[发明专利]一种薄型炭纸的制备工艺

权利要求书

1.一种薄型炭纸的制备工艺，其特征在于，以聚丙烯腈或沥青为原料，功能化离子液体作为掺杂剂，采用静电纺丝技术纺制炭纸基材，然后用经过溶剂化处理后的树脂溶液浸渍、热压固化、预氧化、炭化、石墨化制备薄型炭纸；

所述树脂为酚醛树脂、呋喃树脂或脲醛；

所述功能化离子液体选自1-羧乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙胺基-3-甲基咪唑溴盐、1-丁基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、1、2-二甲基-3-羟乙基双亚胺盐的一种或多种；纺丝液中掺杂功能化离子液体质量浓度为3-12wt%；

所述溶剂化处理是采用低共熔溶剂处理树脂；所述低共熔溶剂选自季铵盐-羧酸或两性离子-尿素或羧酸-多元醇。

2.根据权利要求1所述的薄型炭纸的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（1）聚丙烯腈或沥青纺丝液配置：纺丝液中掺杂功能化离子液体；

（2）静电纺丝；

（3）薄型炭纸制备：包括树脂溶剂化和炭纸制备步骤。

3.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，步骤（1）将有机溶剂加入到锥形瓶中，磁力搅拌，水浴加热，水浴温度50-70℃；缓慢加入聚丙烯腈或沥青粉末；再加入功能化离子液体；盖紧瓶盖，连续搅拌溶解至溶液澄清透明，得到掺杂功能化离子液体的聚丙烯腈或沥青纺丝液。

4.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征在于，有机溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮和二氯甲烷中的一种或多种；有机溶剂和离子液体质量比为1：1.5-4。

5.根据权利要求2或3所述的制备工艺，其特征在于，步骤（2）是将步骤（1）所得的聚丙烯腈或沥青纺丝液装入推注器中，推注器针头接高压电源正极，接收辊筒接高压电源负极，辊筒上贴上接收基材，设置静电纺丝参数，关闭设备门，进行静电纺丝，纺丝时间设为10-30h，得到静电纺丝炭纸基材。

6.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，步骤（3）中树脂溶剂化步骤是：将低共熔溶剂加入到锥形瓶中，水浴中加热，水浴温度40-70℃；再加入树脂，搅拌得到经过溶剂化处理的树脂；其中树脂的浓度15-30wt%。

7.根据权利要求2或6所述的制备工艺，其特征在于，步骤（3）中炭纸制备步骤是：将步骤（2）所得的静电纺丝炭纸浸渍于溶剂化处理的树脂甲醇浸渍液中，烘干，经热压固化、预氧化、炭化、石墨化处理得到所述薄型炭纸；

低共熔溶剂与甲醇的质量比为1：1-3；

所述预氧化条件为空气气氛中，预氧化以5-15℃/min升温至200-300℃，保温0.5-2h；

炭化过程，是在氮气气氛下，以5-25℃/min升温至1200-1400℃，保温5-30min；

石墨化过程以10-40℃/min升温至2300-2500℃，保温5-25min。

8.根据权利要求1-7任一项所述制备工艺得到的薄型炭纸用于燃料电池领域。