一種活性炭纖維復(fù)合材料的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種活性炭纖維復(fù)合材料，包括活性炭纖維層以及包裹在所述活性炭纖維層外的氧化硅凝膠層。本實用新型提供的活性炭纖維復(fù)合材料是將活性炭纖維層在氧化硅溶膠中浸漬一定時間后取出并在常溫常壓下干燥而制成的，因此僅具有一層活性炭纖維層面料，在其表面具有氧化硅凝膠，該活性炭纖維復(fù)合材料克重小，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的多功能面料層數(shù)多、工藝繁瑣、成品厚重的問題。本實用新型提供的活性炭纖維復(fù)合材料制備簡單、成本低廉、使用靈活方便，可以作為防火服、防護服及防毒逃生裝置的功能織物層，用于核生化防護、消防及特殊防護領(lǐng)域。
【專利說明】一種活性炭纖維復(fù)合材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及紡織面料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種活性炭纖維復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國化學(xué)防護服采用的活性炭粉防化面料，存在手感硬、透氣性差、屈折性差、服用性差等缺陷。
[0003]活性炭纖維是一種新型、高效、理想的多功能吸附性環(huán)保材料，特別是聚丙烯腈(PAN)基活性炭纖維結(jié)構(gòu)中含氮，對硫、氮系化合物有催化作用，具有高強度和高吸附性能，使用過程中產(chǎn)生的粉塵少，不易燃燒，使用壽命長，在脫硫、脫硝以及許多對強度要求高的應(yīng)用領(lǐng)域(如新型輕質(zhì)核生化防護服等領(lǐng)域)具有特殊意義。因此，以活性炭纖維為基體，開發(fā)多功能纖維復(fù)合材料是重要的研發(fā)方向，在化工、環(huán)境保護、醫(yī)用輔料等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，特別是高性能活性炭纖維織物，對生化防護服、消防服裝、防火防毒逃生裝備及軍事防護裝備的升級換代具有重要意義。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的多功能織物和面料多由具有單一功能的多種面料復(fù)合而成，如專利CN102318918A公開的一種活性炭纖維布/PTFE服裝膜與錦綸防毒面料由四層織物復(fù)合而成。而專利CN202293520U中則采用五層織物或滲透膜復(fù)合制成具有防菌、防水和防毒功能的面料。專利CN102328480A公開了一種由活性炭纖維層、錦綸層和防靜電層組成的三層防毒、防靜電、防水織物體系。通過這些技術(shù)方法制備的多功能面料存在工藝繁瑣、面料層數(shù)多、成品厚重、成本聞等缺陷。
實用新型內(nèi)容
[0005](一)要解決的技術(shù)問題
[0006]針對以上問題，本實用新型的目的在于提供一種活性炭纖維復(fù)合材料，所述活性炭纖維復(fù)合材料僅具有一層面料、克重小，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的多功能面料層數(shù)多、工藝繁瑣、成品厚重等問題。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種活性炭纖維復(fù)合材料，其包括活性炭纖維層以及包裹在所述活性炭纖維層外的氧化硅凝膠層。
[0009]其中，所述活性炭纖維復(fù)合材料中二氧化硅的含量為5?30wt%。
[0010]其中，所述活性炭纖維層的比表面積為700?2300m2/g。
[0011]其中，所述活性炭纖維層為活性炭纖維束、活性炭纖維氈、活性炭纖維布中的一種。
[0012]其中，所述活性炭纖維布為斜紋布、平紋布、緞紋布、水刺無紡布、針刺無紡布中的一種，厚度為0.1?1.0mm,克重為50?250g/m2。
[0013]其中，所述活性炭纖維氈厚度為0.1?10mm，克重為60?400g/m2。
