CN106536798A - 用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明通过下述工艺制备一种用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物：(i)将用于制备活性碳纤维的前体长丝展开为网状的展开工艺；以及(ii)将展开为网状的用于制备活性碳纤维的所述前体长丝彼此粘结的冲压工艺。用于所制备的活性碳纤维织物的所述长丝网型前体织物具有下述结构：在所述结构中，用于制备所述活性碳纤维的所述前体长丝彼此粘结同时被展开为网状，并且具有每单位面积50g/m2至500g/m2的重量。本发明具有用于制备用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物的低制造成本，有利于控制所述前体织物的重量以及增加所述前体织物的透气性，从而改善性能。如果通过活化本发明的用于所述活性碳纤维织物的长丝网型前体织物来制备所述活性碳纤维织物，那么构成所述纤维织物的线的耐久性和结晶度会增加，并且变得均匀，也可以增强使氢气的储存和空气污染物质的移除容易的具有1nm至2nm直径的细孔的可成形性。

Description

用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于活性碳纤维织物的长丝(filament)网(web)型前体(precursor)织物以及制备该长丝网型前体织物的方法，更具体地讲，涉及一种用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物以及制备该长丝网型前体织物的方法，所述长丝网型前体织物具有低制造成本、易于前体织物的重量控制和前体织物的透气性提高的优点。
背景技术
由活性碳纤维构成的织物(下文称作“活性碳纤维织物”)是被广泛地用作用于空气净化和氢气储存的材料的多孔的并且高吸附的材料。
形成活性碳纤维织物的活性碳纤维可以在其总面积的至少90％中包含微细孔，所述微细孔具有适用于空气净化和氢气储存的1nm至2nm的直径。
活性碳纤维织物可以通过下述处理制备：用于活性碳纤维织物的前体织物依次经受防火处理、200℃至350℃的温度的低温碳化以及600℃至1100℃的高温活化。
用于制备活性碳纤维织物的任何常规方法通过使用非织造织物型前体织物作为用于活性碳纤维织物的前体织物(下文称作“前体织物”)来进行，其中，前体短纤(staple)彼此缠结，并且所述前体短纤经受防火处理、低温处理和高温活化，以便制造活性碳纤维织物。
然而，在上述的常规方法中，前体织物由短纤构成，并且这些短纤具有一些诸如耐久性低、结晶度低、不均匀、形成具有1nm至2nm直径的微细孔的性能低的缺点，这些性质对氢气储存和大气污染物的移除是很有用的。
为了改善常规方法中所存在的问题，一种替代常规技术包括使用由用于活性碳纤维的前体长丝织造的织物型前体织物，并且使其经受防火处理、低温碳化和高温活化，以便制造活性碳纤维织物。
然而，上述方法具有下述一些问题：由于形成前体织物的前体长丝具有1000旦尼尔(denier)或大于1000旦尼尔的高重量而难以在织造期间调整织物的重量；由于需要整经和织造工艺而导致制造成本增加；以及由于织造导致前体织物的透气性降低。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种用于制备用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物的方法，所述方法具有低制造成本、易于前体织物的重量控制和前体织物的透气性提高的优点。
本发明的另一个目的是提供一种通过上述方法制备的用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物。
技术方案
本发明提供一种用于制备用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物的方法，其包括：(i)将用于制备活性碳纤维的前体长丝展开为网状(web state)；以及(ii)冲压(punch)展开为网状的用于制备活性碳纤维的所述前体长丝，以将用于制备活性碳纤维的所述前体长丝彼此缠结，从而形成用于活性碳纤维织物的所述长丝网型前体织物。
有益效果
根据本发明，在用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物的制备中，能够降低制造成本，容易地控制前体织物的重量，并增加前体织物的透气性，从而提高前体织物的性能。
