[发明专利]一种酚醛基体型微/纳米复合碳纤维毡及其制备方法

说明书

本发明公开了一种酚醛基体型微/纳米复合碳纤维毡及其制备方法，复合碳纤维毡包括碳纳米纤维和体型支撑体，所述碳纳米纤维穿插附着于所述体型支撑体中形成微/纳米复合三维网孔结构。制备方法为首先将热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂的混合物与溶剂、伴纺聚合物和功能性添加物搅拌混合获得静电纺丝溶液，再采用静电纺丝法制备得到初生纳米纤维，然后进行短切开松处理，得到纳米纤维短切原丝，再将纳米纤维短切原丝与体型支撑体进行混合铺网，对所得体型前躯体微/纳米复合纤维网进行加固定型，最后进行多温段碳化处理，制得酚醛基体型微/纳米复合碳纤维毡。

技术领域

本发明属于碳纤维毡制备技术领域，尤其涉及一种酚醛基体型微/纳米复合碳纤维毡及其制备方法。

背景技术

碳纳米纤维作为一种新型碳纤维材料，其不仅具有碳材料耐高温、导电、导热、耐化学腐蚀等优异的物理、化学性质，其相比于普通碳纤维还具有纳米级的直径、超高的比表面积、发达的孔隙结构以及易于功能化等特点，在多个高新技术领域，如特种过滤分离、催化、电极材料、复合材料等，均表现出良好的应用前景。目前碳纳米纤维的制备技术主要有模板法、化学气相沉积法、静电纺丝法等。其中，静电纺丝法以其成本低、产量高、易操作，适用原料范围广等优势，成为制备碳纳米纤维材料的最有效的方法。例如，国内发明专利CN101718011A、CN103696239A、CN107488939A、CN106268636A以及文献:“CarbonNanofibers Prepared via Electrospinning，DOI:10.1002/adma.201104940”等分别公开和报道了利用静电纺丝技术制备碳纳米纤维材料的方法，其主要通过预先制备前驱体聚合物纳米纤维薄膜，随后经过预氧化、碳化得到碳纳米纤维材料。通过调控前驱体纳米纤维的组分、结构和碳化工艺可以有效实现碳纳米纤维的形态、机械性能以及功能性的调控，从而可获得不同结构类型和功能的碳纳米纤维材料。然而，上述技术得到的碳纳米纤维材料多为薄膜状或粉末状，在一定程度限制了其应用性能的提升和适用领域的拓展(如对材料厚度有一定要求的吸音、隔热、吸附分离等领域)。

国内专利CN108314008A、CN104674383A分别公开了一种柔性可压缩3D全碳纳米纤维气凝胶及其制备方法和碳纳米纤维气凝胶的静电纺丝构建方法。上述专利所述的静电纺碳纳米纤维气凝胶材料具有三维多孔结构，厚度较大，其吸能、储液和隔热性能较薄膜材料有明显提升。然而，上述制备方法均需要先将静电纺所得的前躯体纳米纤维膜在溶剂中进行二次分散，再将所得分散液进行低温冷冻使其凝固，随后将凝固后的分散液进行冷冻干燥，最后将干燥后的纤维聚集体进行碳化得到碳纳米纤维气凝胶。该技术存在冷冻干燥过程缓慢、耗能耗时，且制备过程需要用到大量溶剂，易导致废液污染等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术制备过程较为复杂，需要用到大量溶剂、冷冻干燥过程缓慢、耗能耗时等问题。

本发明提出一种酚醛基体型微/纳米复合碳纤维毡及其制备方法，具体如下：

将三维支撑体与碳纳米纤维进行复合，碳纳米纤维穿插附着于体型支撑体中形成微/纳米复合三维网孔结构。整个制备过程无需冷冻干燥处理，简单易操作、能耗低。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种酚醛基体型微/纳米复合碳纤维毡，包括碳纳米纤维和体型支撑体，所述碳纳米纤维穿插附着于所述体型支撑体中形成微/纳米复合三维网孔结构。

以上所述的酚醛基体型微/纳米复合碳纤维毡的制备方法，包括以下步骤：

(1)将热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂按照质量比为1:9～5:5进行混合得到混合物后溶解于溶剂中获得酚醛树脂质量分数为5～30wt％的溶液，然后将伴纺聚合物和功能性添加物加入到溶液中搅拌混合获得静电纺丝溶液，将静电纺丝溶液采用静电纺丝法制备得到初生纳米纤维；

(2)将步骤(1)所得初生纳米纤维进行短切开松处理，得到纳米纤维短切原丝；