一种高导电石墨烯碳纤维导电纸及其制备方法

摘要

本发明涉及一种导电发热材料的制造技术，具体地说是一种高导电石墨烯碳纤维导电纸及其制备方法。本发明包括短切碳纤维、涤纶超短纤维、石墨烯粉、木浆纤维，将上述材料经过渗透化处理、疏解分散、开浆处理、混合以及抄纸制造得到高导电石墨烯碳纤维导电纸。本发明纤维分布均匀、厚度均匀、强度高、抗水、透气性好、高导电、高转换热效率，极大的提高了产品的热效率和使用寿命，是电热发热材料技术当中一次飞跃升级和变革性的创新突破。

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电发热材料的制造技术，具体地说是一种高导电石 墨烯碳纤维导电纸及其制备方法。

背景技术

目前，碳纤维发热材料采用造纸工艺法制造。造纸工艺法，把纸浆和 短切碳纤维混合打浆抄纸法生产导热纸。优点是导电纸碳纤维分布均匀， 纸张厚度均匀。缺点是导电纸强度低，不透气，抗水性极低，被寖水后强 度减弱70％，导电性能降低60％，电阻率增大60％以上，导致功率大幅度下 降。导电纸中的碳纤维之间接触导电率有限，无法改善导电纸的导电率和 热转换效率，以及产品的使用寿命。

碳纤维是目前世界上优秀的半导体发热材料，是航天军用高科技走向 民用的产品，它以电为能源产生远红外辐射电磁波热源，是一种新型的电 采暖发热材料，是采暖领域的革命。石墨烯是新一代的导电材料，是已知 的世上最薄、最坚硬的纳米材料，常温下具有非同寻常的导电性能，超出 钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现对现代电子科技领域引发一 轮革命。涤纶短纤维是由聚酯再纺成丝束切后得到的短纤维，涤纶纤维绝 缘性好强度高弹性好，吸水不变性能的特性，涤纶纤维的强度比棉花高近1 倍，比羊毛高3倍，比木浆纤维高5倍，因此涤纶织物结实耐用，可在70 ～170C使用，是合成纤维中耐热性和一种热稳定性最好的同时具有强度 高、耐磨、耐酸碱、耐高温、耐水、电绝缘性好及不怕吸潮等特点的纤维， 将碳纤维、石墨烯以及涤纶短纤维结合在一起，其具有众多的优点。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种高导电石墨烯碳 纤维导电纸及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高导电石墨烯碳纤维导电纸，包括短切碳纤维、涤纶超短纤维、 石墨烯粉、木浆纤维。

作为优选，本发明包括以下重量组分组成：涤纶超短纤维50％～60％， 石墨烯粉1％～3％，木浆纤维25％～35％，短切碳纤维5％～15％。

作为优选，本发明所述短切碳纤维的长度为3mm～6mm。

作为优选，本发明所述石墨烯粉为多层石墨烯纳米粉。

作为优选，本发明所述涤纶超短纤维的长度为3mm～6mm，粗细为0.8 ～1.6坦。

作为优选，本发明所述木浆纤维为化纤本色木浆。

本发明还提供了一种高导电石墨烯碳纤维导电纸的制备方法，包括以 下步骤：

1)首先按重量比称取涤纶超短纤维50％～60％，石墨烯粉1％～3％，木 浆纤维25％～35％，短切碳纤维5％～15％；

2)对短切碳纤维表面进行石墨烯粉液体渗透化处理；

3)将涤纶超短纤维投入浆池里，进行疏解分散；

4)将木浆纤维投入碎浆机里进行开浆处理；

5)将步骤4)中开浆后的木浆纤维送入打浆机里打浆；

6)将步骤5)中打浆后的浆料送入疏解机进行疏解处理，再投放到步 骤3)涤纶超短纤维浆池里混合；

7)将步骤1)中表面石墨烯粉渗透化处理的短切碳纤维投放到步骤6) 混合浆池里进行搅拌混合处理；

8)将步骤7)中充分混合后的混合浆料送入抄前池进行调节浆浓度和 进一步混合处理；

9)将步骤8)中充分混合的浆料送入抄纸机进行抄纸制造出一种高导 电石墨烯碳纤维导电纸。

本发明高导电石墨烯碳纤维导电纸及其制备方法与现有技术相比，所 产生的有益效果是：

(1)本发明保留了原有造纸工艺木浆导电纸的优点即厚度均匀、碳 纤维分布均匀、发热温度均匀。

(2)本发明弥补了木浆导电纸强度低、抗水性低、不透气、潮湿功 率衰减无法回复的缺点，满足了电热产品自动化生产工艺。

(3)本发明克服了关键问题，极大的改善了碳纤维之间接触电导率， 提高了导电纸的电导率和热效率，极大的提高了发热产品的使用寿命。

(4)本发明是电热发热材料核心技术当中一次飞跃升级和变革性的 创新突破。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体 实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种高导电石墨烯碳纤维导电纸，包括涤纶超短纤维50％～60％，石墨 烯粉1％～3％，木浆纤维25％～35％，短切碳纤维5％～15％。

