CN105951217A - 一种雾化鞣酸改性聚丙烯腈碳纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雾化鞣酸改性聚丙烯腈碳纤维的制备方法，属于聚丙烯腈碳纤维制备技术领域。本发明通过将鞣酸雾化，在碳纤维静电纺丝过程中，通过鞣酸中小分子物质，插入碳纤维分子链间，降低了碳纤维分子之间的作用力，使分子链间作用力大大降低，减少其摩擦与粘连，同时在外力场作用下，使碳纤维分子链节之间重排，增强其致密性，提高聚丙烯腈碳纤维抗拉强度和拉伸强度，本发明制备的改性聚丙烯腈碳纤维断裂伸长率可达110%以上，拉伸强度可达1350kg/cm2以上，且制备步骤简单，绿色环保，对人体无害，无污染。

Description

一种雾化鞣酸改性聚丙烯腈碳纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及一种雾化鞣酸改性聚丙烯腈碳纤维的制备方法，属于聚丙烯腈碳纤维制备技术领域。
背景技术
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产工艺简单，具有较高的碳化收率，且力学性能优良，自20世纪60年代以来取得了长足发展，是当前碳纤维工业生产的主流。碳纤维很少直接应用，大多是经深加工制成中间产物或复合材料使用。碳纤维复合材料的性能不仅取决于其组成材料，也取决于其组成材料之间的界面质量，良好的界面结合能有效地传递载荷，充分发挥增强纤维高强高模的特性，提高复合材料的力学性能。
但是现有制备的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维原丝强度低，严重影响碳纤维拉伸强度，在一定的范围内，碳纤维抗拉强度随着原丝强力的提高而提高，同时在制备的聚丙烯腈碳纤维中，绝大多数缺陷是碳纤维表面缺陷，这主要是由于单丝之间的粘连和摩擦，损伤原丝表面造成表面缺陷而造成的，所以需要一种有效的改性聚丙烯腈碳纤维的方法很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有制备的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维拉伸强度低，且单丝之间的粘连和摩擦，损伤原丝表面造成表面缺陷的问题，通过了一种将鞣酸雾化，在碳纤维静电纺丝过程中，通过鞣酸中小分子物质，插入碳纤维分子链间，降低了碳纤维分子之间的作用力，使分子链间作用力大大降低，减少其摩擦与粘连，同时在外力场作用下，使碳纤维分子链节之间重排，增强其致密性的方法，提高聚丙烯腈碳纤维抗拉强度和拉伸强度。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
（1）按质量比1:5，将聚丙烯腈树脂添加二甲基甲酰胺中，搅拌混合并置于三口烧瓶中，在85～90℃下水浴加热45～60min，待水浴加热完成后，将三口烧瓶置于200～300W下超声分散处理10～15min，制备得聚丙烯腈分散液；
（2）按质量比1:10，将鞣酸与去离子水搅拌混合，制备得鞣酸溶液，将其置于雾化装置中，随后对雾化装置中压缩机内通入氮气至3～5MPa，在10000～15000m3/h气流作用下，将鞣酸溶液吹散为雾状液滴，随后将鞣酸雾化装置置于静电纺丝装置上方，并将上述制备的聚丙烯腈分散液置于静电纺丝注射喷头中，在10～15kV、接收距离为10～15cm条件下注射纺丝，控制注射速度为0.5mL/h；
