[发明专利]一种基于静电纺丝工艺制备高比表面积碳纤维布的方法

摘要

本发明公开了一种基于静电纺丝工艺制备高比表面积碳纤维布的方法，包括(a)将聚丙烯腈溶入到二甲基甲酰胺中并混合均匀，然后基于静电纺丝工艺生成纳米量级的高分子聚合物细丝；(b)将所生成的高分子聚合物细丝执行缠绕，并形成微米量级的高分子聚合物细线；然后采用该高分子聚合物细线作为纬线和经线，交织形成布状结构；(c)在保护气氛下，将布状结构在800℃～900℃的温度下执行热解，并使得高分子聚合物碳化生成碳纤维布；(d)使得碳纤维布的表面活化，由此制得所需的碳纤维布产品。通过本发明，能够制得具备高比表面积、纤维膜孔径小和连续型好等特点的碳纤维布，因而尤其适用于超级电容、锂离子电池和燃料电池的应用。

主权项

一种基于静电纺丝工艺制备高比表面积碳纤维布的方法，其特征在于，该方法包括：(a)静电纺丝步骤按照每100ml二甲基甲酰胺加入10g～20g聚丙烯腈的配料比，将聚丙烯腈溶入到二甲基甲酰胺中并混合均匀，然后将其加入到静电纺丝设备的注射器中，并在电场作用下通过喷丝头阵列向收集板执行静电纺丝操作，其中注射器对前驱体溶液的推进速度被设定为0.004mm/秒～0.005mm/秒，喷丝头与收集板之间的间距被设定为14cm～16cm，电场电压被设定为15kV～20kV，收集板沿着水平方向移动的速度被设定为25cm/分钟～30cm/分钟，由此生成纳米量级的高分子聚合物细丝；(b)制线和编织步骤将所生成的高分子聚合物细丝执行缠绕，并形成平均直径为3微米的高分子聚合物细线；然后采用该高分子聚合物细线作为纬线和经线，并使用针织的方法交织形成布状结构；(c)热解步骤在保护气氛下，将步骤(b)所交织形成的布状结构在800℃～900℃的温度下执行热解，并使得高分子聚合物碳化生成碳纤维布；(d)表面活化步骤将步骤(c)所生成的碳纤维布浸入摩尔浓度被设定为7mol/L～7.5mol/L的过氧化氢或氢氧化钾溶液中，并在常温下持续搅拌24小时～48小时使得碳纤维布的表面活化，由此制得所需的碳纤维布产品，并且该碳纤维布产品的比表面积为0.004㎡/g以上，平均空隙为10μm。