專利名稱：一種多孔碳纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多孔碳纖維，具體地說，是涉及一種按比例分布大、小孔洞的多孔碳纖維。
背景技術(shù)：
多孔碳纖維因?yàn)榫哂胸S富的中孔結(jié)構(gòu)和很高的比表面積，多被用來制作吸附材料和碳電極材料，但對(duì)其吸波性能的開發(fā)較少。事實(shí)上，當(dāng)前用作吸波劑的碳材料主要是炭黑，碳纖維材料應(yīng)用的成功案例相對(duì)較少，這是因?yàn)槠胀ㄌ祭w維電導(dǎo)率較高，對(duì)電磁波具有金屬般的較強(qiáng)反射；即便經(jīng)改良后長(zhǎng)碳纖維因其形態(tài)因素在吸收電磁波時(shí)會(huì)表現(xiàn)出各向異性，其鋪設(shè)方式和電磁波入射角度對(duì)其復(fù)合材料的吸波效能有很大影響。因此，有研究者嘗試通過短切碳纖維(CN 1730555)或納米碳纖維(CN 101412839A)來改善長(zhǎng)碳纖維吸波復(fù)合材料各向異性的缺點(diǎn)。但從提高碳材料的吸波效果來看，采用多孔碳纖維作為吸波劑應(yīng)該更具有競(jìng)爭(zhēng)力，因?yàn)槠湄S富的中孔結(jié)構(gòu)和高比表面積將誘導(dǎo)電磁波在吸波介質(zhì)中反復(fù)傳播，提高吸收損耗幾率。文獻(xiàn)(無機(jī)材料學(xué)報(bào)，2008，23 (3) ,481-48 提出了一種中空多孔碳纖維的制備方法，但其碳前驅(qū)體聚丙烯纖維在碳化前即為中空纖維，其介孔也是濕法聚丙烯在濕法紡絲成型過程中產(chǎn)生的，而且其孔洞結(jié)構(gòu)主要是為了降低吸波劑的重量。文獻(xiàn)(Carbon，1997， 35 :1031-1033)介紹了用共混紡絲法制備介孔碳纖維的方法，但其實(shí)用的是酚醛作為碳前驅(qū)體而且采用的是熔融紡絲法，但酚醛殘?zhí)柯矢?，不利于孔洞形成，而且介孔孔徑在?shù)十納米左右，與雷達(dá)波波長(zhǎng)相差太多，不利于吸波。碳纖維另外專利(CN101314129)提供了制備多孔碳纖維的無載體銅鋅合金催化劑的方法，但其中多孔碳纖維的制備采用的是浮動(dòng)催化 (CVD)法。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種多孔碳纖維，具體地說，是提供一種按比例分布大、小孔洞的多孔碳纖維。其制備原理是以PAN為成碳前驅(qū)體聚合物，聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)為熱分解聚合物；PAN與PMMA經(jīng)過溶液共混，濕法紡絲成型；PAN/PMMA共混纖維在高溫下進(jìn)行處理去除熱分解聚合物PMMA形成空洞并碳化得到多孔碳纖維。其制備要點(diǎn)在于合理控制共混纖維中PAN與PMMA的組成，使PAN成為連續(xù)相，而PMMA成為分散相最終多孔碳纖維的介孔尺寸及其分布由PMMA的分散相形態(tài)控制。本實(shí)用新型提出的多孔碳纖維因其介孔結(jié)構(gòu)可以通過控制前驅(qū)復(fù)合纖維的相形態(tài)進(jìn)行控制，具有介孔豐富、形態(tài)多樣和孔徑分布范圍寬的特點(diǎn)，是一種新穎的多孔碳纖維制備方法。依此法制備的多孔碳纖維， 再經(jīng)研磨得到微細(xì)的纖維產(chǎn)物，用來作為吸波劑一方面可以克服長(zhǎng)絲碳纖維吸波的各向異性，另一方面其多孔結(jié)構(gòu)可以提高電磁波的反射損耗幾率并降低材料重量。本實(shí)用新型的一種多孔碳纖維，所述的多孔碳纖維為疏松多孔結(jié)構(gòu)，孔形態(tài)主要分為兩種一種是聚甲基丙烯酸甲酯分散相熱解后留下的較大孔洞，其孔徑范圍為1 5μ m ；另一類是碳化過程中裂解組分逸出形成的較小孔洞，孔徑小于1 μ m，70 90%數(shù)量的較小孔洞孔徑處于0.2 0.5 μ m的范圍，較大孔洞和較小孔洞按體積比在6 4 7 3 的范圍；整體孔容為0. 