[發明專利]靜電紡絲制備柔性碳化硅/碳納米管復合纖維膜的方法

有效

• 申請號: 201710132922.1
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN106930004B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 張亞妮;陳綺;侯翼;成來飛;張立同
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: D04H1/728
• 分類號: D04H1/728;D01D5/00;D01F9/10;D01F1/10
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種靜電紡絲制備柔性碳化硅/碳納米管復合纖維膜的方法，將碳化硅前驅體(聚碳硅烷PCS)和易紡絲聚合物加入到有機溶劑中攪拌一段時間，再加入碳納米管超聲分散，得到聚碳硅烷/碳納米管混合紡絲液，將該溶液靜電紡絲得到聚碳硅烷/碳納米管復合纖維膜；將聚碳硅烷/碳納米管復合纖維膜經過不熔化處理和高溫熱解處理后得到柔性碳化硅/碳納米管復合纖維膜。本發明提出了一種靜電紡絲制備柔性碳化硅/碳納米管復合纖維膜的方法，該方法在碳化硅纖維中引入了分散良好的碳納米管，得到力學、電學、吸波性能良好的柔性復合纖維膜，在吸波隱身材料、高溫傳感器、復合材料增強等領域有著良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于復合纖維制備領域，涉及一種靜電紡絲制備柔性碳化硅/碳納米管復合纖維膜的方法，包括先先驅體紡絲液配置、靜電紡絲、先驅體的不熔化處理和熱解過程。

背景技術

碳化硅纖維具有高強度、高模量、耐腐蝕、耐酸堿、耐空間輻照等一系列優良性能，是一種相對密度低的陶瓷纖維。它與碳纖維相比，具有更好的高溫抗氧化性能。SiC陶瓷纖維在吸波隱身、高溫傳感器、高溫過濾、催化劑負載等方面有著巨大的應用潛力，廣泛應用于航空、航天、核能、兵器等國防尖端領域，被稱為21世紀航空航天及高科技領域應用的新材料。

SiC纖維的制備方法通常有化學氣相沉積法(CVD)、微粉燒結法(PS)、碳熱還原法(CR)和先軀體轉化法(PD)。靜電紡絲作為一種可制備超精細納米纖維的新型加工方法，與其他方法相比操作簡單，條件溫和，成本較低。基于靜電紡絲技術制備的碳化硅纖維具有較大的比表面積和孔隙率，并可以通過調節紡絲工藝，改變紡絲體系，設計并達到諸多良好性能。

碳納米管(CNTs)作為一種新型納米材料，具有優異的力學、電學、熱學性能。碳納米管的拉伸強度可達50～200Gpa，彈性模量可達1Tpa，與金剛石的模量相當，同時還具有超高的彈性、韌性(理論上最大延伸率為20％)和抗疲勞性能，是高性能纖維最理想的增強材料。由于CNTs具有優異的電學性能，將少量CNTs加入到其他材料中，可明顯提高材料的導電性。

若是能將碳納米管均勻包裹在碳化硅內部，既能有效發揮碳納米管優良的力學、電學、介電性能，又能利用碳化硅的耐腐蝕、耐高溫氧化等優勢，同時克服碳化硅纖維脆性大的問題，就可以得到柔韌的、導電性、吸波性能良好的碳化硅/碳納米管復合纖維膜。

國防科技大學李效東等(Composites:Part A 43(2012)317–324)報道了一種熔融紡絲發制備碳化硅/碳納米管復合纖維的方法，引入CNT之后得到的SiC/CNT復合纖維的力學性能、和電學性能均有大幅的提高，其制備的復合纖維直徑在10微米以上。賓夕法尼亞大學的M.Terrones教授等(Adv.Funct.Mater.2015,25,4985–4993)使用放電等離子體燒結法制備了SiC/CNT納米復合材料，實驗證明加入CNT后，復合材料的電導率和熱導率均有提升。中國專利CN 103061112 A公開了一種碳化硅/碳納米管復合材料，具體是以碳納米管宏觀體為預制體，采用化學氣相沉積法熱解含硅前驅體將碳化硅沉積于碳納米管，但是該方法成本較高，且碳納米管表面的碳化硅分布不均勻；中國專利CN 102021831 A公開了一種原位生長有碳納米管的碳化硅纖維立體織物，該碳化硅纖維立體織物主要由碳化硅纖維編織而成，用化學氣相沉積，使碳化硅纖維立體織物上原位生長出碳納米管，該方法使用了催化劑，工藝復雜，成本較高。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種靜電紡絲制備柔性碳化硅/碳納米管復合纖維膜的方法，制備出具有柔性的碳化硅/碳納米管復合纖維膜。可以同時實現復合纖維制備連續均勻，可調直徑結構(從微米級別到納米級別)和工藝較簡單方便的目標。

技術方案

一種靜電紡絲制備柔性碳化硅/碳納米管復合纖維膜的方法，其特征在于步驟如下：