CN114775112B - 中空多孔碳纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种中空多孔碳纤维及其制备方法。中空多孔碳纤维的制备方法，是在离心纺自卷式收集方法的基础上，得到包覆纱，然后将包覆纱的芯层收集线在预氧化碳化过程中通过热降解去除，得到中空多孔碳纤维。离心纺自卷式收集方法是将纺丝原液通过自卷式收集的离心纺丝装置进行离心纺丝，使纤维卷绕于可以自转的芯层收集线上。本发明将离心纺丝和自卷式收集相结合，将纺丝细流经过拉伸后卷绕在芯层收集线上；在此基础上，形成的中空结构是通过降解芯层结构得到，该形成过程方法简单，易于产业化，同时通过该方法得到的中空多孔碳纤维孔隙率高，比表面积大，中空度可控。
Description
技术领域
本发明涉及中空多孔纤维制备技术领域，尤其涉及一种中空多孔碳纤维及其制备方法。
背景技术
碳纤维及其复合材料具有轻质、高比强度、高比模量、耐腐烛、耐高温、高耐疲劳强度等优点，能够广泛应用于航天航空、体育器械、医疗器械的技术领域。中空碳纤维由于中空结构的存在，增加了额外的内表面，是一种轴向具有空腔结构的异型碳纤维，它结合了中空纤维的优势和碳纤维的特性，具有比普通碳纤维更优异的性能。
碳纤维通常以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化等工艺而制得。其中PAN基碳纤维原丝生产工艺简单，所得产品的力学性能较优，应用领域广，占全球碳纤维总产量的90％以上。制备PAN基中空碳纤维是大势所趋。
申请号为CN201910953595.5的专利公开了一种中空聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，将聚丙烯腈纺丝原液经干喷湿纺法纺丝，通过喷丝板挤出弧形液流，经过喷丝板与凝固浴之间的空气层粘结成中空结构细流，进而制得中空聚丙烯腈基原丝，将中空聚丙烯腈基碳纤维原丝经过氧化炭化工艺处理，得到中空聚丙烯腈基碳纤维。该方法中空结构的形成主要是通过纺丝细流在空气层中进行端部粘结得到，该成型过程不稳定，且粘结处会有痕迹。
有鉴于此，有必要设计一种改进的中空多孔碳纤维及其制备方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供中空多孔碳纤维及其制备方法，将离心纺丝和自卷式收集相结合，将纺丝细流经过两次拉伸后均匀、致密地卷绕在芯层收集线上，在该方法的基础上，将芯层收集线降解去除，得到维孔隙均匀、中空结构较佳的中空多孔碳纤维。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种中空多孔碳纤维的制备方法，采用离心纺自卷式收集方法，得到包覆纱，然后将所述包覆纱中的芯层收集线在预氧化碳化过程中通过热降解去除，得到中空多孔碳纤维；
所述离心纺自卷式收集方法，包括如下步骤：
S1.制备纺丝原液；
S2.将步骤S1制得的所述纺丝原液通过自卷式收集的离心纺丝装置进行离心纺丝，使纺丝后的纤维卷绕于可以自转的收集单元上。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述收集单元为芯层收集线，纺丝后的纤维卷绕在所述芯层收集线上。
作为本发明的进一步改进，所述芯层收集线上卷绕的纤维包含聚丙烯腈纤维。
作为本发明的进一步改进，所述所述芯层收集线上卷绕的纤维还包含致孔剂；所述致孔剂和所述聚丙烯腈的质量比为1:(0.5-3)。
作为本发明的进一步改进，中空多孔碳纤维的制备方法包括如下步骤：
S11.将聚丙烯腈与致孔剂溶于有机溶剂中搅拌至溶液分散均匀，经脱泡处理，得到纺丝原液；
S21.将步骤S11制得的所述纺丝原液通过所述自卷式收集的离心纺丝装置进行离心纺丝，使聚丙烯腈纤维卷绕于可以自转的直径为0.05-0.50mm的芯层收集线上，得到中空多孔碳纤维前驱体；所述芯层收集线可进行热降解；
