[发明专利]复合原料、碳纤维材料及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合原料，且特别是有关于一种用于形成碳纤维材料的复合原料及其应用。

背景技术

碳纤维(carbon fiber)是一种膨胀系数低、热传导性高且安定性佳的优良材料。由于碳纤维同时兼具碳材料的特性及纤维柔软可加工的性质，故可广泛应用于航空、医疗、建筑等各种领域。其中，又以聚丙烯腈(PAN)碳纤维的使用最为广泛。

聚丙烯腈(PAN)碳纤维的形成需经过氧化及碳化制造方法，且在氧化制造方法中，需添加酸或碱作为催化剂，以减少氧化制造方法所需时间及降低氧化反应的起始温度。故催化剂可具有节能及降低碳纤维缺陷等功能。目前除了一般常见的将酸性单体，如衣康酸(itaconic acid)，以共聚合反应方法将衣康酸以共聚合物的方式包含在聚丙烯腈原料内部，许多报导也设法将催化剂以外加的方式与聚丙烯腈混合，以达到再添加强酸或强碱作为催化剂，以减少聚丙烯腈纤维的氧化制造方法所需时间及降低氧化反应的起始温度。但是此类催化剂分别各有其缺点，如：沸点低或耐热性低或与聚丙烯腈的兼容性差，或其化学结构与氧化纤维/碳纤维差异大，故在形成聚丙烯腈碳纤维后，添加在碳纤维中的催化剂成为系统中的异类，而影响碳纤维的物理性质。

目前在一些研究中，已经有以纳米碳管、石墨烯(graphene)等与聚丙烯腈先制作成为复合原料，再制作CNT/聚丙烯腈型的碳纤维。另外，T.Hiroshi(JP10036450，1998)及Y.Takashi(JP11124742，1999)也分别报导以沥青(pitch)/聚丙烯腈制作成为复合原料，再制作沥青/聚丙烯腈型的碳纤维。上述以纳米碳管、石墨烯、沥青为添加剂的优点为耐热性高，可增加碳纤维产物的强度或模量，但是没有具有强酸或强碱的结构可作为酸碱催化剂的功能。目前亟需一种具有价格便宜、高沸点、高耐热性、与聚丙烯腈及其维碳纤维具有良好的兼容性、氧化制造方法时具有可催化聚丙烯氧化的添加剂。

发明内容

本发明一实施例提供一种复合原料的形成方法，其包括：将一多环芳香族化合物进行磺酸化，以形成一多环芳香族磺酸化合物(polycyclic aromatic carbon sulfonate；PCAS)；以及将该多环芳香族磺酸化合物及一聚丙烯腈(polyacrylonitrile；PAN)进行混合，以形成一复合原料。

本发明另一实施例提供一种复合原料，其包括：一多环芳香族磺酸化合物；以及一聚丙烯腈。

本发明又一实施例提供一种碳纤维材料的形成方法，其包括：提供一如前述的复合原料；取该复合原料进行一纺丝制造方法，以形成一原丝；将该原丝进行一氧化反应，以形成一氧化纤维；以及将该氧化纤维进行一碳化反应，以形成一碳纤维材料。

本发明又一实施例提供一种碳纤维材料，其为利用如前述的碳纤维材料的形成方法所形成的碳纤维材料。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施方案，并配合附图，作详细说明。

附图说明

图1为根据本发明一实施例，碳纤维材料的形成方法的流程图。

【主要组件符号说明】

102、104、106、108、110～步骤

具体实施方式

以下依本发明的不同特征举出数个不同的实施例。本发明中特定的组件及安排为了简化，但本发明并不以这些实施例为限。

本发明以多环芳香族磺酸化合物添加在聚丙烯腈中以形成复合原料，由此将多环芳香族磺酸化合物作为聚丙烯腈氧化及碳化制造方法的催化剂。此外，再通过纺丝等制造方法，将上述复合原料进一步形成碳纤维材料。