[发明专利]静电纺丝制备柔性碳化硅/碳纳米管复合纤维膜的方法

说明书

本发明涉及一种静电纺丝制备柔性碳化硅/碳纳米管复合纤维膜的方法，将碳化硅前驱体(聚碳硅烷PCS)和易纺丝聚合物加入到有机溶剂中搅拌一段时间，再加入碳纳米管超声分散，得到聚碳硅烷/碳纳米管混合纺丝液，将该溶液静电纺丝得到聚碳硅烷/碳纳米管复合纤维膜；将聚碳硅烷/碳纳米管复合纤维膜经过不熔化处理和高温热解处理后得到柔性碳化硅/碳纳米管复合纤维膜。本发明提出了一种静电纺丝制备柔性碳化硅/碳纳米管复合纤维膜的方法，该方法在碳化硅纤维中引入了分散良好的碳纳米管，得到力学、电学、吸波性能良好的柔性复合纤维膜，在吸波隐身材料、高温传感器、复合材料增强等领域有着良好的应用前景。

技术领域

本发明属于复合纤维制备领域，涉及一种静电纺丝制备柔性碳化硅/碳纳米管复合纤维膜的方法，包括先先驱体纺丝液配置、静电纺丝、先驱体的不熔化处理和热解过程。

背景技术

碳化硅纤维具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐酸碱、耐空间辐照等一系列优良性能，是一种相对密度低的陶瓷纤维。它与碳纤维相比，具有更好的高温抗氧化性能。SiC陶瓷纤维在吸波隐身、高温传感器、高温过滤、催化剂负载等方面有着巨大的应用潜力，广泛应用于航空、航天、核能、兵器等国防尖端领域，被称为21世纪航空航天及高科技领域应用的新材料。

SiC纤维的制备方法通常有化学气相沉积法(CVD)、微粉烧结法(PS)、碳热还原法(CR)和先躯体转化法(PD)。静电纺丝作为一种可制备超精细纳米纤维的新型加工方法，与其他方法相比操作简单，条件温和，成本较低。基于静电纺丝技术制备的碳化硅纤维具有较大的比表面积和孔隙率，并可以通过调节纺丝工艺，改变纺丝体系，设计并达到诸多良好性能。

碳纳米管(CNTs)作为一种新型纳米材料，具有优异的力学、电学、热学性能。碳纳米管的拉伸强度可达50～200Gpa，弹性模量可达1Tpa，与金刚石的模量相当，同时还具有超高的弹性、韧性(理论上最大延伸率为20％)和抗疲劳性能，是高性能纤维最理想的增强材料。由于CNTs具有优异的电学性能，将少量CNTs加入到其他材料中，可明显提高材料的导电性。

若是能将碳纳米管均匀包裹在碳化硅内部，既能有效发挥碳纳米管优良的力学、电学、介电性能，又能利用碳化硅的耐腐蚀、耐高温氧化等优势，同时克服碳化硅纤维脆性大的问题，就可以得到柔韧的、导电性、吸波性能良好的碳化硅/碳纳米管复合纤维膜。

国防科技大学李效东等(Composites:Part A 43(2012)317–324)报道了一种熔融纺丝发制备碳化硅/碳纳米管复合纤维的方法，引入CNT之后得到的SiC/CNT复合纤维的力学性能、和电学性能均有大幅的提高，其制备的复合纤维直径在10微米以上。宾夕法尼亚大学的M.Terrones教授等(Adv.Funct.Mater.2015,25,4985–4993)使用放电等离子体烧结法制备了SiC/CNT纳米复合材料，实验证明加入CNT后，复合材料的电导率和热导率均有提升。中国专利CN 103061112 A公开了一种碳化硅/碳纳米管复合材料，具体是以碳纳米管宏观体为预制体，采用化学气相沉积法热解含硅前驱体将碳化硅沉积于碳纳米管，但是该方法成本较高，且碳纳米管表面的碳化硅分布不均匀；中国专利CN 102021831 A公开了一种原位生长有碳纳米管的碳化硅纤维立体织物，该碳化硅纤维立体织物主要由碳化硅纤维编织而成，用化学气相沉积，使碳化硅纤维立体织物上原位生长出碳纳米管，该方法使用了催化剂，工艺复杂，成本较高。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种静电纺丝制备柔性碳化硅/碳纳米管复合纤维膜的方法，制备出具有柔性的碳化硅/碳纳米管复合纤维膜。可以同时实现复合纤维制备连续均匀，可调直径结构(从微米级别到纳米级别)和工艺较简单方便的目标。

技术方案

一种静电纺丝制备柔性碳化硅/碳纳米管复合纤维膜的方法，其特征在于步骤如下：