（3）待注射纺丝开始后，打开雾化装置，将雾化鞣酸溶液沉降至聚丙烯腈纤维表面，待静电纺丝10～15h后，收集鞣酸改性聚丙烯腈纤维，将其置于65～80℃下干燥20～24h，制备得干燥鞣酸改性聚丙烯腈纤维；
（4）将上述制备的干燥鞣酸改性聚丙烯腈纤维置于坩埚中，在85～90℃管式炉中活化处理10～15min，随后按10℃/min缓慢升温至250～300℃，对其预氧化处理25～30min；
（5）待预氧化完成后，对管式炉中通氮气排除空气，随后在氮气气氛下，按5℃/min缓慢升温至950～1000℃，使其炭化处理25～30min，待炭化完成后，停止加热，将步骤（2）采用的鞣酸雾化装置对其冷却降温至室温，随后停止雾化降温，制备得冷却改性聚丙烯腈碳纤维，随后用无水乙醇洗涤3～5次，再在65～80℃下干燥6～8h，即可制备得一种雾化鞣酸改性聚丙烯腈碳纤维。
本发明制备的改性聚丙烯腈碳纤维断裂伸长率为110%，拉伸强度可达1300kg/cm2，杨氏模量可达15GPa以上。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的改性聚丙烯腈碳纤维断裂伸长率可达110%以上，拉伸强度可达1350kg/cm2以上；
（2）本发明制备步骤简单，绿色环保，对人体无害，无污染。
具体实施方式
首先按质量比1:5，将聚丙烯腈树脂添加二甲基甲酰胺中，搅拌混合并置于三口烧瓶中，在85～90℃下水浴加热45～60min，待水浴加热完成后，将三口烧瓶置于200～300W下超声分散处理10～15min，制备得聚丙烯腈分散液；按质量比1:10，将鞣酸与去离子水搅拌混合，制备得鞣酸溶液，将其置于雾化装置中，随后对雾化装置中压缩机内通入氮气至3～5MPa，在10000～15000m3/h气流作用下，将鞣酸溶液吹散为雾状液滴，随后将鞣酸雾化装置置于静电纺丝装置上方，并将上述制备的聚丙烯腈分散液置于静电纺丝注射喷头中，在10～15kV、接收距离为10～15cm条件下注射纺丝，控制注射速度为0.5mL/h；待注射纺丝开始后，打开雾化装置，将雾化鞣酸溶液沉降至聚丙烯腈纤维表面，待静电纺丝10～15h后，收集鞣酸改性聚丙烯腈纤维，将其置于65～80℃下干燥20～24h，制备得干燥鞣酸改性聚丙烯腈纤维；将上述制备的干燥鞣酸改性聚丙烯腈纤维置于坩埚中，在85～90℃管式炉中活化处理10～15min，随后按10℃/min缓慢升温至250～300℃，对其预氧化处理25～30min；待预氧化完成后，对管式炉中通氮气排除空气，随后在氮气气氛下，按5℃/min缓慢升温至950～1000℃，使其炭化处理25～30min，待炭化完成后，停止加热，将步骤（2）采用的鞣酸雾化装置对其冷却降温至室温，随后停止雾化降温，制备得冷却改性聚丙烯腈碳纤维，随后用无水乙醇洗涤3～5次，再在65～80℃下干燥6～8h，即可制备得一种雾化鞣酸改性聚丙烯腈碳纤维。
实例1
首先按质量比1:5，将聚丙烯腈树脂添加二甲基甲酰胺中，搅拌混合并置于三口烧瓶中，在85℃下水浴加热45min，待水浴加热完成后，将三口烧瓶置于200W下超声分散处理10min，制备得聚丙烯腈分散液；按质量比1:10，将鞣酸与去离子水搅拌混合，制备得鞣酸溶液，将其置于雾化装置中，随后对雾化装置中压缩机内通入氮气至3MPa，在10000m3/h气流作用下，将鞣酸溶液吹散为雾状液滴，随后将鞣酸雾化装置置于静电纺丝装置上方，并将上述制备的聚丙烯腈分散液置于静电纺丝注射喷头中，在10kV、接收距离为10cm条件下注射纺丝，控制注射速度为0.5mL/h；待注射纺丝开始后，打开雾化装置，将雾化鞣酸溶液沉降至聚丙烯腈纤维表面，待静电纺丝10h后，收