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一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法

阅读：871发布：2021-02-13

IPRDB可以提供一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法，属于纸基复合材料技术领域。本发明对碳纤维进行丙酮预处理，采用静电纺丝的方法将热稳定的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维接枝到碳纤维上，进行包覆层，然后通过二甲基甲酰胺(DMF)溶剂蒸气和热处理进一步将纳米纤维均匀的接枝到碳纤维表面，然后再通过造纸的制备方法湿法成形、热压相结合的方法制备接枝纳米纤维增强碳纤维纸本发明方法通过接枝纳米纤维，增加了碳纤维与纳米纤维之间的相互作用，二者的界面剪切强度(IFSS)提升了48％，所制备的接枝PAN纳米纤维的碳纤维纸，具有优异的处理、化学性能、电热性能等，其用作碳纤维复合材料具备优异的界面剪切强度。，下面是一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈粉末在40℃～60℃下溶于极性有机溶剂中，搅拌3～5h，配制浓度为

1wt％～20wt％的PAN纳米静电纺溶液；

(2)对碳纤维进行丙酮回流预处理得到单根碳纤维，处理条件为：70～80℃下，丙酮回流处理碳纤维36-48h；

(3)在温度为20～30℃，相对湿度为20～25％的条件下，将预处理过的单根碳纤维固定在铜框架上，放置于静电纺丝滚筒收集器上，将步骤(1)制备好的PAN纳米静电纺溶液静电纺到碳纤维上，30～60s后将碳纤维旋转180°，继续静电纺30～60s，升温碳化，得到改性增强纤维；将改性增强纤维放置250℃～280℃烘箱下固化1.5～2h；

(4)将固化后的改性增强纤维、浆粕、分散剂混合，得到混合浆料，所述浆粕添加量为混合浆料质量的20％～60％，所述分散剂的添加量为混合浆料质量的0.05％～0.2％；

(5)将上述混合浆料采用造纸的方法，湿法成形、脱水、烘干，得到原纸；

(6)用稀释剂将环氧树脂稀释成树脂溶液，将原纸在树脂溶液中浸渍，烘干、热压，得到接枝纳米纤维增强碳纤维纸。

2.根据权利要求1所述的一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸的制备方法，其特征在于，所述纳米静电纺的设备条件为：电压为14～17kV，注射器中溶液流量为0.4～0.5m/h，针尖与收集器的距离为190～200mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈粉末的粒径为100～300nm。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸的制备方法，其特征在于，所述浆粕为芳纶浆粕、聚砜纶浆粕、植物浆粕中的一种。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚氧化乙烯、羧甲基纤维素、吐温-80中的一种或几种。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸的制备方法，其特征在于，所述稀释剂为N，N-二甲基甲酰胺。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸的制备方法，其特征在于，所述热压为：热压时间1～3min、温度150～220℃、压力5～10MPa。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述升温碳化为210～250℃。

9.权利要求1-8任一所述的一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸的制备方法制备得到的接枝纳米纤维增强碳纤维纸。

10.利用权利要求9所述的接枝纳米纤维增强碳纤维纸制备得到的发热器材、导电器材、过滤设备或防静电包装器材。

说明书全文

一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法，属于纸基复合材料技术领域。

背景技术

[0002] 碳纤维具有密度低、比性能高、非氧化环境下耐超高温、热膨胀系数小且具有各向异性、耐腐蚀性好、良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等一系列优异特性，常被加工成各种功能材料，在军事及民用方面都有广泛的应用。碳纤维功能纸就是其中之一，可用作发热材料、电磁屏蔽材料、防静电包装材料及燃料电池用气体扩散层材料等，应用领域十分广阔。

