[發(fā)明專利]一種Si/C復(fù)合纖維材料及其制備方法和應(yīng)用有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010192874.7 | 申請日： | 2020-03-18 |
| 公開（公告）號： | CN113493943B | 公開（公告）日： | 2022-10-14 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 袁淑霞;呂春祥;李東升 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所 |
| 主分類號： | D01F9/22 | 分類號： | D01F9/22;D01F9/16;D01F9/21;D01F9/24;D01F1/10;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;D01D5/06;D01D5/14;D01D10/06 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 si 復(fù)合 纖維 材料 及其 制備 方法 應(yīng)用 | ||
1.一種Si/C復(fù)合纖維材料，其特征在于，所述Si/C復(fù)合纖維材料由炭基體和分散于其中的Si顆粒復(fù)合而成；其中，所述Si/C復(fù)合纖維材料的外觀呈長纖維狀；其中，所述Si/C復(fù)合纖維材料的微觀結(jié)構(gòu)為包覆硅顆粒的多孔炭；其中，所述多孔炭呈蜂巢或海綿狀；
其中，Si/C復(fù)合纖維材料的制備方法，包括如下步驟：
制備紡絲液：制備含有溶劑、分散在所述溶劑中的硅顆粒、溶解在所述溶劑中的第一聚合物的紡絲液；其中，第一聚合物為能進行溶液紡絲的聚合物；在所述紡絲液中，所述第一聚合物的質(zhì)量分數(shù)為5-35%；所述硅顆粒的質(zhì)量大于0，且所述硅顆粒的質(zhì)量不超過所述第一聚合物質(zhì)量的50%；所述紡絲液中還含有其他助劑；其中，所述其他助劑的質(zhì)量大于0，且小于等于第一聚合物質(zhì)量的10%；其中，所述其他助劑選用γ―(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、氨基官能團硅烷、十六烷基三甲基溴化銨、乙二醇、丙三醇、F127、P123、乙醇中的一種或幾種；所述紡絲液中還含有木質(zhì)素，所述木質(zhì)素的質(zhì)量大于0，小于等于所述第一聚合物質(zhì)量的50%；
制備Si/C復(fù)合纖維原絲：采用濕法紡絲或干噴濕法紡絲的方法，將紡絲液凝固，形成初生纖維，再對初生纖維進行水洗、熱牽伸、干燥處理后，得到Si/C復(fù)合纖維原絲；
預(yù)氧化、碳化處理：對所述Si/C復(fù)合纖維原絲進行預(yù)氧化、碳化處理，得到Si/C復(fù)合纖維材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Si/C復(fù)合纖維材料，其特征在于，
所述Si/C復(fù)合纖維材料呈多級孔分布，平均孔徑為5-25nm，孔容為0.3-5.6cm3/g。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Si/C復(fù)合纖維材料，其特征在于，
所述Si/C復(fù)合纖維材料中：所述硅顆粒的質(zhì)量分數(shù)大于0、小于等于45%；和/或
所述Si/C復(fù)合纖維材料的直徑為30-250μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Si/C復(fù)合纖維材料，其特征在于，所述硅顆粒為納米硅顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的Si/C復(fù)合纖維材料，其特征在于，所述納米硅顆粒的粒徑為20-200nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Si/C復(fù)合纖維材料，其特征在于，
所述木質(zhì)素包括有機溶劑木質(zhì)素、水解木質(zhì)素、從造紙黑液中提取的木質(zhì)素中的一種或幾種；和/或
所述溶劑選用二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺中的一種或幾種；和/或
所述第一聚合物為聚丙烯腈PAN、醋酸纖維素CA、聚乙烯醇PVA、聚酰亞胺PI中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Si/C復(fù)合纖維材料，其特征在于，所述制備紡絲液的步驟，包括：
制備硅分散液：將硅粉分散在溶劑中，在25-80℃的溫度下攪拌均勻，得到硅分散液；其中，所述硅分散液中還添加有其他助劑；
共混：將硅分散液、第一聚合物或第一聚合物溶液、溶劑混合后，在25-80℃下機械攪拌均勻后，得到紡絲液；在所述共混的步驟中，所述紡絲液中還添加有木質(zhì)素。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的Si/C復(fù)合纖維材料，其特征在于，
在所述共混的步驟之后，還包括對所述紡絲液進行脫泡處理的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的Si/C復(fù)合纖維材料，其特征在于，將所述紡絲液放置在25-80℃的真空狀態(tài)下進行脫泡處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Si/C復(fù)合纖維材料，其特征在于，所述制備Si/C復(fù)合纖維原絲的步驟，包括：
步驟1）：所述紡絲液經(jīng)過噴絲組件形成的紡絲細流進入凝固浴中進行凝固成形后，得到初生復(fù)合纖維；
步驟2）：對所述初生復(fù)合纖維進行多級水洗、熱牽伸處理；
步驟3）：對熱牽伸處理后的初生復(fù)合纖維進行干燥處理，得到Si/C復(fù)合纖維原絲。
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