碳纖維復合導電紙的制備與應用.pdf

1、碳纖維復合紙是使用短切碳纖維與植物纖維通過濕法抄造工藝制備的具有特殊性能的功能紙。碳纖維具有良好的導電性，通過調節(jié)碳纖維紙中短切碳纖維的含量可制得具有不同電阻率的導電功能紙。此外，碳纖維復合導電紙還具有輕薄柔軟、機械性能好、導熱、電熱性能優(yōu)異的特點。因此，碳纖維復合導電紙作為一種高性能的多功能材料具有廣闊的發(fā)展前景，在電熱、電磁屏蔽等領域都已經得到了實際應用。隨著應用領域的不斷拓展，碳纖維復合導電紙的研究和開發(fā)在國防軍工和民用領域都占有

2、重要地位。
　　碳纖維復合導電紙作為一種應用前景廣闊的功能紙，雖然已有一些公司通過采用濕法抄紙的方法對其實現(xiàn)了小規(guī)模商品化，但其生產和制備過程中仍存在如下主要問題有待解決：
　　(1)采用現(xiàn)有濕法抄紙工藝容易造成碳纖維在紙張中分布不均勻，所制備的碳纖維復合導電紙導電性能穩(wěn)定性較差；
　　(2)現(xiàn)有濕法抄紙工藝所制得的碳纖維復合導電紙存在電阻率“漂移”現(xiàn)象，其導電性能會發(fā)生明顯的波動行為；
　　(3)對于處于導電閾

3、值附近的低碳纖維含量的復合導電紙，如何實現(xiàn)其電阻率的可控化和穩(wěn)定化仍是亟需解決的問題；
　　(4)在碳纖維復合導電紙中，碳纖維在基體纖維網絡中相互搭接形成導電網絡，對于這類纖維非連續(xù)相基體導電復合材料的導電行為和機理還缺乏相關科學研究。
　　針對以上問題，本論文通過對碳纖維分散劑的篩選和分散工藝的研究得出了碳纖維的最佳分散工藝；通過加入熱熔纖維對碳纖維復合導電紙進行穩(wěn)定化改性，以改善復合導電紙的電阻率“漂移”問題，并對改性前

4、后的復合導電紙的結構、力學性能、導電性能進行了測試表征；在此基礎上研究了碳纖維復合導電紙的導電規(guī)律并對其導電滲流行為進行了理論模擬和研究；此外還基于改性后的碳纖維復合導電紙，制備了相關的電加熱元器件，研究了碳纖維復合導電紙的電熱性能并對其實用性進行了驗證。通過以上研究工作，可以得到如下主要結論：
　　(1)以APAM作為分散劑可制備得到分散性和穩(wěn)定性良好的碳纖維水相分散液，能夠滿足抄紙工藝需求，制備得到碳纖維分布均勻的碳纖維復合導

5、電紙。
　　(2)碳纖維復合導電紙電阻率“漂移”現(xiàn)象的產生是由于紙張中植物纖維在吸水和脫水的過程中，引起了碳纖維導電網絡的結構變化。采用“母版”法制備工藝，通過在基體中加入熱熔纖維對碳纖維復合導電紙進行穩(wěn)定化改性，能顯著改善復合導電紙的電阻率“漂移”現(xiàn)象，提高復合導電紙的導電穩(wěn)定性。
　　(3)碳纖維復合導電紙的拉伸性能與碳纖維的含量與基體中熱熔纖維的含量有關，經熱熔纖維穩(wěn)定化改性后，碳纖維復合導電紙的最高斷裂強度由5MPa

6、提高至9MPa。
　　(4)纖維非連續(xù)相基體導電復合紙服從導電滲流行為，能夠通過K-Z模型和FC模型進行有效模擬；模擬結果說明，在FC模型中，dc/d是一個變量而不是一個常量，參數(shù)dc不僅僅與纖維直徑d有關，還與纖維搭接接觸壓等其他因素有關。
　　(5)對 CF/ES復合導電紙電熱性能的研究結果表明，CF/ES復合導電紙是一種性能優(yōu)異的電熱材料；通過 CF/ES復合導電紙電熱元件的除冰實驗和基于 CF/ES復合導電紙的電熱鼠