[0003] 但是，由于C-C间以非极性共价键相连接，呈乱层石墨结构，导致碳纤维表面光滑，呈现化学惰性，表面能低，缺乏有化学活性的官能团，反应活性低，与基体的黏结性差，界面中存在较多的缺陷，不易被水润湿，在水中易絮聚，分散性能差等问题，直接影响了复合材料的力学性能，限制了碳纤维高性能的发挥，此外，与植物纤维比较，碳纤维之间不会形成氢键结合，纤维间无结合强度，难以成形和抄纸。

[0004] 为了增强纤维与基体之间的相互作用，人们提出并实现了几种方法，其中许多方法在工业规模中得到了广泛的应用。例如，航空航天工业的一种常见做法是对碳纤维表面进行氧化处理，去除弱粘结涂层，将纤维表面进行化学功能化，在环氧树脂固化过程中，官能团将与环氧树脂基体形成化学/物理键，从而改善界面剪切强度(IFSS，interfacial shear strength)；此外，纤维表面的氧化处理可以改善纤维的表面粗糙度，并通过机械联锁改善IFSS。另一种增强纤维-基体相互作用的方法是在碳纤维表面生长或附着高宽比和表面/体积比的纳米晶须。制备杂化纤维的另一种方法是电泳(EP)，这种方法允许在碳纤维上沉积一系列纳米增强材料，如碳纳米管、碳纳米管和石墨纳米粒，尽管这种方法对纤维基体IFSS有明显的改善，但碳纤维在电泳液中的电场暴露导致纤维表面损伤，导致纤维强度下降15～40％。

[0005] 如何使碳纤维在水相中均匀分散及提高纤维表面结合强度和树脂间的相互作用，是湿法抄造碳纤维功能纸的关键。CN 105603805 A公开了一种聚酰亚胺基碳纤维纸的制备方法，通过将碳纤维、分散剂混合疏解搅拌，在成型器上成形，浸渍稀释过的聚酰亚胺树脂，热压得到聚酰亚胺基碳纤维纸，该制备方法得到的碳纤维纸匀度差、强度低、纤维与树脂之间结合力差，各项性能较低。CN 103451989 A公开了一种电热耐高温碳纤维纸的制备方法，其制备方法是将两种长度不同的碳纤维跟间位芳纶浆粕混抄，得到碳纤维纸，该制备方法得到的碳纤维纸匀度差。CN 103382675 A公开了一种电热高温纤维纸的制备方法，其制备方法是将碳纤维、木浆、硅烷偶联剂、分散剂、填料等混抄成纸，得到的纤维纸含有较多的植物纤维，碳化后碳含量偏低，导电性差。

发明内容

[0006] [技术问题]

[0007] 为了解决现有技术的碳纤维纸的匀度差、强度低、导电性差等问题。

[0008] [技术方案]

[0009] 本发明提出了一种新的复合材料概念，即在碳纤维上沉积热稳定的聚合物纳米纤维，其中纳米纤维与纤维之间的相互作用是通过纳米纤维暴露于聚合物溶剂的蒸气和低于300℃的温度来控制的，以避免碳纤维的热降解。本发明以PAN原丝为原料，经氧化稳定化、碳化、石墨化和后处理制得的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维，因其含碳量在90％以上且具有类似微晶化的多环芳香族的结构特征，使它成为了一种耐热性好、质量轻、抗拉强度高和杨氏模量高的高性能纤维。

[0010] 本发明提供的一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸的制备方法，包括以下步骤：

[0011] (1)将聚丙烯腈(PAN)粉末在40℃～60℃下溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、环丁砜、硝酸亚乙基脂等极性有机溶剂溶剂中，搅拌3～5h，配制浓度为11～20wt％的PAN纳米静电纺溶液；

[0012] (2)对碳纤维进行丙酮回流预处理得到单根碳纤维，处理条件为：70～80℃下，丙酮回流处理碳纤维36-48h；

[0013] (3)在温度为20～30℃，相对湿度为20～25％的条件下，将预处理过的单根碳纤维固定在铜框架上，放置于静电纺丝滚筒收集器上，将步骤(1)制备好的PAN纳米静电纺溶液静电纺到碳纤维上，30～60s后将碳纤维旋转180°，继续静电纺30～60s，升温碳化，得到改性增强纤维；将改性增强纤维放置250℃～280℃烘箱下固化1.5～2h；

