案为，所述蜡为微晶蜡；所述s4中热压温度为150～170℃，热压压力为7～11mpa，热压时间为40～100min。s4中热压温度可选为150、155、160、165、170℃点值以及以上述两个点值作为最大值和最小值的区间值，热压压力可选为7、8、9、10、11mpa点值以及以上述两个点值作为最大值和最小值的区间值，热压时间可选为40、50、60、70、80、90、100min点值以及以上述两个点值作为最大值和最小值的区间值。
18、优选的技术方案为，所述s4中炭化炉温度为800～1400℃，炭化时间为40～120min。s4中炭化炉温度可选为800、900、1000、1100、1200、1300、1400℃点值以及以上述两个点值作为最大值和最小值的区间值，炭化时间可选为40、60、80、100、120min点值以及以上述两个点值作为最大值和最小值的区间值。
19、本专利技术的目的之二在于提供一种碳纸原纸，经由上述的增强型碳纸原纸的生产工艺制得。
20、本专利技术的优点和有益效果在于：
21、该增强型碳纸原纸的生产工艺将蜡蒸镀于碳纤维的表面，亲油性的蜡在碳纤维表面附着稳定，含蜡碳纤维表面更趋光滑，改善悬浮浆料分散过程中碳纤维絮聚、缠结等问题，降低悬浮浆料中分散剂、增稠剂的用量；
22、对原纸坯纸热压处理时，位于碳纤维和其外层树脂层之间的蜡熔化，碳纤维的蜡经由树脂层孔隙流出，树脂固化贴附于碳纤维表面呈扁条状，纤维堆叠处的纤维接触点或者接触面积增加，利于降低电阻率，同时提升碳纸原纸的弯曲强度和抗张强度等机械性能。
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1.一种增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，以碳纤维的质量为100％计，碳纤维经蒸镀蜡处理后增重率为1.5％～5％。
3.根据权利要求1所述的增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，所述悬浮浆料的主要组份中短切碳纤维、分散剂和增稠剂的质量之比为1:(0.1～0.3):(1.5～5)。
4.根据权利要求3所述的增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，所述分散剂包括非离子表面活性剂和电解类无机盐分散剂，非离子表面活性剂和电解类无机盐分散剂的质量之比为1：(0.2～0.5)。
5.根据权利要求1所述的增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，S1碳纤维单丝的平均直径为5～15μm，所述短切碳纤维平均长度为2～6mm。
6.根据权利要求1所述的增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，所述树脂浆料中的树脂为选自环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂中的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求6所述的增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，所述树脂浆料的主要组分为
8.根据权利要求1所述的增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，所述蜡为微晶蜡；所述S4中热压温度为150～170℃，热压压力为7～11MPa，热压时间为40～100min。
9.根据权利要求1所述的增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，所述S4中炭化炉温度为800～1400℃，炭化时间为40～120min。
10.一种碳纸原纸，其特征在于，经由权利要求1至9中任意一项所述的增强型碳纸原纸的生产工艺制得。
...【技术特征摘要】
1.一种增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，以碳纤维的质量为100％计，碳纤维经蒸镀蜡处理后增重率为1.5％～5％。
3.根据权利要求1所述的增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，所述悬浮浆料的主要组份中短切碳纤维、分散剂和增稠剂的质量之比为1:(0.1～0.3):(1.5～5)。
4.根据权利要求3所述的增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，所述分散剂包括非离子表面活性剂和电解类无机盐分散剂，非离子表面活性剂和电解类无机盐分散剂的质量之比为1：(0.2～0.5)。
5.根据权利要求1所述的增强型碳纸原纸的生产工艺，其特征在于，s1碳纤维单丝的平均直径为5～15μm，所述短切碳纤维平均长度为2～6mm。
【专利技术属性】
技术研发人员：周永南，
申请(专利权)人：江阴智通新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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