[0014](三)有益效果[0015]本實用新型提供的活性炭纖維復(fù)合材料是將活性炭纖維層在氧化硅溶膠中浸潰一定時間后取出并在常溫常壓下干燥而制成的，因此該活性炭纖維復(fù)合材料僅具有一層活性炭纖維層面料，在活性炭纖維層表面具有氧化硅凝膠層。由于活性炭纖維層和氧化硅溶膠均為低密度材料，所以通過二者復(fù)合制得的活性炭纖維復(fù)合材料克重小。本實用新型提供的活性炭纖維復(fù)合材料制備簡單、成本低廉、使用靈活方便，可以作為防火服、防護服及防毒逃生裝置的功能織物層，用于核生化防護、消防及特殊防護領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型提供的活性炭纖維復(fù)合材料的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中，1、活性炭纖維層；2、氧化硅凝膠層。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本實用新型提供的活性炭纖維復(fù)合材料的【具體實施方式】作進一步詳細(xì)說明。這些實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制。
[0019]如圖1所示，本實用新型提供的活性炭纖維復(fù)合材料，包括活性炭纖維層I以及包裹在所述活性炭纖維層外的氧化硅凝膠層2。
[0020]其中，所述活性炭纖維復(fù)合材料中二氧化硅的含量為5?30wt%。
[0021]其中，所述活性炭纖維層的比表面積為700?2300m2/g。
[0022]其中，所述活性炭纖維層為活性炭纖維束、活性炭纖維氈、活性炭纖維布中的一種，其基質(zhì)為聚丙烯腈基活性炭纖維、酚醛基活性炭纖維、粘膠基活性炭纖維、浙青基活性炭纖維、纖維素基活性炭纖維中的一種；優(yōu)選地，所述活性炭纖維層為聚丙烯腈基活性炭纖維布。
[0023]其中，所述活性炭纖維布為斜紋布、平紋布、緞紋布、水刺無紡布、針刺無紡布中的一種，厚度為0.1?1.0mm，克重為50?250g/m2 ;優(yōu)選地，所述活性炭纖維布厚度為0.1?
0.6mm,克重為 100 ?200g/m2。
[0024]其中，所述活性炭纖維氈厚度為0.1?10mm，克重為60?400g/m2 ;優(yōu)選地，所述活性炭纖維氈厚度為I?5mm，克重為80?300g/m2。
[0025]本實用新型提供的活性炭纖維復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:
[0026](I)將硅源、有機溶劑和去離子水進行混合，攪拌使之混合均勻。所述硅源為硅酯類、含硅鹽類、硅烷類中的一種，優(yōu)選地，所述硅源為正硅酸乙酯(TEOS)、正硅酸甲酯(TMOS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、甲基三乙氧基硅烷(MTES)、硅酸鈉中的一種；所述有機溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇中的一種；所述硅源與有機溶劑的摩爾比為1:5?1:25，優(yōu)選地，所述硅源與有機溶劑的摩爾比為1:10?1:20 ;所述硅源與去離子水的摩爾比為1:1?1:10，優(yōu)選地，所述硅源與去離子水的摩爾比為1:3?1:8 ;所述攪拌溫度為10-65°C，優(yōu)選地，所述攪拌溫度為20?45°C;所述攪拌時間為10?60min，優(yōu)選地，所述攪拌時間為20?40min。
[0027](2)將用量為(I)中所用去離子水量1/2的去離子水與水解催化劑混合均勻，加入步驟(I)所得混合液中，攪拌得到氧化硅溶膠并靜置老化，得Si02酸性溶膠。所述水解催化劑為鹽酸、醋酸、氫氟酸、硝酸、硫酸中的一種；所述水解催化劑與硅源的摩爾比為(10-6?0.05): 1，優(yōu)選地，所述水解催化劑與硅源的摩爾比為(10_6?0.05): 1，優(yōu)選地，所述水解催化劑與硅源的摩爾比為(10_4?0.1):1 ;所述老化時間為0.5?15h，優(yōu)選地，所述老化時間為5?IOh。
[0028](3)將縮聚催化劑逐滴加入步驟(2)所得SiO2酸性溶膠中，調(diào)節(jié)pH值得到SiO2堿性溶膠。所述縮聚催化劑為氨水、Na0H、K0H、K2C03、Na2C03中的一種；所述堿性溶膠的pH值為7.0?9.0，優(yōu)選地，所述pH為7.0?8.5。
[0029](4)將活性炭纖維層浸入步驟(3)所得SiO2堿性溶膠中，浸潰后取出，經(jīng)干燥后得到所述活性炭纖維復(fù)合材料。所述浸潰時間為0.5?24h，優(yōu)選地，所述浸潰時間為5?20h ;所述干燥溫度為30?120°C，優(yōu)選地，所述干燥溫度為40?80°C ;所述干燥時間為10?120h，優(yōu)選地，所述干燥時間為20?IOOh。
[0030]經(jīng)上述工藝得到的活性炭纖維復(fù)合材料中，二氧化硅的含量為5?30wt%，所述活性炭纖維復(fù)合材料的比表面積為400?1800m2/g,克重為80?350g/m2,經(jīng)向斷裂強力為50?320N，緯向斷裂強力為30?180N。
