一种连续化碳纤维抄纸造纸工艺的制作方法

造纸;纤维素;纸品设备的制造及其加工制造技术1.本发明涉及一种连续化碳纤维抄纸造纸工艺，属于燃料电池气体扩散层制备技术领域。背景技术：2.碳纤维纸是一种以树脂碳、沥青碳等为基体的多孔c/c复合材料。在现有技术中，碳纤维纸常用作燃料电池的气体扩散基体材料。随着燃料电池在汽车领域的应用，对燃料电池关键材料需求量越来越大，成卷生产连续成型碳纸坯体有效地提高了生产效率，对保证产品的品质均一性有着重要意义，同时有效的降低了成本。但是目前还很少有成卷生产连续成型碳纤维纸坯体的相关报道，主要是受以下因素影响：1）碳纤维类型的选择不合适，如碳纤维本身长度、直径和分布均匀性会影响碳纤维纸坯体性能；2）碳纤维在水中分散性差，难以获得均匀的，力学性能较好的碳纤维纸坯体；3）成型速度需难以控制，其决定了碳纸坯体成型的厚度及面密度。技术实现要素：3.针对现有技术中碳纤维抄纸造纸工艺存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种连续化碳纤维抄纸造纸工艺，该工艺可以大面积、批量化地生产碳纤维纸坯体，且成本低、操作简单，可制备导电性能、力学性能和透气性能均满足燃料电池用的高性能超薄碳纤维纸坯体。4.为了实现上述技术目的，本发明提供了一种连续化碳纤维抄纸造纸工艺，其包括以下步骤：1）将碳纤维及分散剂和水在1000~2000r/min搅拌速率下进行解离处理，得到碳纤维解离浆料；在碳纤维解离浆料中加水并在500~1500r/min搅拌速率下进行稀释分散处理，得到碳纤维分散浆料；碳纤维分散浆料在500~1000r/min搅拌速率下进行匀浆处理，得到碳纤维浆料；2）以匀速移动的树脂网作为碳纤维接收载体，将碳纤维浆料通过分散后并在真空吸附作用下吸附在树脂网上形成碳纤维纸坯体，负载碳纤维纸坯体的树脂网连续进入隧道炉进行烘干。5.本发明技术方案能够实现碳纤维的连续化抄纸造纸，关键是在于通过特殊的三步分散工艺实现碳纤维在水中的均匀分散获得均匀的碳纤维浆料，同时结合了真空吸附快速脱水技术来实现碳纤维浆料成型得到碳纤维纸坯体。由于碳纤维的亲水性差，从而在水中分散性较差，这是导致难以获得均匀碳纤维浆料的主要因素。为了解决该技术问题，本发明技术方案采用了三步分散工艺，先借助化学分散剂作用下对高浓度的碳纤维溶液进行高速搅拌进行初步解离，而解离的碳纤维再在中速搅拌作用下进行稀释分散，最后进行匀浆处理，经过三步分散工艺可以获得均匀分散的低浓度碳纤维浆料。由于碳纤维浆料在成型碳纤维纸坯体过程中，碳纤维又容易团聚，从而难以获得均匀的，导电性能、力学性能和透气性能均满足应用要求的碳纤维纸。为了解决该技术问题，本发明技术方案关键是在于采用真空吸附的方式，能够实现碳纤维浆料的快速吸附和脱水成型。综上所述，本发明技术方案能够大面积、批量化地生产碳纤维纸坯体，制备导电性能、力学性能和透气性能均满足燃料电池用的高性能超薄碳纤维纸。6.作为一个优选的方案，所述分散剂包括甲基纤维素mc和/或羟乙基纤维素。优选的分散剂不但可以保证碳纤维在水中实现均匀分散，而且在碳纤维干燥后表现出较好的粘结作用，使得碳纤维交织粘结成型，形成均匀的碳纤维纸，赋予了碳纤维纸一定力学强度。7.作为一个优选的方案，所述碳纤维解离浆料中分散剂的浓度为1~5wt‰，碳纤维浓度为0.1~1wt％。在优选的分散剂和碳纤维浓度下可以保证团聚的碳纤维束的充分解离。8.作为一个优选的方案，所述解离处理的时间为5~10min。进一步优选，解离处理的搅拌速率优选为1600~2000r/min。经过适当速率和适当时间的解离处理有利于碳纤维与分散剂之间的充分作用由团聚的碳纤维束解离成单根碳纤维。9.作为一个优选的方案，所述稀释分散处理的时间为5~10min。进一步优选，稀释分散处理的搅拌速率优选为1000~1400r/min。