[发明专利]一种改性碳基纤维的制备方法及其复合材料

权利要求书

1.一种改性碳基纤维的制备方法，包括下述步骤：

步骤(1):将聚合单体与碳纳米管在溶剂中混合均匀，调整原材料体系的温度，使聚合单体在碳纳米管的表面发生聚合反应生成目标高分子化合物聚丙烯腈或芳香族聚酰胺，整体形成了一种“核-壳”结构；

步骤(2):提纯具有“核-壳”结构的产物，调配出纺丝原液并进行纺丝，得到具有“核-壳”结构的初生丝，初生丝依次经过洗净、牵伸、上油、干燥，最后收丝成卷。

2.如权利要求1所述的改性碳基纤维的制备方法，其特征在于：将步骤(2)处理过的纤维进行下述步骤(3)：预氧化、碳化、石墨化；最后得具有“核-壳”结构的改性碳基纤维。

3.如权利要求1所述的改性碳基纤维的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中

1)聚合单体是丙烯腈、衣康酸、甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、间苯二胺、间苯二甲酰氯、间苯二甲酸、对苯二胺、对苯二甲酰氯、对苯二甲酸、对氨基苯甲酰氯、对氨基苯甲酸中的一种或几种；

2)聚合反应的时间是0.5-4小时。

4.如权利要求1所述的改性碳基纤维的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中

1)位于“核-壳”结构产物中心的碳纳米管的长径比为1000:1以上，为单根碳纳米管或者多根碳纳米管聚集而成的碳纳米管束，可以根据最终希望得到的成品纤维的直径灵活选择；

2)碳纳米管为不同直径、不同管壁数、不同手性、不同导电属性、不同制备方法得到的碳纳米管；

3)碳纳米管是原生的结构无缺陷的碳纳米管或通过共价改性或非共价改性得到的碳纳米管；

4)碳纳米管或碳纳米管束的直径范围在2-3000nm；

5)碳纳米管的添加量是聚合单体质量的0.02％-200％。

5.如权利要求1所述的改性碳基纤维的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中

1)聚合单体发生反应的溶剂是水，N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，二甲基亚砜其中的一种或几种；

2)聚合单体发生反应的温度控制在在0-150℃；

3)所得聚合物的重均分子量在10000-200000；聚合物的多分散系数在1.5-3.5。

6.如权利要求1所述的改性碳基纤维的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中

1)提纯的方法是溶剂洗涤、脱泡、脱单体、过滤中的一种或几种；

2)调配出纺丝原液的方法包括：用溶剂溶解提纯后的固态产物、提纯后直接获得产物溶液；

3)纺丝液中具有“核-壳”结构的“碳纳米管-聚合物”的质量占纺丝液总重量的5％-40％；

4)纺丝液中的溶剂是N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，二甲基亚砜中的一种或几种；

5)纺丝方法包括：干喷湿纺、湿法纺丝、干法纺丝、静电纺丝中的一种。

7.如权利要求2所述的改性碳基纤维的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中

1)预氧化是在空气或氧化性气体介质中进行，预氧化温度120-300℃；预氧化时间10-120分钟；

2)碳化是在惰性气体保护下或真空状态下于300-1500℃进行热处理，碳化时间为0.5-20分钟；

3)石墨化是在惰性气体保护下或真空状态下于1800-3500℃进行热处理，石墨化时间为5-150秒。

8.如权利要求2所述的改性碳基纤维的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，最后得具有“核-壳”结构的改性碳基纤维的直径在5-6000nm。

9.权利要求1-8任一项所述改性碳基纤维的制备方法制得的碳纳米管改性的具有“核-壳”结构的碳基纤维。

10.权利要求9所述的改性碳基纤维作为增强材料而制得的复合材料。