一种导电纸制备设备的制作方法

1.本申请涉及导电纸制备技术领域，具体而言，涉及一种导电纸制备设备。


背景技术：

2.随着科学技术的发展和社会的进步，导电纸日益受到人们的重视，导电纸除具有导电性能外，还具有电磁屏蔽、吸收电磁波、导热等特殊功能。导电纸中的导电填料可分为碳系、金属系、金属氧化物系三类，其中，碳系导电填料主要有碳黑、石墨、碳纤维、石墨烯、碳纳米管、高温煅烧石油焦以及碳化硅等。
3.申请人在研发过程中注意到，纸张之所以韧性较好是由于纸张的制备过程是先把纤维素原料制成浆液，再用多种化学药品除去非纤维素成分后制成纸浆，然后经过打浆，把植物纤维素外壳打碎，让其纤维素高分子舒展开来，再经沉定、压平、烘干而成为纸。由于纤维素高分子长链上的羟基之间有一种较强的吸引力叫做氢键，纤维素纸浆经拍打之后，高分子展延，依靠这种吸引力而交织在一起，使纸有较大的韧性。
4.而现有技术中，一方面导电纸的导电涂层都是由导电的石墨、碳纳米管等材料构成的，这种材料不易与纤维素之间形成氢键，所以，现有导电纸生产设备生产导电纸的方式要么是通过强行粘接，要么采用高温融合，导致导电纸存在涂层易脱落或纸张较脆的问题。
5.另一方面，现有导电纸生产设备也不具有打开纸张氢键、将导电涂层添加至纸张网络结构中并形成氢键的能力。


技术实现要素：

6.本申请的目的在于：通过涂布设备进行改造，在保证纸张强度的前提下，利用水蒸气打开纸张中的氢键，并将打开的氢键与水溶性聚合物导电浆料相结合，形成一体化的导电纸，以避免导电纸的涂层脱落。
7.本申请的技术方案是：提供了一种导电纸制备设备，设备用于将水溶性聚合物导电浆料涂布于纸张，该设备包括：放料轮，预处理装置，印刷装置和收料轮；印刷装置的一端设置有放料轮，印刷装置的另一端设置有收料轮，印刷装置上设置有至少一组印刷轮组，放料轮和收料轮同向旋转，以使纸张通过印刷轮组时，印刷轮组将水溶性聚合物导电浆料涂布于纸张，制成导电纸；预处理装置设置于放料轮和印刷装置之间，预处理装置向经其上方运动至印刷轮组的纸张挥发水蒸气，以使纸张中的氢键打开。
8.上述任一项技术方案中，进一步地，预处理装置设置有物料平台，物料平台远离放料轮的一侧设置有第一豁口，预处理装置还包括：蒸气发生器，匀气槽以及第一轧辊；蒸气发生器设置于物料平台的下方，蒸气发生器与物料平台之间设置有匀气槽，蒸气发生器产生的水蒸气通过匀气槽均匀的挥发至物料平台；两个第一轧辊上下并行设置于第一豁口，两个第一轧辊以第一预设压力压平经过第一豁口上方的纸张。
9.上述任一项技术方案中，进一步地，第一轧辊上均布有第一弹性涂层，第一弹性涂层为弹性橡胶或弹性聚氨酯层；两个第一轧辊之间还设置有第一压力传感器，第一压力传
感器用于检测两个第一轧辊间的压力。
10.上述任一项技术方案中，进一步地，物料平台的上表面设置有第一微孔板，以便水蒸气挥发。
11.上述任一项技术方案中，进一步地，印刷轮组，包括：料槽，匀料器，印刷轮以及挤压轮；印刷轮设置于印刷装置的上方，挤压轮设置于印刷装置的下方，挤压轮正对于印刷轮；印刷轮的上方设置有匀料器，匀料器上设置有料槽，水溶性聚合物导电浆料由料槽注入匀料器后，被匀料器均布于印刷轮上，以使印刷轮将水溶性聚合物导电浆料涂布于纸张，其中，印刷轮的转向与放料轮的转向相同，且与挤压轮的转向相反，挤压轮以第二预设压力挤压印刷轮下方涂布有水溶性聚合物导电浆料的纸张。
12.上述任一项技术方案中，进一步地，印刷轮组，还包括：第二压力传感器；第二压力传感器位于挤压轮上，第二压力传感器用于检测印刷轮与挤压轮之间的压力。
13.上述任一项技术方案中，进一步地，印刷装置，还包括：送料泵以及输料管；输料管连接于送料泵和料槽，送料泵泵入的水溶性聚合物导电浆料通过输料管输送至料槽。
14.上述任一项技术方案中，进一步地，设备还包括：烘干装置；烘干装置设置于印刷装置和收料轮之间，烘干装置包括烘干平台、第二轧辊以及第一电热元件，烘干平台远离收料轮的一侧设置有第二豁口，两个第二轧辊上下并行设置于第二豁口，至少一个第二轧辊的内部设置有第一电热元件，第一电热元件产生的热量对第二轧辊加热，两个第二轧辊以第三预设压力压平经过第二豁口上方的导电纸。
15.上述任一项技术方案中，进一步地，第二轧辊上均布有第二弹性涂层，第二弹性涂层为弹性橡胶或弹性聚氨酯层；两个第二轧辊之间还设置有第三压力传感器，第三压力传感器用于检测两个第二轧辊间的压力。
