[发明专利]一种适用于炭纸的高比表面碳纤维制备方法

说明书

一种适用于炭纸的高比表面碳纤维制备方法，包括以下步骤：步骤一：将碳纤维去浆处理，得到去浆后的碳纤维；步骤二：预先将0.1‑50mol/ml电解液加热到25‑80℃，并将去浆后的碳纤维放入电解液中浸泡；步骤三：以步骤二中的碳纤维为阳极，石墨板、铜板或镍板为阴极，接通电源，进行原位电化学表面刻蚀处理，时间为1‑60min，电压为1‑30V，温度为25‑80℃；步骤四：将步骤三中刻蚀后的碳纤维进行冲洗、干燥，收卷得到一种适用于炭纸的高比表面碳纤维。本发明制备的碳纤维具有高的比表面积，提高了碳纤维的润湿性和浸渍效果。本发明制备的碳纤维改善了碳纤维界面，能够与基体发生相互作用，从而适用制备高力学性能高导电网络的炭纸。

技术领域

本发明涉及一种适用于炭纸的高比表面碳纤维制备方法，具体涉及一种原位电化学刻蚀高比表面碳纤维的制备方法，属于碳纤维的表面处理方法领域。

背景技术

炭纸是以可碳化的粘结剂把均匀分散的炭纤维粘结在一起后，而形成的多孔纸状型材；炭纸具有以下性质：

1)均匀多孔结构且透气性优异；

2)电阻率低，导电性好；

3)具有一定的机械强度和韧性以利于膜电极的制作；

4)具有化学稳定性和热稳定性；

5)耐腐蚀；

6)高导热，因此被广泛应用于燃料电池、电子、电器、汽车、航天、航空等领域。

炭纸是一种复合材料，由树脂炭和炭纤维构成。炭纸的性能受炭纤维、树脂炭及纤维-树脂炭界面掌控。炭纤维作为炭纸的主要原料，是一种含碳量高于95％的纤维材料，碳原子之间主要以共价键连接，纤维表面缺少活性基团，不易被水润湿。这些特性导致炭纤维在水中容易发生絮聚，从而形成纤维絮团，使原纸匀度下降，纤维-树脂炭界面结合差，从而影响炭纸的力学性能、导电网络、孔径和透气性。

针对炭纤维本身炭纤维呈非极性光滑表面、难于分散的问题，对炭纤维进行增大比表面积的处理，目前关于制备高比表面碳纤维的方法主要以软模板法、硬模板法或者造孔剂(PMMA、氧化铝、氯化铵等)加入纺丝原液中，通过煅烧造孔；以上所述方法制备流程复杂，成本高，难以实现工业化；更重要的是，以上所述方法严重影响了所得高比表面积碳纤维的性能，进而限制了高比表面积碳纤维的应用范围；本发明对炭纤维进行原位电化学表面刻蚀处理，提高碳纤维的比表面积、润湿性和浸渍效果，从而适用于制备高性能炭纸，此方法可连续生产、简单易操作、处理条件温和易于控制，易于连续化工业化生产。

发明内容

本发明提出一种适用于炭纸的高比表面碳纤维制备方法，该处理方法有效改善纤维的性能，有效的提高碳纤维的比表面积，提高碳纤维在水中的分散，从而适用于制备高性能炭纸。

一种适用于炭纸的高比表面碳纤维制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将碳纤维去浆处理，得到去浆后的碳纤维；

步骤二：预先将0.1-50mol/ml电解液加热到25-80℃，并将去浆后的碳纤维放入电解液中浸泡；

步骤三：以步骤二中的碳纤维为阳极，石墨板、铜板或镍板为阴极，接通电源，进行原位电化学表面刻蚀处理，时间为1-60min，电压为1-30V，温度为25-80℃；

步骤四：将步骤三中刻蚀后的碳纤维进行冲洗、干燥，收卷得到一种适用于炭纸的高比表面碳纤维。

所述步骤一中的碳纤维去浆处理是将碳纤维置于高纯氮气保护下400-600℃退浆处理1-120min。

所述步骤二，浸泡时间为5-30min。

所述步骤二中的电解液为酸碱盐的溶液，电解液的浓度为0.1-10mol/ml；电解液温度为25-60℃。