[0014] (4)将固化后的改性增强纤维、浆粕、分散剂混合，得到混合浆料；所述浆粕添加量为混合浆料质量的20％～60％，所述分散剂的添加量为混合浆料质量的0.05％～0.2％，分散剂为PEO，CPAM，羧基丁苯胶乳；

[0015] (5)将上述混合浆料采用造纸的方法，湿法成形、脱水、烘干，得到原纸；

[0016] (6)用稀释剂将环氧树脂稀释成树脂溶液，将原纸在环氧树脂溶液中浸渍，烘干、热压，得到接枝纳米纤维增强碳纤维纸。

[0017] 在本发明的一种实施方式中，所述极性有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、环丁砜或硝酸亚乙基脂中的任一种。

[0018] 在本发明的一种实施方式中，所述回流预处理的设备优选为索氏提取器。

[0019] 在本发明的一种实施方式中，所述纳米静电纺的设备条件为：电压为14～17kV，注射器中溶液流量为0.4～0.5m/h，针尖与收集器的距离为190～200mm。

[0020] 在本发明的一种实施方式中，所述升温碳化为在210～250℃的温度下，对电纺包覆过的碳纤维进行碳化。

[0021] 在本发明的一种实施方式中，所述聚丙烯腈(PAN)粉末的粒径为100～300nm。

[0022] 在本发明的一种实施方式中，所述固化后的改性强纤维在制备混合浆料前裁定为长度为3～6mm的短切纤维。

[0023] 在本发明的一种实施方式中，所述浆粕为芳纶浆粕、聚砜纶浆粕、植物浆粕中的一种。

[0024] 在本发明的一种实施方式中，所述分散剂为聚氧化乙烯、羧甲基纤维素、吐温-80中的一种或几种。

[0025] 在本发明的一种实施方式，所述稀释剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)。

[0026] 在本发明的一种实施方式中，所述环氧树脂溶液的浓度为10～20wt％。

[0027] 在本发明的一种实施方式中，所述热压为：热压时间1～3min、温度150～220℃、压力5～10MPa。

[0028] 本发明取得的有益效果：

[0029] (1)本发明通过静电纺将PAN纳米纤维接枝包覆到单根碳纤维表面，然后升温碳化，增加了纤维表面粗糙度及活性，提高了纤维与树脂间的界面剪切强度，防止失效时纤维脱粘。

[0030] (2)本发明采用造纸中的湿法成形、热压相结合的方法制备碳纤维纸基材料，相比较碳纤维/环氧树脂复合材料，本方法能够对高性能纤维复合材料中的纤维长度、含量、纤维分布及树脂分散均匀性实现可控性；同时工艺流程简单、生产成本低，适合工业化生产。

[0031] (3)本发明制备得到的接枝纳米纤维增强碳纤维纸，具有优异的电热性能、导电性能好、多孔性高的优点，另外还具有轻量化、耐高温、耐腐蚀等性能，可应用于发热材料、导电材料、过滤材料等领域。

附图说明

[0032] 图1：一种接枝PAN纳米纤维增强碳纤维的制备流程图。

[0033] 图2：未接枝和接枝PAN纳米纤维增强碳纤维示意图和SEM图：其中(a)为未接枝时的碳纤维；(b)为未碳化的接枝PAN纳米纤维增强碳纤维；(c)为碳化后的接枝PAN纳米纤维增强碳纤维。

具体实施方式

[0034] 测试方法：

[0035] (1)紧度和厚度指标的测定方法是按照国家标准GB/T 451.2-2002测定。

[0036] (2)抗张指数指标的测定方法是按照国家标准GB/T 22898-2008测定。

[0037] (3)碳纤维纸表面电阻的测定方法是用四探针法检测，按公式计算：

[0038]