经过适当速率和适当时间的稀释分散处理有利于碳纤维以单根碳纤维状态扩散，形成稳定的分散态。10.作为一个优选的方案，匀浆处理处理所述稀释分散处理的搅拌速率优选为800~1000r/min。11.作为一个优选的方案，所述碳纤维分散浆料在60r/min条件下的粘度为5~ 10cp。12.作为一个优选的方案，所述碳纤维浆料中碳纤维的质量浓度为0.1~5‰。通过控制碳纤维浆料中碳纤维的浓度，不但有利于保证碳纤维的高度分散，而且有利于后续的成型过程。13.作为一个优选的方案，所述碳纤维纸坯体的碳纤维含量为20wt％~80wt％；所述碳纤维纸坯体的厚度为0.2~0.5mm。14.作为一个优选的方案，所述碳纤维的长度为4~30mm，直径为1~20μm。碳纤维本身长度、直径和分布均匀性会影响碳纤维纸坯体性能，优选的碳纤维能够从根本上保证碳纤维纸坯体良好的综合性能。15.作为一个优选的方案，所述树脂网的匀速移动速率为0.5~1m/min。通过控制树脂网的移动速率和碳纤维浆料浓度，可以调控碳纤维纸坯体的厚度和碳纤维含量。本发明涉及的树脂网可以为树脂纤维编织网状结构，树脂为本领域常见的树脂材料，没有特殊要求，使用树脂网有利于真空脱水。16.本发明涉及的真空吸附过程中真空条件不受限制，只要为负压即可，负压相对常压可以提高脱水效率，如小于1个标准大气压。17.本发明提供的连续化碳纤维抄纸造纸工艺具体如下：(1)解离稀释分散：将碳纤维（按0.1~1wt％比例加入）、(甲基纤维素mc或羟乙基纤维素hec，按1~5wt‰比例加入)分散剂和去离子水加入解离桶中，进行搅拌解离，搅拌速度为1000~2000r/min，搅拌时间为5~10min，解离是为了将碳纤维原料中团聚的碳纤维分散开；随后将碳纤维解离浆料注入稀释分散桶，加入更多的去离子水，进行稀释分散，搅拌速度为500~1500r/min，搅拌时间为5~10min，将碳纤维稀释分散浆料（粘度为60r/min下5~10cp）注入匀浆池中，持续搅拌防止在加工过程中碳纤维团聚，搅拌速度为500~1000r/min，最终得到的碳纤维浆料浓度为0.1~5‰。18.(2)成型干燥：将步骤(1)中获得的碳纤维浆料通过分散器注入成型装置，在真空吸附的条件下碳纤维被吸附在树脂网上，利用真空吸附作用可以实现碳纤维在高度分散状态下快速脱水，并利用分散剂粘结成型，树脂网匀速运动得到均匀的碳纤维纸坯体（碳纤维含量为20wt％~80wt％，厚度为0.2~0.5mm），网速为0.5~1m/min。随后碳纤维纸坯体随树脂网进入隧道炉烘干，温度为50~100℃；所述碳纤维纸坯体的面密度为10~30g/m2。19.相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果：本发明技术方案通过特殊的三步分散工艺实现碳纤维在水中的均匀分散获得均匀的碳纤维浆料，同时结合了真空吸附快速脱水成型的技术能够实现碳纤维的连续化抄纸造纸。本发明通过采用三步分散工艺，先借助化学分散剂作用下对高浓度的碳纤维溶液进行高速搅拌进行初步解离，而解离的碳纤维再在中速搅拌作用下进行稀释分散，最后进行匀浆处理，经过三步分散工艺可以获得均匀分散的低浓度碳纤维浆料，解决了纤维的亲水性差，导致其在水中分散性较差的技术问题。同时，采用真空吸附的方式，能够实现碳纤维浆料的快速吸附和脱水成型，解决了碳纤维浆料在成型碳纤维纸坯体过程中，碳纤维又容易团聚，从而难以获得均匀的，导电性能、力学性能和透气性能均满足应用要求的碳纤维纸的技术问题。20.本发明技术方案可以大面积、批量化地生产碳纤维纸坯体，且成本低、操作简单，可制备导电性能、力学性能和透气性能均满足燃料电池用的高性能超薄碳纤维纸坯体。附图说明21.图1为本发明碳纸坯体的制备工艺流程。具体实施方式22.