[發明專利]一種碳納米纖維復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810692769.2
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108976685A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 劉菊花;張鑫;朱華
• 申請（專利權）人: 佛山騰鯉新能源科技有限公司
• 主分類號: C08L33/20
• 分類號: C08L33/20;C08K7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種碳納米纖維復合材料的制備方法，屬于復合材料技術領域。本發明利用納米纖維素具有易于成膜與凝膠化的特性，可以作為結構穩定與機械性能優良的載體材料或者骨架支撐材料，納米纖維素具有不同的結構形態，各種微納米尺度的無機或有機納米材料可擴散或填充其中，以提高其比表面積，納米纖維素原有的高吸水性、溶脹性、生物相容性等特性，與各類無機或有機納米材料的特定導電性能相互融合在一起，進而產生具有高導電性、光電轉換性、電化學氧化還原特性的特殊功能材料，導電高分子不但可以通過溶液分散與納米纖維素形成導電膜材料，而且可以通過原位聚合方式得到導電高分子/納米纖維素導電復合材料。

技術領域

本發明涉及一種碳納米纖維復合材料的制備方法，屬于復合材料技術領域。

背景技術

從生物質原料中開發生物質納米材料素，并以此制備功能產品可進一步提高生物質原料的附加值和利用效率。生物質資源包括各種天然資源及其派生資源，在地球上分布廣泛，具有可再生性，取之不盡，用之不竭。纖維素是自然界中分布最廣、蘊藏量最豐富的天然高分子材料，主要來源于高等植物和木材的細胞壁，如棉花的纖維素含量幾乎高達100%，木材的纖維素含量在40-50%左右，農作物廢棄物（大豆殼、秸稈、甘蔗渣）也是纖維素的重要來源。纖維素在工業領域如紡織、紙張和紙漿、食品及制藥行業的添加劑具有巨大的開發應用潛力。

碳纖維是由有機纖維或瀝青基原材料經碳化和石墨化處理后得到的，其含碳量高于85%，可用作復合材料的增強纖維。近年來，研究人員通過改進碳纖維的制備工藝，結合先進的分析手段，實現了碳纖維的結構控制。碳纖維的研究動向正朝著高性能、高功能和低成本化的方向發展。

納米技術是國際上最近十年以來開發的一項高新技術，作為一種新興的性能優異的材料，應用前景相當可觀。在海南、廣東等椰子樹資源豐富的地區，自然脫落的、具有輕微防腐功能的椰子樹枝葉隨處可見，嚴重影響交通安全和城市市容。有關農業廢棄物椰葉柄回收再利用及高值化應用的研究公開報道很少。從椰葉柄中提取纖維素并作為制備納米纖維素的原料，有利于廢棄物資源化和有效循環利用，符合國家可持續發展的政策，具有良好的環境效益。從椰葉柄中提取纖維素，制備高強度、高彈性模量、透光性良好的納米纖維素和導電性良好、高強度的碳納米纖維，并將兩種材料進行復合，制備兼具高強度和良好導電性能的納米復合材料，可應用于鋰離子電池、超級電容器等領域。

發明內容

本發明所要解決的技術問題：針對目前碳纖維主要由煤焦油、石油瀝青等物質加工生產而得，這類資源屬于不可再生資源，而大量的椰樹廢棄物被焚燒處理，造成嚴重環境污染的問題，提供了一種碳納米纖維復合材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

（1）按重量份數計，分別稱取10～20份椰葉、40～50份苯-無水乙醇混合液、10～15份次氯酸鈉、10～15份冰醋酸、6～10份氫氧化鈉、10～14份鹽酸，將椰葉和苯-無水乙醇混合液混合抽提烘干處理，得抽提完的椰葉，在抽提完的椰葉中加入次氯酸鈉和冰醋酸，在溫度為75～85℃水浴鍋中攪拌處理1～2h，用去離子水洗滌至中性，過濾，得產物，將產物和氫氧化鈉混合，在溫度為80～90℃的水浴鍋中攪拌處理2～3h，用去離子水洗滌至中性，加入鹽酸攪拌處理2～3h，用去離子水洗滌至中性，得纖維素，研磨、超聲并離心處理，得椰葉納米纖維素；

（2）將N，N-二甲基甲酰胺和椰葉納米纖維素混合，超聲分散40～60min后，進行靜電紡絲制備，得紡布；將紡布置于馬弗爐中，以1℃/min的升溫速率升至280～300℃并恒溫2～3h后，炭化活化處理，得碳納米纖維素；

（3）將碳納米纖維和去離子水混合均勻后，超聲分散1～2h，用質量分數為37%鹽酸調節pH為1～3，得分散液，加入聚丙烯腈，磁力攪拌15～30min，加入過硫酸銨，繼續攪拌反應3～5h，分別用丙酮和去離子水洗滌3～5次，過濾后，置于80～100℃的烘箱中干燥至恒重，即得碳納米纖維復合材料。