[0039]

[0040] 式中：ρ—电阻率，Ω·m；V—电压，V；I—电流，A；C—探针系数；S1、S2、S3分别为探针1与2，2与3，3与4之间距，用cm为单位时的值，S1＝S2＝S3＝1mm。每个探针都有自己的系数。C≈6.28±0.05，cm。

[0041] (4)根据QC/T583-1999《汽车制动器衬片投气孔率试验方法》的要求，采用吸油法测试试样的孔隙率，按公式计算：

[0042]

[0043] 式中：P--孔隙率，％；

[0044] G1--干燥试样重量，g；

[0045] G2--饱油试样在油中的重量，g；

[0046] G3--饱和试样在空气中的重量，g。

[0047] (5)采用微滴包埋拉出试验装置(HM410)对CF/环氧树脂材料进行微滴包埋拉出试验。界面剪切强度τd可以用下式计算：

[0048]

[0049] 式中：Fd为最大负载，df为纤维直径，x为包埋长度。

[0050] 实施例1

[0051] 一种未接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法，包括以下步骤：

[0052] (1)对碳纤维丙酮回流预处理，处理条件为：80℃下索氏提取器中丙酮回流处理碳纤维48h，纤维长度6mm；

[0053] (2)将芳纶浆粕打浆处理，打浆度55°SR；按照定量90g/m2的原纸，碳纤维：芳纶浆粕为6:4，PEO添加量为0.2％，CPAM添加量为0.2％，羧基丁苯胶乳添加量为0.2％；

[0054] (3)混合浆料在纤维疏解机上搅拌20min，然后在纸页成型器上抄造得到原纸；

[0055] (4)用N，N-二甲基乙酰胺将环氧树脂稀释为质量百分浓度为20％的环氧树脂溶液，原纸在溶液中浸渍30s，在80℃下干燥2h烘干，置于热压机下200℃、10MPa、3min热压成形，得到未接枝纳米纤维增强碳纤维纸。

[0056] 实施例2

[0057] 一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法，包括以下步骤：

[0058] (1)将聚丙烯腈(PAN)粉末在60℃下溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，磁力搅拌5h，配制浓度为4wt％的PAN纳米静电纺溶液；

[0059] (2)对碳纤维丙酮回流预处理，处理条件为：80℃下索氏提取器中丙酮回流处理碳纤维48h，纤维长度6mm；

[0060] (3)在温度为25℃，相对湿度为20％的条件下，将预处理过的单根碳纤维固定在铜框架上，放置于静电纺丝滚筒收集器上，将步骤(1)制备好的PAN溶液静电纺到CF纤维上，30s后将CF旋转180°，继续电纺30s，升温碳化，得到改性增强纤维；将包覆纳米PAN纤维的单根碳纤维放置265℃烘箱下固化2h，纳米静电纺的设备条件为：电压为16kV，注射器中溶液流量为0.5m/h，针尖与收集器距离为200mm；

[0061] (4)对芳纶浆粕打浆，打浆度为55°SR，按照定量90g/m2的原纸，改性增强碳纤维：芳纶浆粕为6:4，PEO添加量为0.2％，CPAM添加量为0.2％，羧基丁苯胶乳添加量为0.2％；

[0062] (5)混合浆料在纤维疏解机上搅拌20min，然后在纸页成型器上抄造得到原纸；

[0063] (6)用N，N-二甲基乙酰胺将环氧树脂稀释为质量百分浓度为20％的环氧树脂溶液，原纸在溶液中浸渍30s，在80℃下干燥2h烘干，置于热压机下200℃、10MPa、3min热压成形，得到接枝4wt％纳米纤维增强碳纤维纸。

