导电发热用的碳纤维复合纸及其制备方法 本发明属于导电发热用材料制备技术领域，具体地讲是涉及到一种新型的面状的具有导电发热功能的碳纤维复合纸及其制备方法。
目前，就导电发热材料而论，有红外灯管、电加热暖气片、金属电阻丝等等，但这些导电加热的材料，在加热均匀度、安全性以及热效率方面都存在些不足，尤其是在家庭生活中作为取暖使用情况下尤其显得突出。就导电而言，目前人们主要是根据其导电功能和纸本身的物化性能，将其用做电磁波屏蔽材料、防静电包装材料。而本发明旨在研究一种新型的导电发热用的材料，这种材料是一种面状发热体，是以碳纤维为导电相，以纤维素浆粕为基体，按照本发明的制造方法制成一种导电发热用的复合纸，用这种材料制成面状发热体，既具有导电发热的作用，又具有纸的特点，可利用复合纸中碳纤维的含量以及复合纸的尺寸组合而制成各种希望的电阻值和加热面积，方便地用于工业和家庭生活中，达到加热、取暖、保温的功能，面状均匀发热，发热效率可达到99.99％，克服了现有加热材料在加热均匀度、安全性及热效率方面的问题。
因而，本发明的目的就是提供一种新型地导电发热用的面状发热材料，具体地讲就是提供一种以碳纤维为导电相，以纤维素浆为基体，通过本发明的制备方法制成的一种高热效率的导电发热用的碳纤维复合纸。
本发明的另一个目的就是提供一种制备本发明的导电发热用的以碳纤维为导电相、以纤维素浆为基体的复合纸的制备方法。
本发明的导电发热一的面状发热体是以碳纤维为导电相，以纤维素浆为基体，将这两种材料进行复合抄纸而制得本发明的导电发热用的碳纤维复合纸。
本发明的导电发热的碳纤维复合纸，其中的导电相碳纤维可选用沥青基碳纤维、人造纤维基碳纤维和聚丙烯腈碳纤维其中之一，而以聚丙烯腈碳纤维作导电相效果更好，作为导电发热体复合纸的基体是造纸行业通常采用的纤维素浆，如木浆，棉浆，麻浆，化学纤维，如PTFE，PET，PAN等。
作为导电发热用的复合纸，其主要的物理性能就是电阻率，决定本发明的碳纤维复合纸的有诸多因素，如碳纤维的种类，含量，碳纤维与基体的结合力，复合纸本身的定重等因素。但其中作为导电相的碳纤维是其主要因素之一。
本发明的以碳纤维为导电相的复合纸，其中的碳纤维含量控制在占纸重的1—40％(重量)，其中以3—20％为优选含量范围；碳纤维的长度控制在1—20mm，其中在2—12mm为较佳选择；碳纤维的电阻率选择在0.1—50Ωm范围；碳纤维的导电率选择在具有10—25μΩm；碳纤维的碳化温度控制在800—1500℃。
本发明的导电发热用的碳纤维复合纸对纸的定重有严格要求，定重过高，则热效率低且成本提高；而过低的定重，功率密度态低，不易提高功率，不足以产生足够的热量，达到发热体的发热作用，经过认真仔细研究，本发明的导电发热用的复合纸的定重在40—180g/m2，优选在80—150g/m2。
本发明导电发热用的复合纸具有以下优点：
1、本发明的导电发热用的碳纤维复合纸利用纸本身的平面性，因而整个面都是发热面和散热面，因而发热均匀，热量易于传递、疏散，热辐射性好；
2、本发明的导电发热复合纸在一般电压下(220V)因为整个面都是电子通道，因而电流密度极小，与现有的电阻丝发热材料、红外灯管的电流密度相比，具有对人体毫无危害，因而使用的安全，特别适合于家庭加热和取暖，保暖作用；
3、本发明的导电发热用的碳纤维复合纸具有高的热效率，经过理论计算，其热效率理论值高达99.99％，在实际中应用可达到97％，因而是一种先进的节能材料。
4、本发明的发热导电纸具有体积小，适应性广的优点，由于本发明的发热用复合纸具有普通纸的柔软性和轻质特点，可以根据发热量和规格要求，控制复合纸中的碳纤维含量及复合纸的尺寸而组合成各种不同电阻值和加热面积，以满足不同目的的需求。
5、本发明的导电发热用的复合纸，与其他材料具有良好的复合，与其他材料复合制成导电发热设备，如散热器等，具有良好的防湿性能，具有广泛的用途。