下面结合附图和具体实施例对本发明内容作进一步详细说明，而本发明权利要求保护范围不受以下具体实施例限制。23.以下实施例中采用的分散剂为甲基纤维素。24.实施例1步骤a碳纤维经过三次分散：首先将碳纤维、分散剂与去离子水加入解离桶中搅拌，搅拌速度为1800r/min，搅拌时间为5min，此时碳纤维在浆料中的浓度为0.2%。注入分散桶中继续加入去离子水分散搅拌，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为5min，此时碳纤维在浆料中的浓度为0.1‰。最后注入匀浆桶，采用具有三个搅拌桨的卧式搅拌器进行匀浆，此时匀浆装置持续运行防止碳纤维在加工过程中团聚。搅拌速度为500r/min。此时碳纤维在浆料中的浓度为0.1‰。所述碳纤维纸坯体使用的碳纤维长度为6mm，直径为7μm。25.步骤b成型干燥：将步骤(1)中获得的碳纤维浆料通过分散器注入成型装置，在真空吸附的条件下碳纤维被吸附在树脂网上，树脂网匀速运动得到均匀的碳纤维纸坯体，网速为1m/min。随后碳纤维纸坯体随树脂网进入隧道炉烘干，温度为100℃。所述碳纤维纸坯体的面密度为20g/m2。26.该实施例制得的碳纸坯体经过常规的石墨化及疏水处理，可以得到符合燃料电池应用的碳纸，经过对碳纸性能的测试结果如下表格所示，完全符合燃料电池的应用条件。27.实施例2步骤a碳纤维经过三次分散：首先将碳纤维、分散剂与去离子水加入解离桶中搅拌，搅拌速度为1800r/min，搅拌时间为5min，此时碳纤维在浆料中的浓度为0.2%。注入分散桶中继续加入去离子水分散搅拌，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为5min，此时碳纤维在浆料中的浓度为0.1‰。最后注入匀浆桶，采用具有三个搅拌桨的卧式搅拌器进行匀浆，此时匀浆装置持续运行防止碳纤维在加工过程中团聚。搅拌速度为500r/min。此时碳纤维在浆料中的浓度为0.1‰。所述碳纤维纸坯体使用的碳纤维长度为6mm，直径为7μm。28.步骤b成型干燥：将步骤(1)中获得的碳纤维浆料通过分散器注入成型装置，在真空吸附的条件下碳纤维被吸附在树脂网上，树脂网匀速运动得到均匀的碳纤维纸坯体，网速为0.6m/min。随后碳纤维纸坯体随树脂网进入隧道炉烘干，温度为100℃。所述碳纤维纸坯体的面密度为30g/m2。29.该实施例制得的碳纸坯体经过常规的石墨化及疏水处理，可以得到符合燃料电池应用的碳纸，经过对碳纸性能的测试结果如下表格所示，完全符合燃料电池的应用条件。30.实施例3步骤a碳纤维经过三次分散：首先将碳纤维、分散剂与去离子水加入解离桶中搅拌，搅拌速度为1600r/min，搅拌时间为5min，此时碳纤维在浆料中的浓度为0.35%。注入分散桶中继续加入去离子水分散搅拌，搅拌速度为1100r/min，搅拌时间为5min，此时碳纤维在浆料中的浓度为0.15‰。最后注入匀浆桶，采用具有三个搅拌桨的卧式搅拌器进行匀浆，此时匀浆装置持续运行防止碳纤维在加工过程中团聚。搅拌速度为600r/min。此时碳纤维在浆料中的浓度为0.15‰。所述碳纤维纸坯体使用的碳纤维长度为6mm，直径为7μm。31.步骤b成型干燥：将步骤(1)中获得的碳纤维浆料通过分散器注入成型装置，在真空吸附的条件下碳纤维被吸附在树脂网上，树脂网匀速运动得到均匀的碳纤维纸坯体，网速为0.6m/min。随后碳纤维纸坯体随树脂网进入隧道炉烘干，温度为100℃。所述碳纤维纸坯体的面密度为40g/m2。32.该实施例制得的碳纸坯体经过常规的石墨化及疏水处理，可以得到符合燃料电池应用的碳纸，经过对碳纸性能的测试结果如下表格所示，完全符合燃料电池的应用条件。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!