S31.将步骤S21制得的所述中空多孔碳纤维前驱体经预氧化、碳化，使所述芯层收集线发生降解，得到中空多孔碳纤维。
作为本发明的进一步改进，所述芯层收集线包括天丝、棉纱线、铜氨纤维中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进，步骤S21中，所述离心纺丝的转速为1000-7000r/min，温度为30-60℃、环境湿度为30％-50％；所述芯层收集线的转速为30-300r/min。
作为本发明的进一步改进，步骤S21中，所述离心纺丝的喷丝孔径为0.05-0.5mm，收集距离为7-20cm，收集时间为1-15s；步骤S11中，所述纺丝原液的浓度为20wt％-30wt％。
作为本发明的进一步改进，步骤S31中，所述预氧化过程为先在220℃保温30min，然后升温至280℃保温1-3h；所述碳化过程为先在220℃保温30min，再升温至800℃保温1-3h，最终得到中空多孔碳纤维。
本发明还提供了一种中空多孔碳纤维，采用上述所述的中空多孔碳纤维的制备方法制备得到。
本发明的有益效果是：
(1)本发明将离心纺丝和自卷式收集相结合，离心纺将纺丝原液甩出过程中，对纺丝细流进行一定的拉伸，当纺丝细流遇到高速旋转的芯层收集线，再次发生拉伸，得到纤细的单根纤维，并将其卷绕在自转的芯层收集线上，使纤维横向缠绕在芯层收集线上，单根纤维之间发生不同程度的交缠，且芯层收集线在一定区域内卷绕的纤维分布均匀，同时该收集方法简单新颖，效率高，且可控性好，便于大规模生产。
(2)本发明制备的中空多孔碳纤维，在离心纺自卷式收集的基础上，芯层收集线在预氧化和碳化过程中高温降解，得到中空多孔碳纤维。基于自卷式收集得到粗细均匀的纤维束，芯层收集线在降解过程中不会影响单根纤维之间的排布方式，从而不会改变单根纤维之间形成的孔隙和纤维束各部分的分布，离心纺出的纤维与纤维之间形成一定的孔隙，同时纤维内部经过预氧化和碳化得到多孔碳纤维，同时孔的大小为多孔径的，比表面积大、孔隙率高，中空度可控，有利于中空多孔碳纤维的应用。
(3)本发明制备的中空多孔碳纤维，在聚丙烯腈纺丝原液中加入与聚丙烯腈相容性较好的致孔剂，使致孔剂均匀分布于中空多孔碳纤维前驱体中，通过致孔剂的降解，得到均匀分布的孔隙，再结合单根纤维缠绕形成的孔隙，最终得到孔隙均匀、孔隙可控性好的中空多孔碳纤维。
(4)本发明纤维收集过程采用的收集装置，在芯层收集线两端设置用于夹持其两端的夹具，在芯层收集线自转的过程中，由于夹具的存在，芯层收集线两端的转动状态保持一致，是单根纤维均匀分布于芯层收集线的的部位，得到均匀性好的纤维束，为中空多孔纤维的制备提供保障。
附图说明
图1为本发明中空多孔碳纤维的制备流程示意图。
图2为本发明制备的中空多孔碳纤维的结构示意图。
图3为本发明步骤S2中所用的自卷式制备复合纱线的离心纺丝制备图。
图4为本发明实施例1制备的中空多孔碳纤维的扫描电镜图，图4a的标尺为33.6μm，图4b的标尺为26.9μm，图4c的标尺为26.5μm。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供了一种中空多孔碳纤维的制备方法，采用离心纺自卷式收集方法，得到包覆纱，然后将包覆纱中的芯层收集线在预氧化碳化过程中通过热降解去除，得到中空多孔碳纤维。
其中，离心纺自卷式收集方法，包括如下步骤：
S1.制备纺丝原液。
S2.将步骤S1制得的纺丝原液通过自卷式收集的离心纺丝装置进行离心纺丝，使纤维均匀、致密地卷绕于可以自转的收集单元上。
优选地，自卷式收集单元为芯层收集线，纤维卷绕在芯层收集线上。
芯层收集线上卷绕的纤维包含聚丙烯腈纤维；芯层收集线上卷绕的纤维还包含致孔剂；致孔剂和聚丙烯腈的质量比为1:(0.5-3)。
具体地，如图1所示，中空多孔碳纤维的制备方法包括如下步骤：
S11.纺丝原液的制备：
