碳纖維紙完整版本

碳纖維造紙情況分析輕化工程102

時(shí)間2012年3月22日碳纖維紙

碳纖維紙是指具有一定碳纖維含量的功能紙。紙中碳纖維含量可從2%-100％。碳纖維概念碳纖維是復(fù)合材料

碳纖維是一種纖維狀碳材料。呈黑色，堅(jiān)硬，是一種強(qiáng)度比鋼的大、密度比鋁的小，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料。三峽-H的碳紙掃描電鏡掃描電鏡表面截面碳纖維的性能

作為功能材料，碳纖維所具有的優(yōu)異物理、化學(xué)性能，碳纖維紙都能具有，而且由於纖維以短纖維狀態(tài)無(wú)規(guī)排列，性能呈各向同性，而長(zhǎng)纖維製品（如無(wú)緯布）性能是各向異性。因此對(duì)性能均勻性要求高的地方，碳纖維紙更有優(yōu)勢(shì)。

碳纖維紙具有導(dǎo)電性，其電阻率可以從107-10-3Ω?cm范圍變化，影響碳纖維紙電阻率的因素主要是碳纖維的含量和碳纖維自身的電阻率；此外，碳纖維的長(zhǎng)度、紙的密度和厚度，以及紙的加工工藝和后整理工藝，都直接影響碳纖維紙的電阻值及其穩(wěn)定性。

碳纖維紙具有優(yōu)異的電熱性能。碳纖維紙通電后，在適當(dāng)?shù)碾娮韬碗妷合?，具有?yōu)異的發(fā)熱性能，它的發(fā)熱溫度范圍通常是30-250℃，電熱轉(zhuǎn)換效率＞97％，比傳統(tǒng)材料節(jié)能15％-30％，而且還有一種其他發(fā)熱材料所不及的性能，它的遠(yuǎn)紅外電——熱輻射轉(zhuǎn)換率＞70％，而且還放射出5-20μm的遠(yuǎn)紅外線，這是適應(yīng)人體血液迴圈，具有保健功能的遠(yuǎn)紅外波。

碳纖維是一種電阻型吸波材料，對(duì)電磁波有一定的吸收和反射性能，因而用於遮罩材料和吸波材料。介紹短切碳纖維復(fù)合材料比連續(xù)長(zhǎng)纖維復(fù)合材料對(duì)雷達(dá)波有比較好的吸波效果。

碳纖維粉碳纖維紙的力學(xué)性能研究碳纖維紙的力學(xué)性能，并對(duì)比不同配抄纖維所成紙頁(yè)的力學(xué)性能。結(jié)果表明，當(dāng)采用植物纖維和碳纖維配抄時(shí)，在一定范圍內(nèi)增加碳纖維含量能夠提高紙頁(yè)的緊度、抗張強(qiáng)度、耐破度、撕裂度。超過(guò)這個(gè)范圍會(huì)使這些力學(xué)性能急劇下降；隨著碳纖維含量的提高，耐折度不斷下降。采用聚乙烯/聚丙烯皮芯層雙組分纖維（ES纖維）作為配抄纖維所成紙頁(yè)的力學(xué)性能不如采用植物纖維所成紙頁(yè)的力學(xué)性能碳纖維含量對(duì)紙頁(yè)緊度的影響碳纖維含量對(duì)紙頁(yè)緊度的影響如圖

所示以上現(xiàn)象可能和以下因素有關(guān)：①碳纖維之間的搭接②植物纖維被壓扁、壓潰后的厚度與碳纖維直徑比；③碳纖維與植物纖維的密度比，等等確切的原因還有待進(jìn)一步研究。碳纖維含量對(duì)紙頁(yè)抗張強(qiáng)度的影響碳纖維導(dǎo)電屏蔽紙張抗張指數(shù)與碳纖維含量變化的關(guān)系。由圖可知，碳纖維導(dǎo)電屏蔽紙的抗張指數(shù)隨碳纖維含量的增加先上升后下降雖然碳纖維之間及與植物纖維之間難以形成有效的化學(xué)鍵結(jié)合，但在一定范圍內(nèi)碳纖維對(duì)紙頁(yè)還是有增強(qiáng)效果的。碳纖維導(dǎo)電屏蔽紙抗張強(qiáng)度隨著碳纖維含量先上升后下降的現(xiàn)象與碳纖維特性有關(guān)。由圖可以看出，碳纖維部分表面被膠黏物和雜質(zhì)覆蓋著，比較粗糙，因而被植物纖維包圍時(shí)能與植物纖維產(chǎn)生一定的“錨錠效應(yīng)”