所述短切碳纤维的长度为3mm～6mm。所述石墨烯粉为多层石墨烯纳 米粉。所述涤纶超短纤维的长度为3mm～6mm，粗细为0.8～1.6坦。所述 木浆纤维为化纤本色木浆。

上述一种高导电石墨烯碳纤维导电纸的制备方法，包括以下步骤：

1)首先按重量比称取涤纶超短纤维50％～60％，石墨烯粉1％～3％，木 浆纤维25％～35％，短切碳纤维5％～15％；

2)对短切碳纤维表面进行石墨烯粉液体渗透化处理。具体方法：准备 10公斤蒸馏水倒入200克助染剂充分搅拌，再倒入多层石墨烯纳米粉1公 斤进行搅拌，然后倒入大型高压蒸汽锅里，再把20公斤短切碳纤维投入高 压蒸汽锅里进行40分钟的蒸煮，最后捞出取净液体后得到石墨烯碳纤维。

3)将定量的涤纶超短纤维投入浆池里进行开松分散处理。

4)将化纤本色木浆投入碎浆机里进行开浆处理。

5)将步骤4)中开浆后的浆料送入打浆机里进行打浆。

6)将步骤5)中打浆后的浆料进一步疏解机疏解处理后投放到步骤3) 涤纶超短纤维浆池里。

7)将步骤1)中表面石墨烯渗透化处理的短切碳纤维投放到步骤6) 涤纶超短纤维和化纤本色木浆混合浆池里进行混合。

8)将步骤7)中的混合浆料送入抄前池调节浆浓度和进一步搅拌混合 处理。

9)将步骤8)中充分混合的浆料送入抄纸机进行抄纸制造出一种高导 电石墨烯碳纤维导电纸。

3、试验表征数据

将本发明的一种高导电石墨烯碳纤维导电纸与现有技术的导电木浆纸 在水中浸泡10秒钟后，进行比较，实验数据如表1。

(1)纸张性能数据如下：

如表1所示，本发明石墨烯碳纤维导电纸在纸张紧度、抗张强度、湿 强度、表面吸收性都显示出了良好的效果。其中，纸张紧度达到了3.7g/cm³， 抗张强度达到18kn/m，湿强度增加至17kn/m，表面吸收性大大降低，仅 为16g/V，性能显著增加。

(2)性能强度试验，测试方法采用GB/T451.2，GB/T451.3，由于碳纤 维电热板生产过程中被环氧树脂胶水浸透，所以用水来代替测试实际应用 中的性能强度。

纯木浆纸和添加50％涤纶超短纤维后的涤纶纤维导电纸的强度比较；

a.提高纸张撕裂强度

如上表a所示，在添加50％涤纶超短纤维后的涤纶纤维导电纸，无论是 纵向撕裂强度MPa还是横向撕裂强度MPa均比天然木浆纸提高了2～3倍， 体现出了卓越的性能。

b.透气度

如上表b所示，在添加50％涤纶超短纤维后的涤纶纤维导电纸透气度比 天然纸浆提高了2.5倍，透气度增加，透胶性也增加。

c.电导率

d.热效率

如上表c和d所示，石墨烯碳纤维电导率提高了10倍，热效率提高了 18％。由上述比较得知，石墨烯碳纤维导电纸强度比普通碳纤维导电纸高、 弹性好、抗水性好，在水和胶水中拥有不变性能和强度的特点，克服了木 浆导电纸接触胶水易被裂损坏电热产品的缺点，改变了难以改变的碳纤维 之间接触电导率和导电稳定性，解决了碳纤维之间接触面老化以及通电畅 通性，解决了碳纤维导电纸功率衰减问题，提高了导电纸的电导率和热效 率，延长了使用寿命，达到了节能目的，把电热产品创新升级了一代。

尽管上面对本发明的优选实例进行了描述，但是本发明并不局限于上 述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性 的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权 利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的 保护范围之内。