CN101864635A

CN101864635A - 一种制造高强度粘胶基活性炭纤维布的方法

Info

Publication number: CN101864635A
Application number: CN201010181478.0A
Authority: CN
Inventors: 王同华; 周健; 周茅峰; 丁炳华
Original assignee: JIANGSU TONGKANG ACTIVATED CARBON FIBER CO Ltd; Dalian University of Technology
Current assignee: Jiangsu Tongkang Special Activated Carbon Fiber & Fabric Co., Ltd.; Dalian University of Technology
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: CN101864635B

Abstract

本发明公开了一种制造高强度粘胶基活性炭纤维布的方法，以长粘胶纤维丝为原丝织造的粘结纤维布为原料，根据其组成和结构特点，采用不含磷的化学试剂为阻燃剂，并添加可提高活性炭纤维布机械强度的石墨化促进剂，经连续式低、高温炭化、活化及牵伸等工艺过程，制造出微孔结构发达，具有高强度的粘胶基活性炭纤维布。本发明采用生产工艺过程简单，易于控制，可连续化生产，并可根据实际应用要求进行生产工艺优化，制造出不同规格的高强度活性炭纤维布产品。可广泛地应用于制造的防火、防毒、防化等防护用品及装饰用品等产品。

Description

一种制造高强度粘胶基活性炭纤维布的方法

技术领域

本发明属于炭材料技术领域，涉及到一种活性炭纤维材料制造方法，特别是涉及到一种高强度粘胶基活性炭纤维布的制造方法。

背景技术

活性炭纤维是20世纪70年代初发展起来的一种新型多孔性吸附功能材料和环保工程材料。它是以天然或人造纤维如粘结纤维、聚合物纤维为原料，经低温炭化、高温活化制备而成，具有发达和独特的微孔孔隙和表面结构的一种丝状或纤维状活性炭。与传统颗粒活性炭相比，活性炭纤维具有有效比表面积大，吸附容量高，特别是对低浓度气体也有很好的吸附能力等优异性能。活性炭纤维布是由具有经纬相互交织织物结构的平织布或斜纹布构成。它除了具有活性炭纤维所拥有的优异特性外，还具有优良的耐高温性能、导电性能、化学稳定性以及良好的柔韧性和机械强度。可作为耐高温材料和防火阻燃材料应用于各种高温设备的保温材料、制造防火、防毒、防化等防护用品如防毒服、防毒面具、防毒帽及装饰材料等方面。

目前生产粘胶基活性炭纤维布的方法与生产活性炭纤维的方法基本相同。如陈胜军提出的一种超级电容器专用活性炭纤维布的制备方法(公开号：CN 101562076A)，就是以粘胶纤维作为原材料布，采用磷酸铵类活化剂和氯化钾催化剂的混合液作为浸渍剂，然后低温炭化、高温活化，最后经洗涤、烘干处理过程后制备成为超级电容器电极材料。但是，采用上述方法制备的活性炭纤维布一般机械强度较差，制造的防火、防毒、防化等防护用品如防毒服、防毒面具、防毒帽及装饰用品等产品强度低，使用寿命短，无法满足实际应用的需求，更无法与国外的同类产品竞争。所以，提高活性炭纤维布的机械强度，研制高强度活性炭纤维布已经成为提升活性炭纤维布产品品质的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制造高强度粘胶基活性炭纤维布的方法，本方法以长粘胶纤维丝为原丝织造的粘结纤维布为原料，根据其组成和结构特点，采用不含磷的化学试剂为阻燃剂，并添加可提高活性炭纤维布机械强度的石墨化促进剂，经连续式低温炭化及牵伸，高温炭化与活化及牵伸工艺，制造出具有高强度的粘胶基活性炭纤维布。

本发明的技术方案包括如下步骤：

1、选用以长粘胶纤维丝为原丝织造的粘结纤维平纹或斜纹布为原料，布的重量为300-1000g/m²，并将其进行清洗以除去丝表面的油迹、胶体、灰尘等杂质；

2、选用一种或几种氯化物或硼化物为阻燃剂配制浸渍溶液，并添加一种或几种无机金属盐为石墨化促进剂；阻燃剂浸渍溶液的总浓度为3-15％(重量百分数，wt％)，石墨化促进剂的总添加量为以浸渍溶液为基准的1-9％(重量百分数，wt％，)；

