一種碳纖維紙鋼的生產工藝的制作方法
【專利摘要】一種碳纖維紙鋼的生產工藝，所述的紙鋼以碳纖維和纖維素纖維作為原材料，工藝過程包括：a、將碳纖維長絲切斷為3～10mm的短纖維，在分散劑中疏解為均勻的單纖維懸浮液；b、將上述單纖維懸浮液與纖維素纖維混合打漿制成成膜液體，在濕法無紡布設備上抄造成碳纖維紙鋼原紙；c、采用干法預浸機對碳纖維紙鋼原紙實施浸膠處理，浸膠量為碳纖維紙鋼原紙重量的25％～40％；d、碳纖維紙鋼原紙在雙柱下加壓熱油導熱式熱壓機層合熱壓成型或進行真空熱壓成型。本發明利用碳系纖維和纖維素纖維為增強體制成一種比強度、比剛度大于鋼材的新材料，以其強度大、質量輕、耐酸堿、防靜電、電磁屏蔽等優異材料性能，可在多種領域廣泛應用。
【專利說明】一種碳纖維紙鋼的生產工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料【技術領域】，涉及到一種碳纖維紙鋼新材料，更涉及戰略性新興產業中碳纖維新材料領域，特別是這種新材料在紙鋼的生產工藝中。
【背景技術】 [0002]碳纖維是發明家愛迪生首先發現的一種新材料，上世紀50年代起逐步實現了產業化，由于其材料性能優異初期用于航空、航天利于，近年來向工業和民用領域滲透，在碳纖維科學和生產領域還未有用其制作紙鋼的報導。
[0003]紙鋼是當代高科技的成果，它是用極細的金屬絲和纖維混在紙漿中，用造紙法制成的特殊材料，所以又叫金屬纖維紙。薄的僅零點幾毫米，和紙一樣薄，可是強度卻和鋼材相當；厚的可由幾層薄紙鋼片用合成樹脂粘合而成，厚度達2-3厘米。紙鋼可制成板材，亦可沖壓軋制成槽型、波型和各種異形材。
[0004]美國用金屬纖維作為加強材料制作紙鋼的消息，在中國最早只有《廣東造紙技術通訊》1981年Zl期《紙鋼一金屬纖維紙》和《科學之友》1995年10期楊朋《神奇的紙鋼》介紹:紙和鋼本是風馬牛不相及，但現代科學技術卻孕育出紙鋼這種新穎別致的材料。它不僅可以做得和紙一樣薄，而且強度能和鋼材相似，再加上它以紙和鋼作基材，因而稱『紙鋼』名副其實。紙鋼是用極細的金屬細絲纖維，混在紙漿中，用造紙法制成的，故又叫金屬纖維紙。薄的為零點幾毫米，厚的可由幾層薄紙鋼片用合成樹脂粘合而成，厚度為二、三厘米。紙鋼可制成板材，亦可沖壓軋制成槽型、波型等各種異形材。其強度可達600公斤/厘米以上。已往國外紙鋼的制造和中國的介紹，都是采用金屬纖維制造，強度一般，重量較重，韌性也不夠好，易斷。如果能將碳纖維材料應用到紙鋼中，那無疑是本領域中一項重大的技術突破。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了設計出一種全新材料的紙鋼，采用了碳纖維和纖維素纖維相結合的方式制造紙鋼。
[0006]本發明采用的技術方案是，一種碳纖維紙鋼的生產工藝，關鍵是:所述的紙鋼以碳纖維和纖維素纖維作為原材料，工藝過程包括:
[0007]a、將碳纖維長絲切斷為3~IOmm的短纖維，在分散劑中疏解為均勻的單纖維懸浮液；
[0008]b、將上述單纖維懸浮液與纖維素纖維混合打漿制成成膜液體，在濕法無紡布設備上抄造成碳纖維紙鋼原紙；
[0009]C、采用干法預浸機對碳纖維紙鋼原紙實施浸膠處理，浸膠量為碳纖維紙鋼原紙重量的25%~40% ；
[0010]d、碳纖維紙鋼原紙在180~370°C、15~35kg / cm2雙柱下加壓熱油導熱式熱壓機層合熱壓成型；或利用RTM真空罐，在120~180°C，5~20kg / cm2的條件下，進行真空熱壓成型。
[0011]所述的碳纖維與纖維素纖維在制成的碳纖維紙鋼中的質量百分比含量為1%?95%。
[0012]所述的分散劑為陽離子聚丙烯腈胺。
[0013]所述的分散劑的用量為碳纖維干重的0.2%。