当通过活化本发明的用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物来制造活性碳纤维织物时，形成所述前体织物的纱线的耐久性和结晶度可以变得更高并且均匀，同时提高形成具有1nm至2nm直径的微细孔的性能，这些性质很容易用于氢气储存和空气污染物的移除。
附图说明
图1是示出了通过拉力杆(tension bar)将集束形式(bundle form)的用于制备活性碳纤维的前体长丝展开为长丝网状的展开工艺的示意图。
图2是示出了通过空气喷射器将集束形式的用于制备活性碳纤维的前体长丝展开为长丝网状的展开工艺的示意图。
具体实施方式
以下，将结合附图详细描述本发明。
根据本发明的用于制备用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物的方法可以包括：(i)将用于制备活性碳纤维的前体长丝展开为网状；以及(ii)冲压展开为网状的用于制备活性碳纤维的所述前体长丝，以将用于制备活性碳纤维的所述前体长丝彼此缠结。
如关于第一实施例的图1所示，所述展开工艺可以通过将集束形式的用于制备活性碳纤维的前体长丝1穿过多个拉力杆3之间，并反复地增大和减小施加至用于制备活性碳纤维的前体长丝1的拉力来执行。在这种情况下，优选地，给予正在穿过拉力杆3之间的用于制备活性碳纤维的所述前体长丝1.2至5.0倍的超喂率(overfeed rate)，以便将集束形式的用于制备活性碳纤维的前体长丝1展开为长丝网状。
如果超喂率小于1.2倍，就不可能在冲压工艺中进行粘结，从而引起用于制备活性碳纤维的所述前体长丝会破裂的问题。如果超喂率超过5.0倍，所述网在冲压之前会变得太厚，从而导致难以将所述长丝彼此粘结。
图1是示出了通过拉力杆将集束形式的用于制备活性碳纤维的前体长丝展开为长丝网状的展开工艺的示意图。
如关于第二实施例的图2所示，所述展开工艺可以通过经由空气喷射器将集束形式的用于制备活性碳纤维的前体长丝喷射为长丝网的形式来执行。在这种情况下，优选地，在冲压所述长丝网之前给予所述长丝网1.2至1.5倍的超喂率，以便提高加工效果。
图2是示出了通过空气喷射器将集束形式的用于制备活性碳纤维的前体长丝展开为长丝网状的展开工艺的示意图。
同时，冲压工艺可以包括针刺(needle-punching)展开为网状的用于制备活性碳纤维的前体长丝，以将这些前体长丝彼此缠结，如在第一实施例中所述。
冲压工艺可以包括空气冲压(air-punching)展开为网状的用于制备活性碳纤维的前体长丝，以将用于制备活性碳纤维的前体长丝彼此缠结，如在第二实施例中所述。
在本发明中，通过冲压工艺将展开为网状的用于制备活性碳纤维的前体长丝彼此粘结的原因在于：根据本发明的用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物即使在低温碳化和高温活化后没有诸如织造的可选工艺的情况下也应当使所述活性碳纤维彼此缠结，从而直接将所述活性碳纤维形成为完整的织物形式。
如果在本发明中通过展开工艺展开为网状的用于制备活性碳纤维的前体长丝未被冲压而是直接经受低温碳化和高温活化，那么这些活性碳纤维不会彼此缠结，从而不会产生活性碳纤维织物的形式。
通过上述方法制备的根据本发明的用于活性碳纤维织物的长丝网前体织物可以具有下述结构：在所述结构中，用于制备活性碳纤维的前体长丝被展开为网的形式同时彼此缠结，并且可以具有在50g/m2至500g/m2的范围内的每单位面积的重量。
在用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物的制备中，本发明可以获得下述优点：降低制造成本；容易地控制前体织物的重量；以及增加前体织物的透气性，以因此提高其性能。
本文使用的活性碳纤维前体长丝可以包括，例如，纤维素长丝，聚丙烯腈长丝或者芳纶长丝。
当活性碳前体长丝是纤维素长丝时，所述长丝可以通过200℃至350℃的低温碳化而被活化。同样地，在聚丙烯腈长丝的情况下，所述长丝可以通过200℃至300℃的防火处理、400℃至800℃的低温碳化以及600℃至1000℃的活化碳化而被活化。另外，在芳纶长丝的情况下，所述长丝可以通过400℃至800℃的低温碳化，然后600℃至1000℃的活化碳化而被活化。
当通过活化本发明的用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物制备活性碳纤维织物时，形成上述织物的纱线可以具有高耐久性和结晶度，变得均匀，并且改善了形成具有1nm至2nm直径的微细孔的性能，这些性质容易用于氢气储存和空气污染物的移除。
以下，将结合示例和比较例更详细地描述本发明。
然而，以下示例仅用于说明性的目的，而不限制本发明的保护范围。
示例1