3、把粘胶纤维布浸渍在浸渍溶液中10-50min，经挤压脱水后，进行干燥和预氧化处理，干燥和预氧化处理温度为120-220℃，在处理过程中应进行牵伸使布平整。

4、处理后的布送入连续式低温炭化设备中，在氮气的保护下进行低温炭化，控制停留时间为15-60min，炭化设备的温度分布为150-400℃，并在炭化过程中保持牵伸作用，控制布的收缩率在10-30％(体积百分数，v％)；

5、炭化布送入连续式高温炭化和活化设备中，经过10-20min的高温炭化后进行活化，活化剂为H₂O+CO₂混合气，混合气中CO₂/H₂O比为0.2-0.5(重量比wt)，加入量为200-600L/min；控制炭化布的停留时间为15-35min；高温炭化和活化设备的温度分布为400-950℃，并在高温炭化和活化过程中保持牵伸作用，控制布的收缩率在10-20％(体积百分数，v％)：。

所述的阻燃剂氯化物为HCl、NH₄Cl、ZnCl₂、NaCl、KCl中的一种或几种的混合物；

所述的阻燃剂硼化物为H₃BO₃、Na₃BO₃、Ni₃(BO₃)₂或AlBO₃中的一种或几种的混合物；

所述的石墨化促进剂无机金属盐为MgCl₂、FeCl₃、CuCl₂、MnCl₂、AgCl、AlCl₃、CoCl₂、NiSO₄、CoSO₄中的一种或几种的混合物；

本发明的效果和益处是：

采用本发明方法制备的活性炭纤维布机械强度高、微孔结构发达；生产工艺过程简单，易于控制，可连续化生产，制造成本低，并容易工艺放大，实现产业化生产；并可根据实际应用要求进行生产工艺优化，制造出不同规格的高强度活性炭纤维布产品，提高活性炭纤维布的核心竞争力。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式和实施例。

实施例1

取长丝织造的粘结纤维平纹布30米，清洗除去表面的油迹、胶体、灰尘等杂质，然后在120℃干燥；以HCl、NH₄Cl、ZnCl₂为阻燃剂配制成总浓度为10％(wt％)的浸渍溶液，其中HCl∶NH₄Cl∶ZnCl₂为1∶4∶1；并加入相当于浸渍溶液5％(wt％)的FeCl₃、CuCl₂、MnCl₂混合物，其中FeCl₃∶CuCl₂∶MnCl₂为1∶1∶1；把粘胶纤维布浸渍在浸渍溶液中20min，经挤压脱水，在120℃干燥后，在200℃下进行预氧化处理，并同时进行牵伸使布平整。处理后的布直接送入低温炭化炉中，在氮气的保护下进行低温炭化，控制炭化终温为380℃，停留时间为45min，并在炭化过程中保持牵伸，控制布的收缩率在20％(v％)；最后，把炭化布送入高温炭化和活化炉中，进行高温炭化和活化；控制高温炭化和活化终温为900℃，炭化停留时间为10min，活化停留时间为20min，活化剂为H₂O+CO₂混合气，混合气中CO₂/H₂O比为0.3，加入量为400L/min；并在高温炭化和活化过程中保持牵伸，控制布的收缩率在20％(v％)。

效果：制备得到的活性炭纤维布的性能指标为：BET比表面积＝1080m²/g，拉伸断裂强度径向＝108N，纬向＝68N，撕破强度＝8.5N；

实施例2

取长丝织造的粘结纤维斜纹布30米，清洗除去表面的油迹、胶体、灰尘等杂质，然后在120℃干燥；以KCl、NH₄Cl、ZnCl₂为阻燃剂配制成总浓度为10％(wt％)的浸渍溶液，其中KCl∶NH₄Cl∶ZnCl₂为1∶10∶3；并加入相当于浸渍溶液5％(wt％)的AlCl₃、CoCl₂、FeCl₃混合物，其中AlCl₃∶CoCl₂∶FeCl₃为3∶1∶1；把粘胶纤维布浸渍在浸渍溶液中20min，经挤压脱水，在120℃干燥后，在220℃下进行预氧化处理，并同时进行牵伸使布平整。处理后的布直接送入低温炭化炉中，在氮气的保护下进行低温炭化，控制炭化终温为380℃，停留时间为40min，并在炭化过程中保持牵伸，控制布的收缩率在20％(v％)；最后，把炭化布送入高温炭化和活化炉中，进行高温炭化和活化；控制高温炭化和活化终温为900℃，炭化停留时间为5min，活化停留时间为25min，活化剂为H₂O+CO₂混合气，混合气中CO₂/H₂O比为0.3，加入量为400L/min；并在高温炭化和活化过程中保持牵伸，控制布的收缩率在20％(v％)。

