[发明专利]一种孔隙率和孔径结构可控的多孔碳纤维及其制备方法

说明书

本发明属于多孔碳纤维技术领域，尤其涉及一种孔隙率和孔径结构可控的多孔碳纤维及其制备方法。所述方法为：将已经成型的多孔碳纤维浸入能够反应产生碳酸钙沉淀的溶液中，反应完成后，取出多孔碳纤维，干燥，即得。本发明将一种或多种液体反应物浸泡多孔介质，通过添加另外的液体反应物，使其在多孔介质的空隙内发生化学反应，从而生产固态沉淀物的方式来改变其空隙率，从而实现对已成型的多孔碳纤维的孔径结构和孔隙率的控制和改性。本发明的这种被碳酸钙沉淀改性后的多孔碳纤维作为环路热管中蒸发器的毛细芯时，能够有效避免多孔碳纤维中大孔径使环路热管运行时产生的蒸汽逆向泄漏至储液室，降低运行效率甚至运行失效的问题。

技术领域

本发明涉及多孔碳纤维技术领域，尤其涉及一种孔隙率和孔径结构可控的多孔碳纤维及其制备方法。

背景技术

碳纤维是一种无机高分子纤维，其含碳量在90％以上，是一种兼具碳材料的固有本证特性和织物纤维的柔性和可加工性的新型材料。碳纤维可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛树脂基碳纤维、聚酰亚胺基碳纤维、其他有机纤维基碳纤维等。目前，主要以PAN基碳纤维和沥青基碳纤维为主。

碳纤维具有高强高模、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、耐湿、密度小、蠕变小、导电传热、热膨胀系数低等一系列优异性能。目前越来越多地被应用于生产生活的各个领域，在航空航天、国防科技以及文体用品、纺织机械、医疗器械、生物工程、建筑材料、化工机械、运输车辆等多方面发挥着日益关键的作用。

碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化(预氧化)、碳化、石墨化等4个过程，制造工艺决定了碳纤维具有类似于纺织纤维的特性，是一种多孔介质。同时，固定的生产工艺下碳纤维的孔隙率也是固定的，传统工艺通常是通过改变碳纤维的生产工艺来控制碳纤维孔隙率，碳纤维一旦成型，其孔隙率与孔隙结构即固定。然而不同的使用环境对碳纤维孔隙率和孔隙结构的要求具有差异性，固定的孔隙率与单一的孔隙结构制约了碳纤维作为多孔介质的应用。因此，有必要研究一种控制已经成型的碳纤维孔隙率与孔隙结构的方法，以满足不同的使用环境对碳纤维孔隙率和孔隙结构的要求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种孔隙率和孔径结构可控的多孔碳纤维及其制备方法。本发明将一种或多种液体反应物浸泡多孔介质，通过添加另外的液体反应物，使其在多孔介质的空隙内发生化学反应，从而生产固态沉淀物的方式来改变其空隙率，从而实现对已成型的多孔碳纤维的孔径结构和孔隙率的控制和改性。

本发明的第一目的：提供孔隙率和孔径结构可控的多孔碳纤维。

本发明的第二目的：提供孔隙率和孔径结构可控的多孔碳纤维的制备方法。

本发明的第三目的：提供上述孔隙率和孔径结构可控的多孔碳纤维及其制备方法的应用。

为实现上述目的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开一种孔隙率和孔径结构可控的多孔碳纤维，所述碳纤维中含有碳酸钙沉淀。

更具体地，所述碳酸钙沉淀位于碳纤维的空隙中；或者，所述碳酸钙紧密结合在碳纤维丝上；或者，碳酸钙沉淀在碳纤维的空隙中和碳纤维丝上兼而有之。

本发明选择碳酸钙作为调节孔隙率的沉淀，原因有以下几点：

①碳酸钙性质稳定，耐高温(熔点1339℃)，完全可以满足环路热管的应用要求；

②碳酸钙附着性高，可以牢固附着在碳纤维表面；

③生成碳酸钙的反应物廉价，容易获得，经济性高；

④相比于其他沉淀，如碳酸钡、氯化银等，碳酸钙及其反应物无毒无害。

进一步地，所述孔隙率和孔径结构可控的多孔碳纤维中，孔隙率在65-83％之间可控。