[發(fā)明專利]聚酰亞胺基碳纖維紙的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610118341.8
• 申請(qǐng)日: 2016-03-01
• 公開（公告）號(hào): CN105603805B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉水平;傅佳佳;葛明橋;朱亞楠;魯雙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): D21H13/50
• 分類號(hào): D21H13/50;D21H21/08;D21D1/02;D21H17/56;D21F5/18
• 代理公司: 無(wú)錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32104
• 代理人: 殷紅梅,劉海

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚酰亞胺基碳纖維紙的制備方法。

背景技術(shù)

碳纖維及其復(fù)合材料因其優(yōu)異的綜合性能，已經(jīng)成為國(guó)防與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)不可或缺的戰(zhàn)略性關(guān)鍵材料，是凸顯武器裝備先進(jìn)性的主要標(biāo)志，也是支撐武器裝備更新?lián)Q代的重要基石；同時(shí)碳纖維具有明顯的軍民兩用特征，廣泛應(yīng)用于能源、交通、建筑、工業(yè)裝備、體育休閑等民用領(lǐng)域，是構(gòu)建和發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略性新材料產(chǎn)業(yè)的中堅(jiān)力量，也是帶動(dòng)和促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級(jí)的技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性和決定性作用。

目前高性能纖維已經(jīng)采用造紙法制備得到產(chǎn)業(yè)化的紙基材料，例如芳綸紙?jiān)缫呀?jīng)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，聚酰亞胺紙也正在產(chǎn)業(yè)化中。碳纖維紙也是一種深加工制品,屬于待開發(fā)市場(chǎng)。碳纖維編織物和無(wú)紡布材料輕質(zhì)高強(qiáng)，但加工流程長(zhǎng)，工序較復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，加工利用過(guò)程中產(chǎn)生大量的邊角廢料，隨著碳纖維的利用的擴(kuò)大，這些邊角廢料的數(shù)量也在逐年增加，而這些邊角廢料目前沒(méi)有得到有效利用。碳纖維紙?jiān)线m應(yīng)性強(qiáng)，原料來(lái)源廣泛，原料可以單獨(dú)使用也可以與其他纖維混合使用，可以采用一毫米至十幾毫米長(zhǎng)的碳纖維，因此可充分利用目前碳纖維材料制備中裁剪和廢棄的邊角廢料，成紙勻度好，各向同性顯著，產(chǎn)量大、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、成本低。

碳纖維紙除了可用于制備軌道交通車體外，還可廣泛用于防靜電包裝、電磁屏蔽、面狀發(fā)熱、耐熱阻燃、新能源、電化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等材料。碳纖維紙及其復(fù)合材料的研究與應(yīng)用已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)廣泛的重視，目前軍事和民用工業(yè)上也得到了很多可喜的成績(jī)，已開發(fā)了抗靜電包裝材料和屏蔽材料、新型層壓面狀發(fā)熱材料、燃料電池中作為質(zhì)子交換膜的氣體擴(kuò)散層碳纖維紙、耐熱阻燃材料、用于水凈化和空氣凈化的活性碳纖維濾紙(AC F)、高保真揚(yáng)聲器材料等。

但碳纖維紙基材料開發(fā)過(guò)程中纖維分散困難、原紙強(qiáng)度低，所以在纖維懸浮體系分散技術(shù)、紙頁(yè)濕法成形技術(shù)、熱壓成型和紙頁(yè)增強(qiáng)等關(guān)鍵技術(shù)上需要更加深入地研究。我國(guó)對(duì)碳纖維紙的研究很少，而且大多數(shù)還處在按實(shí)驗(yàn)室小試摸索階段，也沒(méi)有形成較完整的理論體系作為碳纖維紙的制備工藝指導(dǎo)，還沒(méi)有得到規(guī)模性的性能良好的碳纖維紙成品。因此碳纖維紙的開發(fā)，對(duì)于開拓我國(guó)新的碳纖維應(yīng)用市場(chǎng)，提升碳纖維應(yīng)用整體水平，促進(jìn)我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)走向良性發(fā)展軌道，具有重要的現(xiàn)實(shí)和社會(huì)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種聚酰亞胺基碳纖維紙的制備方法，得到的聚酰亞胺基碳纖維紙具備了聚酰亞胺和碳纖維的高強(qiáng)高模力學(xué)性能，耐高溫、導(dǎo)熱/導(dǎo)電等功能性。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種聚酰亞胺基碳纖維紙的制備方法，特征在于，包括以下步驟：

（1）在纖維漿料中添加纖維漿料質(zhì)量0.1～0.5%的分散劑，沉降；

（2）在頻率20～40Hz、砣重1～5Kg的條件下對(duì)纖維漿料進(jìn)行打漿，打漿前加入纖維漿料質(zhì)量0.1～0.8%的分散劑，打漿時(shí)間為25～50min；打漿后采用纖維疏解器進(jìn)行疏解，疏解漿料時(shí)間為2～10min；

（3）在步驟（2）處理后的纖維漿料中再加入纖維漿料質(zhì)量6～10%的丁苯膠乳，高速攪拌20～50s；再加入纖維漿料質(zhì)量0.4～1%的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，高速攪拌20～50s；再加入纖維漿料0.02～0.08%的分散劑，高速攪拌20～40s，然后在紙頁(yè)成形器上形成原紙；

（4）用DMAC（二甲基乙酰胺）將聚酰亞胺樹脂稀釋至質(zhì)量百分濃度為2%～20%的聚酰亞胺樹脂溶液，將原紙?jiān)诰埘啺窐渲芤褐凶鼋n處理，浸漬時(shí)間為2～12小時(shí)，再將原紙置于70～90℃的鼓風(fēng)干燥箱中處理 1.5～3h；

（5）將步驟（4）處理后的原紙?jiān)跓釅簷C(jī)中熱壓后得到所述的聚酰亞胺基碳纖維紙。

進(jìn)一步的，所述纖維漿料的組成為：5%～25%碳纖維、5%～25%聚酰亞胺、1%～10%PI樹脂膠和40%～80%溶劑。

進(jìn)一步的，所述纖維漿料的溶劑為N，N二甲基甲酰胺（DMF）、DMAC（二甲基乙酰胺）、二甲基亞砜（DMSO）或N-甲基吡咯烷酮（NMP）。

進(jìn)一步的，所述碳纖維的纖維長(zhǎng)度為1～5mm，纖維直徑≤50μm。

進(jìn)一步的，所述步驟（3）中攪拌速度為600～1500轉(zhuǎn)/分鐘。

進(jìn)一步的，所述分散劑采用聚氧化乙烯、脂肪醇聚氧乙烯醚甲基硅烷、油酸聚氧乙烯酯、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯鹽、聚丙烯酰胺或聚乙烯吡咯烷酮。