16.上述任一项技术方案中，进一步地，烘干平台的上表面设置有第二微孔板，烘干平台下方设置有横风风机，横风风机鼓入的风通过第二微孔板吹至烘干平台上方，以干燥经过第二微孔板上方的导电纸；烘干平台的上表面还设置有第二电热元件，第二电热元件为加热丝。
17.本申请的有益效果是：
18.本申请中的技术方案，通过在印刷装置前设置预处理装置，对纸张进行水蒸气加热，以打开纸张中的氢键，并对印刷装置中泵入水溶性聚合物导电浆料的送料泵进行调节，包括流量和压力的调节，将水溶性聚合物导电浆料通过匀料器均匀地供料至印刷轮，再由印刷轮将水溶性聚合物导电浆料涂布在纸张上制成导电纸，使得水溶性聚合物导电浆料与纸张中的氢键相结合，在保证导电纸纸张强度的同时，还能够有效地避免导电纸的导电涂层脱落，并满足导电纸的导电性能需求，提高了导电纸的综合性能。
19.本申请还设置了烘干装置，利用第二轧辊中的第一电热元件、横风风机以及第二电热元件，对印刷装置制成的导电纸进行加热烘干，提高导电纸的制备效率。本申请还在预处理装置、印刷装置以及烘干装置中设置了相应的压力调节结构，对第一轧辊、印刷轮以及第二轧辊进行调节，利用第一轧辊、第二轧辊分别对水蒸气预处理加热后的纸张、涂布后的纸张进行平整处理，利用印刷轮保证印刷装置在涂布水溶性聚合物导电浆料时能够均匀的涂布在纸张上，以提高导电纸的生产效率和良品率。
附图说明
20.本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1是根据本申请的一个实施例的导电纸制备设备的示意框图；
22.图2是根据本申请的一个实施例的导电纸制备的示意图。
23.其中，1
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预处理装置，2
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印刷装置，3
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烘干装置，11
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放料轮，12
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蒸气发生器，121
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匀气槽，122
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第一微孔板，13
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第一轧辊，131
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第一弹性涂层，132
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第一压力传感器，141
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第一显示器，142
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第一速度调节系统，143
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温度/蒸气调节系统，21
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印刷轮组，211
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料槽，212
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匀料器，213
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印刷轮，214
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挤压轮，215
