[发明专利]防静电用碳纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维及其制备方法，尤其涉及一种适于防静电领域应用的具有宽范围电阻率特征的碳纤维及其制备方法，属于新材料领域。

背景技术

静电是由物体间的相互摩擦或感应而产生的，如气体的输送和排出，液体的搅拌和喷涂，固体的粉碎和研磨，粉尘的混合和筛分等，都会产生静电，静电防护稍有疏忽，就可能导致火灾、爆炸和人身触电，有时则干扰正常生产和影响产品质量，因此必须对静电采取切实可行的防护措施，工业生产中往往采用在产品或工件表面喷涂防静电涂料达到消除静电危害的目的。现用的防静电涂料中，起防静电作用的主要添加剂为金属粉或石墨粉，二者虽具有良好的导电性，但金属粉易氧化，石墨粉附着力差，而且在涂层中都难于形成连续的导电网络，不能达到理想的防静电效果。此外最终形成的防静电涂层还应具有良好的抗冲击性、耐磨性和耐蚀性等性能，现用的防静电涂料很难完全满足这些要求。公开号为CN1632002的中国专利公开了一种防静电涂料的制备方法，主要以膨胀石墨材料与有机成膜物质和溶剂等混合制得，其导电性和抗冲击性较差；公开号为CN1422919的本国专利公开了纳米聚氨酯防静电涂料及其制备方法，主要以云母作为导电剂与纳米聚氨酯混合制得，耐磨性提高，但导电效果较差；公开号为CN1085927的本国专利公开了一种防静电涂料的制备方法，主要是铝粉与聚氨酯等混合制得，其导电性和耐磨性等性能也不理想。

碳纤维具有良好的导电性、耐蚀性和耐磨性等性能，是理想的防静电涂料的添加剂，公开号为CN1286931C的本国专利公开了一种碳纤维导静电涂料及其制备方法，是将石墨化的短切碳纤维与环氧树脂混合制得，导电性和耐蚀性等较好，但应用领域有限，无法满足某些特殊领域如飞机雷达罩等部件静电防护的特殊要求。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适于防静电领域应用的具有宽范围电阻率特征的碳纤维及其制备方法。利用本发明方法获得的防静电用碳纤维可以充分满足飞机、油罐、电子行业等特殊领域对防静电防护的高要求。

本发明所述防静电用碳纤维由聚丙烯腈纤维制成，其中碳含量以重量百分比计大于68％，碳纤维电阻率为1×10⁸～1.5×10^-3Ω·cm，碳纤维直径5～10um。

上述聚丙烯腈纤维的组分为：大于92wt％的丙烯腈和余量的至少一种衣康酸、丙烯酸、衣康酸胺、丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸。

上述聚丙烯腈纤维的制备方法是将组分量的丙烯腈与余量的至少一种衣康酸、丙烯酸、衣康酸胺、丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸进行共聚合，获得纺丝原液，通过湿法纺丝或干喷湿纺制得聚丙烯腈纤维。

本发明所述防静电用碳纤维的制备方法，步骤包括对聚丙烯腈纤维的预氧化，中温碳化，高温碳化；其特征是：

(1)预氧化：将聚丙烯腈纤维保持张紧状态，在空气介质中于190～280℃进行热处理，牵伸率为0～10％，加热时间为45～65min；

(2)中温碳化：在惰性气体保护下或真空状态中于300～800℃进行热处理，牵伸率为0～5％，5～20min；

(3)高温碳化：在惰性气体保护下或真空状态中于1000～1600℃进行热处理，牵伸率为-5％～1％，2～10min。

进一步的，优选的本发明所述防静电用碳纤维的制备方法是：

(1)预氧化：将聚丙烯腈纤维保持张紧状态，在空气介质中于230～270℃进行热处理，牵伸率为2～10％，加热时间为50～60min；

(2)中温碳化：在惰性气体保护下或真空状态中于400～750℃进行热处理，牵伸率为0～5％，6～10min；

(3)高温碳化：在惰性气体保护下或真空状态中于1000～1300℃进行热处理，牵伸率为-5％～1％，5～8min。

本发明所述的防静电用碳纤维在制备防静电涂层材料中的应用。

其中：所述应用是将所述防静电用碳纤维短切为1～10mm，以体积比计按碳纤维∶聚氨酯涂料∶溶剂环己酮＝0.0005∶1.2～0.8∶3～5的比例进行配料制备防静电涂层材料。

进一步优选的是：将所述防静电用碳纤维短切为2～7mm，以体积比计按碳纤维∶聚氨酯涂料∶溶剂环己酮＝0.0005∶1∶4的比例进行配料制备防静电涂层材料。

利用本发明所述碳纤维作为防静电添加剂获得的防静电涂层不仅具有良好的抗冲击性、耐磨性和耐蚀性，而且具有良好的防静电性能，能够充分满足飞机、油罐、电子行业等特殊领域对防静电防护的高要求。

具体实施方式：

下面给出本发明的几个实施例，但所述实施例并不限制本发明。