[发明专利]一种聚丙烯腈基纤维毡及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种聚丙烯腈基纤维毡及其制备方法和应用，所述制备方法包括：(1)将聚丙烯腈纤维束依次拉伸处理、浸泡处理、卷曲处理和热处理，得到热处纤维束；(2)裁剪得到的热处理纤维束，得到短切纤维；(3)将得到的短切纤维进行热处理、预氧处理和刺毡，得到所述聚丙烯腈基纤维毡；所述制备方法先将聚丙烯腈纤维束进行剪切后得到短切纤维，再对所述短切纤维进行热处理和预氧化处理，不仅节省了预氧化的时间，而且提高了单个纤维丝与氧的接触面积，使预氧化更加充分，进而使最终得到的聚丙烯腈基纤维毡具有更为优异的机械性能和隔热性能。

技术领域

本发明属于纤维毡技术领域，具体涉及一种聚丙烯腈基纤维毡及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，我国在真空设备以及提纯领域的投入不断增加，并且投入的熔炼设备的炉膛尺寸不断的增加，而真空设备是一个高能耗行业，需要消耗大量的电能，高温真空炉内保温隔热效果将直接影响真空设备消耗电能的多少，因而具有优良的高效隔热效果的隔热保温毡能够有效的降低炉内的热量扩散到炉壁带走，降低能耗，节约能源，从而节约生产成本，提高利润。

聚丙烯腈高效针刺毡通过高温处理可以得到聚丙烯腈基碳纤维石墨毡，是高温真空领域保温材料的主要产品。CN103568385A公开了一种复合碳纤维硬质保温毡及其制备方法，由碳纤维真空抽滤层成型、复合黏胶基碳纤维毡或聚丙烯腈基碳纤维针刺毡层、浸粘结剂及针刺并涂覆上表面处理层、成型和后处理等步骤制备。该发明可以根据具体的使用环境对产品进行性价比优化设计，有效提高了产品的强度，使整体毡的密度可设计性高，有机填料密度较低，有效的形成了高温面对应高密度纤维堆叠结构，绝热效果更优异，低温面对应低密度纤维堆叠结构，成本更经济。CN104178935A公开了化学储能领域的一种钠硫电池用石墨碳纤维毡的制备方法，包括下列步骤：针刺法非织造工艺步骤：将市售的聚丙烯腈系氧化纤维，经针刺法非织造工艺加工成为氧化纤维毡；碳化工艺步骤：将所述氧化纤维毡置于惰性气氛中,在700～1100℃下进行热处理，得到碳纤维毡，碳化的时间为5min～100h；石墨化工艺步骤：将所述碳纤维毡置于惰性气氛中，在1600～2500℃下进行热处理，得到石墨碳纤维毡。通过该发明得到的一种钠硫电池用石墨碳纤维毡在生产原料上使用市售的聚丙烯腈系氧化纤维，且生产工艺简单，成本也居中，可大量生产，制备得到的钠硫电池用石墨碳纤维毡的导电性得到了增强，压缩强度得到了提升，与固体电解质陶瓷管的物理接触性能得到了增强，钠硫电池性能得到了增强。CN102861912A公开了一种金属纤维烧结毡的制备方法，包括以下步骤：一、选取2～4种丝径规格的金属纤维，分别送入纤维牵切机中牵切；二、分别置于纤维分散机中分散为絮状；三、同时送入气流铺毡机中铺制得到金属纤维毛毡；四、将金属纤维毛毡在保护气氛或真空条件下烧结，得到金属纤维烧结毡。该发明制备工艺简单，方案简便可行，可操作性强；利用该发明制备的金属纤维烧结毡的纤维丝径在厚度方向呈梯度分布，上层的细纤维分布比例高于下层，使金属纤维烧结毡在烧结前就有了特殊的微结构组成，能够在较低的烧结温度便可实现良好的冶金结合，解决了大丝径纤维不易制备高孔隙度孔材料的难题，大大提高了金属纤维烧结毡的整体强度，显著降低了生产成本。

但是，上述现技术中提供的聚丙烯腈基纤维毡的制造方法导致了所制备的聚丙烯腈碳纤维毡不仅存在机械性能差、不耐高温的缺陷且只经过预氧化处理的纤维毡在实际应用时依然存在掉粉的弊端；且制备方法较复杂成为阻碍碳纤维保温材料大幅度量产的主要原因。

因此，开发一种可快速制备得到综合性能优异的聚丙烯腈基纤维毡的方法，是本领域急需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种聚丙烯腈基纤维毡及其制备方法和应用，所述制备方法先将聚丙烯腈纤维束依次进行拉伸处理、浸泡处理、卷曲处理和热处理，然后将热处理后得到的纤维束进行剪切后得到短切纤维，再对所述短切纤维进行热处理、预氧化处理和刺毡，成功得到了所述聚丙烯腈基纤维毡；所述制备方法不仅节省了预氧化的时间，而且提高了预氧化过程中单个聚丙烯纤维丝与氧的接触面积，使得预氧化更加充分，进而最终得到了具有更为优异的机械性能和隔热性能的聚丙烯腈基纤维毡。