[0014]本發明采用了碳纖維和纖維素纖維制造紙鋼，碳纖維強度是鋼的4倍、重量是鋼的I / 10之一、是迄今為止唯一在2000°C強度不損失的材料，故利用碳纖維制造的紙鋼表現出更優異的特性。紙鋼作為一種新材料，在中國之見諸與國外產品的介紹和報導，至今、未有實驗室和工業化生產的制品；利用本發明的技術，已成功地完成了工業化試生產。
【具體實施方式】
[0015]一種碳纖維紙鋼的生產工藝，關鍵是:所述的紙鋼以碳纖維和纖維素纖維作為原材料，工藝過程包括:
[0016]a、將碳纖維長絲切斷為3?IOmm的短纖維，在分散劑中疏解為均勻的單纖維懸浮液；
[0017]b、將上述單纖維懸浮液與纖維素纖維混合打漿制成成膜液體，在濕法無紡布設備上抄造成碳纖維紙鋼原紙；
[0018]C、采用干法預浸機對碳纖維紙鋼原紙實施浸膠處理，浸膠量為碳纖維紙鋼原紙重量的25%?40% ；
[0019]d、碳纖維紙鋼原紙在180?370°C、15?35kg / cm2雙柱下加壓熱油導熱式熱壓機層合熱壓成型；或利用RTM真空罐，在120?180°C，5?20kg / cm2的條件下，進行真空熱壓成型。
[0020]根據碳纖維紙鋼制品不同強度要求，所述的碳纖維與纖維素纖維在制成的碳纖維紙鋼中的質量百分比含量為
[0021]所述的分散劑為陽離子聚丙烯腈胺。
[0022]所述的分散劑的用量為碳纖維干重的0.2%。本發明在具體實施時，利用該技術分別試制了兩個批次的制品:
[0023]紙鋼試樣一、
[0024]紙鋼尺寸:長2200mm、寬 1200mm、厚度 1.2mm ;
[0025]紙鋼層合數:碳纖維含量30%、80g/m2碳纖維紙鋼原紙10層；
[0026]紙鋼密度:1.1658g/cm3
[0027]紙鋼強度:400kg/ cm2。
[0028]紙鋼試樣二、
[0029]紙鋼尺寸:長2200mm、寬 1200mm、厚度 2.0mm ;
[0030]紙鋼層合數:碳纖維含量30%、80g / m2碳纖維紙鋼原紙20層；
[0031]紙鋼密度:1.0833g/ cm3
[0032]紙鋼強度:490kg/ cm2。
[0033]材料性能比較，根據中國玻璃鋼綜合信息網公布的材料數據可知，本發明兩個試樣紙鋼材料密度(1.1658g / cm3、l.1658g / cm3)小于碳纖維-環氧樹脂(1.45 / g.cm3)體系和玻璃鋼體系(2.0 / g.cm3)、換算可知比強度大于高強度鋼。
[0034]各種材料的性能比較
【權利要求】
1.一種碳纖維紙鋼的生產工藝，其特征在于:所述的紙鋼以碳纖維和纖維素纖維作為原材料，工藝過程包括: a、將碳纖維長絲切斷為3?IOmm的短纖維，在分散劑中疏解為均勻的單纖維懸浮液； b、將上述單纖維懸浮液與纖維素纖維混合打漿制成成膜液體，在濕法無紡布設備上抄造成碳纖維紙鋼原紙； C、采用干法預浸機對碳纖維紙鋼原紙實施浸膠處理，浸膠量為碳纖維紙鋼原紙重量的25%?40% ； d、碳纖維紙鋼原紙在180?370°C、15?35kg / cm2雙柱下加壓熱油導熱式熱壓機層合熱壓成型；或利用RTM真空罐，在120?180°C，5?20kg / cm2的條件下，進行真空熱壓成型。
2.根據權利要求1所述的一種碳纖維紙鋼的生產工藝，其特征在于:所述的碳纖維與纖維素纖維在制成的碳纖維紙鋼中的質量百分比含量為1%--95%。
3.根據權利要求1所述的一種碳纖維紙鋼的生產工藝，其特征在于:所述的分散劑為陽離子聚丙烯腈胺。
4.根據權利要求1所述的一種碳纖維紙鋼的生產工藝，其特征在于:所述的分散劑的用量為碳纖維干重的0.2%。
【文檔編號】D21H21/08GK103556524SQ201310419033
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】王北亭, 王霄飛, 呂娟 申請人:王霄飛, 王北亭