将聚丙烯腈与致孔剂溶于有机溶剂中搅拌至溶液均匀分散，经脱泡处理，得到纺丝原液。
具体地，纺丝原液中还包括致孔剂，将聚丙烯腈和致孔剂按预设比例加入有机溶剂中，搅拌1-3h，使其完全溶解，再经过3-5h的脱泡处理，得到浓度为20wt％-30wt％的纺丝原液。优选地，致孔剂和聚丙烯腈的质量比为1:(0.5-3)。脱泡处理的真空度为(-0.08)-(-0.1)MPa，温度为30-50℃。
致孔剂包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种；有机溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种。
优选地，致孔剂必须能在聚丙烯腈的溶剂中溶解，且具有优良的纺丝成纤性。如此设置，初步生成的纤维中致孔剂分布均匀，在后续的高温降解过程中，致孔剂降解后可以得到孔隙均匀的多孔纤维。
S21.中空多孔碳纤维前驱体的制备：
将步骤S11制得的纺丝原液通过自卷式收集的离心纺丝装置进行1-15s的离心纺丝，使聚丙烯腈纤维卷绕于可以自转的直径为0.05-0.50mm的芯层收集线上，得到中空多孔碳纤维前驱体。
其中，芯层收集线和致孔剂可降解。
芯层收集线包括天丝、棉纱线、铜氨纤维中的一种或多种。
其中，离心纺丝的转速为1000-7000r/min，温度为30-60℃、环境湿度为30％-50％，离心纺丝的喷丝孔径为0.05-0.5mm，收集距离为7-20cm，收集时间为1-15s；芯层收集线的转速为30-300r/min
其中，自卷式收集的离心纺丝装置包括纺丝罐以及设置于纺丝罐下方的纤维收集装置；
具体地，纤维收集装置包括收集组件、用于带动收集组件旋转的转动组件以及用于驱动转动组件旋转的驱动装置；转动组件与驱动装置连接，且转动组件和收集组件通过传送带连接；收集组件包括两个用于夹持芯层收集线两端的夹具，驱动装置驱动转动组件旋转，从而带动传送带旋转，进而带动收集组件旋转，使夹具带动芯层收集线旋转，将纤维收集在芯层收集线上。
如图3所示，为纤维收集装置的一种优选结构，包括连接轴30、分设于连接轴30两端的第一齿轮31、用于驱动一个第一齿轮31转动的驱动装置、以及设置于连接轴30一侧的两组安装轴40；两组安装轴40同轴设置，并在其上设置有分别对应与两组第一齿轮31通过传动带50连接的第二齿轮41，两组安装轴40的相对一端均设置有用于夹持纤维的夹具42。
驱动装置为电力驱动装置20，电力驱动装置20与转速调节器21线连接。该装置还设有用于支撑的安装板10和连接杆11。
具体操作为：将芯层收集线的两端通过夹具42夹紧，并保证芯层收集线与安装轴40同轴(本发明所用的芯层收集线具有一定的强度，在整个纺丝过程中不会发生断裂；另外，本发明所得的碳纤维的中空度较大，说明芯层收集线上收集的纤维比较少，不会破坏芯层收集线)。随后，打开电力驱动装置20，并通过速度旋钮调节电力驱动装置20的输出功率。电力驱动装置20驱动位于其相近一侧的第一齿轮31转动，第一齿轮31进而通过连接轴30驱动另一第一齿轮31同步转动。同时，两组第一齿轮31分别通过传动带50驱动第二齿轮41转动。第二齿轮41进而通过安装轴40驱动夹具42转动，夹具42夹紧芯层收集线驱动其与之同步转动，从而实现芯层收集线的自转，进而使聚丙烯腈纤维收集于芯层收集线上。
整个过程通过纺丝罐和纤维收集装置的配合完成，例如可通过调节纺丝罐上喷头与纤维收集装置的相对位置提高纤维收集缠绕的均匀性和致密性，具体地，可以将纺丝罐上喷头设置成自由移动的，使喷头相对于芯层收集线左右往复移动，从而使纤维在一定的区域内均匀地缠绕在整个芯层收集线上；或者可以将芯层收集线设置成自由移动的，使芯层收集线相对于喷头左右往复移动，从而使纤维均匀地缠绕在整个芯层收集线上(如图1所示，纤维收集装置为水平放置)。