效果：制备的活性炭纤维布的性能指标为：BET比表面积＝1080m²/g，拉伸断裂强度径向＝116N，纬向＝79N，撕破强度＝10N

实施例3

取长丝织造的粘结纤维斜纹布30米，清洗除去表面的油迹、胶体、灰尘等杂质，然后在120℃干燥；以H₃BO₃、Na₃BO₃为阻燃剂配制成总浓度为15％(wt％)的浸渍溶液，其中H₃BO₃∶Na₃BO₃为1∶3；并加入相当于浸渍溶液6％(wt％)的NiSO₄、CoSO₄、AlCl₃混合物，其中NiSO₄∶CoSO₄∶AlCl₃为1∶2∶4；把粘胶纤维布浸渍在浸渍溶液中25min，经挤压脱水，在120℃干燥后，在180℃下进行预氧化处理，并同时进行牵伸使布平整。处理后的布直接送入低温炭化炉中，在氮气的保护下进行低温炭化，控制炭化终温为380℃，停留时间为30min，并在炭化过程中保持牵伸，控制布的收缩率在20％(v％)；最后，把炭化布送入高温炭化和活化炉中，进行高温炭化和活化；控制高温炭化和活化终温为900℃，炭化停留时间为10min，活化停留时间为25min，活化剂为H₂O+CO₂混合气，混合气中CO₂/H₂O比为0.5，加入量为500L/min；并在高温炭化和活化过程中保持牵伸，控制布的收缩率在20％(v％)。

效果：制备的活性炭纤维布的性能指标为：BET比表面积＝980m²/g，拉伸断裂强度径向＝110N，纬向＝81N，撕破强度＝9N

实施例4

取长丝织造的粘结纤维平纹布30米，清洗除去表面的油迹、胶体、灰尘等杂质，然后在120℃干燥；以H₃BO₃、Na₃BO₃、AlBO₃为阻燃剂配制成总浓度为15％(wt％)的浸渍溶液，其中H₃BO₃∶Na₃BO₃∶AlBO₃为2∶2∶1；并加入相当于浸渍溶液7％(wt％)的FeCl₃、NiSO₄、CoSO₄混合物，其中FeCl₃∶NiSO₄∶CoSO₄为3∶1∶1；把粘胶纤维布浸渍在浸渍溶液中20min，经挤压脱水后，在120℃干燥后，在220℃下进行预氧化处理，并同时进行牵伸使布平整。处理后的布直接送入低温炭化炉中，在氮气的保护下进行低温炭化，控制炭化终温为380℃，停留时间为40min，并在炭化过程中保持牵伸，控制布的收缩率在20％(v％)；最后，把炭化布送入高温炭化和活化炉中，进行高温炭化和活化；控制高温炭化和活化终温为900℃，炭化停留时间为5min，活化停留时间为25min，活化剂为H₂O+CO₂混合气，混合气中CO₂/H₂O比为0.2，加入量为400L/min；并在高温炭化和活化过程中保持牵伸，控制布的收缩率在20％(v％)。

效果：制备的活性炭纤维布的性能指标为：BET比表面积＝1100m²/g，拉伸断裂强度径向＝100N，纬向＝73N，撕破强度＝11N

实施例5

取长丝织造的粘结纤维斜纹布30米，清洗除去表面的油迹、胶体、灰尘等杂质，然后在120℃干燥；以H₃BO₃、Na₃BO₃、Ni₃(BO₃)₂为阻燃剂配制成总浓度为15％(wt％)的浸渍溶液，其中H₃BO₃∶Na₃BO₃∶Ni₃(BO₃)₂为2∶2∶1；并加入相当于浸渍溶液5％(wt％)的FeCl₃、CuCl₂、AlCl₃混合物，其中FeCl₃∶CuCl₂∶AlCl₃为1∶2∶4；把粘胶纤维布浸渍在浸渍溶液中20min，经挤压脱水后，在120℃干燥后，在220℃下进行预氧化处理，并同时进行牵伸使布平整。处理后的布直接送入低温炭化炉中，在氮气的保护下进行低温炭化，控制炭化终温为380℃，停留时间为40min，并在炭化过程中保持牵伸，控制布的收缩率在20％(v％)；最后，把炭化布送入高温炭化和活化炉中，进行高温炭化和活化；控制高温炭化和活化终温为900℃，炭化停留时间为5min，活化停留时间为25min，活化剂为H₂O+CO₂混合气，混合气中CO₂/H₂O比为0.2，加入量为400L/min；并在高温炭化和活化过程中保持牵伸，控制布的收缩率在20％(v％)。