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第二压力传感器，24
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给料系统，241
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送料泵，242
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输料管，251
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第二速度调节系统、252
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第一压力控制系统、253
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流量控制系统，254
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第二显示器，31
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第二轧辊，311
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第二弹性涂层，312
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第一电热元件，313
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第三压力传感器，32
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收料轮，33
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烘干平台，331
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横风风机，332
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第二微孔板，333
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第二电热元件，341
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第三速度调节系统，342
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第二压力控制系统，343
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温度/风量控制系统，344
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第三显示器。
具体实施方式
24.为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
25.在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
26.本实施例示出一种水溶性聚合物导电浆料的制备过程。
27.步骤一：准备水溶性粘接剂，所述水溶性粘接剂带有氢键基团，将所述水溶性粘接剂溶解在水中形成溶液水溶聚合物；水溶性粘接剂包括羧甲基纤维素、醋酸淀粉、羧甲基淀粉、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、水解聚丙烯酰胺以及聚乙烯醇中的一种或多种。
28.步骤二：准备碳系导电材料，其中，碳系导电材料包括高导电石墨、石墨烯、碳纳米管以及导电炭黑中的一种或多种。
29.步骤三：将所述碳系导电材料与水溶性聚合物按比例混合获得相应导电浆料，即水溶性聚合物导电浆料。
30.具体的，称取羧甲基纤维素10g,通过磁力搅拌器均匀混合到50g的纯净水中，获得水溶聚合物的溶液，作为水溶性粘接剂。再将获得的溶液加热至80摄氏度，并加入中国科学院成都有机化学有限公司的水性碳纳米管导电浆料200g，磁力搅拌器设定1400r/min，均匀搅拌2h后获得水溶性聚合物导电浆料，经测定其粘度值为7000cps。