在一定范圍內(nèi)與植物纖維產(chǎn)生較強(qiáng)的交織力；而且碳纖維抗拉強(qiáng)度也高，從而彌補(bǔ)了由植物纖維含量下降而導(dǎo)致的植物纖維間化學(xué)鍵結(jié)合力的損失，使紙頁(yè)的強(qiáng)度不僅沒(méi)有下降反而有所上升。隨后，植物纖維含量的進(jìn)一步減少，一方面使得結(jié)合力下降，另一方面也使得碳纖維與植物纖維之間的交織力下降（碳纖維周?chē)闹参锢w維減少），從而使得紙張的抗張強(qiáng)度下降。碳纖維含量對(duì)紙頁(yè)撕裂指數(shù)的影響與耐破指數(shù)和抗張指數(shù)相似，撕裂指數(shù)先上升后下降產(chǎn)生這種變化的原因與引起耐破指數(shù)和抗張指數(shù)變化的原因相似碳纖維含量對(duì)紙頁(yè)撕裂指數(shù)的影響碳纖維含量對(duì)紙頁(yè)耐折度的影響碳纖維的脆性使得紙頁(yè)的耐折度急劇下降碳纖維的生產(chǎn)工藝普通碳纖維紙的生產(chǎn)工藝是借用常規(guī)紙漿造紙工藝製成，它將長(zhǎng)度為l-8mm的碳纖維與植物纖維（或人造纖維）混合打漿，再利用造紙機(jī)將紙漿濕法成型製成的。這種碳纖維紙中的碳纖維含量一般為5%-60%，如碳纖維含量再高則在工藝上尚存在一些困難，而且碳纖維的長(zhǎng)度也相對(duì)較短，因長(zhǎng)度太長(zhǎng)，打漿時(shí)碳纖維纏繞很難分散均勻；這些因素在一定程度上影響了碳纖維紙性能的提高。碳纖維紙的制備方法濕法抄造的工藝流程可用下面的示意圖表示：目前一種新的被稱(chēng)為乾法造紙的工藝正在興起，它是利用氣流成網(wǎng)技術(shù)將碳纖維製成紙一樣厚的無(wú)紡布，再經(jīng)后整理製成碳纖維紙。這種紙的纖維長(zhǎng)度長(zhǎng)、紙的機(jī)械性能好、且生產(chǎn)率高、環(huán)境污染小，是一種很有發(fā)展前途的造紙工藝。碳纖維的應(yīng)用

抗靜電包裝材料

不同電阻值的碳纖維紙具有不同的用處，電阻率在107-104Ω?cm的碳纖維紙，具有抗靜電性能，用於需要抗靜電要求的電子器件的包裝材料。

電磁波遮罩材料

電磁波的危害愈來(lái)愈引起人們的關(guān)注。一般說(shuō)來(lái)，具有良好的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的材料，對(duì)電磁波具有遮罩功能，人們已經(jīng)把碳纖維混在塑膠中，製成具有電磁遮罩功能的塑膠罩殼。利用高性能碳纖維紙製作遮罩功能的製品更具特色，有人提出把碳纖維紙貼在玻璃鋼表面或塑膠表面，用它做成具有電磁遮罩功能的罩殼，也許更省材料，更能保持罩殼原有機(jī)械性能?；蛘邔⒓埥n樹(shù)脂、成型，製成超薄多孔遮罩罩殼。

高品質(zhì)音響材料用碳纖維紙制作揚(yáng)聲器的紙盆，是各名牌高級(jí)音響的專(zhuān)利，這是因?yàn)樘祭w維紙盆密度小，質(zhì)量輕，有較高靈敏度。碳纖維傳播聲音的速度快，據(jù)測(cè)碳纖維為11.17km/s，木纖維為1.45km/s，這利于減少失真度，音質(zhì)清晰，音響效果極佳。新能源和電化學(xué)領(lǐng)域用材料電阻率在10-2-10-3Ω?cm的碳纖維紙屬高性能碳纖維紙，通常稱(chēng)之高導(dǎo)電率碳纖維紙，在新能源和電化學(xué)領(lǐng)域正在廣泛推廣應(yīng)用。

。綠色能源：

燃料電池愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注。它是利用空氣中的氧同燃料（氫氣）在質(zhì)子分離膜和催化劑的共同作用下變成電能，同時(shí)排出副產(chǎn)物——熱水整個(gè)反應(yīng)中要求電極材料具有如下性能：1.足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕；2.多孔性；即要有足夠數(shù)量的孔隙，以保證燃料氣體的供給和副產(chǎn)物水的排出；同時(shí)還應(yīng)有相當(dāng)數(shù)量微孔，以保證化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行，提高發(fā)電效率；3.導(dǎo)電性：具有低的電阻，降低電池內(nèi)耗?？茖W(xué)家經(jīng)過(guò)多種探索，確認(rèn)高性能碳纖維紙能滿(mǎn)足上述性能要求。而且和原碳材料電極相比，還有體積小、質(zhì)量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在，用高性能碳纖維紙製作質(zhì)子交換膜——燃料電池（PEMFC）的氣體擴(kuò)散層電極材料，已經(jīng)得到各燃料電池製造商的認(rèn)同，從而得到很快發(fā)展。

現(xiàn)代武器裝備材料將碳纖維和其他吸波材料結(jié)合製成的碳纖維紙，可望在隱形武器上應(yīng)用。

美國(guó)在1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)和1999年科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中使用了“微波炸彈”，微波炸彈是非殺傷性炸彈，它裝滿(mǎn)石墨和碳纖維，爆炸后將它們?nèi)鱿蚩臻g，以破壞敵方雷達(dá)防御體系和通訊體系。炸彈里的碳纖維很可能含有碳纖維紙，因?yàn)榧埜咂⌒?，在空間停留時(shí)間更長(zhǎng)。環(huán)保防護(hù)材料

具有吸附過(guò)濾功能的碳纖維紙?jiān)诃h(huán)保和化工行業(yè)有廣闊用途，如空氣清新器、空調(diào)機(jī)、防毒口罩、防護(hù)服、化工過(guò)濾裝置等。

高性能碳纖維紙作為功能材料的用途遠(yuǎn)不止上述幾點(diǎn)，它的許多性能還有待去認(rèn)識(shí)、去開(kāi)拓，譬如在電化學(xué)領(lǐng)域、環(huán)保、航太、冶金、能源和建材等諸多行