一种平面芳香大分子掺杂聚酰亚胺制备炭纤维的方法技术

一种平面芳香大分子掺杂聚酰亚胺制备炭纤维的方法，属于功能性特种炭纤维制备技术领域。该方法首先制得含有平面芳香大分子的非质子极性混合溶液，随后在所得溶液中聚合二胺和二酐获得平面芳香大分子掺杂的聚酰胺酸溶液。将上述聚酰胺酸溶液进行溶液纺丝制得聚酰胺酸纤维，然后通过亚胺化、碳化以及石墨化得到炭纤维和石墨纤维。本发明专利技术中使用的平面芳香大分子具有很高的平面度，可以与聚酰亚胺分子通过分子间作用力结合在一起，在碳化以及石墨化过程中，有利于有序碳层结构的形成。本发明专利技术通过这种分子设计的方式，得到了具有优异力学和传导性能的石墨纤维。

Preparation of carbon fiber with polyimide doped with aromatic macromolecule

【技术实现步骤摘要】
一种平面芳香大分子掺杂聚酰亚胺制备炭纤维的方法
本专利技术涉及一种平面芳香大分子掺杂聚酰亚胺制备炭纤维的方法，属于功能性特种炭纤维制备

技术介绍
聚酰亚胺是指分子链中含有酰亚胺环的一类化合物，根据主链上碳原子的种类可分为脂肪族聚酰亚胺和芳香族聚酰亚胺，其中芳香族聚酰亚胺具有较高的热稳定性、力学性能和介电性。由聚酰亚胺制备炭纤维不需要经过复杂的预氧化或不熔化过程，并且根据选择的二胺和二酐单体种类不同可制备不同性能的炭纤维，因此用聚酰亚胺作为制备高导热炭纤维的前驱体具有明显的优势。目前制备炭纤维的原料、方法有很多。如专利CN105696116A公开了一种新型高导热炭纤维的制备方法，使用两步法制备聚酰亚胺纤维,然后进行碳化、石墨化获得高结晶度、高导热的炭纤维、石墨纤维，虽可得到具有高结晶性、高导热性的炭纤维，但聚酰亚胺溶液可纺性较差不利于成型，纺丝不稳定造成高性能炭纤维收率低。专利CN107304490A公开了一种石墨烯/聚酰亚胺复合碳纤维的制备方法，利用氧化石墨烯与聚酰亚胺复合得高性能炭纤维，氧化石墨烯的添加提高了聚酰亚胺溶液的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平面芳香大分子掺杂聚酰亚胺制备炭纤维的方法，其特征在于，主要包括下述步骤：/n步骤(1)将由平面芳香大分子物质组成的沥青类粉末溶于非质子极性溶剂中制得混合溶液，在上述所得溶液中聚合二胺和二酐，获得平面芳香大分子掺杂的聚酰胺酸溶液；/n步骤(2)将上述聚酰胺酸溶液进行溶液纺丝制得聚酰胺酸纤维，然后通过亚胺化、碳化以及石墨化后分别对应得到炭纤维和石墨纤维；步骤(1)中的二胺与二酐为芳香族二元胺和芳香族二酐。/n

【技术特征摘要】
1.一种平面芳香大分子掺杂聚酰亚胺制备炭纤维的方法，其特征在于，主要包括下述步骤：
步骤(1)将由平面芳香大分子物质组成的沥青类粉末溶于非质子极性溶剂中制得混合溶液，在上述所得溶液中聚合二胺和二酐，获得平面芳香大分子掺杂的聚酰胺酸溶液；
步骤(2)将上述聚酰胺酸溶液进行溶液纺丝制得聚酰胺酸纤维，然后通过亚胺化、碳化以及石墨化后分别对应得到炭纤维和石墨纤维；步骤(1)中的二胺与二酐为芳香族二元胺和芳香族二酐。


2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中由平面芳香大分子物质组成的沥青类粉末为在350～450℃的高温高压反应釜中反应1～15h得到的煤沥青、石油沥青或纯芳烃系沥青，其中喹啉不溶物含量不高于20wt％，平面芳香类物质含量不低于80wt％，软化点为100～300℃，添加量不高于30wt％。


3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的非质子极性溶剂可为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)等中的一种或几种。


4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，二胺为4,4’-二胺基二苯醚(ODA)、3,3’-二氨基二苯甲酮(DABP)、对苯二胺(PPD)等中的一种或几种；二酐为均苯四甲酸二酐(PMDA)、3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酐(BTDA)、4,4’-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA)等中的一种或几种。


5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中聚合二胺与二酐获得聚酰胺酸溶液的步骤为：取溶有平面芳香大分子的非质子极性混合溶液作为反应溶剂，称取等摩尔量的二胺与二酐，在氮气或氩气气氛中采取低温-15～20℃聚合的方法，先在溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：马兆昆，刘雪萍，张型伟，宋怀河，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11