31.本实施例中的纸张可以为各类打印纸、复印纸及绘画用纸等。
32.如图1所示，本实施例提供了一种导电纸制备设备，设备用于将按照上述制备过程制备出的水溶性聚合物导电浆料涂布于纸张，该设备包括：放料轮11，预处理装置1，印刷装置2和收料轮32；
33.印刷装置2的一端设置有放料轮11，印刷装置2的另一端设置有收料轮32，预处理
装置1设置于放料轮11和印刷装置2之间，放料轮11位于该设备的左侧，通过支架固定在预处理装置1上，印刷装置2位于预处理装置1的右侧，位于右侧的收料轮32通过支架固定，其中，放料轮11和收料轮32同向旋转，以使纸张依次通过预处理装置1和印刷装置2上方，由预处理装置1利用水蒸气对纸张进行预处理加热，使得纸张中的氢键打开，当预处理加热后的纸张通过印刷装置2上方设置的印刷轮组21时，印刷轮组21将水溶性聚合物导电浆料涂布于纸张，以使水溶性聚合物导电浆料与纸张中的氢键相结合，在纸张上形成导电层，制备成导电纸，避免导电纸的涂层脱落，有助于提高导电纸的强度和综合性能。
34.以下将对本实施例中的导电纸制备设备进行详细阐述。
35.本实施例在制备导电纸之前，由预处理装置1向经其上方运动至印刷装置2的纸张挥发水蒸气，以使纸张中的氢键打开。
36.具体的，预处理装置1为箱体结构，其内部设置有多种支撑架，以便于支撑该装置中的各个结构单元，由各个结构单元共同协作实现对纸张的预处理加热。预处理装置1的支架上固定有物料平台，预处理装置1中的结构单元包括：蒸气发生器12，匀气槽121以及第一轧辊13；蒸气发生器12固定于物料平台的下方，以提供预处理加热过程中所需的水蒸气，通过调节蒸气发生器12产生的水蒸气量及其挥发量，能够调节纸张中的含水量，蒸气发生器12与物料平台之间设置有匀气槽121，匀气槽121由支撑架固定，蒸气发生器12产生的水蒸气通过匀气槽121均匀的挥发至物料平台，以使得纸张受热均匀，即将纸张上的氢键均匀的打开。
37.由于纸张经过水蒸气的加热后会变得褶皱，需要对纸张进行平整处理，以便后续由印刷装置2进行水溶性聚合物导电浆料的涂布，并且通过试验，当直接由轧辊在物料平台上对纸张进行压平时，容易存在受力不均的情况，因此，在物料平台远离放料轮11的一侧设置有第一豁口，两个第一轧辊13上下并行设置于第一豁口，并且固定两个第一轧辊13的支撑架上还设置有配套的轴承、电机、以及传动装置等，两个第一轧辊13以第一预设压力压平经过第一豁口上方的纸张，完成纸张的平整处理，其中，两个第一轧辊13上均布有第一弹性涂层131，以避免对纸张的划伤，进一步保证纸张的平整性，第一弹性涂层131为弹性橡胶或弹性聚氨酯层。
38.本实施例中，还可以在预处理装置1上设置相应的第一控制系统，包括第一显示器141、第一速度调节系统142、温度/蒸气调节系统143，由第一速度调节系统142调节两个第一轧辊13的转速，以匹配放料轮11、收料轮32的转速，由温度/蒸气调节系统143调节蒸气发生器12产生水蒸气的速率、水蒸气量，并由第一显示器141显示上述相关参数、以及设定的第一预设压力、两个第一轧辊13之间的实际压力值。
39.为了便于对两个第一轧辊13之间的实际压力值的检测，还可以在两个第一轧辊13之间设置第一压力传感器132，第一压力传感器132用于检测两个第一轧辊13间的压力，两个第一轧辊13之间压力可以通过调节两个第一轧辊13轴心的间距进行调节，可以手动调节，也可以通过设置相应的控制机构自动调节，本实施例中不进行限定。
40.进一步的，为了使得蒸气发生器12中产生的水蒸气能够更均匀的在物料平台上分布，本实施例中预处理装置1的物料平台上表面还可以设置有第一微孔板122，纸张在放料轮11和收料轮32的作用下运动，蒸气发生器12产生的水蒸气通过匀气槽121挥发至第一微孔板122，再由第一微孔板122将水蒸气挥发至其上方的纸张。
41.如图2所示，印刷装置2为框架结构，其下方设置有料回收槽，料回收槽的上方通过支架固定有至少一组印刷轮组21，每一组印刷轮组21都设置有配套的轴承、传动装置、电机等，本实施例中设置三组印刷轮组21，这三组印刷轮组21可以由同一电机通过传动装置驱动，也可以分别设置三组电机单独驱动，当设置三组电机单独驱动时，能够实现纸张面电阻梯度设计。