本发明的导电发热用的碳纤维复合纸的制备方法包括选料、将碳纤维长丝切短，水相分散；再与经过机械分散的纤维素纸浆混合，然后再按照普通造纸行业采用的方法抄纸、收卷、检验、制成合格产品。
本发明的导电发热用的复合纸的制备方法可用下面工艺流程示意图表示：
导电纤维长丝可选用沥青基碳纤维、人造纤维基碳纤维和丙烯基碳纤维；将选定的碳纤维用切短机切成长度为1—20mm的长度；碳纤维的长度是决定导电纸性能的重要因素，碳纤维长度太长，则分散均匀困难，而碳纤维太短，则影响其导电性能，因而切成1—20mm的长度范围。
在切短之后，将短碳纤维送入打浆机中并放入分散剂后进行搅拌，使碳纤维均匀分散。分散剂根据碳纤维的种类来选择，主要用中性的含丙烯酸酯类的有机分散剂，如丙烯酸乙酯，其中分散剂的加入量为碳纤维重量的0.5—5％。
作为基体材料纤维素的选择可选用木浆、棉浆、麻浆、化学纤维，如PTFE、PET和PAN等，如果选用木浆，则用打浆的机械分散方式，确定适宜的相解度(°SR)及纤维的长短，如果选用化学纤维，在机械分散的同时加入分散剂，通过物理与化学结合的分散方式达到分散效果。
在完成碳纤维和纤维素浆分散之后，将碳纤维物流和纤维素浆物流送入搅拌机中进行混合，然后按照常规的造纸工业技术进行抄纸，收卷，检验后得到产品。
实施例：
制备以含量为15％(重量)的聚丙烯腈碳纤维为导电相，以木浆为基体的本发明的导电发热用的碳纤维复合纸。
选择碳化温度为1400℃，电阻率为15μΩm的聚丙烯腈碳纤维，将其在切短机上切成2—4mm的长度，然后送入含有碳纤维重量的1％分散剂丙烯酸乙酯的大浆机中进行分散，基体材料选择木纸浆，其相解度为47°SR，将其送入打浆机中分散。将分散的碳纤维和纸浆送入搅拌机中混合，按常规的造纸方法，在长网抄纸机上抄纸，在宽240mm的造纸机上造纸，经检验得合格产品。
经测量，所制得的纸定重为90g/m2，电阻率为3.8Ωcm。
用上述制得的导电纸制成发热板(270×480m2)，在电压220V下，功率为121.6W，在室温18℃条件下通电加热，加热板表面温度平均在68℃。
如将上述导电纸的二面贴附于铝散热器上，规格为200×400m2，在电压220V下，功率可达400W，散热器表面温度达到90℃左右。
经过测试表明，本发明的导电纸，其纸的物理性能和电阻率都与碳纤维的含量有密切关系，下面表1为室温条件下测试的碳纤维含量与纸的性能关系，表2为测试条件温度T＝100℃条件下碳纤维含量与导电性能关系。
由以上实施例和材料的性能测试表明，本发明的导电发热用的碳纤维复合纸具有发热均匀、安全、热效率高、适用面广和体积小的优点，本发明的导电复合纸的制备方法可在一般的造纸设备上实施，是一种易于工业化的生产工艺。
表1碳纤维含量与导电发热复合纸物理性能关系 编号 木桨 碳纤维 定 重 厚 度 紧 度 裂断长 耐折度 单位 ％ ％ g/m m/m g/cm M 次 1 2 3 4 5 6 7 100 97.5 95 80 70 60 50 0 2.5 5 20 30 40 50 58.08 53.92 58.08 61.76 58.72 55.68 68.16 0.106 0.103 0.116 0.172 0.183 0.212 0.218 0.548 0.524 0.502 0.360 0.320 0.263 0.243 6000 6000 5938 4131 2953 2425 1338 374 309 337 26 9 2 1
表2碳纤维含量与导电性能关系＝100℃ 编号 石炭纤维含量 定 量 电阻值 尺 寸 1 2 3 4 10％ 11.7％ 15％ 20％ 90g/m 90g/m 90g/m 80g/m 3.02kΩ 1090Ω 420Ω 168Ω 215×500mm 215×500mm 215×442mm 215×500mm