[發明專利]一種導電玄武巖纖維材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810132995.5
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108218216B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 馬鵬程;郝斌;葸雄宇;齊明鋼
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆理化技術研究所;貴州中科玄武巖纖維創新孵化研究院有限公司
• 主分類號: C03B37/00
• 分類號: C03B37/00;C01B32/05;C01B32/162;D01F9/127
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所(普通合伙) 65106
• 代理人: 張莉

本發明提供了一種導電玄武巖纖維材料的制備方法，該方法利用碳納米管、碳納米纖維、熱解碳新型碳納米材料優異的電學性質，以氣相為介質并結合玄武巖纖維自帶催化劑元素的優勢，利用化學氣相沉積法在纖維表面均勻沉積碳納米材料涂層。該方法還可通過控氣體流量、反應時間等實驗條件來調控碳納米材料的形貌、厚度以及導電性，如形貌可以是熱解碳形成的光滑結構，也可以是碳納米管和碳納米纖維形成的毛絨狀結構，纖維的電導率在10¹到10⁴ S/cm范圍內可調。此外，碳納米材料的存在還賦予玄武巖纖維表面很強的疏水親油性能，材料在油水分離領域具有潛在的應用。

技術領域

本發明屬于納米復合材料制備技術領域，具體涉及一種利用碳納米材料改性實現導電玄武巖纖維材料的制備方法。

玄武巖纖維是以玄武巖礦石為原料，經過高溫熔化后拉制而成，其主要成分包括SiO₂、Fe_xO_y、Al₂O₃、CaO、MgO等。玄武巖纖維具有優異的力學性能、化學穩定性、耐高溫性能和耐酸堿性能，因此在纖維增強復合材料、高溫過濾、吸聲減噪等領域有著廣泛的應用。在復合材料領域，通過對玄武巖纖維界面進行改性，可以提高其與基體的界面結合強度，進而提高整體材料的力學性能。如專利CN201510370386中報道采用表面涂覆浸潤劑來提高玄武巖纖維的耐磨性和集束性，可以改善整體纖維的力學強度；專利CN201510979756報道了在玄武巖纖維表面使用環氧樹脂、聚酯乳液和乙烯基樹脂乳液復配的表面涂層來提高纖維與熱固性樹脂的相互作用，從而提高復合材料的力學性能。

但玄武巖礦石屬于絕緣材料，這一屬性限制了相應的纖維材料在導電領域的應用。而開發導電玄武巖纖維有望在防靜電、電磁波屏蔽等領域中代替碳纖維，這樣可以拓寬玄武巖纖維的應用范圍，提升材料的附加值。目前，開發導電玄武巖纖維的研究很少，鑒于玄武巖纖維和玻璃纖維同屬無機非金屬纖維，相關的研究方法可以作為借鑒參考。實現玻璃纖維導電常用的方法是在纖維表面涂覆碳納米材料，包括利用上漿法、蘸涂法、電泳法等，如Gao報道利用電泳法將碳納米管涂覆在單根玻璃纖維表面是指具有導電性(Carbon，2010，48，2273-2281)。但是這些方法制備的涂層均勻性較差，局部形貌差異大，從而也使得涂覆后材料的導電性差異較大。

鑒于此，本發明旨在提供一種利用碳納米材料實現玄武巖纖維導電的新方法。

發明內容

本發明目的在于，提供一種導電玄武巖纖維材料的制備方法，該方法利用碳納米管、碳納米纖維、熱解碳新型碳納米材料優異的電學性質，以氣相為介質并結合玄武巖纖維自帶催化劑元素的優勢，利用化學氣相沉積法在纖維表面均勻沉積碳納米材料涂層。該方法還可通過控氣體流量、反應時間等實驗條件來調控碳納米材料的形貌、厚度以及導電性，如形貌可以是熱解碳形成的光滑結構，也可以是碳納米管和碳納米纖維形成的毛絨狀結構，纖維的電導率在10¹到10⁴S/cm范圍內可調。此外，碳納米材料的存在還賦予玄武巖纖維表面很強的疏水親油性能，材料在油水分離領域具有潛在的應用。

本發明所述的一種導電玄武巖纖維材料的制備方法，按下列步驟進行：

a、將玄武巖纖維束或玄武巖纖維布置于無水乙醇中超聲波清洗0.5-3h后取出，在烘箱中40℃干燥1-3h；

b、將步驟a中烘干的玄武巖纖維束或玄武巖纖維布置于管式爐中，在保護性氣體氮氣、氬氣、氦氣中的一種或兩種混合氣氛圍下升溫至500-1000℃，恒溫1-4h；

c、在步驟b完成后，將管式爐中通入碳源氣乙炔、乙烯或甲烷的一種或兩種混合氣體，氣流量為50-800sccm，溫度500-1000℃下，恒溫1-4h，之后在惰性氣體氮氣、氬氣、氦氣的一種或兩種混合氣氛圍下降至室溫，即得到導電玄武巖纖維材料。

所得到導電玄武巖纖維其表面主要成分為熱解碳或碳納米管或碳納米纖維。