一种用于碳纤维纸干强度增强的纸张增强剂及其制备方法与流程

本发明涉及组合物制备，尤其涉及一种用于碳纤维纸干强度增强的纸张增强剂及其制备方法。

背景技术：

1、氢能源是21世纪最具潜力的能源之一，本发明聚焦于氢能源的应用端——质子交换膜氢燃料电池；其构成一共有八大核心材料，分别是，电堆、氢气循环系统、空压机、膜电极、双极板、催化剂、碳纸、交换膜。

2、其中唯有高性能碳纸制备生产一直是难以攻克的难点，国产化率最低。碳纸的制备主要分为以下工艺：

3、①打浆抄纸工艺

4、②树脂浸渍热压工艺

5、③碳化工艺

6、④石墨化工艺

7、在碳纸的制备过程中，第一步碳纸前驱体的制备非常关键，即打浆抄纸工艺，如何将碳纤维均匀的分散，得到密度均匀的碳纸前驱体，并且可以从抄纸设备上分离出来是一个大难题，关乎到后续制备过程中能否得到性能稳定良好，完整性强的碳纸。

8、目前国内普遍采用分散剂加水配置成分散液，然后在高速搅拌机的搅拌下，将碳纤维分散，形成碳纤维浆液，在经过纸张抄片器进行抽滤抄纸，后从抄网上分离，然后经过干燥后得到碳纸前驱体，这样制得的碳纸前驱体，在制备过程中往往有两个技术难题，第一个难题，由于使用的水溶性分散剂体系，导致搅拌过程中产生大量气泡问题无法解决，进而导致得到的碳纸前驱体表面有很多网眼状小孔存在，影响碳纸前驱体的密度均匀性，第二个难题，由于使用单一分散剂，在拖网转移的一步，碳纸前驱体湿强度一般，导致容易在转移的过程中容易出现破损，并且经干燥后的碳纸前驱体强度也一般。

9、这两大技术难题，会导致后续的工艺无法开展，无法得到性能稳定，完整性良好的碳纸。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种用于碳纤维纸干强度增强的纸张增强剂及其制备方法。

2、为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种用于碳纤维纸干强度增强的纸张增强剂的制备方法，按质量分数计其配比如下：

4、分散剂：0.5％-1％

5、消泡剂：0.01％-0.1％

6、胶黏剂：1％-3％

7、蒸馏水：98.49％-95.9％。

8、优选的，所述分散剂为阴离子型聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚氧乙烯中的任意一种或几种。

9、优选的，所述的消泡剂为脂肪醇、醇醚类型(德丰df-45)，聚醚类型(德丰df-46/df-47)，高碳醇、脂肪醇类型(德丰df-44)，磷酸酯类型(德丰df-48)中的一种或几种。

10、优选的，所述的胶黏剂为聚乙烯醇。

11、其中，分散剂的作用是使碳纤维均匀的分散在水溶液中，消泡剂的作用是解决水溶液在机械搅拌中出现的大量气泡的问题，进而影响抄纸得到碳纸前驱体成纸效果的问题，胶黏剂是解决碳纸前驱体湿强度较弱，无法从抄网上转移的问题以及碳纸前驱体干强度较低，无法进行后续工艺的问题。

12、第二方面，纸张增强剂的制备工艺，即分散剂、消泡剂、胶黏剂和水的分批次搅拌溶解、搅拌混合工艺步骤如下：

13、第一步，称取相应质量的蒸馏水和消泡剂，将蒸馏水先加入对应搅拌容器中，开启高速分散机，转速为600r/min，然后用胶头滴管将称量好的消泡剂边搅拌边加入，待消泡剂加完后，维持高速分散机600r/min运行30min，得到浆液为共混液①；

14、第二步，称取相应质量的胶黏剂，保持高速分散机600r/min，边搅拌边加入到共混液①中，待将胶黏剂完全加入后，将转速提升至1000r/min，维持45min，得到浆液为共混合②；

15、第三步，称取相应质量的分散剂，将高速分散机转速转速降低至600r/min，将称量好的分散剂边搅拌边加入共混液②中，待分散剂全部加入后，将转速提升至1000r/min，维持30min，得到的浆液为所制备的纸张增强剂。

16、其中，先将蒸馏水与消泡剂共混，是为了先解决水溶液在机械搅拌下产生大量气泡的问题，更利于后续的分散剂以及胶黏剂充分溶解，均匀的形成共混分散液体系。通过该工艺制备的共混分散液体系，即纸张增强剂，可以在室温下长期稳定存在，不会出现颗粒析出物以及粘度上升的情况，稳定性优秀。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

18、1、使用该纸张增强剂，解决了使用单一分散剂制备前驱体良品率低，制备过程中转移难度大，干燥后碳纸前驱体强度低影响后续工艺进行的问题，提供了一种在不改变主要的工艺以及相关设备的条件下，使用本发明所述的纸张增强剂就可完美解决目前制备生产过程做的技术难题。

19、2、使用本发明的纸张增强剂所制备的碳纸，具有性能稳定，密度均匀，良品率高等特点，大部分性能媲美目前国内在售的碳纸。

技术特征：

1.一种用于碳纤维纸干强度增强的纸张增强剂，其特征在于，按质量分数计包括以下组分：

2.如权利要求1所述用于碳纤维纸干强度增强的纸张增强剂，其特征在于：所述胶黏剂为聚乙烯醇。

3.如权利要求1所述用于碳纤维纸干强度增强的纸张增强剂，其特征在于，按质量分数计包括以下组分：

4.一种制备如权利要求1或2或3所述胶黏剂为聚乙烯醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(1)中的搅拌速度为600r/min。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(2)中共混液①的搅拌速度为600r/min，共混液②搅拌速度为1000r/min。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(3)中分散剂加入的搅拌速度为600r/min，待分散剂加后将转速提升至1000r/min，维持30min。

8.一种碳纸前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：向如权利要求1-3任一项所述的纸张增强剂或权利要求4-7任一项方法所制备的纸张增强剂中加入碳纤维，搅拌转速1200r/min，搅拌时间10min，得到稳定的碳纤维分散浆液，在经过方型纸张抄片器进行抄纸，然后经过抄网分离，100℃烘干，得到碳纸前驱体。

技术总结本发明公开了一种用于碳纤维纸干强度增强的纸张增强剂的制备方法，按质量分数计其配比如下：分散剂：0.5％‑1％，消泡剂：0.01％‑0.1％，胶黏剂：1％‑3％，蒸馏水：98.49％‑95.9％。分散剂的作用是使碳纤维均匀的分散在水溶液中，消泡剂的作用是解决水溶液在机械搅拌中出现的大量气泡的问题，进而影响抄纸得到碳纸前驱体成纸效果的问题，胶黏剂是解决碳纸前驱体湿强度较弱，无法从抄网上转移的问题以及碳纸前驱体干强度较低，无法进行后续工艺的问题。技术研发人员：郑健保,唐枫,熊前程,赖育南受保护的技术使用者：惠州市杜科新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1