[0064] 实施例3

[0065] 一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法，包括以下步骤：

[0066] (1)将聚丙烯腈(PAN)粉末在60℃下溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，磁力搅拌5h，配制浓度为8wt％的PAN纳米静电纺溶液；

[0067] (2)对碳纤维丙酮回流预处理，处理条件为：80℃下索氏提取器中丙酮回流处理碳纤维48h，纤维长度6mm；

[0068] (3)在温度为25℃，相对湿度为20％的条件下，将预处理过的单根碳纤维固定在铜框架上，放置于静电纺丝滚筒收集器上，将步骤(1)制备好的不同浓度的PAN溶液静电纺到CF纤维上，30s后将CF旋转180°，继续电纺30s，升温碳化，得到改性增强纤维；将包覆纳米PAN纤维的单根碳纤维放置265℃烘箱下固化2h，纳米静电纺的设备条件为：电压为16kV，注射器中溶液流量为0.5m/h，针尖与收集器距离为200mm；

[0069] (4)对芳纶浆粕打浆，打浆度为55°SR，按照定量90g/m2的原纸，改性增强碳纤维：芳纶浆粕为6:4，PEO添加量为0.2％，CPAM添加量为0.2％，羧基丁苯胶乳添加量为0.2％；

[0070] (5)混合浆料在纤维疏解机上搅拌20min，然后在纸页成型器上抄造得到原纸；

[0071] (6)用N，N-二甲基乙酰胺将环氧树脂稀释为质量百分浓度为20％的环氧树脂溶液，原纸在溶液中浸渍30s，在80℃下干燥2h烘干，置于热压机下200℃、10MPa、3min热压成形，得到接枝8wt％纳米纤维增强碳纤维纸。

[0072] 实施例4

[0073] 一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法，包括以下步骤：

[0074] (1)将聚丙烯腈(PAN)粉末在60℃下溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，磁力搅拌5h，配制浓度为12wt％的PAN纳米静电纺溶液；

[0075] (2)对碳纤维丙酮回流预处理，处理条件为：80℃下索氏提取器中丙酮回流处理碳纤维48h，纤维长度6mm；

[0076] (3)在温度为25℃，相对湿度为20％的条件下，将预处理过的单根碳纤维固定在铜框架上，放置于静电纺丝滚筒收集器上，将步骤(1)制备好的不同浓度的PAN溶液静电纺到CF纤维上，30s后将CF旋转180°，继续电纺30s，升温碳化，得到改性增强纤维；将包覆纳米PAN纤维的单根碳纤维放置265℃烘箱下固化2h，纳米静电纺的设备条件为：电压为16kV，注射器中溶液流量为0.5m/h，针尖与收集器距离为200mm；

[0077] (4)对芳纶浆粕打浆，打浆度为55°SR，按照定量90g/m2的原纸，改性增强碳纤维：芳纶浆粕为6:4，PEO添加量为0.2％，CPAM添加量为0.2％，羧基丁苯胶乳添加量为0.2％；

[0078] (5)混合浆料在纤维疏解机上搅拌20min，然后在纸页成型器上抄造得到原纸；

[0079] (6)用N，N-二甲基乙酰胺将环氧树脂稀释为质量百分浓度为20％的环氧树脂溶液，原纸在溶液中浸渍30s，在80℃下干燥2h烘干，置于热压机下200℃、10MPa、3min热压成形，得到接枝12wt％纳米纤维增强碳纤维纸。

[0080] 实施例5

[0081] 一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法，包括以下步骤：

[0082] (1)将聚丙烯腈(PAN)粉末在60℃下溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，磁力搅拌5h，配制浓度为16wt％的PAN纳米静电纺溶液；

