一种同轴静电纺丝制备聚丙烯腈基多孔中空碳纤维的方法

摘要

本发明公开了一种同轴静电纺丝制备PAN基多孔中空碳纤维的方法，该方法包括以下步骤：将聚丙烯腈与添加物混合，为外层溶液；取内层聚合物为内层溶液；将外层溶液和内层溶液以恒定的流速和流速比分别输入到同轴针头的外层和内层，进行静电纺丝，得到PAN基皮芯复合纤维；将PAN基皮芯复合纤维洗涤、预氧化和碳化之后，得到PAN基多孔中空碳纤维。本发明制备的PAN基多孔、中空碳纤维结合了原来单一的要么仅多孔要么仅中空的碳纤维的结构特征，能够更大幅度地增加纤维的比表面积，提高材料的使用效率。本发明制备的PAN基多孔、中空碳纤维，在气体吸附应用上，可以使气体更加容易地进入纤维的中空部位，提高了吸附能力，降低了吸附所需的时间。

主权项

一种同轴静电纺丝制备PAN基多孔中空碳纤维的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将聚丙烯腈与添加物混合，加入溶剂，搅拌均匀，为外层溶液；将内层聚合物搅拌均匀，为内层溶液；（2）将外层溶液和内层溶液以恒定的流速和流速比分别输入到同轴针头的外层和内层，同时将同轴针头连接高压静电发生器进行静电纺丝，纺出的纤维用接收装置接收，得到PAN基皮芯复合纤维；（3）将PAN基皮芯复合纤维置于溶剂中洗涤，得到PAN多孔中空超细纤维；（4）在空气或氧气中，将PAN多孔中空超细纤维升温至200‑300℃，预氧化1h，然后自然冷却至室温，得到预氧化的PAN多孔中空超细纤维；（5）在氮气中，将预氧化的PAN多孔中空超细纤维升温至700‑1200℃，保持1‑2h，然后自然冷却至室温，得到PAN基多孔中空碳纤维；步骤（1）所述的添加物为聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或醋酸纤维素中的一种以上；步骤（1）所述的内层聚合物为二甲基硅油、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或醋酸纤维素中的一种；当步骤（1）所述的内层聚合物为聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或醋酸纤维素中的一种时，配制内层溶液时需要加入溶剂，内层溶液中内层聚合物的质量分数为2‑30%；所述内层溶液中的溶剂为丙酮、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或氯仿中的一种以上；步骤（3）所述的溶剂为水、石油醚、丙酮、氯仿或乙二醇中的一种。