專利名稱：一種制造高強(qiáng)度粘膠基活性炭纖維布的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于炭材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種活性炭纖維材料制造方法，特別是涉及 到一種高強(qiáng)度粘膠基活性炭纖維布的制造方法。
背景技術(shù)：
活性炭纖維是20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的一種新型多孔性吸附功能材料和環(huán) 保工程材料。它是以天然或人造纖維如粘結(jié)纖維、聚合物纖維為原料，經(jīng)低溫炭化、高溫活 化制備而成，具有發(fā)達(dá)和獨(dú)特的微孔孔隙和表面結(jié)構(gòu)的一種絲狀或纖維狀活性炭。與傳統(tǒng) 顆粒活性炭相比，活性炭纖維具有有效比表面積大，吸附容量高，特別是對低濃度氣體也有 很好的吸附能力等優(yōu)異性能?；钚蕴坷w維布是由具有經(jīng)緯相互交織織物結(jié)構(gòu)的平織布或斜 紋布構(gòu)成。它除了具有活性炭纖維所擁有的優(yōu)異特性外，還具有優(yōu)良的耐高溫性能、導(dǎo)電性 能、化學(xué)穩(wěn)定性以及良好的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度?？勺鳛槟透邷夭牧虾头阑鹱枞疾牧蠎?yīng)用于 各種高溫設(shè)備的保溫材料、制造防火、防毒、防化等防護(hù)用品如防毒服、防毒面具、防毒帽及 裝飾材料等方面。目前生產(chǎn)粘膠基活性炭纖維布的方法與生產(chǎn)活性炭纖維的方法基本相同。如陳勝 軍提出的一種超級電容器專用活性炭纖維布的制備方法(公開號CN 101562076A)，就是 以粘膠纖維作為原材料布，采用磷酸銨類活化劑和氯化鉀催化劑的混合液作為浸漬劑，然 后低溫炭化、高溫活化，最后經(jīng)洗滌、烘干處理過程后制備成為超級電容器電極材料。但是， 采用上述方法制備的活性炭纖維布一般機(jī)械強(qiáng)度較差，制造的防火、防毒、防化等防護(hù)用品 如防毒服、防毒面具、防毒帽及裝飾用品等產(chǎn)品強(qiáng)度低，使用壽命短，無法滿足實(shí)際應(yīng)用的 需求，更無法與國外的同類產(chǎn)品競爭。所以，提高活性炭纖維布的機(jī)械強(qiáng)度，研制高強(qiáng)度活 性炭纖維布已經(jīng)成為提升活性炭纖維布產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制造高強(qiáng)度粘膠基活性炭纖維布的方法，本方法以長 粘膠纖維絲為原絲織造的粘結(jié)纖維布為原料，根據(jù)其組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用不含磷的化學(xué) 試劑為阻燃劑，并添加可提高活性炭纖維布機(jī)械強(qiáng)度的石墨化促進(jìn)劑，經(jīng)連續(xù)式低溫炭化 及牽伸，高溫炭化與活化及牽伸工藝，制造出具有高強(qiáng)度的粘膠基活性炭纖維布。本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟1、選用以長粘膠纖維絲為原絲織造的粘結(jié)纖維平紋或斜紋布為原料，布的重量為 300-1000g/m2，并將其進(jìn)行清洗以除去絲表面的油跡、膠體、灰塵等雜質(zhì)；2、選用一種或幾種氯化物或硼化物為阻燃劑配制浸漬溶液，并添加一種或幾種無 機(jī)金屬鹽為石墨化促進(jìn)劑；阻燃劑浸漬溶液的總濃度為3-15% (重量百分?jǐn)?shù)，)，石墨 化促進(jìn)劑的總添加量為以浸漬溶液為基準(zhǔn)的1-9% (重量百分?jǐn)?shù)，wt%，)；3、把粘膠纖維布浸漬在浸漬溶液中10-50min，經(jīng)擠壓脫水后，進(jìn)行干燥和預(yù)氧化 處理，干燥和預(yù)氧化處理溫度為120-220°C，在處理過程中應(yīng)進(jìn)行牽伸使布平整。