42.每一组印刷轮组21的结构相同，具体包括：料槽211，匀料器212，印刷轮213以及挤压轮214；印刷轮213设置于印刷装置2对纸张进行水溶性聚合物导电浆料涂布时纸张所在平面的上方，挤压轮214设置于该平面的下方，挤压轮214正对于印刷轮213，由印刷轮213将水溶性聚合物导电浆料涂布在纸张的上表面，由挤压轮214对涂布时的纸张进行挤压，一方面保证水溶性聚合物导电浆料与纸张充分接触，另一方面将多余的导电浆料挤压出纸张，保证最终生成的导电纸，在相同位置处具有一致的纸张面电阻，挤压出的导电浆料则由料回收槽进行回收。
43.对印刷轮213添加水溶性聚合物导电浆料时，为了保证浆料添加的均匀性，在印刷轮213上方的框架上设置匀料器212，匀料器212与印刷轮213相接触，匀料器212上设置有料槽211，水溶性聚合物导电浆料由料槽211注入匀料器212后，被匀料器212均布于印刷轮213上，以使印刷轮213将水溶性聚合物导电浆料涂布于纸张，制成导电纸。
44.向料槽211注入水溶性聚合物导电浆料时，可以人工添加，也可以设置送料泵241以及对应的输料管242组成给料系统24，由输料管242连接送料泵241和料槽211，送料泵241泵入的水溶性聚合物导电浆料通过输料管242输送至料槽211，通过调节送料泵241的流量，即可实现水溶性聚合物导电浆料的注入量。
45.需要说明的是，在纸张涂布过程中，印刷轮213的涂布方向与纸张的运动方向相同，即印刷轮213的转向与收料轮32的转向相同，而为了实现涂布过程中对浆料和纸张的挤压，将挤压轮214的转向设置为与印刷轮213的转向相反，且设定挤压轮214以第二预设压力挤压印刷轮213下方涂布有水溶性聚合物导电浆料的纸张。
46.进一步的，印刷轮组21还包括：第二压力传感器215；第二压力传感器215位于挤压轮214上，第二压力传感器215用于检测印刷轮213与挤压轮214之间的压力，该压力可以通过调节印刷轮213轴心与挤压轮214轴心的间距进行调节，可以手动调节，也可以通过设置相应的控制机构自动调节，本实施例中不进行限定。
47.本实施例中，还可以设置第一压力控制系统252以调节水溶性聚合物导电浆料的泵送压力，相应的，印刷装置2上的第二控制系统还包括第二速度调节系统251、流量控制系统253以及第二显示器254。由第二速度调节系统251调节三组印刷轮组21的转速，以匹配放料轮11、收料轮32、第一轧辊13的转速；流量控制系统253调节送料泵241的流量，进而实现对印刷轮213中水溶性聚合物导电浆料的控制；由第二显示器254显示上述相关参数、以及设定的第二预设压力、印刷轮213与挤压轮214之间的实际压力值等。
48.进一步的，为了加快制备好的导电纸的成形速率，该设备还包括：烘干装置3，以对印刷装置2制备成的导电纸进行烘干。烘干装置3设置于印刷装置2和收料轮32之间，收料轮32通过支架固定在烘干装置3的右侧，用于旋转回收制备好的导电纸。烘干装置3包括烘干平台33、第二轧辊31以及第一电热元件312。
49.为了第二轧辊31能够以均匀的受力压平印刷装置2制备成的导电纸，在烘干平台
33远离收料轮32的一侧(左侧)设置有第二豁口，两个第二轧辊31上下并行设置于第二豁口，并且固定两个第二轧辊31的支撑架上还设置有配套的轴承、电机、以及传动装置等，两个第二轧辊31以第三预设压力压平经过第二豁口上方的导电纸，其中，第二轧辊31上均布有第二弹性涂层311，第二弹性涂层311为弹性橡胶或弹性聚氨酯层，以避免划伤导电纸，进一步保证导电纸的平整性。
50.为了加快导电纸中水分的挥发，在至少一个第二轧辊31的内部设置第一电热元件312，利用第一电热元件312产生的热量对第二轧辊31进行加热，再利用加热后的第二轧辊31压平导电纸，加快导电纸的成形。
51.为了便于对两个第二轧辊31之间的实际压力值的检测，还可以在两个第二轧辊31之间设置第三压力传感器313，第三压力传感器313用于检测两个第二轧辊31间的压力，两个第二轧辊31之间压力可以通过调节两个第二轧辊31轴心的间距进行调节，可以手动调节，也可以通过设置相应的控制机构自动调节，本实施例中不进行限定。
52.进一步的，为了加快对导电纸的烘干，烘干装置3中还设置有第二微孔板332、横风风机331、第二电热元件333。