[0083] (2)对碳纤维丙酮回流预处理，处理条件为：80℃下索氏提取器中丙酮回流处理碳纤维48h，纤维长度6mm；

[0084] (3)在温度为25℃，相对湿度为20％的条件下，将预处理过的单根碳纤维固定在铜框架上，放置于静电纺丝滚筒收集器上，将步骤(1)制备好的不同浓度的PAN溶液静电纺到CF纤维上，30s后将CF旋转180°，继续电纺30s，升温碳化，得到改性增强纤维；将包覆纳米PAN纤维的单根碳纤维放置265℃烘箱下固化2h，纳米静电纺的设备条件为：电压为16kV，注射器中溶液流量为0.5m/h，针尖与收集器距离为200mm；

[0085] (4)对芳纶浆粕打浆，打浆度为55°SR；按照定量90g/m2的原纸，改性增强碳纤维：芳纶浆粕为6:4，PEO添加量为0.2％，CPAM添加量为0.2％，羧基丁苯胶乳添加量为0.2％；

[0086] (5)混合浆料在纤维疏解机上搅拌20min，然后在纸页成型器上抄造得到原纸；

[0087] (6)用N，N-二甲基乙酰胺将环氧树脂稀释为质量百分浓度为20％的环氧树脂溶液，原纸在溶液中浸渍30s，在80℃下干燥2h烘干，置于热压机下200℃、10MPa、3min热压成形，得到接枝16wt％纳米纤维增强碳纤维纸。

[0088] 实施例6

[0089] 一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法，包括以下步骤：

[0090] (1)将聚丙烯腈(PAN)粉末在60℃下溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，磁力搅拌5h，配制浓度为20wt％的PAN纳米静电纺溶液；

[0091] (2)对碳纤维丙酮回流预处理，处理条件为：80℃下索氏提取器中丙酮回流处理碳纤维48h，纤维长度6mm；

[0092] (3)在温度为25℃，相对湿度为20％的条件下，将预处理过的单根碳纤维固定在铜框架上，放置于静电纺丝滚筒收集器上，将步骤(1)制备好的不同浓度的PAN溶液静电纺到CF纤维上，30s后将CF旋转180°，继续电纺30s，升温碳化，得到改性增强纤维；将包覆纳米PAN纤维的单根碳纤维放置265℃烘箱下固化2h，纳米静电纺的设备条件为：电压为16kV，注射器中溶液流量为0.5m/h，针尖与收集器距离为200mm；

[0093] (4)对芳纶浆粕打浆，打浆度为55°SR，按照定量90g/m2的原纸，改性增强碳纤维：芳纶浆粕为6:4，PEO添加量为0.2％，CPAM添加量为0.2％，羧基丁苯胶乳添加量为0.2％；

[0094] (5)混合浆料在纤维疏解机上搅拌20min，然后在纸页成型器上抄造得到原纸；

[0095] (6)用N，N-二甲基乙酰胺将环氧树脂稀释为质量百分浓度为20％的环氧树脂溶液，原纸在溶液中浸渍30s，在80℃下干燥2h烘干，置于热压机下200℃、10MPa、3min热压成形，得到接枝20wt％纳米纤维增强碳纤维纸。

[0096] 按照实施例1～6的方法，制备得到的接枝不同浓度纳米纤维增强碳纤维纸的性能如下表1所示，接枝不同浓度PAN纳米纤维的纸样厚度、紧度物理指标没有较大差别，随着接枝浓度的增大，电阻率减小；孔隙率、抗张指数和界面剪切强度随接枝浓度的增大呈先增大后减小的趋势，在接枝浓度为12wt％时性能最佳。

[0097] 表1实施例1-6制备得到的纳米纤维增强碳纤维纸的性能测试结果

[0098]

[0099]

[0100] 实施例7

[0101] 一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法，包括以下步骤：

[0102] (1)将聚丙烯腈(PAN)粉末在60℃下溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，磁力搅拌5h，配制浓度为12wt％的PAN纳米静电纺溶液；

