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碳纤维纸应用于燃料电池
文件名称: 碳纤维纸应用于燃料电池
文件大小: 188K
文件类型:
上传时间: 2012-06-30 23:57:08
更新时间: 2012-06-30 23:57:08
下载次数: 208
文件简介
碳纤维纸应用于燃料电池
详细介绍
1碳纤维纸生产工艺

碳纤维不同于植物纤维,它的表面仅含有少量的基团,在打浆过程中只能产生切断作用,不能产生分丝帚化现象,在纸页成形后纤维间也不会产生氢键。在碳纤维的成纸过程中面临一些不同于植物纤维的难题需要解决,主要集中在分散和成纸强度两个方面。

1.1普通碳纤维纸的抄造

普通碳纤维纸一般采用湿法抄造,碳纤维的含量在5%~60%,在碳纤维的湿法成形中主要的问题是分散和成形。在实际的碳纤维纸成形实验中发现,碳纤维如果过长,不易分散,容易成团,而且严重影响纸页的匀度。反之若碳纤维过短,容易分散成均匀的浆液,成形匀度好,但纸页强度低。在湿法抄造碳纤维纸工艺中,主要是依靠配抄的植物纤维或者利用胶黏剂使分散的碳纤维实现粘结。普通碳纤维纸已经工业规模生产,并得到实际应用。

1.2高性能碳纤维纸的成形

高性能碳纤维纸一般对碳纤维纸的纯度、均匀性、电阻率、气孔率等提出要求。高纯度的碳纤维纸生产中,因为其他浆料含量少,碳纤维的分散和成形问题更为突出,生产工艺更加复杂。目前高性能的碳纤维纸只有少数几个国家能够批量成熟制造。一是利用湿法成形,碳纤维要在低浓度条件下实现均匀分散,因此碳纤维纸要采用低浓成形,浆料浓度要在0.01%左右,滤水速度是现在普通长网和圆网造纸机不能实现的,必须使用斜网纸机。

粘结方式主要靠化学胶黏剂进行连结。斜网纸机上网浓度低,可抄造的纤维长度较长,一般为8~10mm,最长可达30mm,纸机的脱水性能较好,抄纸的匀度好,网部的倾斜角度可在0~30°的范围内调节,抄纸最大定量可达300g·m-2,与长网和圆网纸机相比,斜网纸机存在着明显的优势。斜网成形器的上网浓度为0.01%~0.08%,由于上网浓度很低,所以斜网成形在成形时的脱水量很大,并且脱水与成形是同步进行的,纤维是在悬浮状态成形,且成形时间比长网、圆网长,能保证纸页的匀度及透气性。

其次利用干法造纸(干法无纺布)。干法造纸近年发展较快,它是利用空气作为介质,通过气流成网工艺得到厚度可控、均匀的无纺布,接着进行喷胶、热固化、干燥等后处理程序得到碳纤维纸,可制得碳纤维含量较高的碳纤维纸。燃料电池用碳纤维纸属于高性能碳纤维纸的一种,其碳纤维纸原纸抄造也大致可分为湿法和干法两种工艺。

干法工艺采用的原料纤维长度长,因此产品的强度较高,但均匀度相对较差,结构疏松。而湿法产品相反,具有良好的均匀性和致密的结构,非常适合加工成PEMFC用碳纤维纸。通过改善碳纤维分散性能,添加胶黏剂适当增加强度,可使制成的原纸满足后续加工碳纤维纸的需要。目前国内外研究最深入、应用最广泛的碳纤维纸,其原纸主要采用湿法工艺生产。燃料电池用碳纤维纸一般对碳纤维纸的纯度、均匀性、电阻率、气孔率等提出很高的要求。高纯度的碳纤维生产中,碳纤维原纸的性能直接决定着最终碳纤维纸的性能。

因此生产合格的碳纤维纸原纸是高性能碳纤维纸的关键,碳纤维纸原纸必须具备:
(1)匀度好、气孔率高,可赋予制成的碳纤维纸优良的透气性能和均匀稳定的多孔质结构;
(2)合适的面密度及合理的碳纤维/胶黏剂配方,可满足制造工艺和碳纤维纸多项性能指标要求;
(3)较好的强度,可满足碳纤维纸制作过程中树脂浸渍、热压、高温碳化等后续加工的需要。
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