一种芳纶基碳纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及碳纤维加工技术领域，具体是一种芳纶基碳纤维的制备方法。
背景技术
目前，碳纤维是一种力学性能优异的新材料。它的比重不到钢的1/4，比铝还要轻，比强度是铁的20倍，同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为“新材料之王”。因此，碳纤维广泛应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、GOLF球棒等体育休闲领域。
碳纤维除了具有一般碳素材料的特性：耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等,其外形有显著的各向异性,柔软,可加工成各种织物,又由于比重小,沿纤维轴方向表现出很高的强度,碳纤维增强环氧树脂复合材料的比强度、比模量综合指标在现有结构材料中是最高的。目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能,因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料具备不可替代的优势。
因此，本领域技术人员提供了一种芳纶基碳纤维的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种芳纶基碳纤维的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种芳纶基碳纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)取间位芳纶短切纤维与间位芳纶纤维浆粕混合，经分散、疏解、打浆制得混合溶液；
2)将混合溶液与纳米TiO2去离子水溶液混合疏解后，打浆制得纳米TiO2改性间位芳纶混合溶液；
3)将纳米TiO2改性间位芳纶混合溶液加入柠檬酸金属盐，混合均匀后，形成纺丝液，经过喷丝板进入水浴凝固，经溶剂拉伸得到纤维后，通过水洗，再经过干热得到改性芳纶纤维；
4)将改性芳纶纤维在预处理剂中进行超声清洗，将纤维通过搅拌清洗机进行水洗，将纤维捞出，通过低温烘干箱进行烘干得到改性芳纶初纺纤维；
5)将改性芳纶初纺纤维置于氧气氛围中，进行预氧化处理，置于含氨气的氛围中碳化处理，得到氮掺杂的芳纶基碳纤维。
作为本发明进一步的方案：所述步骤5)中，通过导丝机拉伸间位芳纶纤维，同时将间位芳纶纤维置于250-350℃氧气氛围中进行预氧化，时间为3-10min。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤7)中，通过导丝机拉伸经步骤6处理后的间位芳纶原丝，同时将间位芳纶原丝置于400-1800℃氮气氛围中进行高温碳化，时间为2-15min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本改性间位芳纶碳纤维，可以使本身就具有优异性能的间位芳纶绝缘纤维能够抑制空间电荷积聚，制得的芳纶基碳纤维柔韧性好，拉伸强度稳定，制成的多级孔洞碳纤维的机械强度高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例一：
一种芳纶基碳纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)取间位芳纶短切纤维与间位芳纶纤维浆粕混合，经分散、疏解、打浆制得混合溶液；
2)将混合溶液与纳米TiO2去离子水溶液混合疏解后，打浆制得纳米TiO2改性间位芳纶混合溶液；
3)将纳米TiO2改性间位芳纶混合溶液加入柠檬酸金属盐，混合均匀后，形成纺丝液，经过喷丝板进入水浴凝固，经溶剂拉伸得到纤维后，通过水洗，再经过干热得到改性芳纶纤维；
4)将改性芳纶纤维在预处理剂中进行超声清洗，将纤维通过搅拌清洗机进行水洗，将纤维捞出，通过低温烘干箱进行烘干得到改性芳纶初纺纤维；
5)将改性芳纶初纺纤维置于氧气氛围中，进行预氧化处理，置于含氨气的氛围中碳化处理，得到氮掺杂的芳纶基碳纤维；
6)通过导丝机拉伸间位芳纶纤维，同时将间位芳纶纤维置于250-350℃氧气氛围中进行预氧化，时间为3-10min；
7)通过导丝机拉伸经步骤6处理后的间位芳纶原丝，同时将间位芳纶原丝置于400-1800℃氮气氛围中进行高温碳化，时间为2-15min。
实施例二：
一种芳纶基碳纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)取间位芳纶短切纤维与间位芳纶纤维浆粕混合，经分散、疏解、打浆制得混合溶液；
2)将混合溶液与纳米TiO2去离子水溶液混合疏解后，打浆制得纳米TiO2改性间位芳纶混合溶液；
3)将纳米TiO2改性间位芳纶混合溶液加入柠檬酸金属盐，混合均匀后，形成纺丝液，经过喷丝板进入水浴凝固，经溶剂拉伸得到纤维后，通过水洗，再经过干热得到改性芳纶纤维；
4)将改性芳纶纤维在预处理剂中进行超声清洗，将纤维通过搅拌清洗机进行水洗，将纤维捞出，通过低温烘干箱进行烘干得到改性芳纶初纺纤维；
5)将改性芳纶初纺纤维置于氧气氛围中，进行预氧化处理，置于含氨气的氛围中碳化处理，得到氮掺杂的芳纶基碳纤维；
6)通过导丝机拉伸间位芳纶纤维，同时将间位芳纶纤维置于200-380℃氧气氛围中进行预氧化，时间为5-15min；
7)通过导丝机拉伸经步骤6处理后的间位芳纶原丝，同时将间位芳纶原丝置于500-1700℃氮气氛围中进行高温碳化，时间为5-15min。
本发明的工作原理是：
通过多次实验，发现利用了纳米TiO2改性间位芳纶绝缘纤维，可以使本身就具有优异性能的间位芳纶绝缘纤维能够抑制空间电荷积聚，具有优异的绝缘性能和机械性能，适用于强电场环境，制得的芳纶基碳纤维柔韧性好，含碳量合理，拉伸强度稳定，碳化收益高，该初纺纤维中柠檬酸金属盐均匀分布于芳纶浆粕中，再经预氧化和碳化处理使芳纶浆粕和柠檬酸金属盐碳化，生成多级孔洞结构的氮掺杂的芳纶基多孔碳纤维，通过控制芳纶浆粕和柠檬酸金属盐的成分比例，控制多级孔洞的孔径和分布，且通过在多级孔洞的表面成芳纶浆粕薄膜，增强了多级孔洞碳纤维的机械强度。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