[0103] (2)对碳纤维丙酮回流预处理，处理条件为：80℃下索氏提取器中丙酮回流处理碳纤维48h，纤维长度6mm；

[0104] (3)在温度为25℃，相对湿度为20％的条件下，将预处理过的单根碳纤维固定在铜框架上，放置于静电纺丝滚筒收集器上，将步骤(1)制备好的不同浓度的PAN溶液静电纺到CF纤维上，30s后将CF旋转180°，继续电纺30s，升温碳化，得到改性增强纤维；将包覆纳米PAN纤维的单根碳纤维放置265℃烘箱下固化2h，纳米静电纺的设备条件为：电压为16kV，注射器中溶液流量为0.5m/h，针尖与收集器距离为200mm；

[0105] (4)对植物纤维浆粕打浆，打浆度为55°SR，按照定量90g/m2的原纸，改性增强碳纤维：植物纤维浆粕为6:4，PEO添加量为0.2％，CPAM添加量为0.2％，羧基丁苯胶乳添加量为0.2％；

[0106] (5)混合浆料在纤维疏解机上搅拌20min，然后在纸页成型器上抄造得到原纸；

[0107] (6)用N，N-二甲基乙酰胺将环氧树脂稀释为质量百分浓度为20％的环氧树脂溶液，原纸在溶液中浸渍30s，在80℃下干燥2h烘干，置于热压机下200℃、10MPa、3min热压成形，得到接枝12wt％纳米纤维增强碳纤维纸。

[0108] 添加植物纤维浆粕的接枝12wt％纳米纤维增强碳纤维纸，由于在200℃下热压，植物纤维受热发生分解，导致纸页强度下降，性能也随之下降。

[0109] 对比例1未经过升温碳化步骤

[0110] 一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法，包括以下步骤：

[0111] (1)将聚丙烯腈(PAN)粉末在60℃下溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，磁力搅拌5h，配制浓度为12wt％的PAN纳米静电纺溶液；

[0112] (2)对碳纤维丙酮回流预处理，处理条件为：80℃下索氏提取器中丙酮回流处理碳纤维48h，纤维长度6mm；

[0113] (3)在温度为25℃，相对湿度为20％的条件下，将预处理过的单根碳纤维固定在铜框架上，放置于静电纺丝滚筒收集器上，将步骤(1)制备好的不同浓度的PAN溶液静电纺到CF纤维上，30s后将CF旋转180°，继续电纺30s；将包覆纳米PAN纤维的单根碳纤维放置265℃烘箱下固化2h，纳米静电纺的设备条件为：电压为16kV，注射器中溶液流量为0.5m/h，针尖与收集器距离为200mm；

[0114] (4)对芳纶浆粕打浆，打浆度为55°SR，按照定量90g/m2的原纸，改性增强碳纤维：芳纶浆粕为6:4，PEO添加量为0.2％，CPAM添加量为0.2％，羧基丁苯胶乳添加量为0.2％；

[0115] (5)混合浆料在纤维疏解机上搅拌20min，然后在纸页成型器上抄造得到原纸；

[0116] (6)用N，N-二甲基乙酰胺将环氧树脂稀释为质量百分浓度为20％的环氧树脂溶液，原纸在溶液中浸渍30s，在80℃下干燥2h烘干，置于热压机下200℃、10MPa、3min热压成形，得到接枝12wt％纳米纤维增强碳纤维纸。

[0117] 进行性能测试，结果PAN纳米纤维不能紧密的包覆在碳纤维四周，大大降低了碳纤维与环氧树脂之间的结合，除厚度、紧度等性能外，各项物理性能均降低。

[0118] 对比例2不进行热压固化操作

[0119] 一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法，包括以下步骤：

[0120] (1)将聚丙烯腈(PAN)粉末在60℃下溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，磁力搅拌5h，配制浓度为12wt％的PAN纳米静电纺溶液；

