CN109234916A - 一种具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的制备方法 - Google Patents

一种具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109234916A
CN109234916A CN201810641716.8A CN201810641716A CN109234916A CN 109234916 A CN109234916 A CN 109234916A CN 201810641716 A CN201810641716 A CN 201810641716A CN 109234916 A CN109234916 A CN 109234916A
Authority
CN
China
Prior art keywords
spinning
solution
cross
linked structure
asphalt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810641716.8A
Other languages
English (en)
Inventor
宋燕
李肖
贺怡婷
田晓冬
刘占军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Original Assignee
Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS filed Critical Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Priority to CN201810641716.8A priority Critical patent/CN109234916A/zh
Publication of CN109234916A publication Critical patent/CN109234916A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/04—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers
    • D01F8/08—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers with at least one polyacrylonitrile as constituent
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/18—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from other substances
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4382—Stretched reticular film fibres; Composite fibres; Mixed fibres; Ultrafine fibres; Fibres for artificial leather
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06C—FINISHING, DRESSING, TENTERING OR STRETCHING TEXTILE FABRICS
    • D06C7/00—Heating or cooling textile fabrics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

一种具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的制备方法是将沥青配制成四氢呋喃溶液，将聚丙烯腈配制成N,N‑二甲基甲酰胺溶液，并在磁力搅拌混合，得纺丝液，将纺丝液进行静电纺丝，得初纺丝，对初纺丝进行不熔化处理，得到具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布。本发明具有利用沥青为前驱体和交联剂制备具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的优点。