53.烘干平台33的上表面设置有第二微孔板332、以及第二电热元件333，其中，第二电热元件333为加热丝，烘干平台33下方设置有横风风机331，横风风机331鼓入的风通过第二微孔板332吹至烘干平台33上方，以干燥经过第二微孔板332上方的导电纸。
54.本实施例中，还可以在烘干装置3上设置相应的第三控制系统，包括第三速度调节系统341，第二压力控制系统342，温度/风量控制系统343，第三显示器344，由第三速度调节系统341调节两个第二轧辊31的转速，以匹配放料轮11、第一轧辊13、收料轮32的转速；由第二压力控制系统342控制两个第二轧辊31间的压力；由温度/风量控制系统343调节第二电热元件333、横风风机331的加热温度和送风量，并由第三显示器344显示上述相关参数。
55.需要说明的是，本实施例中的第一控制系统、第二控制系统、第三控制系统还可以集成设置，作为一个单独的控制柜，对本实施例中的导电纸制备设备进行控制，具体的控制方式本实施例中并不限定。
56.本实施例还示出一种利用上述导电纸制备设备制作导电纸的过程。
57.首先，将纸张固定于放料轮11上，将纸张端头延伸出一部分并固定于收料轮32上，以便于印刷过程的连续性。同时在预处理装置1上利用水蒸气对纸张进行氢键打开处理，具体方法为：将预处理装置1中的蒸气发生器12升温至80摄氏度，使其挥发出水蒸气，通过第一微孔板122作用于纸张上，调节水蒸气的挥发量以控制纸张含水量不大于20％，这样，既保证纸张中大量的氢键的打开，同时又预留一部分氢键维持纸张的强度及韧性。
58.之后，将三组印刷轮组21的压力调节为0.5kgf/cm2，送料泵241流量调节为20ml/s，通过调节泵流量、泵送压力、印刷轮213与挤压轮214间的压力，精准控制导电浆料填入纸张的填入量和厚度，从而精准控制导电纸的面电阻阻值。另外，三组印刷轮组21可分别进行压力和流量的控制，实现纸张面电阻梯度设计。
59.最后，将烘干装置3的第二轧辊31升温至90摄氏度，压力调节为0.3kgf/cm2，将上述获得的导电纸进行平整化处理，并完成导电浆料和纸张中的氢键基团键合形成新氢键，提高导电纸的韧性和强度，然后通过横风风机331和第二电热元件333进行烘干，设定烘干温度为60摄氏度，风量为5立方米/分钟，最后利用收料轮32进行收卷操作，即完成导电纸的
制备。
60.为了验证上述过程制备的导电纸的性能，使用上海华岩有限公司生产的fz
‑
2006a半导体电阻率测试仪，在室温条件下，采用四探针法对导电纸表面电阻率进行测定，测试结果为面电阻值为15ω/sq。
61.将纸张剪成15mm
×
100mm的样品，按照gb/t12914
‑
2008的测定方法，采用l&w公司抗张强度试验仪对导电纸干拉力进行测定，抗张强度为85n
·
m/g。
62.综上，制备成的导电纸其面电阻值能够满足对导电纸的导电性能要求，且其抗张强度与现有导电纸相比，具有明显的提升。
63.以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种导电纸制备设备，该设备用于将水溶性聚合物导电浆料涂布于纸张，该装置包括：放料轮，预处理装置，印刷装置和收料轮；印刷装置的一端设置有放料轮，印刷装置的另一端设置有收料轮，印刷装置上设置有至少一组印刷轮组，放料轮和收料轮同向旋转，以使纸张通过印刷轮组，印刷轮组用于将水溶性聚合物导电浆料涂布于纸张；预处理装置设置于放料轮和印刷装置之间，预处理装置用于向由其上方运动至印刷装置的纸张释放水蒸气，以使纸张中的氢键打开。通过本申请中的技术方案，由预处理装置对纸张进行水蒸气加热，以打开纸张中的氢键，再由印刷装置将水溶性聚合物导电浆料涂布在纸张上制成导电纸，在保证纸张强度的同时，使得水溶性聚合物导电浆料与纸张中的氢键相结合，避免导电纸的涂层脱落。
64.在本申请中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
65.附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本申请的原理进行说明，并非意在对本申请进行限制。
66.尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对实用新型所作的各种变型、改型及等效方案。