碳纤维纸的研究现状及其发展趋势

碳纤维纸是使用碳纤维或活性碳纤维及碳纤维或活性碳纤维与其它植物或非植物纤维混合生产的具有特殊性能的功能纸。作为碳纤维功能材料,碳纤维纸具有碳纤维的优异性能,而且在碳纤维纸中碳纤维是以短纤维无规则的形式存在,各向同性,是利用长纤维复合成型材料无法比拟的,具体碳纤维纸具有以下性能。

(l)优异的电热性能,作为发热装置。

(2)导电性能,碳纤维纸的自身电阻、密度、厚度以及加工工艺会影响碳纤维纸的导电性使碳纤维电阻发生变化。通过控制生产工艺可以得到不同电导率的碳纤维纸,应用于不同领域。

(3)多孔性,碳纤维是均匀的多孔性材料加之碳纤维自身表面的比表面积大,碳纤维纸是重要的过滤材料。

另外,碳纤维纸还具有的轻量化、耐高温、耐腐蚀等性能。总的来说,从原料碳纤维的功能特点来看,其用途广泛,利用其导电性制造的面状发热体,其耐药品性可以制造F对基材,其机械特性可以制造土木用基材,其吸附性可以制造过滤材料、电池电极等。

1. 碳纤维纸国内外的研究现状

目前燃料电池用碳纤维纸生产技术基本由国外掌握。国外发达国家由于碳纤维工业发展比较早,成本较低,碳纤维纸的生产工艺技术已逐渐趋于成熟。PEMFC多孔气体扩散电极的关键材料碳纤维纸的研制水平较高并能批量供货的主要有加拿大Ballard Material Products公司、德国SGL技术公司和日本东丽公司等少数几家公司。关于燃料电池的碳纸和多孔碳电极基材料的专利有许多。其中以日本公司专利为多,下面就一些相关专利进行说明。

其基本工序为:碳纸由一种有机的高分子化合物与碳纤维复合而成,燃料电池的多孔碳电极基体通过浸润热塑性树脂先热压再炭化。其中,碳纤维的含量为碳纸的40%~90%,炭化温度不低于800℃。该发明的电极基体容易弯曲和有一定强度,同时可以进行连续工业化生产,并且发明的碳纸适于生产电极基体。但由于该发明含有有机纤维,将会影响其导电性能日本三菱公司申请的提供一种碳纸及其燃料电池用的多孔碳电极基材,其碳纸含有表面积比在1.05以上碳纤维,平均直径为3~5微米,平均长度为2~18毫米,碳化树脂质量分数为碳纸的10%~50%。同时碳纸具有柔软型,非常适合制造电极材料。