Description

一种具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的制备方法
技术领域
本发明属于一种具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的制备方法。
技术背景
纳米纤维具有直径小、比表面积大的特点，由此形成的纳米纤维无纺布具有孔径小、纤维连续性好和质量轻等优点，因而被广泛应用于生物医疗材料，纳米纤维增强复合和电极材料等领域。静电纺丝是在强静电场力的作用下将聚合物前躯体拉伸成纤维的一种技术，是制备纳米纤维的常用手段。但是通过静电纺丝得到的无取向纤维布通常是通过纤维间的随机搭接形成，纤维间缺少较强作用力，从而使得纤维布强度不够，限制了其应用性能和范围。而通过一定的处理方法将无纺纤维布中纤维间的物理搭接转换为粘接点，使整个纤维膜内形成一定的交联形貌，将极大提高纤维膜的力学性能和尺寸稳定性，从而赋予其更广阔的实际应用价值。
专利 CN102766270A、CN10421333A、CN 105040276 A、CN103343423A 等采用前序碱处理、溶剂预处理或者后续高温处理制备了具有交联结构的聚酰亚胺纤维膜。但是其存在前驱体种类局限性以及制备工艺的复杂性等问题，限制了交联结构纤维的应用范围。沥青原料来源丰富、碳收率高、价格低廉，成为纤维材料的优选前驱体。然而利用沥青为前驱体和交联剂制备具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用低软化点沥青为前驱体和交联剂制备具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的制备方法。
本发明是以低软化点沥青为前驱体和交联剂，其中低软化点沥青同时具有前驱体和交联剂的作用，聚丙烯腈为成纤剂，采用静电纺丝技术，利用不熔化过程中低软化点沥青熔并现象制备具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布。本发明不仅采用了低廉沥青作为纤维的前驱体，而且简化了交联结构纳米纤维无纺布的制备工艺和生产成本。
本发明的制备方法如下：
（1）制备纺丝液
将低软化点沥青配制成浓度为5-40.5wt%的四氢呋喃溶液，将聚丙烯腈配制成浓度为3-15wt%的N,N-二甲基甲酰胺溶液，在磁力搅拌状态下将以上溶液混合，搅拌时间为5-20h，搅拌温度为40-80oC，即可得纺丝液，其中沥青与聚丙烯腈的重量比为2:3-20:3；
（2）静电纺丝
将所得纺丝液进行静电纺丝，得初纺丝；纺丝参数为：纺丝液的挤出流速率为0.3 -3ml/h，电压为5-20 Kv，纺丝距离为8-15 cm，纺丝区间湿度为10%-50%；
（3）不熔化
将所得初纺丝进行不熔化处理，得到具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布，不熔化条件为：气氛为空气，气流量为30-100 ml/min，以0.2-3 oC/min的升温速度升温到在80-150oC保持1-8 h，之后0.2-3oC/min的升温速度升温到160-210oC保持1-8h，之后再以之后0.2-3oC/min的升温速度升温到220-300oC保持1-8h。
如上所述的沥青为软化点为100-120oC的中间相沥青四氢呋喃可溶物或者软化点为100-120oC的煤炭液化残渣中的沥青烯类物质。
如上所述的所述的交联剂为低软化点沥青本身，交联结构机理是利用其在不熔化过程中熔并现象制得的。
本发明取得了以下有益效果：
1 、本发明制备了具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布。
2 、本发明可以实现对所得纤维交联程度的控制。
3 、本发明所述的方法工艺简单，利于工业化生产。
4 、本发明扩展了沥青的应用范围。
附图说明
图1是实施例1得到的具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的扫描电镜照片；
图2是实施例2得到的具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的扫描电镜照片；
图3是实施例3得到的具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的扫描电镜照片；
图4是实施例4得到的具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的扫描电镜照片。
具体实施方式
为了更好理解本发明内容，下面通过具体实施例对本发明进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所述的范围。
实施例1
将5 g煤炭液化残渣沥青烯类物质的沥青烯（软化点为100 oC）溶于95 g四氢呋喃溶剂中，获得溶液浓度为5 wt%的A溶液；7.5 g聚丙烯腈溶于42.5 g N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，获得溶液浓度为15wt%的B溶液；将A、B两种溶液混合，磁力搅拌20 h，搅拌温度为60 oC，即可获得纺丝液。进行静电纺丝，纺丝参数：推进速度为0.3 ml/h，纺丝电压为12 Kv，接收距离为10 cm，纺丝区间湿度为30%。将所得初纺丝真空干燥后进行不熔化处理，不熔化条件为：在空气气氛下，气流量为60 ml/min，升温速度为3 oC /min，升温到80 oC恒温4 h后，再以相同的升温速度升至160 oC 恒温4 h后，再以相同的升温速度升至220 oC恒温4 h，得到如图1具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布（见图1）。
实施例2
将20 g中间相沥青四氢呋喃可溶物（软化点为110 oC）溶于80 g四氢呋喃溶剂中，获得溶液浓度为20 wt%的A溶液；30 g聚丙烯腈溶于70 g N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，获得溶液浓度为30wt%的B溶液；将A、B两种溶液混合，磁力搅拌5 h，搅拌温度为40 oC，即可获得纺丝液。进行静电纺丝，纺丝参数：推进速度为1.5 ml/h，纺丝电压为5 Kv，接收距离为8 cm，纺丝区间湿度为10%。将所得初纺丝真空干燥后进行不熔化处理，不熔化条件为：在空气气氛下，气流量为100 ml/min，升温速度为0.2 oC /min，升温到100 oC恒温8 h后，再以相同的升温速度升至180 oC 恒温8 h后，再以相同的升温速度升至260 oC恒温8 h，得到如图2具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布（见图2）。
实施例3
将120 g煤炭液化残渣沥青烯类物质的沥青烯（软化点为100 oC）溶于176 g四氢呋喃溶剂中，获得溶液浓度为40.5 wt%的A溶液；18 g聚丙烯腈溶于182 g N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，获得溶液浓度为9wt%的B溶液；将A、B两种溶液混合，磁力搅拌10 h，搅拌温度为80oC，即可获得纺丝液。进行静电纺丝，纺丝参数：推进速度为3 ml/h，纺丝电压为20 Kv，接收距离为15 cm，纺丝区间湿度为50%。将所得初纺丝真空干燥后进行不熔化处理，不熔化条件为：在空气气氛下，气流量为30 ml/min，升温速度为1.6 oC /min，升温到150 oC恒温1 h后，再以相同的升温速度升至210 oC 恒温1 h后，再以相同的升温速度升至300 oC恒温1 h，得到如图3具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布（见图3）。
实施例4
将8 g煤炭液化残渣沥青烯类物质的前沥青烯（软化点为120 oC）溶于72 g四氢呋喃溶剂中，获得溶液浓度为10 wt%的A溶液；10 g聚丙烯腈溶于90 g N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，获得溶液浓度为10wt%的B溶液；将A、B两种溶液混合，磁力搅拌12 h，搅拌温度为60 oC，即可获得纺丝液。进行静电纺丝，纺丝参数：推进速度为2 ml/h，纺丝电压为15 Kv，接收距离为15 cm，纺丝区间湿度为20%。将所得初纺丝真空干燥后进行不熔化处理，不熔化条件为：在空气气氛下，气流量为40 ml/min，升温速度为1 oC /min，升温到130 oC恒温3 h后，再以相同的升温速度升至160 oC 恒温3 h后，再以相同的升温速度升至280 oC恒温3 h，得到如图4具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布（见图4）。

