[发明专利]连续纳米碳纤维束的制备方法和连续纳米碳纤维布的制备方法

权利要求书

1.一种连续纳米碳纤维束的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)纺丝液配置：将高分子树脂或粉末溶解于溶剂中并充分搅拌，静置脱泡，得到均一纺丝体系，作为静电纺丝液；

(2)前驱体纤维束的制备：以对所述静电纺丝液进行静电纺丝，得到连续的具有定向排列的原纤维束或原纤维包纱；

(3)高温烧结制备纳米碳纤维束：先在空气气氛下对所述原纤维束或原纤维包纱进行预氧化处理，而后采用分段热处理方式对进行高温烧结，制备纳米碳纤维束。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高分子树脂为聚丙烯腈、木质素、聚甲基丙烯酸甲酯、醋酸纤维束、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氧化乙烯的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原纤维包纱为纳米纤维包缠纱线结构，所述原纤维包纱表层为静电纺纳米纤维，芯层为长丝纱或短纤维纱线。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述芯层纱线材料为尼龙长丝、腈纶长丝、锦纶长丝或棉线中的一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝溶液所使用的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、丙酮、无水乙醇、蒸馏水、四氢呋喃、二甲苯的一种或多种，且按质量比所述高分子树脂：有机溶剂＝1:5-20。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的静电纺丝工艺参数包括：电源正电压为5～30KV，电源负电压为-5～-30KV，喷丝头为2～10#不锈钢中控金属针，正负高压所接针头之间距离为5～30cm，针头到卷绕漏斗垂直距离为5～20cm，针头倾斜角度为0～90°，两针头挤出速率比为0.5-1.5/0.5～2毫升/小时，卷绕漏斗直径为5～20cm，转速为100～800rad/min，纤维束牵拉速率为1～30rad/min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的分段热处理包括如下步骤：(1)在空气气氛下进行预氧化处理：从160℃开始，每升温30℃恒温0.1-1h直到250℃；(2)保护气氛下，在300-500℃热处理0.1-10h；(3)在500-950℃热处理1-5h；(4)在950℃至目标温度处理0.1-10h。

8.一种连续纳米碳纤维布的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)纺丝液配置：将高分子树脂或粉末溶解于溶剂中并充分搅拌，静置脱泡，得到均一纺丝体系，作为静电纺丝液；

(2)前驱体纤维束的制备：以所述静电纺丝液进行静电纺丝，得到连续的具有定向排列的原纤维束或原纤维包纱；

(3)纤维布编织：以所述原纤维束或原纤维包纱作为经线和纬线，交织形成布状纤维结构；

(4)高温烧结制备纳米碳纤维束及碳纤维布：先在空气气氛下对上述布状纤维结构进行预氧化处理，而后采用分段热处理方式对进行高温烧结，制备纳米碳纤维布。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的静电纺丝工艺参数包括：电源正电压为5～30KV，电源负电压为-5～-30KV，喷丝头为2～10#不锈钢中控金属针，正负高压所接针头之间距离为5～30cm，针头到卷绕漏斗垂直距离为5～20cm，针头倾斜角度为0～90°，两针头挤出速率比为0.5-1.5/0.5～2毫升/小时，卷绕漏斗直径为5～20cm，转速为100～800rad/min，纤维束牵拉速率为1～30rad/min。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的分段热处理包括如下步骤：(41)在空气气氛下进行预氧化处理：从160℃开始，每升温30℃恒温0.1-1h直到250℃；(42)保护气氛下，在300-500℃热处理0.1-10h；(3)在500-950℃热处理1-5h；(43)在950℃至目标温度处理0.1-10h。