[發明專利]一種瀝青基炭纖維及其制備方法

在審

• 申請號: 202011419370.0
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112522810A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 葉崇;伍孝;余洋;陳坤;石奎;黃東;劉金水
• 申請（專利權）人: 湖南東映碳材料科技有限公司;湖南東映特碳瀝青材料有限公司
• 主分類號: D01F8/18
• 分類號: D01F8/18;D01F9/145;D01D5/34
• 代理公司: 安化縣梅山專利事務所 43005
• 代理人: 李琦

本發明提供了一種瀝青基活性炭纖維包括皮芯結構；所述皮芯結構的芯層為各向異性炭；所述皮芯結構的皮層為各向同性炭；所述芯層和所述皮層之間，為沿芯層至皮層方向，由各向異性碳過渡至各向同性碳的混合過渡層；所述皮層表面布滿納米級孔。本發明還提供了一種所述瀝青基活性炭纖維的制備方法。

技術領域

本發明涉及材料及其制備技術領域，尤其涉及一種高強度瀝青基活性炭纖維及其制備方法。

背景技術

活性炭纖維作為第三代活性炭材料，其吸附性能遠優于傳統的粉狀和顆粒狀活性炭，且具有較好的力學性能和成型加工優勢，目前廣泛應用在氣體凈化、溶劑回收、水處理以及有毒氣體過濾等領域。但受活性炭纖維表面孔隙的影響，其強度普遍較低，尤其當比表面積超過500m²/g后，其拉伸強度降低至僅30-200MPa。

為了解決活性炭纖維強度低的問題，現有的解決方法如下：

采用聚丙烯腈基炭纖維制備活性炭纖維。聚丙烯腈基炭纖維強度較高，一般用來制備高強度活性炭纖維。但是，聚丙烯腈基炭纖維活化難度高，不容易控制，整體成本較高。同時，當聚丙烯腈基炭纖維的比表面積超過1000m²/g時，其強度性能同樣會大幅度降低。

得益于聚酰亞胺的芳雜環共軛效應，專利CN201210334784.2采用聚酰亞胺纖維為原料，經炭化、活化，獲得了強度較好的活性炭纖維。但聚酰胺纖維成本較高，不適合大規模產業化。

采用黏膠基活性炭纖維制備活性炭纖維。黏膠基活性炭纖維易活化、成本低廉，一直常用于制備活性炭纖維。但由于采用其作為原料需要采用催化劑對其進行催化固化，因此其生產過程環境污染大，趨于淘汰。

專利CN201710834671.1公布了一種采用中間相瀝青(各向異性瀝青)制備活性炭纖維的方法，該纖維強度相對較高，但各向異性炭活化較為困難，且模量高，纖維脆性大易折斷。

有鑒于此，需要提出一種新的技術方案來解決上述技術問題。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種高比表面積、高拉伸強度的炭纖維。

本發明的第二個目的在于提供一種高比表面積、高拉伸強度的炭纖維的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術手段：

一種瀝青基炭纖維，所述瀝青基炭纖維包括皮芯結構；所述瀝青基炭纖維包括皮芯結構；所述皮芯結構的芯層為各向異性炭；所述皮芯結構的皮層為各向同性炭；所述芯層和所述皮層之間，為沿芯層至皮層方向，由各向異性碳過渡至各向同性碳的混合過渡層；所述皮層表面布滿納米級孔。

優選的，所述瀝青基炭纖維的直徑為5-18μm。

優選的，所述皮層的厚度為0.002-0.05μm。

優選的，所述混合過渡層的厚度為0.3-2.5μm。

優選的，所述芯層的直徑4-16μm。

優選的，所述微孔的深度小于或等于0.05μm。

一種瀝青基炭纖維的制備方法，包括如下步驟：

將原料A和原料B經螺桿熔融擠出、噴絲、紡絲、收絲得到瀝青纖維；所述瀝青纖維經氧化、450-800℃的第一熱處理、活化、1000-1600℃的第二熱處理即得所述瀝青基炭纖維；所述原料A為各向同性氧化瀝青，所述原料B為各向異性瀝青，并且，所述原料A的軟化溫度小于所述原料B的軟化溫度，所述原料A和所述原料B的軟化溫度的溫度差小于5℃。

優選的，所述各向同性氧化瀝青的軟化點為250-280℃，灰分含量小于80ppm，氧含量小于1.5％；