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4、處理后的布送入連續(xù)式低溫炭化設(shè)備中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行低溫炭化，控制 停留時(shí)間為15-60min，炭化設(shè)備的溫度分布為150-400°C，并在炭化過程中保持牽伸作用， 控制布的收縮率在10-30% (體積百分?jǐn)?shù)，v% )；5、炭化布送入連續(xù)式高溫炭化和活化設(shè)備中，經(jīng)過10-20min的高溫炭化后進(jìn) 行活化，活化劑為H20+C02混合氣，混合氣中C02/H20比為0. 2-0. 5 (重量比wt)，加入量為 200-600L/min ；控制炭化布的停留時(shí)間為15-35min ；高溫炭化和活化設(shè)備的溫度分布為 400-950°C，并在高溫炭化和活化過程中保持牽伸作用，控制布的收縮率在10-20% (體積 百分?jǐn)?shù)，v%)。所述的阻燃劑氯化物為HCl、NH4Cl、ZnCl2、NaCl、KCl中的一種或幾種的混合物；所述的阻燃劑硼化物為H3B03、Na3B03> Ni3(B03)2或A1B03中的一種或幾種的混合 物；所述的石墨化促進(jìn)劑無機(jī)金屬鹽為MgCl2、FeCl3、CuCl2、MnCl2、AgCl、AlCl3、CoCl2、 NiS04、CoS04中的一種或幾種的混合物；本發(fā)明的效果和益處是采用本發(fā)明方法制備的活性炭纖維布機(jī)械強(qiáng)度高、微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)；生產(chǎn)工藝過程 簡單，易于控制，可連續(xù)化生產(chǎn)，制造成本低，并容易工藝放大，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；并可根據(jù) 實(shí)際應(yīng)用要求進(jìn)行生產(chǎn)工藝優(yōu)化，制造出不同規(guī)格的高強(qiáng)度活性炭纖維布產(chǎn)品，提高活性 炭纖維布的核心競爭力。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
和實(shí)施例。實(shí)施例1取長絲織造的粘結(jié)纖維平紋布30米，清洗除去表面的油跡、膠體、灰塵等雜質(zhì)，然 后在120°C干燥；以HCl、NH4Cl、ZnCl2為阻燃劑配制成總濃度為10% (wt% )的浸漬溶液， 其中HC1 NH4C1 ZnCl2*l 4 1 ；并加入相當(dāng)于浸漬溶液5 % (wt % )的FeCl3、 CuCl2、MnCl2混合物，其中FeCl3 CuCl2 MnCl2為1 1 1 ；把粘膠纖維布浸漬在浸漬 溶液中20min，經(jīng)擠壓脫水，在120°C干燥后，在200°C下進(jìn)行預(yù)氧化處理，并同時(shí)進(jìn)行牽伸 使布平整。處理后的布直接送入低溫炭化爐中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行低溫炭化，控制炭化終 溫為380°C，停留時(shí)間為45min，并在炭化過程中保持牽伸，控制布的收縮率在20% (v% )； 最后，把炭化布送入高溫炭化和活化爐中，進(jìn)行高溫炭化和活化；控制高溫炭化和活化終溫 為900°C，炭化停留時(shí)間為lOmin，活化停留時(shí)間為20min，活化劑為H20+C02混合氣，混合氣 中C02/H20比為0. 3，加入量為400L/min ；并在高溫炭化和活化過程中保持牽伸，控制布的收 縮率在20% (v% )0效果制備得到的活性炭纖維布的性能指標(biāo)為BET比表面積=1080m2/g，拉伸斷 裂強(qiáng)度徑向=108N，緯向=68N，撕破強(qiáng)度=8. 5N ；實(shí)施例2取長絲織造的粘結(jié)纖維斜紋布30米，清洗除去表面的油跡、膠體、灰塵等雜質(zhì)，然 后在120°C干燥；以KCl、NH4Cl、ZnCl2為阻燃劑配制成總濃度為10% (wt% )的浸漬溶液， 其中KC1 NH4C1 ZnCl2*l 10 3 ；并加入相當(dāng)于浸漬溶液5% (wt% )的A1C13、CoCl2、FeCl3混合物，其中A1C13 CoCl2 FeCl3為3 1 1 ；把粘膠纖維布浸漬在浸漬 溶液中20min，經(jīng)擠壓脫水，在120°C干燥后，在220°C下進(jìn)行預(yù)氧化處理，并同時(shí)進(jìn)行牽伸 使布平整。處理后的布直接送入低溫炭化爐中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行低溫炭化，控制炭化終 溫為380°C，停留時(shí)間為40min，并在炭化過程中保持牽伸，控制布的收縮率在20% (v% )； 最后，把炭化布送入高溫炭化和活化爐中，進(jìn)行高溫炭化和活化；控制高溫炭化和活化終溫 為900 V，炭化停留時(shí)間為5min，活化停留時(shí)間為25min，活化劑為H20+C02混合氣，混合氣中 C02/H20比為0. 3，加入量為400L/min ；并在高溫炭化和活化過程中保持牽伸，控制布的收縮 率在 20% (v% )0效果制備的活性炭纖維布的性能指標(biāo)為BET比表面積=1080m2/g,拉伸斷裂強(qiáng) 度徑向=116N，緯向=79N，撕破強(qiáng)度=10N實(shí)施例3取長絲織造的粘結(jié)纖維斜紋布30米，清洗除去表面的油跡、膠體、灰塵等雜質(zhì)，然 后在120°C干燥；以H3B03、Na3B03為阻燃劑配制成總濃度為15% (wt% )的浸漬溶液，其中 H3B03 Na3B03為1 3 ；并加入相當(dāng)于浸漬溶液6% (wt% )的NiS04、CoS04、AlCl3混合物， 其中NiS04 CoS04 2 4 ；把粘膠纖維布浸漬在浸漬溶液中25min，經(jīng)擠壓 脫水，在120°C干燥后，在180°C下進(jìn)行預(yù)氧化處理，并同時(shí)進(jìn)行牽伸使布平整。處理后的布 直接送入低溫炭化爐中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行低溫炭化，控制炭化終溫為380 °C，停留時(shí)間 為30min，并在炭化過程中保持牽伸，控制布的收縮率在20% (v%)；最后，把炭化布送入高 溫炭化和活化爐中，進(jìn)行高溫炭化和活化；控制高溫炭化和活化終溫為900°C，炭化停留時(shí) 間為lOmin，活化停留時(shí)間為25min，活化劑為H20+C02混合氣，混合氣中C02/H20比為0. 5， 加入量為500L/min;并在高溫炭化和活化過程中保持牽伸，控制布的收縮率在20% (v%)0效果制備的活性炭纖維布的性能指標(biāo)為BET比表面積=980m2/g，拉伸斷裂強(qiáng) 度徑向=110N，緯向=81N，撕破強(qiáng)度=9N實(shí)施例4取長絲織造的粘結(jié)纖維平紋布30米，清洗除去表面的油跡、膠體、灰塵等雜質(zhì)，然 后在120°C干燥；以H3B03、Na3B03、AlB03為阻燃劑配制成總濃度為15% (wt% )的浸漬溶液， 其中H3B03 Na3B03 八讓03為2 2 1 ；并加入相當(dāng)于浸漬溶液7% (wt% )的FeCl3、 附504、0^04混合物，其中？化13 NiS04 COS04*3 1 1 ；把粘膠纖維布浸漬在浸漬溶 液中20min，經(jīng)擠壓脫水后，在120°C干燥后，在220°C下進(jìn)行預(yù)氧化處理，并同時(shí)進(jìn)行牽伸 使布平整。處理后的布直接送入低溫炭化爐中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行低溫炭化，控制炭化終 溫為380°C，停留時(shí)間為40min，并在炭化過程中保持牽伸，控制布的收縮率在20% (v% )； 最后，把炭化布送入高溫炭化和活化爐中，進(jìn)行高溫炭化和活化；控制高溫炭化和活化終溫 為900 V，炭化停留時(shí)間為5min，活化停留時(shí)間為25min，活化劑為H20+C02混合氣，混合氣中 C02/H20比為0. 2，加入量為400L/min ；并在高溫炭化和活化過程中保持牽伸，控制布的收縮 率在 20% (v% )0效果制備的活性炭纖維布的性能指標(biāo)為BET比表面積=1100m2/g,拉伸斷裂強(qiáng) 度徑向=100N，緯向=73N，撕破強(qiáng)度=11N實(shí)施例5取長絲織造的粘結(jié)纖維斜紋布30米，清洗除去表面的油跡、膠體、灰塵等雜質(zhì)，然
5后在120°C干燥；以H3B03、Na3B03、Ni3(B03)2為阻燃劑配制成總濃度為15% (wt% )的浸漬 溶液，其中H3B03 Na3B03 Ni3(B03)2^J 2 2 1 ；并加入相當(dāng)于浸漬溶液5% (wt% ) 的 FeCl3、CuCl2、AlCljg合物，其中 FeCl3 CuCl2 A1C13 為 1 2 4 ；把粘膠纖維布 浸漬在浸漬溶液中20min，經(jīng)擠壓脫水后，在120°C干燥后，在220°C下進(jìn)行預(yù)氧化處理，并 同時(shí)進(jìn)行牽伸使布平整。處理后的布直接送入低溫炭化爐中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行低溫炭 化，控制炭化終溫為380°C，停留時(shí)間為40min，并在炭化過程中保持牽伸，控制布的收縮率 在20% (v% )；最后，把炭化布送入高溫炭化和活化爐中，進(jìn)行高溫炭化和活化；控制高溫 炭化和活化終溫為900°C，炭化停留時(shí)間為5min，活化停留時(shí)間為25min，活化劑為H20+C02 混合氣，混合氣中C02/H20比為0. 2，加入量為400L/min ；并在高溫炭化和活化過程中保持牽 伸，控制布的收縮率在20% (v% )0效果制備的活性炭纖維布的性能指標(biāo)為BET比表面積=880m2/g，拉伸斷裂強(qiáng) 度徑向=1016N，緯向=80N，撕破強(qiáng)度=8N實(shí)施例6取長絲織造的粘結(jié)纖維斜紋布30米，清洗除去表面的油跡、膠體、灰塵等雜質(zhì)，然 后在120°C干燥；以KCl、NH4Cl、ZnCl2為阻燃劑配制成總濃度為10% (wt% )的浸漬溶液， 其中KC1 NH4C1 ZnCl2*l 10 3 ；并加入相當(dāng)于浸漬溶液6% (wt% )的CoCl2、 CuC12、A1C13混合物，其中CoCl2 CuCl2 A1C13為1 1 3 ；把粘膠纖維布浸漬在浸漬溶 液中20min，經(jīng)擠壓脫水后，在120°C干燥后，在200°C下進(jìn)行預(yù)氧化處理，并同時(shí)進(jìn)行牽伸 使布平整。處理后的布直接送入低溫炭化爐中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行低溫炭化，控制炭化終 溫為380°C，停留時(shí)間為35min，并在炭化過程中保持牽伸，控制布的收縮率在15% (v% )； 最后，把炭化布送入高溫炭化和活化爐中，進(jìn)行高溫炭化和活化；控制高溫炭化和活化終溫 為900 V，炭化停留時(shí)間為5min，活化停留時(shí)間為25min，活化劑為H20+C02混合氣，混合氣中 C02/H20比為0. 5，加入量為500L/min ；并在高溫炭化和活化過程中保持牽伸，控制布的收縮 率在 20% (v% )0效果制備的活性炭纖維布的性能指標(biāo)為BET比表面積=1180m2/g,拉伸斷裂強(qiáng) 度徑向=1090N，緯向=85N，撕破強(qiáng)度=11N。
權(quán)利要求
一種制造高強(qiáng)度粘膠基活性炭纖維布的方法，其特征在于包括下列步驟(1)選用粘結(jié)纖維布為原料，并將其進(jìn)行清洗；(2)選用一種或幾種氯化物或硼化物為阻燃劑，并配制浸漬溶液，并在浸漬溶液中添加一種或幾種無機(jī)金屬鹽為石墨化促進(jìn)劑；(3)把粘膠纖維布浸漬在浸漬溶液中10-50min，經(jīng)擠壓脫水后，進(jìn)行干燥和預(yù)氧化處理，干燥和預(yù)氧化處理溫度為120-220℃，在處理過程中應(yīng)進(jìn)行牽伸使布平整；(4)處理后的布送入連續(xù)式低溫炭化設(shè)備中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行低溫炭化，控制停留時(shí)間為15-60min，炭化溫度為150-400℃，并在炭化過程中保持牽伸作用，控制布的收縮率在10-30v％；(5)炭化布送入連續(xù)式高溫炭化和活化設(shè)備中，經(jīng)過10-20min的高溫炭化后進(jìn)行活化，活化劑為混合氣，加入量為200-600L/min；控制炭化布的停留時(shí)間為15-35min；高溫炭化和活化設(shè)備的溫度為400-950℃，并在高溫炭化和活化過程中保持牽伸作用，控制布的收縮率在10-20v％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造高強(qiáng)度粘膠基活性炭纖維布的方法，其特征在于 粘結(jié)纖維布是以長粘膠纖維絲為原絲織造而成的平紋或斜紋布，布的重量為300-1000g/ m2；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造高強(qiáng)度粘膠基活性炭纖維布的方法，其特征在于 混合氣為H20和C02混合物，混合氣中C02/H20重量比為0. 2-0. 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造高強(qiáng)度粘膠基活性炭纖維布的方法，其特征在于 氯化物為HC1、NH4C1、ZnCl2、NaCl、KC1中的一種或幾種的混合物；硼化物為H3B03、Na3B03、 Ni3 (B03) 2、A1B03中的一種或幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造高強(qiáng)度粘膠基活性炭纖維布的方法，其特征在于 無機(jī)金屬鹽為 MgCl2、FeCl3、CuCl2、MnCl2、AgCl、A1C13、CoCl2、NiS04、CoS04 中的一種或幾種 的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造高強(qiáng)度粘膠基活性炭纖維布的方法，以長粘膠纖維絲為原絲織造的粘結(jié)纖維布為原料，根據(jù)其組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用不含磷的化學(xué)試劑為阻燃劑，并添加可提高活性炭纖維布機(jī)械強(qiáng)度的石墨化促進(jìn)劑，經(jīng)連續(xù)式低、高溫炭化、活化及牽伸等工藝過程，制造出微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，具有高強(qiáng)度的粘膠基活性炭纖維布。本發(fā)明采用生產(chǎn)工藝過程簡單，易于控制，可連續(xù)化生產(chǎn)，并可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求進(jìn)行生產(chǎn)工藝優(yōu)化，制造出不同規(guī)格的高強(qiáng)度活性炭纖維布產(chǎn)品。可廣泛地應(yīng)用于制造的防火、防毒、防化等防護(hù)用品及裝飾用品等產(chǎn)品。
文檔編號D06B15/02GK101864635SQ201010181478
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者丁炳華, 周健, 周茅峰, 王同華 申請人:大連理工大學(xué);江蘇同康活性炭纖維有限公司