[0031]實施例1
[0032]將156g(0.75mol)正娃酸乙酯、204g(4.43mol)無水乙醇和 40g(2.22mol)去離子水混合，在25°C下攪拌40min使之混合均勻；將0.1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的鹽酸(1.20Xl(T3mol)加入20g(l.llmol)去離子水中混合均勻并迅速滴加到上述前驅(qū)體溶液中，攪拌均勻并老化6h，得SiO2酸性溶膠；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的氨水逐滴加入到酸性溶膠中直至PH值為7.4，得到SiO2堿性溶膠；將厚度為0.3mm、比表面積為1500m2/g的PAN基活性炭纖維平紋布浸入上述堿性溶膠中，靜置浸潰10h，在70°C下干燥30h，得到單層活性炭纖維復(fù)合織物。該復(fù)合織物中SiO2含量為16wt%，該復(fù)合織物比表面積為1253m2/g，克重為96g/m2，經(jīng)向斷裂強力為226N，緯向斷裂強力為129N。
[0033]實施例2
[0034]將122g(0.80mol)正娃酸甲酯、190g (4.13mol)無水乙醇和 33g(l.83mol)去離子水混合，在30 °C下攪拌30min使之混合均勻，將0.025mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硫酸(4.60X 10_4mol)加入16.5g(0.915mol)去離子水中混合均勻并迅速滴加到上述前驅(qū)體溶液中，攪拌均勻并老化6h，得SiO2酸性溶膠；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的NaOH溶液逐滴加入到酸性溶膠中直至PH值為7.8，得到SiO2堿性溶膠；將厚度為0.5mm、比表面積為1650m2/g的PAN基活性炭纖維斜紋布浸入上述堿性溶膠中，靜置浸潰10h，在60°C下干燥30h，得到單層活性炭纖維復(fù)合織物。該復(fù)合織物中SiO2含量為21wt%，該復(fù)合織物比表面積為1163m2/g?？酥貫?22g/m2，經(jīng)向斷裂強力為196N，緯向斷裂強力為93N。
[0035]實施例3
[0036]將90g (0.50mol)甲基三乙氧基娃燒、210g (6.55mol)無水甲醇和 36g (2.0Omol)去離子水混合，在30°C下攪拌30min使之混合均勻，將0.18g (0.02mol)草酸溶于18g(1.00mol)去離子水中并迅速滴加到上述前驅(qū)體溶液中，攪拌均勻并老化10h，得SiO2酸性溶膠；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的氨水逐滴加入到酸性溶膠中直至pH值為7.8，得到SiO2堿性溶膠；將厚度為0.3mm、比表面積為1500m2/g的PAN基活性炭纖維平紋布浸入上述堿性溶膠中，靜置浸潰10h，在60°C下干燥30h，得到單層活性炭纖維復(fù)合織物。該復(fù)合織物中SiO2含量為19wt%，該復(fù)合織物比表面積為1012m2/g，克重為105g/m2，經(jīng)向斷裂強力為241N，緯向斷裂強力為133N。
[0037]實施例4
[0038]將75g (0.42mol)甲基三甲氧基硅烷、180g (5.62mol)無水甲醇和 36g (2.0Omol)去離子水混合，在30°C下攪拌30min使之混合均勻，將1.Sg (0.02mol)草酸溶于18g(1.00mol)去離子水中并迅速滴加到上述前驅(qū)體溶液中，攪拌均勻并老化10h，得SiO2酸性溶膠；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的氨水逐滴加入到酸性溶膠中直至pH值為7.8，得到SiO2堿性溶膠；將厚度為0.5mm、比表面積為1650m2/g的PAN基活性炭纖維斜紋布浸入上述堿性溶膠中，靜置浸潰10h，在60°C下干燥30h，得到單層活性炭纖維復(fù)合織物。該復(fù)合織物中SiO2含量為17wt%，該復(fù)合織物比表面積為1207m2/g，克重為113g/m2，經(jīng)向斷裂強力為178N，緯向斷裂強力為84N。
[0039]實施例5
