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随着电热材料慢慢进入人们的日常生活中,人们对电热材料的要求也越来越高,因此研究人员正在积极探寻发热效果优异且对人体健康有益的发热材料。碳纤维导电纸和聚吡咯(PPY)都具有良好的导电发热效果,且碳纤维导电纸发热产生的远红外线能够促进人体血液流通,但其很难做到发热均匀且发热温度较高。因此本研究的目的就是采用少量的碳纤维(CF)与其他纤维制备得到碳纤维分散均匀的碳纸前驱体(CPP),然后让PPY均匀分布在CPP上,最终得到发热均匀且发热温度较高的电热纸基复合材料。本文先通过湿法造纸成型技术得到碳纤维分散均匀的CPP,然后再采用液相聚合法和气相聚合法,使吡咯(PY)单体的亚胺键与芳纶浆粕的酰胺键形成氢键,并在氧化剂和掺杂剂作用下,在CPP上分别聚合得到液相聚吡咯/碳纤维(LPPY/CF)纸基复合材料和气相聚吡咯/碳纤维(GPPY/CF)纸基复合材料。并探讨它们最佳制备工艺,分别得到各自最低的电阻率。结果表明:CF含量为10wt%时,抄造的CPP效果最佳;选用90wt%的芳纶浆粕(AR)和10wt%的CF制备CPP,并在过硫酸铵(APS)为氧化剂,蒽醌-2-磺酸钠(AQS)为掺杂剂,吡咯(PY)浓度为0.75mol//L条件下,制备的LPPY/CF纸基复合材料电阻率最低,电阻率为0.152Ω·cm;选用90wt%的芳纶浆粕(AR)和10wt%的CF制备CPP,三氯化铁(FeCl3)浓度为1.2mol/L时,得到的GPPY/CF纸基复合材料电阻率达到最低值为0.139Ω·cm。可以看出,得到的GPPY/CF纸基复合材料导电性能稍优于LPPY/CF纸基复合材料。这是由于气相聚合法中PY单体基本上转化为PPY,而液相聚合法中有一部分未转化而导致其得到的纸基复合材料电阻率稍低。为了进一步对比LPPY/CF纸基复合材料与GPPY/CF纸基复合材料的性能优劣,对LPPY/CF纸基复合材料和GPPY/CF纸基复合材料进行了力学性能、导电发热性能和环境稳定性的测试。从力学性能方面:对比CPP,LPPY/CF纸基复合材料抗张指数提升40.08%,耐破指数提升46.49%,撕裂指数提升24.64%;而GPPY/CF的抗张指数提升93.83%,耐破指数提升115.21%,撕裂指数提升87.41%。可以看出,LPPY/CF纸基复合材料和GPPY/CF纸基复合材料力学性能都提高了,但是GPPY/CF纸基复合材料提高的更多。从导电发热性能方面:GPPY/CF纸基复合材料与LPPY/CF纸基复合材料对比,其不仅最小电阻率低于LPPY/CF,而且均匀性和导电发热性能都优于LPPY/CF纸基复合材料。从环境稳定性方面:LPPY/CF纸基复合材料与GPPY/CF纸基复合材料都是在弱酸性或中性条件下工作为佳,对于环境温度要求不高,但在储存耐久性和抗环境湿度LPPY/CF纸基复合材料较好。这是由于GPPY/CF纸基复合材料聚合生成的PPY更多更均匀,并且PY与芳纶浆粕结合产生的氢键更多,使得CPP中无定型区向结晶区转变更多,因此力学性能、均匀性和导电发热性能都优于LPPY/CF纸基复合材料;但是由于LPPY/CF纸基复合材料掺杂剂为AQS,AQS为大分子掺杂剂不易在PPY分子链上脱出,其材料中的PPY腐蚀程度较小,因此其储存耐久性更优。为了改善GPPY/CF纸基复合材料的储存耐久性并能够长期工作,将GPPY/CF纸基复合材料在15%浓度的酚醛树脂中浸渍,然后在160℃和6MPa的热压条件下,得到的气相聚吡咯/碳纤维树脂(GPPY/CFRP)纸基复合材料最优,并测试了GPPY/CFPR纸基复合材料的力学性能、电热性能和环境稳定性。由于酚醛树脂热压固化后与纤维之间交联,形成一层树脂膜,使得材料具有较高的疏水性,能够有效隔离空气中的O2和H2O,相比于GPPY/CF纸基复合材料,其力学性能、储存耐久性有很大提升,但是导电发热效果基本无差异。可知,GPPY/CFRP纸基复合材料具有更好的力学加工性能且能够长期服役工作,因此有着更广泛的应用前景。