根据离心纺丝的特点，纤维能在离心区域内均匀分布，从而使单根纤维均匀缠绕在芯层收集线上；同时，从离心纺的纺丝罐喷头喷出的纺丝细流在拉伸过程中溶剂未完全挥发，所以离心纺出的纤维对芯层收集线有一定的附着力，从而使单根纤维能以一定的附着力缠绕在芯层收集线上。
S31.中空多孔碳纤维的制备：
将步骤S21制得的中空多孔碳纤维前驱体经预氧化、碳化，使芯层收集线发生降解，得到中空多孔碳纤维，中空多孔碳纤维的结构如图2所示。
预氧化过程具体为：将中空多孔碳纤维前驱体(即含有芯层收集线的聚丙烯腈纤维)置于预氧化炉(可以选用管式炉、马弗炉)中，在空气氛围下，从室温加热至200-250℃，保温15-40min，然后升温至280℃保温1-3h，得到预氧化丝。该过程中，聚丙烯腈分子链发生了一系列的环化、氧化和脱氢等反应，形成环化结构，使热塑性聚丙烯腈的线型大分子链转化为非塑性耐热梯形结构的聚丙烯腈基碳纤维预氧化丝。
碳化过程具体为：将得到的预氧化丝置于碳化炉(可以选用管式炉、马弗炉)中，在氮气氛围下，从以2-4℃/min的升温速度升至200-250℃，保温15-40min，再升温至800℃，保温1-3h，冷却至室温，得到中空多孔碳纤维。该过程种，非碳元素以HCN、NH3、H2、H2O、CH4、CO2、N2等小分子的形式挥发，同时致孔剂和芯层收集线均发生降解，最终生成孔隙率为40％-90％，比表面积为100-3000m2/g，中空度为30％-90％的中空多孔碳纤维，且比表面积大。
本发明还提供了一种中空多孔碳纤维，采用上述所述的中空多孔碳纤维的制备方法制备得到。
下面通过多个实施例对本发明进行详细描述：
实施例1
一种中空多孔碳纤维的制备方法，包括如下步骤：
S11.纺丝原液的制备：
将8g聚丙烯腈(PAN)加入76g的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，再向其中加入16g甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，在室温下搅拌2h形成均匀的混合液。随后放入脱泡机中，真空度为-0.09MPa，温度为40℃下脱泡处理4h，得到聚丙烯腈纺丝原液。
S21.中空多孔碳纤维前驱体的制备：
将步骤S11制得的聚丙烯腈纺丝原液通过自卷式收集的离心纺丝装置进行离心纺丝，使聚丙烯腈纤维卷绕于可以自转的直径为0.5mm的天丝收集线上，得到中空多孔碳纤维前驱体。
具体地，离心纺丝的转速为7000r/min，温度为60℃、环境湿度为40％，收集距离为20cm，收集时间为15s，芯层收集线的转速为30r/min
S31.中空多孔碳纤维的制备：
将步骤S21制得的中空多孔碳纤维前驱体经预氧化、碳化，使天丝收集线发生降解，得到中空多孔碳纤维。
预氧化过程具体为：将中空多孔碳纤维前驱体(即含有天丝收集线的聚丙烯腈纤维)置于管式炉中，在空气氛围下，从室温加热至220℃，保温30min，再升温至280℃保温3h，然后冷却至室温，得到预氧化丝。
碳化过程具体为：将得到的预氧化丝置于碳化炉马弗炉中，在氮气氛围下，以2-4℃/min的升温速度升至220℃，保温30min，再升温至800℃保温2h，然后冷却至室温，得到中空多孔碳纤维。所得中空多孔碳纤维的孔隙率为87.6％，中空度为89.5％，比表面积为2497m2/g。
如图4a和4b所示，分别为预氧化碳化后单根碳纤维的截面和表面的扫面电镜图，由图可以看出，单根纤维的内部和表面均具有较为均匀的孔隙结构。如图4c所示，为中空多孔碳纤维的中空结构的扫描电镜图。
实施例2-3
一种中空多孔碳纤维的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，步骤S11中，聚丙烯腈(PAN)和甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的比例不同，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