Claims (2)

1.一种具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的制备方法,其特征在于包括如下步骤：
（1）制备纺丝液
将低软化点沥青配制成浓度为5-40.5wt%的四氢呋喃溶液，将聚丙烯腈配制成浓度为3-15wt%的N,N-二甲基甲酰胺溶液，在磁力搅拌状态下将以上溶液混合，搅拌时间为5-20h，搅拌温度为40-80oC，即可得纺丝液，其中沥青与聚丙烯腈的重量比为2:3-20:3；
（2）静电纺丝
将所得纺丝液进行静电纺丝，得初纺丝；纺丝参数为：纺丝液的挤出流速率为0.3 -3ml/h，电压为5-20 Kv，纺丝距离为8-15 cm，纺丝区间湿度为10%-50%；
（3）不熔化
将所得初纺丝进行不熔化处理，得到具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布，不熔化条件为：气氛为空气，气流量为30-100 ml/min，以0.2-3 oC/min的升温速度升温到在80-150oC保持1-8 h，之后0.2-3oC/min的升温速度升温到160-210oC保持1-8h，之后再以之后0.2-3oC/min的升温速度升温到220-300oC保持1-8h。
2.如权利要要求1所述的一种具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的制备方法,其特征在于所述的低软化点沥青为软化点为100-120oC的中间相沥青四氢呋喃可溶物或者软化点为100-120oC的煤炭液化残渣中的沥青烯类物质。
CN201810641716.8A 2018-06-21 2018-06-21 一种具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的制备方法 Pending CN109234916A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810641716.8A CN109234916A (zh) 2018-06-21 2018-06-21 一种具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810641716.8A CN109234916A (zh) 2018-06-21 2018-06-21 一种具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109234916A true CN109234916A (zh) 2019-01-18

Family

ID=65083915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810641716.8A Pending CN109234916A (zh) 2018-06-21 2018-06-21 一种具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109234916A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113388961A (zh) * 2021-05-18 2021-09-14 武汉科技大学 沥青与聚丙烯腈复合纳米纤维的自粘结微纳多孔炭膜及其制备方法和应用
WO2023000079A1 (en) * 2021-07-22 2023-01-26 National Research Council Of Canada Transforming asphaltenes to carbon fibres