[0040]將128g(0.61mol)正娃酸乙酯、180g(3.91mol)無水乙醇和 40g(2.22mol)去離子水混合，在25°C下攪拌40min使之混合均勻；將0.1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的鹽酸(1.20Xl(T3mol)加入20g(l.llmol)去離子水中混合均勻并迅速滴加到上述前驅(qū)體溶液中，攪拌均勻并老化6h，得SiO2酸性溶膠；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的氨水逐滴加入到酸性溶膠中直至PH值為7.5，得到SiO2堿性溶膠；將厚度為4mm、比表面積為1700m2/g的PAN基活性炭纖維氈浸入上述堿性溶膠中，靜置浸潰10h，在80°C下干燥72h，得到活性炭纖維復(fù)合氈。該復(fù)合氈中SiO2含量為29wt%，該復(fù)合氈比表面積為1370m2/g，克重為260g/m2，經(jīng)向斷裂強力為170N，緯向斷裂強力為79N。
[0041]實施例6
[0042]將128g(0.61mol)正娃酸乙酯、180g(3.91mol)無水乙醇和 40g(2.22mol)去離子水混合，在25°C下攪拌40min使之混合均勻；將0.1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的鹽酸(1.20X l(r3mol)加入20g去離子水中混合均勻并迅速滴加到上述前驅(qū)體溶液中，攪拌均勻并老化6h，得SiO2酸性溶膠；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的氨水逐滴加入到酸性溶膠中直至pH值為
7.5，得到SiO2堿性溶膠；將比表面積為1660m2/g的PAN基活性炭纖維束浸入上述堿性溶膠中，靜置浸潰10h，在80°C下干燥36h，得到復(fù)合活性炭纖維束。該復(fù)合活性炭纖維束中SiO2含量為25wt%，該復(fù)合活性炭纖維束比表面積為1240m2/g，克重為89g/m2，經(jīng)向斷裂強力為205N。
[0043]實施例7
[0044]將128g(0.61mol)正娃酸乙酯、180g(3.91mol)無水乙醇和 40g(2.22mol)去離子水混合，在25°C下攪拌40min使之混合均勻；將0.1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的鹽酸(1.20Xl(T3mol)加入20g(l.llmol)去離子水中混合均勻并迅速滴加到上述前驅(qū)體溶液中，攪拌均勻并老化6h，得SiO2酸性溶膠；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的氨水逐滴加入到酸性溶膠中直至PH值為7.5，得到SiO2堿性溶膠；將厚度為2mm、比表面積為1400m2/g的粘膠基平紋活性炭纖維布浸入上述堿性溶膠中，靜置浸潰10h，在80°C下干燥72h，得到活性炭纖維復(fù)合布。該復(fù)合布中SiO2含量為14wt%，該復(fù)合布比表面積為1133m2/g，克重為85g/m2，經(jīng)向斷裂強力為76N，緯向斷裂強力為49N。
[0045]實施例8
[0046]將128g(0.61mol)正娃酸乙酯、180g(3.91mol)無水乙醇和 40g(2.22mol)去離子水混合，在25°C下攪拌40min使之混合均勻；將0.1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的鹽酸(1.20Xl(T3mol)加入20g(l.llmol)去離子水中混合均勻并迅速滴加到上述前驅(qū)體溶液中，攪拌均勻并老化6h，得SiO2酸性溶膠；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的氨水逐滴加入到酸性溶膠中直至PH值為7.5，得到SiO2堿性溶膠；將厚度為2mm、比表面積為2000m2/g的酚醛基斜紋活性炭纖維布浸入上述堿性溶膠中，靜置浸潰10h，在80°C下干燥72h，得到活性炭纖維復(fù)合布。該復(fù)合布中SiO2含量為19wt%，該復(fù)合布比表面積為1733m2/g，克重為92g/m2，經(jīng)向斷裂強力為261N，緯向斷裂強力為137N。
[0047]實施例9
[0048]將128g(0.61mol)正娃酸乙酯、180g(3.91mol)無水乙醇和 40g(2.22mol)去離子水混合，在25°C下攪拌40min使之混合均勻；將0.1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的鹽酸(1.20Xl(T3mol)加入20g(l.llmol)去離子水中混合均勻并迅速滴加到上述前驅(qū)體溶液中，攪拌均勻并老化6h，得SiO2酸性溶膠；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的氨水逐滴加入到酸性溶膠中直至PH值為7.5，得到SiO2堿性溶膠；將厚度為2mm、比表面積為1800m2/g的浙青基平紋活性炭纖維布浸入上述堿性溶膠中，靜置浸潰10h，在80°C下干燥72h，得到活性炭纖維復(fù)合布。該復(fù)合布中SiO2含量為16wt%,該復(fù)合布比表面積為1547m2/g,克重為106g/m2,經(jīng)向斷裂強力為82N，緯向斷裂強力為47N。