如表1所示，为实施例1-3制备的中空多孔碳纤维的孔隙率、中空度及孔径的相关数据。
表1实施例1-3制备的中空多孔碳纤维相关数据
由表1可知，随着纺丝原液中致孔剂含量的增加，制备的中空多孔碳纤维的孔隙率逐渐增大，进而使其比表面积逐渐增大，而中空度变化不大，中空度整体较高，所得中空多孔碳纤维结构较优。当纺丝原液中致孔剂含量增加到一定程度时，随着致孔剂含量的进一步增加，过多的孔隙会影响最终制备的碳纤维的强度。
实施例4-5
一种中空多孔碳纤维的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，步骤S21中，天丝收集线的直径不同，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
如表2所示，为实施例4-5制备的中空多孔碳纤维的孔隙率、中空度及孔径的相关数据。
表2实施例4-5制备的中空多孔碳纤维相关数据
由表2可知，随着芯层纤维直径的增加，中空多孔碳纤维的孔隙率、中空度和比表面积均呈现增大的趋势。这主要是因为，随着芯层纤维直径的增加，单根聚丙烯腈纤维在芯层收集线上的交缠程度不同，使得中空多孔碳纤维前驱体的孔隙率不同，进而影响中空多孔碳纤维的孔隙率和比表面积。中空度的变化说明中空度和芯层收集线的直径密切相关。
实施例6-11
一种中空多孔碳纤维的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，步骤S21中，离心纺丝过程中离心纺丝的转速、芯层收集线的转速及收集距离不同，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
如表3所示，为实施例6-11制备的中空多孔碳纤维的孔隙率、中空度及孔径的相关数据。
表3实施例6-11制备的中空多孔碳纤维相关数据
由表3可知，随着收集距离的增加(实施例1、6、7)，中空多孔碳纤维的孔隙率和比表面积逐渐增加，中空度基本不变。孔隙率和比表面积的变化主要是因为，随着收集距离的增加，纺丝细流从喷头到心才能收集线的过程中，其拉伸程度变大，得到的单根纤维更纤细，单根纤维在芯层收集线上的缠绕程度有所不同，使得中空多孔碳纤维前驱体的孔隙率不同，进而影响中空多孔碳纤维的孔隙率和比表面积。而中空度基本不变，进一步说明中空度和芯层收集线的直径密切相关。
在离心纺丝转速一定时，随着芯层收集线转速的增加(实施例1、8、9)，中空多孔碳纤维的孔隙率和比表面积减小，这主要是因为随着芯层收集线转速的增加，纤维更加致密地卷绕在芯层收集线表面，从而使孔隙率和比表面积减小。但是，芯层收集线的转速过小时，严重影响其缠绕效果，进而严重影响中空多孔碳纤维的孔隙率、比表面积和中空度。
在芯层收集线转速一定时，随着离心纺丝转速的增加(实施例1、10、11)，中空多孔碳纤维的孔隙率、比表面积和中空度均所有增加，但增加的趋势很小。
对比例1
一种中空多孔碳纤维的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，在进行预氧化和碳化之前，将天丝收集线抽出，得到中空聚丙烯腈纤维，再将其进行预氧化和碳化过程，得到中空多孔碳纤维。该中空多孔碳纤维的孔隙明显不均匀，孔径大小偏差较大，且中空结构存在缺陷。这主要是因为在将天丝收集线抽出的过程中，单根纤维之间的缠绕发生变化，使单根纤维之间的孔隙变得不均匀，且纤维束各部分不均匀，进而使最终得到的中空多孔碳纤维的孔隙不均匀，孔径偏差较大；另外，天丝收集线在抽出的过程中，破坏了中空聚丙烯腈纤维的中空结构，进而破坏了中空多孔碳纤维的中空结构。
对比例2
