[發明專利]一種纖維素/石墨烯復合高強力碳纖維氣凝膠板材及其制備方法

有效

• 申請號: 202110690159.0
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113321523B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 周凡雨;彭雄義;鄧健;董雄偉;蔡亞君;劉仰碩;蔡映杰;董會杰;張圣祖;呂少仿
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622;C04B38/00;D21C3/04;D21C3/02;D21C3/00;D21C3/26
• 代理公司: 武漢泰山北斗專利代理事務所(特殊普通合伙) 42250
• 代理人: 董佳佳

本發明涉及一種纖維素/石墨烯復合高強力碳纖維氣凝膠板材及其制備方法，本發明從稻草秸稈中提取纖維素，將纖維素在濃硫酸中進行處理制得纖絲；然后將纖絲溶解于NaOH/1，4?丁二醇二縮水甘油醚/水混合溶液，同時在混合溶劑中加入石墨烯粉末并放入模具，制得濕凝膠，濕凝膠冷凍干燥，得到纖維素基氣凝膠板材；最后將纖維素基氣凝膠板材進行預氧化和碳化，得到高強碳纖維氣凝膠板材。本發明的纖維素/石墨烯復合高強力碳纖維氣凝膠板材的抗壓強度達到50MPa以上，說明其抗壓強度相當高。本發明的纖維素/石墨烯復合高強力碳纖維氣凝膠板材的制備方法簡單，原料來源廣泛，其在板材應用領域具有很好的應用與推廣前景。

技術領域

本發明屬于碳纖維氣凝膠板材的制備技術領域，具體涉及一種纖維素/石墨烯復合高強力碳纖維氣凝膠板材及其制備方法。

背景技術

碳氣凝膠是一種新型輕質多孔多功能性氣凝膠，與其它材料的氣凝膠相比，碳氣凝膠具有更加優異的性能，如：質量輕、強度可控和比表面積大等優點。碳氣凝膠作為多功能性的新材料，其具有很大的市場前景和潛在價值。但是，碳氣凝膠具有原材料貴、生產工藝復雜、制備周期長、大規模生產難等不利因素，導致其存在產量低、成本高、產業化推進慢等一系列困難。因此，急需尋求一種經濟環保、制備工藝簡單和原材料來源廣泛的碳氣凝膠制備工藝。

纖維素是地球上儲量最豐富的生物質，其來源廣泛、可再生能力強、價格低廉；此外，纖維素具有良好的生物相容性、降解性好、高比強度和模量等優點，因此，其具有成為制備碳氣凝膠的優良潛質。因此，分析認為，以纖維素為原材料的碳氣凝膠在綠色環保材料方面將有不可估量的應用價值和商業價值。

碳纖維具有很好的強力性能，碳氣凝膠是一種三維網狀結構，其力學性能理論上可以達到很高的性能。目前，碳氣凝膠受到廣泛的研究，中國發明專利申請號201810523261.X報道了一種芳雜環纖維基納米碳纖維氣凝膠材料的制備方法，但是，該氣凝膠含有一定比例的氮元素，影響了碳元素含量純度；中國發明專利申請號201410111598.1報道了一種利用甘蔗渣制備超級電容器碳氣凝膠的方法。從目前的碳氣凝膠的報道來看，具有高強力性能的碳氣凝膠鮮有報道。

發明內容

針對氣凝膠材料強度弱的特點，本發明擬提出解決方案，即在碳纖維氣凝膠材料中摻加石墨烯，從而實現制備的碳纖維氣凝膠材料的含碳量較高。本發明的目的是克服以往技術的不足，提供一種纖維素/石墨烯復合高強力碳纖維氣凝膠板材及其制備方法。本發明的技術方法為碳纖維氣凝膠強度的增強提供解決方法。

本發明的目的在于提供一種纖維素/石墨烯復合高強力碳纖維氣凝膠板材，該氣凝膠板材首先是從稻草秸稈中提取纖維素，將纖維素在濃硫酸中進行處理制得纖絲；然后將纖絲溶解后與石墨烯粉末混合放入模具，制得濕凝膠，濕凝膠冷凍干燥，得到纖維素基氣凝膠板材；最后將纖維素基氣凝膠板材進行預氧化和碳化，得到高強碳纖維氣凝膠板材。

本發明的另一目的在于提供上述所述一種纖維素/石墨烯復合高強力碳纖維氣凝膠板材的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)纖維素/石墨烯氣凝膠的制備：將稻草秸稈中的纖維素在濃硫酸中進行處理，處理溫度為50～60℃，處理時間為2～3小時,制得纖絲；將纖絲溶于NaOH/1,4-丁二醇二縮水甘油醚/水混合溶液體系，SnCl₄為催化劑，不斷攪拌，同時加入石墨烯粉，直到部分溶液生成濕凝膠，將濕凝膠和剩余溶液轉移至模具，放置3～4天待溶液完全生成濕凝膠；然后用去離子水中多次洗滌，在－55～－60℃下冷凍干燥，得到纖維素基氣凝膠板材；

優選地，所述步驟(1)中模具的尺寸為：160cm×40cm×40cm(長×寬×高)；