碳纖維復(fù)合導(dǎo)電紙的制備與應(yīng)用.pdf

1、碳纖維復(fù)合紙是使用短切碳纖維與植物纖維通過(guò)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(dǎo)電性，通過(guò)調(diào)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(dǎo)電功能紙。此外，碳纖維復(fù)合導(dǎo)電紙還具有輕薄柔軟、機(jī)械性能好、導(dǎo)熱、電熱性能優(yōu)異的特點(diǎn)。因此，碳纖維復(fù)合導(dǎo)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(lǐng)域都已經(jīng)得到了實(shí)際應(yīng)用。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，碳纖維復(fù)合導(dǎo)電紙的研究和開(kāi)發(fā)在國(guó)防軍工和民用領(lǐng)域都占有

2、重要地位。
　　碳纖維復(fù)合導(dǎo)電紙作為一種應(yīng)用前景廣闊的功能紙，雖然已有一些公司通過(guò)采用濕法抄紙的方法對(duì)其實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模商品化，但其生產(chǎn)和制備過(guò)程中仍存在如下主要問(wèn)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(fù)合導(dǎo)電紙導(dǎo)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(fù)合導(dǎo)電紙存在電阻率“漂移”現(xiàn)象，其導(dǎo)電性能會(huì)發(fā)生明顯的波動(dòng)行為；
　　(3)對(duì)于處于導(dǎo)電閾

3、值附近的低碳纖維含量的復(fù)合導(dǎo)電紙，如何實(shí)現(xiàn)其電阻率的可控化和穩(wěn)定化仍是亟需解決的問(wèn)題；
　　(4)在碳纖維復(fù)合導(dǎo)電紙中，碳纖維在基體纖維網(wǎng)絡(luò)中相互搭接形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于這類纖維非連續(xù)相基體導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電行為和機(jī)理還缺乏相關(guān)科學(xué)研究。
　　針對(duì)以上問(wèn)題，本論文通過(guò)對(duì)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(guò)加入熱熔纖維對(duì)碳纖維復(fù)合導(dǎo)電紙進(jìn)行穩(wěn)定化改性，以改善復(fù)合導(dǎo)電紙的電阻率“漂移”問(wèn)題，并對(duì)改性前

4、后的復(fù)合導(dǎo)電紙的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、導(dǎo)電性能進(jìn)行了測(cè)試表征；在此基礎(chǔ)上研究了碳纖維復(fù)合導(dǎo)電紙的導(dǎo)電規(guī)律并對(duì)其導(dǎo)電滲流行為進(jìn)行了理論模擬和研究；此外還基于改性后的碳纖維復(fù)合導(dǎo)電紙，制備了相關(guān)的電加熱元器件，研究了碳纖維復(fù)合導(dǎo)電紙的電熱性能并對(duì)其實(shí)用性進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)以上研究工作，可以得到如下主要結(jié)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(fù)合導(dǎo)

5、電紙。
　　(2)碳纖維復(fù)合導(dǎo)電紙電阻率“漂移”現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于紙張中植物纖維在吸水和脫水的過(guò)程中，引起了碳纖維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變化。采用“母版”法制備工藝，通過(guò)在基體中加入熱熔纖維對(duì)碳纖維復(fù)合導(dǎo)電紙進(jìn)行穩(wěn)定化改性，能顯著改善復(fù)合導(dǎo)電紙的電阻率“漂移”現(xiàn)象，提高復(fù)合導(dǎo)電紙的導(dǎo)電穩(wěn)定性。
　　(3)碳纖維復(fù)合導(dǎo)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(guān)，經(jīng)熱熔纖維穩(wěn)定化改性后，碳纖維復(fù)合導(dǎo)電紙的最高斷裂強(qiáng)度由5MPa

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