导致脱氢、脱水等反应速度加快，造成纤维结构中产生空隙、裂纹;根据本发明的优选实施例，碳化以I?5°C/min的升温速率升温至600?1500 °C。碳化的温度为600?1500 °C，若碳化温度小于600 °C，则H、N等非碳元素无法从纤维中脱除干净;若碳化温度大于1500°C，则碳纤维的强度会下降;根据本发明的优选实施例，所述的碳化温度为750?11000C，保温时间为I?2h。
[0029]碳化在惰性气体气氛下进行的目的是预氧化纤维在400°C以上空气中会发生明显氧化，使用惰性气体的目的一是维持低高温炉内正压，二是带走热解产物，避免分解产物粘结纤维造成表面缺陷。
[0030]在本发明中，聚丙烯腈分子量为10000?500000，若聚丙烯腈分子量小于10000，则纺丝中会有念珠状的纤维存在;若聚丙烯腈分子量大于500000，则制备出的纤维直径较大。根据本发明的优选实施例，所述的聚丙烯腈分子量为50000?200000。
[0031]本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果:
[0032]本发明的制备方法通过调节S12微球的粒径及质量分数，从而获得调控碳纤维材料的孔径大小和孔隙率;制备方法简单，操作方法易行。
【附图说明】
[0033]图1为实施例1制得的碳纤维材料的SEM图；
[0034]图2为实施例1制得的碳纤维材料的TEM图；
[0035]图3为实施例1制得的碳纤维材料的TEM图；
[0036]图4为实施例1制得的碳纤维材料的TGA图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
[0038]实施例1:
[0039]分子量为150000的聚丙烯腈与粒径为200nm的S12微球按质量比17:1溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，于100rpm的转速下磁力搅拌5h，然后采用静电纺丝技术制备S12-聚丙烯腈纤维，静电纺丝的工艺参数如下:电压20kV，推送速度为2mL/h，针尖距接收器的距离为15cm，接收器为铜箔。
[0040]将S12-聚丙烯腈纤维浸泡于浓度为10被％的氢氟酸溶液中以除去S12微球，接着用无水乙醇和去离子水清洗。然后在空气气氛下以TC/min的升温速率加热到300°C，保温Ih;接着在氮气气氛下以1°C/min的升温速率加热到800°C，保温lh，降温后即得到孔径为200nm的碳纤维材料。
[0041]图1示出了实施例1制得的碳纤维材料的SEM图，从图中可以看出碳纤维表面光滑，直径约为400nmo
[0042]图2和图3示出了实施例1制得的碳纤维材料的TEM图，从图中可以看出刻蚀掉的S12在纤维中留下微孔，孔径约为200nm。
[0043]实施例2:
[0044]将分子量为50000的聚丙烯腈溶于甲基吡咯烷酮(匪P)得到质量分数为10%的聚丙烯腈溶液，将粒径为I OOnm的S i O2微球溶于甲基吡咯烷酮(NMP)得到质量分数为5 %的S i O2悬浮液，然后取4.75g聚丙稀腈溶液和0.5g Si02悬浮液混合，在100rpm转速下磁力搅拌3h，然后采用静电纺丝技术制备S12-聚丙烯腈纤维，静电纺丝的工艺参数如下:电压15kV，推送速度为lmL/h，针尖距接收器的距离为15cm，接收器为铜箔。
[0045]然后在空气气氛下以5°C/min的升温速率加热到300°C，保温Ih;接着在氮气气氛下以1°C/min的升温速率加热到1000°C，保温Ih，冷却后浸泡于浓度为1wt %的氢氟酸溶液中以除去S12微球，再用无水乙醇和去离子水清洗，在80°C下干燥6h后即得到孔径为10nm的碳纤维材料。
[0046]实施例3:
[0047]将分子量为23000的聚丙烯腈溶于N，N_二甲基甲酰胺(DMF)得到质量分数为10%的聚丙烯腈溶液，将粒径为50nm的S12微球溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)得到质量分数为5%的Si02悬浮液，然后取4.75g聚丙稀腈溶液和0.5g Si02悬浮液混合，在100rpm转速下磁力搅拌5h，然后采用静电纺丝技术制备S12-聚丙烯腈纤维，静电纺丝的工艺参数如下:电压20kV，推送速度为2mL/h，针尖距接收器的距离为15cm，接收器为铜箔。
[0048]然后在空气气氛下以0.5°C/min的升温速率加热到200°C，保温Ih;接着在氮气气氛下以rC/min的升温速率加热到700°C，保温lh，继续以升温速率5°C/min的速率升温至IlOO0C ,保温2hO冷却后浸泡于浓度为15wt %的氢氟酸溶液中以除去S12微球，再用无水乙醇和去离子水清洗，在80°C下干燥6h后即得到孔径为50nm的碳纤维材料。
[0049]实施例4:
[0050]分子量为150000的聚丙烯腈与粒径为200nm的S12微球按质量比5:1溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，于100rpm的转速下磁力搅拌8h，然后采用静电纺丝技术制备S12-聚丙烯腈纤维，静电纺丝的工艺参数如下:电压20kV，推送速度为lmL/h，针尖距接收器的距离为15cm，接收器为铜箔。
[0051 ]将S12-聚丙烯腈纤维浸泡于浓度为15被％的氢氟酸溶液中以除去S12微球，接着用无水乙醇和去离子水清洗。然后在空气气氛下以TC/min的升温速率加热到300°C，保温Ih;接着在氮气气氛下以TC/min的升温速率加热到1100°C，保温lh，降温后即得到孔径为200nm的碳纤维材料。
[0052]尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
【主权项】
1.一种可调控碳纤维材料孔径及孔隙率的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 采用静电纺丝技术制备S12-聚丙烯腈纤维;将S12-聚丙烯腈纤维浸泡于氢氟酸溶液中将S12-聚丙烯腈纤维中的S12除去，接着用无水乙醇和去离子水清洗;然后在空气气氛下于温度150?400 °C下预氧化I?6h，随后在惰性气体气氛下于温度600?1500 °C下碳化0.5?8h，冷却后即得到所述的碳纤维材料； 或，采用静电纺丝技术制备S12-聚丙烯腈纤维;然后在空气气氛下于温度150?400°C下预氧化I?6h，随后在惰性气体气氛下于温度600?1500 °C下碳化0.5?8h ；接着将碳化后的材料浸泡于氢氟酸溶液中将S12除去，接着用无水乙醇和去离子水清洗，干燥后即得到所述的碳纤维材料； 所述的采用静电纺丝技术制备S12-聚丙烯腈纤维的步骤如下:聚丙烯腈与S12微球溶于溶剂中磁力搅拌3?8h后，采用静电纺丝技术制备得到含有0.5?35%、直径为10?400nm的S12微球的S12-聚丙烯腈纤维。2.根据权利要求1所述的可调控碳纤维材料孔径及孔隙率的制备方法，其特征在于所述的氢氟酸溶液的质量分数为5?20%。3.根据权利要求1所述的可调控碳纤维材料孔径及孔隙率的制备方法，其特征在于所述的惰性气体为氮气或氩气。4.根据权利要求1所述的可调控碳纤维材料孔径及孔隙率的制备方法，其特征在于所述的溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲基亚砜，碳酸乙烯酯，甲基吡咯烷酮中的一种。5.根据权利要求1所述的可调控碳纤维材料孔径及孔隙率的制备方法，其特征在于所述的静电纺丝的工艺参数如下:电压5?25kV，推送速度为0.1?4mL/h，针尖距接收器的距离为5?25cm，接收器为铜箔。6.根据权利要求1所述的可调控碳纤维材料孔径及孔隙率的制备方法，其特征在于所述的预氧化为以0.5?25°C/min的升温速率升温至150?400°C，然后在该温度下保温I?6h07.根据权利要求1所述的可调控碳纤维材料孔径及孔隙率的制备方法，其特征在于所述的碳化为以I?20°C/min的升温速率升温至600?1500°C，然后在该温度下保温0.5?8h。8.根据权利要求1所述的可调控碳纤维材料孔径及孔隙率的制备方法，其特征在于所述的聚丙烯腈与S12微球溶于溶剂选自以下两种方式中的一种:聚丙烯腈与S12微球直接加入溶剂中；或将聚丙烯腈与S12微球分别加入溶剂中得到聚丙烯腈溶液和S12微球悬浮液，然后将聚丙烯腈溶液和S12微球悬浮液混合。9.根据权利要求1所述的可调控碳纤维材料孔径及孔隙率的制备方法，其特征在于所述的聚丙烯腈分子量为10000?500000。10.采用权利要求1?9任一项所述的可调控碳纤维材料孔径及孔隙率的制备方法制得的碳纤维材料，其特征在于所述的碳纤维材料的直径为50?500nm，孔径为10?400nmo
【专利摘要】本发明公开了一种可调控碳纤维材料孔径及孔隙率的制备方法及碳纤维材料，该制备方法包括以下步骤：采用静电纺丝技术制备SiO2-聚丙烯腈纤维；将SiO2-聚丙烯腈纤维浸泡于氢氟酸溶液中将SiO2-聚丙烯腈纤维中的SiO2除去，接着用无水乙醇和去离子水清洗；然后在空气气氛下于温度150～400℃下预氧化1～6h，随后在惰性气体气氛下于温度600～1500℃下碳化0.5～8h，冷却后即得到所述的碳纤维材料。本发明的制备方法通过调节SiO2微球的粒径及质量分数，从而获得调控碳纤维材料的孔径大小和孔隙率；制备方法简单，操作方法易行。
【IPC分类】D01F1/02, D01D5/00, D01F11/12, D01F6/54, D01F9/22
【公开号】CN105696114
【申请号】CN201610128538
【发明人】倪伟, 王斌, 杨丹, 程建丽, 李小东
【申请人】中国工程物理研究院化工材料研究所, 四川省新材料研究中心
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年3月7日