集鞣酸改性聚丙烯腈纤维，将其置于65℃下干燥20h，制备得干燥鞣酸改性聚丙烯腈纤维；将上述制备的干燥鞣酸改性聚丙烯腈纤维置于坩埚中，在85℃管式炉中活化处理10min，随后按10℃/min缓慢升温至250℃，对其预氧化处理25min；待预氧化完成后，对管式炉中通氮气排除空气，随后在氮气气氛下，按5℃/min缓慢升温至950℃，使其炭化处理25min，待炭化完成后，停止加热，将鞣酸雾化装置对其冷却降温至室温，随后停止雾化降温，制备得冷却改性聚丙烯腈碳纤维，随后用无水乙醇洗涤3次，再在65℃下干燥6h，即可制备得一种雾化鞣酸改性聚丙烯腈碳纤维。
实例2
首先按质量比1:5，将聚丙烯腈树脂添加二甲基甲酰胺中，搅拌混合并置于三口烧瓶中，在87℃下水浴加热52min，待水浴加热完成后，将三口烧瓶置于250W下超声分散处理12min，制备得聚丙烯腈分散液；按质量比1:10，将鞣酸与去离子水搅拌混合，制备得鞣酸溶液，将其置于雾化装置中，随后对雾化装置中压缩机内通入氮气至4MPa，在12000m3/h气流作用下，将鞣酸溶液吹散为雾状液滴，随后将鞣酸雾化装置置于静电纺丝装置上方，并将上述制备的聚丙烯腈分散液置于静电纺丝注射喷头中，在12kV、接收距离为12cm条件下注射纺丝，控制注射速度为0.5mL/h；待注射纺丝开始后，打开雾化装置，将雾化鞣酸溶液沉降至聚丙烯腈纤维表面，待静电纺丝12h后，收集鞣酸改性聚丙烯腈纤维，将其置于75℃下干燥22h，制备得干燥鞣酸改性聚丙烯腈纤维；将上述制备的干燥鞣酸改性聚丙烯腈纤维置于坩埚中，在87℃管式炉中活化处理12min，随后按10℃/min缓慢升温至275℃，对其预氧化处理27min；待预氧化完成后，对管式炉中通氮气排除空气，随后在氮气气氛下，按5℃/min缓慢升温至975℃，使其炭化处理27min，待炭化完成后，停止加热，将鞣酸雾化装置对其冷却降温至室温，随后停止雾化降温，制备得冷却改性聚丙烯腈碳纤维，随后用无水乙醇洗涤4次，再在75℃下干燥7h，即可制备得一种雾化鞣酸改性聚丙烯腈碳纤维。
实例3
首先按质量比1:5，将聚丙烯腈树脂添加二甲基甲酰胺中，搅拌混合并置于三口烧瓶中，在90℃下水浴加热60min，待水浴加热完成后，将三口烧瓶置于300W下超声分散处理15min，制备得聚丙烯腈分散液；按质量比1:10，将鞣酸与去离子水搅拌混合，制备得鞣酸溶液，将其置于雾化装置中，随后对雾化装置中压缩机内通入氮气至5MPa，在15000m3/h气流作用下，将鞣酸溶液吹散为雾状液滴，随后将鞣酸雾化装置置于静电纺丝装置上方，并将上述制备的聚丙烯腈分散液置于静电纺丝注射喷头中，在15kV、接收距离为15cm条件下注射纺丝，控制注射速度为0.5mL/h；待注射纺丝开始后，打开雾化装置，将雾化鞣酸溶液沉降至聚丙烯腈纤维表面，待静电纺丝15h后，收集鞣酸改性聚丙烯腈纤维，将其置于80℃下干燥24h，制备得干燥鞣酸改性聚丙烯腈纤维；将上述制备的干燥鞣酸改性聚丙烯腈纤维置于坩埚中，在90℃管式炉中活化处理15min，随后按10℃/min缓慢升温至300℃，对其预氧化处理30min；待预氧化完成后，对管式炉中通氮气排除空气，随后在氮气气氛下，按5℃/min缓慢升温至1000℃，使其炭化处理30min，待炭化完成后，停止加热，将鞣酸雾化装置对其冷却降温至室温，随后停止雾化降温，制备得冷却改性聚丙烯腈碳纤维，随后用无水乙醇洗涤5次，再在80℃下干燥8h，即可制备得一种雾化鞣酸改性聚丙烯腈碳纤维。

Claims (1)