一种中空多孔碳纤维的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，纺丝原液中不添加甲基丙烯酸甲酯(PMMA)致孔剂，最终得到的中空多孔碳纤维的孔隙虽然较为均匀，但是孔径过小。这主要是因为虽然纤维卷绕在芯层收集线的过程中，单根纤维之间的缠绕会形成均匀的孔隙，但该过程得到的孔的孔径较小，没有致孔剂的二次致孔，使最终得到的中空多孔碳纤维的孔径偏小。
综上所述，本发明提供了一种中空多孔碳纤维及其制备方法，将离心纺丝和自卷式收集相结合，将纺丝细流经过两次拉伸后均匀、致密地卷绕在芯层收集线上；在该方法的基础上，将芯层收集线高温降解，得到中空多孔碳纤维，该中空结构的形成过程是通过降解芯层结构得到，该形成过程不会改变前驱体中单根纤维原本的缠绕方式，从而不会改变纤维各部分的分布均匀性，使制得的中空多孔纤维孔隙均匀、中空结构较佳；该方法简单新颖，可控性好。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种中空多孔碳纤维的制备方法，其特征在于：采用离心纺自卷式收集方法，得到包覆纱，然后将所述包覆纱中的芯层收集线在预氧化碳化过程中通过热降解去除，得到中空多孔碳纤维；
所述离心纺自卷式收集方法，包括如下步骤：
S1.制备纺丝原液；
S2.将步骤S1制得的所述纺丝原液通过自卷式收集的离心纺丝装置进行离心纺丝，使纺丝后的纤维卷绕于可以自转的收集单元上；所述收集单元为芯层收集线，纺丝后的纤维卷绕在所述芯层收集线上；所述芯层收集线上卷绕的纤维包含聚丙烯腈纤维和致孔剂；
所述中空多孔碳纤维的制备方法，包括如下步骤：
S11.将聚丙烯腈与致孔剂溶于有机溶剂中搅拌至溶液分散均匀，经脱泡处理，得到纺丝原液；
S21.将步骤S11制得的所述纺丝原液通过所述自卷式收集的离心纺丝装置进行离心纺丝，使聚丙烯腈纤维卷绕于可以自转的直径为0.05-0.50mm的芯层收集线上，得到中空多孔碳纤维前驱体；所述芯层收集线可进行热降解；所述离心纺丝的转速为1000-7000r/min；所述芯层收集线的转速为30-300r/min；收集距离为7-20cm；
S31.将步骤S21制得的所述中空多孔碳纤维前驱体经预氧化、碳化，使所述芯层收集线发生降解，得到中空多孔碳纤维；所述致孔剂可降解；
所述自卷式收集的离心纺丝装置包括纺丝罐以及设置于所述纺丝罐下方的纤维收集装置；
所述纤维收集装置包括收集组件、用于带动所述收集组件旋转的转动组件以及用于驱动所述转动组件旋转的驱动装置；所述转动组件与所述驱动装置连接，且所述转动组件和所述收集组件通过传送带连接；所述收集组件包括两个用于夹持芯层收集线两端的夹具；所述驱动装置驱动所述转动组件旋转，从而带动传送带旋转，进而带动所述夹具和所述芯层收集线旋转，将纤维收集在所述芯层收集线上。
2.根据权利要求1所述的中空多孔碳纤维的制备方法，其特征在于：所述致孔剂和所述聚丙烯腈的质量比为1:(0.5-3)。
3.根据权利要求1所述的中空多孔碳纤维的制备方法，其特征在于：所述芯层收集线包括天丝、棉纱线、铜氨纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的中空多孔碳纤维的制备方法，其特征在于：步骤S21中，所述离心纺丝的温度为30-60℃、环境湿度为30％-50％。
5.根据权利要求1所述的中空多孔碳纤维的制备方法，其特征在于：步骤S21中，所述离心纺丝的喷丝孔径为0.05-0.5mm，收集时间为1-15s；步骤S11中，所述纺丝原液的浓度为20wt％-30wt％。
6.根据权利要求1所述的中空多孔碳纤维的制备方法，其特征在于：步骤S31中，所述预氧化过程为先在220℃保温30min，然后升温至280℃保温1-3h；所述碳化过程为先在220℃保温30min，再上升温至800℃保温1-3h，最终得到中空多孔碳纤维。
7.一种中空多孔碳纤维，其特征在于：采用权利要求1-6中任一项所述的中空多孔碳纤维的制备方法制备得到。
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