[发明专利]一种具有取向结构的柔韧碳纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有取向结构的柔韧碳纳米纤维膜及其制备方法，其中膜的原料包括热固性酚醛树脂、混纺聚合物、金属盐，制备方法为先将热固性酚醛树脂、混纺聚合物、金属盐加入N,N‑二甲基甲酰胺中搅拌溶解后得到纺丝液，再加入配备有匀速往复式纺丝喷头和高速旋转金属接收辊筒的多喷头静电纺丝机中进行连续纺丝，得到前驱体纳米纤维膜，再将前驱体纳米纤维膜进行干燥处理去除残余溶剂，然后进行热处理，得到固化前驱体纳米纤维膜，最后在高纯氮气保护下进行碳化处理，制备得到具有取向结构的柔韧碳纳米纤维膜。本发明制备的碳纳米纤维膜中主体纤维沿轴向高度取向排列且径向具有稳定的粘连结构，所得膜材料力学性能优良、柔韧性好。

技术领域

本发明属于碳纳米纤维膜材料技术领域，尤其涉及一种具有取向结构的柔韧碳纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

碳纳米纤维是一种直径介于碳纳米管和普通碳纤维之间的一维碳材料，其具有稳定的物理化学性质、高比表面积、优良的导电性等特点，在环境、能源等领域表现出良好的应用前景。

由于碳纳米纤维的一维结构特点，其轴向具有优良的力学强度和传导性能（热、电），为了充分利用碳纳米纤维的性能特点，科研人员通过制备取向排列的碳纳米纤维材料使得碳纳米纤维材料在导热、导电等领域的性能获得了较好的提升。国内发明专利CN102765711A公布了一种三维取向碳纳米材料的制备方法：通过高温加热自制多孔铜催化剂并在保温过程中通入乙炔和氢气的混合气体即可在催化剂表面形成具有较高导电率的三维取向碳纳米纤维。然而，该方法操作复杂、能耗较高且获得的碳纳米纤维尺寸以及取向方向无法有效调控。国内专利CN104310377A公开了一种制备有序碳纳米纤维的方法：首先采用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管作为模板，随后将碳前驱体溶液注入二氧化钛管纳米模板，最后通过碳化以及水解处理得到排列有序的碳纳米纤维。该方法制备的碳纳米纤维取向度较高，但仍存在操作复杂、能耗较高、纤维结构受控于模板、难以大量生产等不足。国内专利CN105070366A公开了一种碳纳米纤维电缆及其制备方法：采用同轴静电纺丝、预氧化以及碳化的工艺制得皮层为石墨碳、芯层为铜纳米颗粒的线条状碳纳米纤维电缆，但该方法仍需要采用结构复杂的纤维收集和加捻装置，且所得碳纳米纤维材料为结构单一的线条状，一定程度上限制了其应用领域的拓展。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题：

（1）现有取向碳纳米纤维制备技术较为复杂、成本高、产量低；

（2）现有取向碳纳米纤维材料结构可调性较差。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术手段实现：

本发明提供了一种具有取向结构的柔韧碳纳米纤维膜，原料包括以下组分：热固性酚醛树脂、混纺聚合物和金属盐。

进一步的，所述的具有取向结构的柔韧碳纳米纤维膜，所述混纺聚合物为聚丙烯腈或聚乙烯醇缩丁醛中的一种。

进一步的，所述的具有取向结构的柔韧碳纳米纤维膜，所述金属盐为氯化锌或无水氯化亚锡中的一种。

进一步的，所述的具有取向结构的柔韧碳纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤（1）：将热固性酚醛树脂、混纺聚合物、金属盐加入N,N-二甲基甲酰胺中经充分磁力搅拌至所有聚合物和金属盐溶解后得到纺丝液；

步骤（2）：将步骤（1）得到的纺丝液加入配备有匀速往复式纺丝喷头和高速旋转金属接收辊筒的多喷头静电纺丝机中，进行连续纺丝，得到前驱体纳米纤维膜；

步骤（3）：将步骤（2）得到的前驱体纳米纤维膜从接收辊筒表面取下后进行干燥处理去除残余溶剂；

步骤（4）：将步骤（3）所得经过干燥处理后的前驱体纳米纤维膜进行热处理，得到固化前驱体纳米纤维膜；