1.一种雾化鞣酸改性聚丙烯腈碳纤维的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按质量比1:5，将聚丙烯腈树脂添加二甲基甲酰胺中，搅拌混合并置于三口烧瓶中，在85～90℃下水浴加热45～60min，待水浴加热完成后，将三口烧瓶置于200～300W下超声分散处理10～15min，制备得聚丙烯腈分散液；
（2）按质量比1:10，将鞣酸与去离子水搅拌混合，制备得鞣酸溶液，将其置于雾化装置中，随后对雾化装置中压缩机内通入氮气至3～5MPa，在10000～15000m3/h气流作用下，将鞣酸溶液吹散为雾状液滴，随后将鞣酸雾化装置置于静电纺丝装置上方，并将上述制备的聚丙烯腈分散液置于静电纺丝注射喷头中，在10～15kV、接收距离为10～15cm条件下注射纺丝，控制注射速度为0.5mL/h；
（3）待注射纺丝开始后，打开雾化装置，将雾化鞣酸溶液沉降至聚丙烯腈纤维表面，待静电纺丝10～15h后，收集鞣酸改性聚丙烯腈纤维，将其置于65～80℃下干燥20～24h，制备得干燥鞣酸改性聚丙烯腈纤维；
（4）将上述制备的干燥鞣酸改性聚丙烯腈纤维置于坩埚中，在85～90℃管式炉中活化处理10～15min，随后按10℃/min缓慢升温至250～300℃，对其预氧化处理25～30min；
（5）待预氧化完成后，对管式炉中通氮气排除空气，随后在氮气气氛下，按5℃/min缓慢升温至950～1000℃，使其炭化处理25～30min，待炭化完成后，停止加热，将步骤（2）采用的鞣酸雾化装置对其冷却降温至室温，随后停止雾化降温，制备得冷却改性聚丙烯腈碳纤维，随后用无水乙醇洗涤3～5次，再在65～80℃下干燥6～8h，即可制备得一种雾化鞣酸改性聚丙烯腈碳纤维。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106319757A (zh) * 2016-11-15 2017-01-11 天津捷盛东辉保鲜科技有限公司 电纺聚乙烯醇基单宁酸抗氧化纳米纤维膜
CN108745320A (zh) * 2018-06-28 2018-11-06 西南科技大学 基于海水提铀的纳米明胶/聚合物复合纤维带的制备方法
CN110449137A (zh) * 2019-07-02 2019-11-15 陕西科技大学 一种多官能团改性纳米纤维膜吸附材料的制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106319757A (zh) * 2016-11-15 2017-01-11 天津捷盛东辉保鲜科技有限公司 电纺聚乙烯醇基单宁酸抗氧化纳米纤维膜
CN106319757B (zh) * 2016-11-15 2019-05-07 天津捷盛东辉保鲜科技有限公司 电纺聚乙烯醇基单宁酸抗氧化纳米纤维膜
CN108745320A (zh) * 2018-06-28 2018-11-06 西南科技大学 基于海水提铀的纳米明胶/聚合物复合纤维带的制备方法
CN108745320B (zh) * 2018-06-28 2021-03-09 西南科技大学 基于海水提铀的纳米明胶/聚合物复合纤维带的制备方法
CN110449137A (zh) * 2019-07-02 2019-11-15 陕西科技大学 一种多官能团改性纳米纤维膜吸附材料的制备方法
CN110449137B (zh) * 2019-07-02 2021-12-03 陕西科技大学 一种多官能团改性纳米纤维膜吸附材料的制备方法

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