[0121] (2)对碳纤维丙酮回流预处理，处理条件为：80℃下索氏提取器中丙酮回流处理碳纤维48h，纤维长度6mm；

[0122] (3)在温度为25℃，相对湿度为20％的条件下，将预处理过的单根碳纤维固定在铜框架上，放置于静电纺丝滚筒收集器上，将步骤(1)制备好的不同浓度的PAN溶液静电纺到CF纤维上，30s后将CF旋转180°，继续电纺30s，升温碳化，制备得到改性增强碳纤维；纳米静电纺的设备条件为：电压为16kV，注射器中溶液流量为0.5m/h，针尖与收集器距离为200mm；

[0123] (4)对芳纶浆粕打浆，打浆度为55°SR，按照定量90g/m2的原纸，改性增强碳纤维：芳纶浆粕为6:4，PEO添加量为0.2％，CPAM添加量为0.2％，羧基丁苯胶乳添加量为0.2％；

[0124] (5)混合浆料在纤维疏解机上搅拌20min，然后在纸页成型器上抄造得到原纸；

[0125] (6)用N，N-二甲基乙酰胺将环氧树脂稀释为质量百分浓度为20％的环氧树脂溶液，原纸在溶液中浸渍30s，在80℃下干燥2h烘干，置于热压机下200℃、10MPa、3min热压成形，得到接枝12wt％纳米纤维增强碳纤维纸。

[0126] 进行性能测试，结果：未进行高温热压固化，环氧树脂分子间未交联，不能形成网状结构，因此试样硬度下，尺寸稳定性差，性能降低。

[0127] 对比例3

[0128] (1)将聚丙烯腈(PAN)粉末在60℃下溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，磁力搅拌5h，配制浓度为12wt％的PAN纳米溶液；

[0129] (2)对碳纤维丙酮回流预处理，处理条件为：80℃下索氏提取器中丙酮回流处理碳纤维48h，纤维长度6mm；

[0130] (3)将单根碳纤维浸渍在步骤(1)制备得到的浓度为12wt％的PAN纳米溶液中4h，取出后升温碳化，再将包覆纳米PAN纤维的单根碳纤维放置265℃烘箱下固化2h，得到改性增强纤维

[0131] (4)对芳纶浆粕打浆，打浆度为55°SR，按照定量90g/m2的原纸，改性增强碳纤维：芳纶浆粕为6:4，PEO添加量为0.2％，CPAM添加量为0.2％，羧基丁苯胶乳添加量为0.2％；

[0132] (5)混合浆料在纤维疏解机上搅拌20min，然后在纸页成型器上抄造得到原纸；

[0133] (6)用N，N-二甲基乙酰胺将环氧树脂稀释为质量百分浓度为20％的环氧树脂溶液，原纸在溶液中浸渍30s，在80℃下干燥2h烘干，置于热压机下200℃、10MPa、3min热压成形，得到接枝12wt％纳米纤维增强碳纤维纸。

[0134] 纳米颗粒在纤维表面发生部分团聚，纳米颗粒不能有效的接枝到碳纤维表面，制备的样品界面剪切性能大大降低。

[0135] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

标题	发布/更新时间	阅读量
再生纤维素纤维-专利编号CN104884689B	2020-05-13	1101
纤维素纤维-专利编号CN105723027A	2020-05-11	693
再生纤维素纤维-专利编号CN103958749A	2020-05-11	319
纤维处理-专利编号CN1111305A	2020-05-13	903
再生纤维素纤维-专利编号CN103958749B	2020-05-13	977
再生纤维素纤维-专利编号CN102639767A	2020-05-12	860
再生纤维素纤维-专利编号CN104884689A	2020-05-12	287
再生纤维素纤维-专利编号CN102639767B	2020-05-12	177
纤维素纤维-专利编号CN105723027B	2020-05-11	1072
纤维-专利编号CN203429322U	2020-05-11	959

一种接枝纳米纤维增强碳纤维纸及其制备方法

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