[发明专利]一种活性碳纤维复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纺织面料技术领域，具体涉及一种活性碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

目前我国化学防护服采用的活性碳粉防化面料，存在手感硬、透气性差、屈折性差、服用性差等缺陷。

活性碳纤维是一种新型、高效、理想的多功能吸附性环保材料，特别是聚丙烯腈（PAN）基活性碳纤维结构中含氮，对硫、氮系化合物有催化作用，具有高强度和高吸附性能，使用过程中产生的粉尘少，不易燃烧，使用寿命长，在脱硫、脱硝以及许多对强度要求高的应用领域（如新型轻质核生化防护服等领域）具有特殊意义。因此，以活性碳纤维为基体，开发多功能纤维复合材料是重要的研发方向，在化工、环境保护、医用辅料等领域有重要应用，特别是高性能活性碳纤维织物，对生化防护服、消防服装、防火防毒逃生装备及军事防护装备的升级换代具有重要意义。

现有技术中的多功能织物和面料多由具有单一功能的多种面料复合而成，如专利CN102318918A公开的一种活性碳纤维布/PTFE服装膜与锦纶防毒面料由四层织物复合而成。而专利CN202293520U中则采用五层织物或渗透膜复合制成具有防菌、防水和防毒功能的面料。专利CN102328480A公开了一种由活性碳纤维层、锦纶层和防静电层组成的三层防毒、防静电、防水织物体系。通过这些技术方法制备的多功能面料存在工艺繁琐、面料层数多、成品厚重、成本高等缺陷。

发明内容

（一）要解决的技术问题

针对以上问题，本发明的目的是提供一种活性碳纤维复合材料，所述活性碳纤维复合材料仅具有一层活性碳纤维层面料，比表面积大、克重小、机械强度高，还具有隔热、防毒、阻燃的多功能特性。

本发明的另一个目的是提供一种所述活性碳纤维复合材料的制备方法，所述制备方法简单可行，成本低廉。

（二）技术方案

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：提供一种活性碳纤维复合材料，其包括活性碳纤维层以及包裹在所述活性碳纤维层外的氧化硅凝胶层。

其中，所述活性碳纤维复合材料中二氧化硅的含量为5～30wt%。

其中，所述活性碳纤维层的比表面积为700～2300m²/g。

其中，所述活性碳纤维层为活性碳纤维束、活性碳纤维毡、活性碳纤维布中的一种，其基质为聚丙烯腈基活性碳纤维、酚醛基活性碳纤维、粘胶基活性碳纤维、沥青基活性碳纤维、纤维素基活性碳纤维中的一种；优选地，所述活性碳纤维层为聚丙烯腈基活性碳纤维布。

其中，所述活性碳纤维布为斜纹布、平纹布、缎纹布、水刺无纺布、针刺无纺布中的一种，厚度为0.1～1.0mm，克重为50～250g/m²；优选地，所述活性碳纤维布厚度为0.1～0.6mm，克重为100～200g/m²。

其中，所述活性碳纤维毡厚度为0.1～10mm，克重为60～400g/m²；优选地，所述活性碳纤维毡厚度为1～5mm，克重为80～300g/m²。

本发明提供一种制备所述活性碳纤维复合材料的方法，其制备过程包括下列步骤：

将活性碳纤维层浸入SiO₂碱性溶胶中，浸渍后取出，经干燥后得到所述活性碳纤维复合材料。

其中，所述活性碳纤维层浸渍时间为0.5～24h，优选地，所述浸渍时间为5～20h；所述干燥温度为30～120℃，优选地，所述干燥温度为40～80℃；所述干燥时间为10～120h，优选地，所述干燥时间为20～100h。

其中，所述SiO₂碱性溶胶的pH值为7.0～9.0，优选地，所述SiO₂碱性溶胶的pH值为7.0～8.5。

其中，所述SiO₂碱性溶胶的制备方法为：

(1)将硅源、有机溶剂和去离子水进行混合，搅拌使之混合均匀；

(2)将用量为(1)中所用去离子水量1/2的去离子水与水解催化剂混合均匀，加入步骤(1)所得混合液中，搅拌得到氧化硅溶胶并静置老化，得SiO₂酸性溶胶；

(3)将缩聚催化剂逐滴加入步骤(2)所得SiO₂酸性溶胶中，调节pH值得到SiO₂碱性溶胶。