一束聚丙烯腈复丝(一种碳纤维前体长丝束，具有1.3单丝旦尼尔数(denier perfilament，DPF)的12000根单丝)依次穿过8个拉力杆之间，同时改变施加至各聚丙烯腈复丝的拉力并同时给予其1.3倍的超喂率，从而制备包括展开为网状的聚丙烯腈复丝的长丝网。
然后，针刺所述长丝网以制备用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物。
其后，使所述长丝网型前体织物经受200℃的防火处理30分钟，然后600℃的低温碳化2分钟以及800℃的高温活化40分钟，从而制造活性碳纤维织物。
示例2
一束聚丙烯腈复丝(一种碳纤维前体长丝束，具有1.3DPF的12000根单丝)通过空气喷射器被喷射，从而制备包括展开为网状的聚丙烯腈复丝的长丝网。
然后，使所述长丝网经受卷曲(crimp)以给予其1.3倍的超喂率。
其后，所卷曲的长丝网被空气冲压以制备用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物。
另外，使所述长丝网型前体织物经受200℃的防火处理30分钟，然后600℃的低温碳化2分钟以及800℃的高温活化40分钟，从而制造活性碳纤维织物。
比较例1
一束聚丙烯腈复丝(一种碳纤维前体长丝束，具有1.5DPF的12000根单丝)被用作经纱和纬纱并且在织布机中被织造，从而制备用于活性碳纤维织物的织物型前体织物。
其后，使所述长丝网型前体织物经受200℃的防火处理30分钟，然后250℃的低温碳化2小时以及800℃的高温活化40分钟，从而制造活性碳纤维织物。
比较例2
在将聚丙烯腈短纤(碳纤维前体短纤)对齐为网状后，进行针刺以制备用于活性碳纤维织物的非织造织物型前体无纺布。
其后，使丝网型前体无纺布经受200℃的防火处理30分钟，然后250℃的低温碳化2小时以及800℃的高温活化40分钟，从而制造活性碳纤维织物。
与比较例1中制备的用于活性碳纤维织物的织物型前体织物相比，示例1和示例2中制备的用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物分别更容易控制织物的重量，具有更高的织物透气性，并减少了制造成本。
同时，与比较例2中制备的用于活性碳纤维织物的非织造织物型前体相比，示例1和示例2中制备的用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物分别显示出更高的形成前体织物的纱线的耐久性和结晶度，以及在活化处理中形成具有1nm至2nm直径的微细孔的优异性能。
附图标记
1：集束形式的用于活性碳纤维的前体长丝束的喂入装置
2：集束形式的用于活性碳纤维的前体长丝束
3：拉力杆
4：长丝网
工业实用性
本发明可以适用于活性碳纤维织物的制造，所述活性碳纤维织物为多孔的和高吸附的材料，并且被广泛用作用于空气净化和氢气储存的材料。

Claims (8)

1.一种用于制备用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物的方法，包括：
(i)将用于制备活性碳纤维的前体长丝展开为网状；以及
(ii)冲压展开为网状的用于制备活性碳纤维的所述前体长丝，以将用于制备活性碳纤维的所述前体长丝彼此缠结。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述展开的工艺通过将集束形式的用于制备活性碳纤维的所述前体长丝穿过拉力杆之间，并反复地增大和减小施加至用于制备活性碳纤维的所述前体长丝的拉力来执行。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，给予正在穿过所述拉力杆之间的用于制备活性碳纤维的所述前体长丝1.2至5.0倍的超喂率。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述展开的工艺通过经由空气喷射器将集束形式的用于制备活性碳纤维的所述前体长丝喷射为长丝网的形式来执行。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在冲压所述长丝网之前给予所述长丝网1.2至5.0倍的超喂率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述冲压的工艺以针刺模式执行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述冲压的工艺以空气冲压模式执行。
8.一种用于活性碳纤维织物的长丝网型前体织物，其中，用于制备活性碳纤维的前体长丝被展开为网的形式同时彼此缠结，并且具有在50g/m2至500g/m2的范围内的每单位面积的重量。
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