[0049]實施例10
[0050]將128g(0.61mol)正娃酸乙酯、180g(3.91mol)無水乙醇和 40g(2.22mol)去離子水混合，在25°C下攪拌40min使之混合均勻；將0.1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的鹽酸(1.20Xl(T3mol)加入20g(l.llmol)去離子水中混合均勻并迅速滴加到上述前驅(qū)體溶液中，攪拌均勻并老化6h，得SiO2酸性溶膠；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的氨水逐滴加入到酸性溶膠中直至PH值為7.5，得到SiO2堿性溶膠；將厚度為2mm、比表面積為1480m2/g的纖維素基平紋活性炭纖維布浸入上述堿性溶膠中，靜置浸潰10h，在80°C下干燥72h，得到活性炭纖維復(fù)合布。該復(fù)合布中SiO2含量為13wt%，該復(fù)合布比表面積為1209m2/g，克重為132g/m2，經(jīng)向斷裂強力為153N，緯向斷裂強力為71N。
[0051 ] 本實用新型所述的活性炭纖維復(fù)合材料的克重為80?350g/m2，專利CN102318918A公開的一種活性炭纖維布/PTFE服裝膜與錦綸防毒面料由四層織物復(fù)合而成，四層織物總克重約470g/m2，遠高于本實用新型所提供的活性炭纖維復(fù)合材料織物克重；而專利CN202293520U和專利CN102328480A公開多功能活性炭纖維復(fù)合織物均為六種功能面料的復(fù)合體，雖然兩個專利均未提供其產(chǎn)品克重信息，但由其六層面料的復(fù)合結(jié)構(gòu)可以推斷其克重會遠高于本實用新型的活性炭纖維復(fù)合面料。本實用新型提供的活性炭纖維復(fù)合材料僅具有活性炭纖維布一層面料，織物克重小，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的多功能面料層數(shù)多、工藝繁瑣、成品厚重的問題，使用靈活方便，適合用作防火服、防護服及防毒逃生裝置的功能織物層。
[0052] 以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種活性炭纖維復(fù)合材料，其特征在于，包括活性炭纖維層以及包裹在所述活性炭纖維層外的氧化硅凝膠層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述活性炭纖維復(fù)合材料中二氧化硅的含量為5?30wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活性炭纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述活性炭纖維層的比表面積為700?2300m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活性炭纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述活性炭纖維層為活性炭纖維束、活性炭纖維氈、活性炭纖維布中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活性炭纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述活性炭纖維布為斜紋布、平紋布、緞紋布、水刺無紡布、針刺無紡布中的一種，厚度為0.1?1.0mm,克重為50?250g/m2。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活性炭纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述活性炭纖維氈厚度為0.1?IOmm,克重為60?400g/m2。
【文檔編號】D06M11/79GK203393497SQ201320331620
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月8日
【發(fā)明者】王建軍, 劉國強, 孟秀青, 高磊, 楊剛 申請人:藍星環(huán)境工程有限公司, 藍星（北京）特種纖維技術(shù)研發(fā)中心有限公司