效果：制备的活性炭纤维布的性能指标为：BET比表面积＝880m²/g，拉伸断裂强度径向＝1016N，纬向＝80N，撕破强度＝8N

实施例6

取长丝织造的粘结纤维斜纹布30米，清洗除去表面的油迹、胶体、灰尘等杂质，然后在120℃干燥；以KCl、NH₄Cl、ZnCl₂为阻燃剂配制成总浓度为10％(wt％)的浸渍溶液，其中KCl∶NH₄Cl∶ZnCl₂为1∶10∶3；并加入相当于浸渍溶液6％(wt％)的CoCl₂、CuCl₂、AlCl₃混合物，其中CoCl₂∶CuCl₂∶AlCl₃为1∶1∶3；把粘胶纤维布浸渍在浸渍溶液中20min，经挤压脱水后，在120℃干燥后，在200℃下进行预氧化处理，并同时进行牵伸使布平整。处理后的布直接送入低温炭化炉中，在氮气的保护下进行低温炭化，控制炭化终温为380℃，停留时间为35min，并在炭化过程中保持牵伸，控制布的收缩率在15％(v％)；最后，把炭化布送入高温炭化和活化炉中，进行高温炭化和活化；控制高温炭化和活化终温为900℃，炭化停留时间为5min，活化停留时间为25min，活化剂为H₂O+CO₂混合气，混合气中CO₂/H₂O比为0.5，加入量为500L/min；并在高温炭化和活化过程中保持牵伸，控制布的收缩率在20％(v％)。

效果：制备的活性炭纤维布的性能指标为：BET比表面积＝1180m²/g，拉伸断裂强度径向＝1090N，纬向＝85N，撕破强度＝11N。

Claims

1.一种制造高强度粘胶基活性炭纤维布的方法，其特征在于：包括下列步骤：

(1)选用粘结纤维布为原料，并将其进行清洗；

(2)选用一种或几种氯化物或硼化物为阻燃剂，并配制浸渍溶液，并在浸渍溶液中添加一种或几种无机金属盐为石墨化促进剂；

(3)把粘胶纤维布浸渍在浸渍溶液中10-50min，经挤压脱水后，进行干燥和预氧化处理，干燥和预氧化处理温度为120-220℃，在处理过程中应进行牵伸使布平整；

(4)处理后的布送入连续式低温炭化设备中，在氮气的保护下进行低温炭化，控制停留时间为15-60min，炭化温度为150-400℃，并在炭化过程中保持牵伸作用，控制布的收缩率在10-30v％；

(5)炭化布送入连续式高温炭化和活化设备中，经过10-20min的高温炭化后进行活化，活化剂为混合气，加入量为200-600L/min；控制炭化布的停留时间为15-35min；高温炭化和活化设备的温度为400-950℃，并在高温炭化和活化过程中保持牵伸作用，控制布的收缩率在10-20v％。

2.根据权利要求1所述的一种制造高强度粘胶基活性炭纤维布的方法，其特征在于：粘结纤维布是以长粘胶纤维丝为原丝织造而成的平纹或斜纹布，布的重量为300-1000g/m²；

3.根据权利要求1所述的一种制造高强度粘胶基活性炭纤维布的方法，其特征在于：混合气为H₂O和CO₂混合物，混合气中CO₂/H₂O重量比为0.2-0.5。

4.根据权利要求1所述的一种制造高强度粘胶基活性炭纤维布的方法，其特征在于：氯化物为HCl、NH₄Cl、ZnCl₂、NaCl、KCl中的一种或几种的混合物；硼化物为H₃BO₃、Na₃BO₃、Ni₃(BO₃)₂、AlBO₃中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种制造高强度粘胶基活性炭纤维布的方法，其特征在于：无机金属盐为MgCl₂、FeCl₃、CuCl₂、MnCl₂、AgCl、AlCl₃、CoCl₂、NiSO₄、CoSO₄中的一种或几种的混合物。