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5308599A (en) * 1991-07-18 1994-05-03 Petoca, Ltd. Process for producing pitch-based carbon fiber
CN101591819A (zh) * 2009-06-25 2009-12-02 神华集团有限责任公司 一种利用煤直接液化残渣制备的沥青基碳纤维及其制备方法
CN102031593A (zh) * 2010-11-30 2011-04-27 厦门大学 一种沥青基碳纤维的制备方法
CN107904699A (zh) * 2017-12-21 2018-04-13 中冶焦耐(大连)工程技术有限公司 一种煤沥青基碳纤维的制备方法及应用
CN107988713A (zh) * 2017-12-18 2018-05-04 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种利用煤炭直接液化残渣基沥青烯类物质制备纳米碳纤维无纺布的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5308599A (en) * 1991-07-18 1994-05-03 Petoca, Ltd. Process for producing pitch-based carbon fiber
CN101591819A (zh) * 2009-06-25 2009-12-02 神华集团有限责任公司 一种利用煤直接液化残渣制备的沥青基碳纤维及其制备方法
CN102031593A (zh) * 2010-11-30 2011-04-27 厦门大学 一种沥青基碳纤维的制备方法
CN107988713A (zh) * 2017-12-18 2018-05-04 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种利用煤炭直接液化残渣基沥青烯类物质制备纳米碳纤维无纺布的方法
CN107904699A (zh) * 2017-12-21 2018-04-13 中冶焦耐(大连)工程技术有限公司 一种煤沥青基碳纤维的制备方法及应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
付凤奇等: "通用级沥青炭纤维的不熔化研究", 《炭素技术》 *
李红等: "中间相沥青纤维预氧化过程中交联机理的研究", 《高科技纤维与应用》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113388961A (zh) * 2021-05-18 2021-09-14 武汉科技大学 沥青与聚丙烯腈复合纳米纤维的自粘结微纳多孔炭膜及其制备方法和应用
WO2023000079A1 (en) * 2021-07-22 2023-01-26 National Research Council Of Canada Transforming asphaltenes to carbon fibres

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103422194B (zh) 一种强疏水性多孔碳纳米纤维及其制备方法
CN104289042B (zh) 一种静电纺纳米纤维驻极过滤材料及其制备方法
CN106835304B (zh) 一种静电纺丝-电动喷涂装置及其应用
CN103173892A (zh) 一种纳米竹纤维复合材料的制备方法
CN106283389B (zh) 一种疏水/亲水浸润性差异复合纤维膜及其制备方法
CN102677193A (zh) 一种酚醛树脂基纳米活性碳纤维材料的制备方法
CN103806221A (zh) 一种多组分网状纳米纤维膜的制备方法
CN109930300B (zh) 一种浸润性复合纤维织物材料的制备方法
CN108187503A (zh) 一种蒙脱土增强型壳聚糖复合醋酸纤维素薄膜的制备方法
CN109234916A (zh) 一种具有交联结构沥青基纳米纤维无纺布的制备方法
CN103111274B (zh) 石墨烯/TiO2纤维的制备方法
CN107955984B (zh) 一种石墨烯接枝多糖Lyocell纤维及其制备方法
CN105734724A (zh) 一种新型静电纺丝制备碳纳米纤维的方法
CN105568555B (zh) 一种空气过滤石墨烯纤维膜的制备方法
CN102586928B (zh) 一种聚乙烯醇纳米纤维、制备方法及装置
CN109457319B (zh) 一种聚丙烯多孔短纤维的制备方法
CN109860485A (zh) 一种聚酰亚胺纳米纤维隔膜及其制造方法
CN105150612A (zh) 一种石墨烯聚合物复合纤维膜增强增韧复合材料
CN111020885A (zh) 一种透气不透水聚氨酯纳米纤维无纺布的制备方法
CN103993382A (zh) 一种通过物理共混提高聚丙烯腈纤维预氧化速度的方法
CN110685040A (zh) 一种高比表面积木质素纳米炭纤维的制备方法
CN103266474B (zh) 一种聚天冬氨酸纳米水凝胶毡的制备方法
CN108998841A (zh) 一种多孔聚丙烯腈纳米纤维的制备方法
CN108796661A (zh) 一种铂金掺杂荧光纳米纤维的静电纺丝制备方法
CN108660547B (zh) 一种木质素基纳米碳纤维及其制备方法、碳纤维电极

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination