專利名稱：聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的復(fù)合材料、碳纖維以及碳纖維的制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳纖維，特別涉及一種由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管組成的復(fù)合材料所制成的碳纖維。
背景技術(shù)：
目前針對(duì)由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管組成的復(fù)合材料所制作的碳纖維用的原絲(precursor)以及其氧化纖維與碳纖維的研究已經(jīng)有許多報(bào)導(dǎo)，如Sreekumar Τ. V.等人在Advanced Materials, 16,1, 58 (2004)中提及利用聚丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物 (poly (methyl acrylate-co-acrylonitrile)；簡(jiǎn)稱 poly (MA—co—AN))與納米碳管組成的復(fù)合材料進(jìn)行紡絲制程，制作碳纖維用的原絲；Chae H.G.等人在Polymer，48，3781 Q007) 中提及利用poly(MA-co-AN)與納米碳管組成的復(fù)合材料，以凝膠紡絲(gel spun)制程制作碳纖維用的原絲，以及其氧化纖維與碳纖維的制作。然而，上述聚丙烯腈基共聚物內(nèi)不含酸的成分，而且納米碳管會(huì)阻礙聚丙烯腈基共聚物的氧化反應(yīng)，導(dǎo)致其制成的纖維原絲進(jìn)行氧化制程形成氧化纖維時(shí)較耗時(shí)，且聚丙烯腈基共聚物的氧化率低。此外，其納米碳管沒(méi)有經(jīng)過(guò)表面處理，在聚丙烯腈基共聚物中的分散性不佳。另外，HwangW. F.等人在國(guó)際專利號(hào) WO 2008/054836 及 W02008/140533 中則提及利用發(fā)煙濃硫酸制作羧基或羥基化的納米碳管，并利用該官能化納米碳管與聚衣康酸-丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物(polyGtaconic acid-co-methyl acrylate-co-acrylonitrile)；簡(jiǎn)稱 poly (IA-co-MA-co-AN))組成復(fù)合材料，以及由該復(fù)合材料制作的原絲及氧化纖維。雖然這種官能化納米碳管在poly (IA-co-MA-co-AN)中具有良好的分散性，但是由于P0Iy(IA-C0-MA-C0-AN)內(nèi)部含有酸性化合物，其纖維原絲容易與金屬無(wú)機(jī)離子結(jié)合，使得后續(xù)制成的碳纖維產(chǎn)生較多的缺陷。本發(fā)明的發(fā)明人在中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?8146307中揭示一種聚丙烯腈基碳纖維的原絲，其原料為聚衣康酸二甲酯-丙烯腈共聚物(poly (dimethyl itaconate-co-acrylonitrile)；簡(jiǎn)稱 poly (DMI-co-AN))，其內(nèi)部不含酸性或堿性化合物， 但是所制作的纖維原絲在氧化制程中可產(chǎn)生類似酸催化或堿催化的效果，可在較低的氧化溫度下進(jìn)行氧化/環(huán)化反應(yīng)，提高poly (DMI-co-AN)的氧化率，節(jié)省氧化時(shí)間。此外， poly(DMI-co-AN)原絲內(nèi)部不含酸性或堿性化合物，可降低與金屬無(wú)機(jī)離子的結(jié)合性，并降低所形成的碳纖維的缺陷數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的復(fù)合材料，包括如式 (I)所示的聚丙烯腈基共聚物，
權(quán)利要求
1.一種聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的復(fù)合材料，包括如式(I)所示的聚丙烯腈基共聚物，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的復(fù)合材料，其中所述納米碳管的含量為聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的總重量的0. 01-20重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的復(fù)合材料，其中所述納米碳管的含量為聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的總重量的0. 1-12重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的復(fù)合材料，其中所述納米碳管的含量為聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的總重量的0. 3-6重量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的復(fù)合材料，其中所述納米碳管包括單層或多層型納米碳管，且所述納米碳管表面的官能團(tuán)包括羧基、羥基或酚基。
6.一種由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管制成的碳纖維的制備方法，包括提供紡絲液，其中該紡絲液包括如權(quán)利要求1所述的聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的復(fù)合材料；對(duì)該紡絲液進(jìn)行濕式紡絲制程，形成纖維原絲；對(duì)該纖維原絲進(jìn)行氧化制程，形成氧化纖維；以及對(duì)該氧化纖維進(jìn)行熱處理制程，形成碳纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管制成的碳纖維的制備方法， 其中該濕式紡絲制程的溫度介于60 85°C之間，該紡絲液中的溶劑包括二甲基亞砜、N， N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺、硫氰酸鈉、硝酸或其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管制成的碳纖維的制備方法，其中該濕式紡絲制程的溫度介于20 98°C之間，且該紡絲液中的溶劑的濃度介于5 80%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管制成的碳纖維的制備方法， 其中該濕式紡絲制程的溫度介于30 90°C之間，且該紡絲液中的溶劑的濃度介于10 75%。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管制成的碳纖維的制備方法，其中該濕式紡絲制程的溫度介于40 85°C之間，且該紡絲液中的溶劑的濃度介于10 60%。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管制成的碳纖維的制備方法，其中該濕式紡絲制程包括使用凝固液，該凝固液包括二甲基亞砜、N, N-二甲基甲酰胺、 N，N- 二甲基乙酰胺、硫氰酸鈉、硝酸、水或其組合，且該凝固液的溫度介于2 80°C。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管制成的碳纖維的制備方法，其中該凝固液的溫度介于5 75°C。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管制成的碳纖維的制備方法，其中該凝固液的溫度介于10 60°C。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管制成的碳纖維的制備方法，其中該氧化制程的溫度為190至260°C。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管制成的碳纖維的制備方法，其中該熱處理制程的溫度介于600至1200°C之間。
16.一種由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的復(fù)合材料所制成的碳纖維，其中該復(fù)合材料為如權(quán)利要求1所述的聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的復(fù)合材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的復(fù)合材料所制成的碳纖維，其中所述納米碳管的含量為該聚丙烯腈基共聚物與所述納米碳管的總重量的 0. 01-20 重量 ％。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的由聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的復(fù)合材料所制成的碳纖維，其中所述納米碳管包括單層或多層型納米碳管，且所述納米碳管表面的官能團(tuán)包括羧基、羥基或酚基。
全文摘要
本發(fā)明提供聚丙烯腈基共聚物與納米碳管的復(fù)合材料、其制成的碳纖維以及碳纖維的制法，聚丙烯腈基共聚物的結(jié)構(gòu)如式(I)所示式(I)，其中R為甲基或乙基；x+z＝0.5～10.0摩爾％；z≥0.5摩爾％；y＝99.5～90.0摩爾％；并且x+y+z＝100摩爾％，納米碳管表面具有官能團(tuán)，混摻于聚丙烯腈基共聚物中，形成復(fù)合材料。碳纖維是由上述聚丙烯腈基共聚物與納米碳管組成的復(fù)合材料所形成的纖維原絲經(jīng)過(guò)氧化及熱處理制程而制成。
文檔編號(hào)D01F9/22GK102464848SQ20101057875
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者蕭凱仁, 鄭淑蕙, 陳中屏, 魏騰芳 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院