[發明專利]細菌纖維素纖維基納米碳纖維機織布的制備方法

有效

• 申請號: 201110455635.7
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN103184621A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 張迎晨;吳紅艷;張夏楠;肖俊;張倩倩
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: D03D15/00
• 分類號: D03D15/00;D06C7/04;D01D5/42;D01D13/02;D01D10/06;D06M11/58;C12P19/04;C12R1/02;D06M101/40
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 張紹琳;孫詩雨

技術領域

本專利涉及一種納米碳纖維機織布的制備方法，特別是一種細菌纖維素纖維基納米碳纖維機織布的制備方法。

技術背景

納米碳纖維作為一種新型的碳材料，有著優異的物理、力學性能和化學穩定性，如低密度、高比模量、高比強度、高比表面積、與石墨相媲美的吸波、導電、導熱和熱穩定性能。近年來，關于納米碳纖維的研究已經引起人們廣泛的興趣。多種多樣的納米碳結晶、針狀、棒狀、桶狀等層出不窮。碳納米技術用途極其廣泛，在航空、航天、軍事、能源、汽車、食品、輕工、紡織、IT、醫學等領域獲得應用。隨著對碳納米纖維研究的不斷深入及碳納米纖維潛在高科技領域廣泛的應用，碳納米材料在實際應用中出現了局限性，人們開始把研究的目光從碳納米纖維纖維的制備進一步轉向碳納米織物制備。

如將納米纖維植入織物表面，可形成一層穩定的氣體薄膜，制成雙疏性界面織物，達到既可防水，又可防油、防污；用納米纖維制成的高級防護服，其織物多孔且有膜，不僅能使空氣透過，具可呼吸性，還能擋風和過濾微細粒子，對氣溶膠有阻擋性，可防生化武器及有毒物質。美國德克薩斯大學達拉斯分校的納米技術研究所成功的紡出了碳納米管超強纖維，它比鋼絲或蜘蛛絲更結實，同時可以導電，科學家用這種納米線織出了碳納米管布料。碳納米材料的這一新發展使人們有可能在不遠的將來利用碳納米管紡線織布，裁剪縫制出可以穿在身上的衣服。鮑曼的研究小組還開發出了碳納米管纖維織成布制作步驟：首先，將數百萬根微小的碳納米管與聚乙烯醇均勻混合在一起，制成凝膠狀；然后，經過紡織和烘干工序，將這種凝膠紡成柔軟的碳納米管長纖維；接著，再將制成的纖維放入盛有聚乙烯醇溶液的容器，制成直徑約為50μm的碳納米管/聚乙烯醇（SWCNT/PVA）復合纖維，其中約含60％的碳納米管；最后，他們嘗試將這種纖維織成布。德克薩斯大學利用拉伸、加捻碳納米管“森林”并復合吸附粉末的方法加工出碳納米管紗。Nanocomp科技公司用傳統羊毛加工工藝加工碳納米管“森林”，生產出碳納米紗線并應用于防彈衣、人工肌肉、超級電容器、超高強燈、超高感應器，以及微波、電波的吸收等各種產品。但碳納米管“森林”的加工技術的局限性制約了該方法的發展和推廣。碳納米材料的開發及應用已經成為科研熱門。但目前面臨的問題是缺乏能帶來經濟效益的規模生產。實現產業化生產碳納米纖維機織物變得十分必要。

細菌纖維素濕膜是一種食品產業的副產品，化學純度高，來源廣，價格低，具有精細的空間網狀結構，其纖維直徑在?10-100?nm?之間，且化學純度很高，不需后續除雜，本發明以細菌纖維素超細纖維為原料，采用紡紗、機制工藝，紡織成細菌纖維素超細纖維機織布，經熱解碳化及石墨化后制備出納米碳纖維機織布。本方法生產的細菌纖維素超細纖維機織布采用紡織加工工藝，紡織加工相對而言成本較低，潛在巨大的經濟效益。

發明內容

本發明的目的是提供一種細菌纖維素纖維基納米碳纖維機織布的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的細菌纖維素纖維基納米碳纖維機織布的制備方法，包括如下步驟：

（1）將漂白處理后的細菌纖維素濕膜置于一對握持羅拉之間或握持羅拉與喂給板之間，以10?mm~100?m/分鐘的速度喂入；

（2）從羅拉之間輸出的纖維素膜經刺輥表面針刺高速穿刺、割裂以及梳理作用，將細菌纖維素濕膜變成細菌纖維素纖維；

(3)?將細菌纖維素超細纖維經壓濾機壓濾處理，制備出15%~50000%含水率的細菌纖維素超細纖維條；超細纖維直徑10~500nm，超細纖維長度200nm~100mm；

（4）將以上細菌纖維素超細纖維條經開松、梳理、成網、成條、紡紗加工工藝處理，形成細菌纖維素超細纖維紗線，經機織加工工藝制成機織布；

（5）將以上細菌纖維素超細纖維機織布經液氮處理；

（6）將以上細菌纖維素超細纖維機織布放入真空冷凍干燥機中凍干；

（7）待細菌纖維機織布中不含水分后，制備出維持濕態時的宏觀形貌，體積不變的多孔細菌纖維素纖維機織布；

（8）將真空冷凍干燥后的細菌纖維素機織布放置于馬費爐中，設定一定的升溫曲線，在純氬的保護氣氛下分別在?600℃?~1500℃的條件下進行碳化，從而制備出納米碳纖維機織布；

（9）將?碳化后的碳纖維機織布放置在高溫石墨化爐中，在純氬的保護氣氛下分別在?2200℃?~?2800℃的溫度下進行石墨化，形成石墨化納米碳纖維布。