2 0. 7cm3/g，電導(dǎo)率為100 1000S/cm。作為優(yōu)選的技術(shù)方案如上所述的一種多孔碳纖維，所述的多孔碳纖維為粒徑介于10 100 μ m范圍內(nèi)的顆粒。有益效果采用以PAN為含碳前驅(qū)體、PMMA為熱裂解組分的共混紡絲-高溫碳化工藝制備多孔碳纖維，一方面碳纖維的孔容、介孔尺寸及其分布可以通過控制原絲中PMMA分散相形態(tài)來控制；另一方面可以采用相對(duì)較低的碳化溫度(溫度過高所得碳纖維石墨化程度高，對(duì)微波的反射增強(qiáng)不利于吸收)。采用上述多孔碳纖維為微波吸收劑制備吸波復(fù)合材料，一方面可以克服長(zhǎng)絲碳纖維吸波的各向異性，另一方面其多孔結(jié)構(gòu)可以提高電磁波的反射損耗幾率并降低材料重量。在吸波材料制備過程中加入偶聯(lián)劑，可提高多孔碳纖維與基體的界面粘附性能；加入消泡劑，可有效減低材料中空氣泡的含量；從而保證復(fù)合材料在加入吸波劑的情況下仍具有足夠的力學(xué)性能。而整個(gè)工藝流程中所使用的原料均價(jià)廉易得，操作手法簡(jiǎn)便，有利于降低生產(chǎn)成本同時(shí)獲得優(yōu)良的使用效果。
附圖為本實(shí)用新型中采用的多孔碳纖維的電子顯微鏡照片具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本實(shí)用新型的一種多孔碳纖維，如附圖所示，所述的多孔碳纖維為疏松多孔結(jié)構(gòu)， 孔形態(tài)主要分為兩種一種是聚甲基丙烯酸甲酯分散相熱解后留下的較大孔洞，其孔徑范圍為1 5 μ m ；另一類是碳化過程中裂解組分逸出形成的較小孔洞，孔徑小于1 μ m，70 90%數(shù)量的較小孔洞孔徑處于0. 2 0. 5μπι的范圍；較大孔洞和較小孔洞按體積比在
6 4 7 3的范圍，整體孔容為0. 2 0. 7cm3/g，電導(dǎo)率為100 1000S/cm。其中，所述的多孔碳纖維為粒徑介于10 100 μ m范圍內(nèi)的顆粒。
權(quán)利要求1.一種多孔碳纖維，其特征是所述的多孔碳纖維為疏松多孔結(jié)構(gòu)，孔形態(tài)主要分為兩種一種是較大孔洞，其孔徑范圍為1 5μπι ；另一類是較小孔洞，孔徑小于1μπι，70 90%數(shù)量的較小孔洞孔徑處于0. 2 0. 5 μ m的范圍，較大孔洞和較小孔洞按體積比在 6 4 7 3的范圍；所述的多孔碳纖維整體孔容為0.2 0.7cm7g，電導(dǎo)率為100 1000S/cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔碳纖維，其特征在于，所述的多孔碳纖維為粒徑介于10 100 μ m范圍內(nèi)的顆粒。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多孔碳纖維，為疏松多孔結(jié)構(gòu)，孔形態(tài)主要分為兩種一種是較大孔洞，其孔徑范圍為1～5μm；另一類是較小孔洞，孔徑小于1μm，70～90％數(shù)量的較小孔洞孔徑處于0.2～0.5μm的范圍，較大孔洞和較小孔洞按體積比在6∶4～7∶3的范圍；所述的多孔碳纖維整體孔容為0.2～0.7cm3/g，電導(dǎo)率為100～1000S/cm。
文檔編號(hào)D01F9/22GK202181384SQ201120010380
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者張亮, 李光, 楊勝林, 江建明, 謝天時(shí), 金俊弘 申請(qǐng)人:東華大學(xué)