[发明专利]一种防静电碳基纤维及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有宽范围电阻率和低介电损耗特征的碳基纤维，其制备方法及在防静电领域中的应用，属于新材料领域。

背景技术

静电是由物体间的相互摩擦或感应而产生的，如气体的输送和排出，液体的搅拌和喷涂，固体的粉碎和研磨，粉尘的混合和筛分等，都会产生静电，静电防护稍有疏忽，就可能导致火灾、爆炸和人身触电，有时则干扰正常生产和影响产品质量，因此必须对静电采取切实可行的防护措施。工业生产中往往采用在产品或工件表面喷涂防静电涂料达到消除静电危害的目的。

现有的防静电涂料中，起防静电作用的主要添加剂为金属粉或石墨粉，二者虽具有良好的导电性，但金属粉易氧化，石墨粉附着力差，而且在涂层中都难于形成连续的导电网络，不能达到理想的防静电效果；特别是金属粉和石墨粉等对雷达波易反射，介电损耗大，不适于作为防静电材料用于航空、航天和军工等重要领域。此外最终形成的防静电涂层还应具有良好的抗冲击性、耐磨性和耐蚀性等性能，现用的防静电涂料很难完全满足这些要求。公开号为CN1632002A的中国专利公开了一种防静电涂料的制备方法，主要以膨胀石墨材料与有机成膜物质和溶剂等混合制得，其导电性和抗冲击性较差；公开号为CN1422919A的中国专利公开了一种纳米聚氨酯防静电涂料及其制备方法，主要以云母作为导电剂与纳米聚氨酯混合制得，耐磨性提高，但导电效果较差；公开号为CN1085927A的中国专利公开了一种防静电涂料的制备方法，主要是铝粉与聚氨酯等混合制得，其导电性和耐磨性等性能也不理想。碳纤维具有良好的导电性、耐蚀性和耐磨性等性能，是较理想的防静电涂料的添加剂，公开号为CN1664034A的中国专利公开了一种碳纤维导静电涂料及其制备方法，将石墨化的短切碳纤维与环氧树脂混合制得，导电性和耐蚀性等较好，但由于石墨纤维或高温碳化纤维是雷达波的强反射体，该专利公开的碳纤维导静电涂料同样不能满足飞机及军工等领域对关键部件静电防护的特殊要求。公开号为CN101220535A的中国专利公开了一种防静电用碳纤维及其制备方法，是聚丙烯腈纤维（由丙烯腈和衣康酸、丙烯酸、衣康酸胺、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸等制成的）经预氧化、中温碳化、高温碳化制备而成，其电阻率为1×10⁸～1.5×10^-3Ω·cm，介电损耗高，不能满足飞机、导弹、舰艇、油罐、电子行业等特殊领域对静电防护的高要求。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种具有宽电阻率范围和低介电损耗特征的防静电碳基纤维，及其制备方法，利用本发明的碳基纤维作为防静电添加剂形成的防静电网络化涂层不仅具有良好的抗冲击性、耐磨性和耐蚀性，而且具有良好的防静电性能，从而满足飞机、导弹、舰艇、油罐、电子行业等特殊领域对静电防护的高要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种防静电碳基纤维，是以前躯体纤维为原料，经以下方法制备得到的：

（1）预氧化：将前躯体纤维保持张紧状态，在空气介质中于190～280℃进行热处理，牵伸率为0～10%，加热时间为45～65min；

（2）碳化：上述预氧化后，在惰性气体保护下或真空状态中于300～1200℃进行热处理，牵伸率为0～5%，加热时间为5～20min，即得防静电碳基纤维。

所述前躯体纤维的成分组成为：丙烯腈含量大于等于90wt%，衣康酸胺0.1～10wt%，二茂铁0.1～2wt%，余量为衣康酸、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸中的一种。

所述前躯体纤维是通过以下方法制备得到的：将丙烯腈与其他单体进行共聚合，获得纺丝原液，通过湿法纺丝或干喷湿纺制得前躯体纤维。

所述防静电碳基纤维的制备方法，同上。

本发明的防静电碳基纤维，碳含量大于68%，纤维直径1～10um，电阻率为1×10³～1.5×10^-2Ω·cm，介电损耗小于0.05，具有宽电阻率范围和低介电损耗特征，作为防静电添加剂制备防静电涂层，可以满足不同防静电要求的特殊领域的需要，且获得的防静电涂层同时具有良好的抗冲击性、耐磨性和耐蚀性。

具体应用方式为：将本发明的防静电碳基纤维短切为3～6mm,按体积比防静电碳基纤维：聚氨酯涂料：溶剂环己酮＝0.005:（0.8～1.2）:（3～5）的比例进行配料并常规方法制备得到防静电涂层。优选的比例为：防静电碳基纤维：聚氨酯涂料：溶剂环己酮＝0.005:1:4。