[发明专利]一种纤维增强聚酰亚胺基复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种纤维增强聚酰亚胺基复合材料及制备方法。具体步骤：采用原位聚合法制备了具有一定黏度的聚酰胺酸溶液；然后将碳短切纤维连续搅拌成均相，制得碳短切纤维/PAA复合溶液，复合溶液悬涂于平整载体上，随后置于凝胶混合溶液中进行凝胶化，或碳纤维布有序的悬置于溶液中取出，再将剩余的溶液均匀地喷涂在纤维的两面，双面压实；再将复合件置于烘箱中进行亚胺化处理，得到聚酰亚胺基增强复合材料；最后将制件置于管式炉中进行高温碳化处理，得到N掺杂纤维增强聚酰亚胺基碳化复合材料。该方法过程可控，工艺优良，产品两面的性能基本一致，制备出的复合材料件具有良好的导热性及电化学特征，可应用于超级电容器，柔性电极等储能领域。

技术领域

本发明涉及一种纤维增强聚酰亚胺基复合材料及制备方法，尤其涉及一种通过高温碳化及纤维增强改性聚酰亚胺基体材料及制备方法。

背景技术

随着电子信息能源的加速发展，该领域的一些基本电子元件的开发也非常快速。顺应新科技的要求，传统电子部件已经无法适应大环境的要求。且受到大经济环境的影响，电容器储能产业已经面临着人力、物资、环境能源等各方面成本的大幅度上扬，但是其产品的价格却呈现一路下滑，在这样双重压力的共同作用下，电子部件亟待全面创新，才能顺应电子工业的发展要求。新型电子元器件层出不穷，新型电子元器件体现了当代和今后电子元器件向高频化、片式化、微型化、薄型化、低功耗、响应速率快、复合化及智能化等的发展趋势。

超级电容器是一种具有能量密度高、可快速充放电、循环寿命长、可靠性高、环保等优点的新型储能器件，近年来受到研究人员的重视。随着新能源的发展，数字化、信息化环境要求，储能装置不仅需要具有较好的循环寿命，高比能量和高比功率，还需具备质轻便携及环境稳定性，这都是传统电容器面临的新挑战。电极作为储能器件的核心部分，其性能的优劣对整个储能系统起到至关重要的影响。碳纤维凭借优异的结构特性，不仅成为储能设备传统碳基电极的优势材料，也是航空航天及国防领域不可取代的核心材料。而聚酰亚胺作为目前世界上性能最好的工程塑料之一，不论是树脂基体还是复合材料一直处于材料金字塔顶端，成为新兴领域的“宠儿”。因此，贴近应用趋势，研发适用于柔性储能器件的高性能电极，将两种材料的“强-强”链接，降低传统电容器构件质量，改善电极材料的环境稳定性，不仅可以开拓该类复合材料在先进领域储能设备中的广泛应用，同时，也为加速完善储能设备的配套器件，促进新能源新装备的蓬勃发展，提供了更多的技术与材料支撑。

Yu Sheng Wang等人提供了一种简单，有效和实际的方法制备一种多孔柔性电极。该电极有优异的体积电容和表面电容。其主要在具有高比表面积的尼龙66(PA66)纳米纤维织物中掺入合适尺寸的氧化石墨烯(RGO)，合成的RGO/PA66纳米纤维织物具有满意的电导性，柔性以及RGO和PA66纳米纤维织物之间的粘接性，纳米纤维织物较大的表面积使得RGO在导带之间形成强烈的作用，没有团聚，提高了纳米纤维织物的比质量电容(C_S,M)，比体积电容(C_S,V)和比面积电容(C_S,A)，使其取代超细纤维织物作为基材。结果同样显示，RGO的尺寸是促进纳米纤维织物的关键因素。在三电极系统中，中尺寸还原氧化石墨烯M-RGO/PA66(279.82Fg^-1)与小尺寸S-RGO/PA66(65.4Fg^-1)以及大尺寸L-RGO/PA66(95.3Fg^-1)相比，具有更高的电导性，因为其质量含量是最大的，其导电路径是完整的，基于结合了RGO和纳米纤维织物基材的优点，由M-RGO/PA66组装的超电容具有极高的电池C_S,V，C_S,A和基质C_S,M，分别为38.79Fcm^-3，0.931Fcm^-2和71.98Fg^-1，这些值都超过了相关文献报道的值。因此，通过利用纳米纤维织物和合适尺寸的RGO作为柔性电极材料的方法，提供了一个概念性的方法来增强石墨烯的质量含量和柔性电极的比电容。但是该方法的工艺条件要求较高，对于温度和压力的指标较高，对制备环境的要求严格。