阅读说明：本技术 一种具有温敏特性碳纤维的制备方法 (Preparation method of carbon fiber with temperature-sensitive characteristic ) 是由 王钧 万琨 于 2020-05-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种具有温敏特性碳纤维的制备方法,该制备方法,包括以下步骤：在惰性气氛中,并于500-1000℃下,将聚丙烯基预氧丝进行碳化,待所述碳化结束后,冷却至室温,得到具有温敏特性碳纤维。本发明通过调节低温碳化工艺的温度条件来调控碳纤维中的碳含量,进而调节碳纤维材料的温敏特性,本发明的温敏特性碳纤维对温度场响应速度快、灵敏度高,并且重现性较好,还可根据改变工艺条件,制备出一系列具有不同电阻温度系数的碳纤维温敏材料,可用于各种复杂环境下的温敏监测系统中。(The invention provides a preparation method of carbon fiber with temperature-sensitive characteristic, which comprises the following steps: carbonizing the polypropylene-based pre-oxidized fiber in an inert atmosphere at the temperature of 500-1000 ℃, and cooling to room temperature after the carbonization is finished to obtain the carbon fiber with the temperature-sensitive characteristic. The carbon content in the carbon fiber is regulated and controlled by regulating the temperature condition of the low-temperature carbonization process, so that the temperature-sensitive characteristic of the carbon fiber material is regulated.)

一种具有温敏特性碳纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及碳纤维技术领域，特别涉及一种具有温敏特性碳纤维的制备方法。

背景技术

碳纤维是一种新型高强度材料，由纤维状的有机化合物经预氧化、碳化、石墨化制成，是特种纤维中的主要品种之一。高性能碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐疲劳、抗蠕变、导电等一系列优异的性能。

随着电子技术的迅猛发展，碳纤维的功能化特性越来越引起人们的重视。碳纤维的工业化批量生产，促进了碳纤维在材料领域的广泛应用。除了可以代替金属，在腐蚀环境中满足导电要求以外，碳纤维材料还能满足一些其他特殊需求。然而，现有碳纤维的功能化研究较少。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种具有温敏特性碳纤维的制备方法，以解决现有功能化碳纤维种类较少的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种具有温敏特性碳纤维的制备方法，包括以下步骤：

在惰性气氛中，并于500-1000℃下，将聚丙烯基预氧丝进行碳化，待所述碳化结束后，冷却至室温，得到具有温敏特性碳纤维。

可选地，所述在惰性气氛中，并于500-1000℃下，将聚丙烯基预氧丝进行碳化，待所述碳化结束后，冷却至室温，得到具有温敏特性碳纤维，包括：

在惰性气氛中，依次于600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃下将聚丙烯基预氧丝间断碳化一段时间后，冷却至室温，得到具有温敏特性碳纤维。

可选地，所述在惰性气氛中，并于500-1000℃下，将聚丙烯基预氧丝进行碳化，待所述碳化结束后，冷却至室温，得到具有温敏特性碳纤维，包括：

在惰性气氛中，以一定的牵引速度和牵引张力，牵引聚丙烯基预氧丝，使所述聚丙烯基预氧丝依次在400℃、600℃、800℃、1000℃下连续碳化一段时间后，冷却至室温，得到具有温敏特性碳纤维。

可选地，所述牵引速度为20m/h，所述牵引张力为300cN。

可选地，所述惰性气氛包括氮气、氩气中一种。

可选地，所述碳化的碳化时间为20-60min。

可选地，所述碳化的升温速率为10℃/min。

相对于现有技术，本发明所述的具有温敏特性碳纤维的制备方法具有以下优势：

本发明利用聚丙烯基预氧丝碳化过程中的微观结构和碳含量的变化，制备出一系列具有不同起始体积电阻率及电阻温度系数的碳纤维，在30-150℃范围内，该碳纤维材料体积电阻率表现出良好的线性规律，可用作非金属材料温敏传感器。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1的具有温敏特性碳纤维的体积电阻率随温度变化关系曲线；

图2为本发明实施例2的具有温敏特性碳纤维的体积电阻率随温度变化关系曲线；

图3为本发明实施例3的具有温敏特性碳纤维的体积电阻率随温度变化关系曲线；

图4为本发明实施例1-3的具有温敏特性碳纤维的碳含量随碳化温度变化关系曲线。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合附图和实施例来详细说明本发明。

实施例1

一种具有温敏特性碳纤维的制备方法，具体包括以下步骤：

取聚丙烯腈预氧丝，均匀缠绕在玻璃管外表面，置于管式炉中；

向管式炉中通入高纯氮气，且在高温煅烧过程中，即碳化过程中，炉内气氛一直保持为高纯氮气；

将管式炉内部升温速率设置为10℃/min，温度分别设置为600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃，在该五个温度下的保温时间均设置为20min，后按照上述设定温度开始升温，直至1000℃，使聚丙烯腈预氧丝在上述设定的碳化参数下进行间断式碳化，待整个间断式碳化结束后，炉内自然冷却至室温后关闭管式炉，取出纤维，得到具有温敏特性碳纤维。

实施例2

本实施例与实施例的区别在于：本实施例的具有温敏特性碳纤维的制备方法中，各温度下的保温时间设置为40min。

实施例3

本实施例与实施例的区别在于：本实施例的具有温敏特性碳纤维的制备方法中，各温度下的保温时间设置为60min。

实施例4

一种具有温敏特性碳纤维的制备方法，具体包括以下步骤：

将长为5m的低温碳化炉分为四个温区，分别设定温度为400℃-600℃-800℃-1000℃，其中，在连续碳化之前，各个温区温度已经达到设定温度，聚丙烯腈预氧丝只需连续通过已经达到设定温度的四个温区即可；

向低温碳化炉中通入高纯氮气，且在整个碳化过程中，炉内气氛一直保持为高纯氮气；

低温碳化炉的两端设有牵引装置对聚丙烯腈预氧丝进行牵引，用于控制聚丙烯腈预氧丝通过低温碳化炉的时间和张力，以使聚丙烯腈预氧丝连续通过低温碳化炉的四个温区，进行连续式碳化，其中，牵引速度为20m/h，经过四个温区的时间均为3min，张力设定为300cN，待整个连续式碳化结束后，低温碳化炉出口端纤维自然冷却后，取出，得到具有温敏特性碳纤维。

对本发明实施例1-3的具有温敏特性碳纤维的体积电阻率随温度变化关系进行测试，测试结果分别如图1、图2、图3所示。

由图1、图2、图3可知，在20-180℃范围内，经过热处理得到的碳纤维随着环境温度的升高，体积电阻率均呈现对数线性下降，由直线拟合，相关系数均为0.999以上，表现出很好的体积电阻-温度敏感特性。

对本发明实施例1-3的具有温敏特性碳纤维的碳含量随碳化温度变化关系进行测试，测试结果如图4所示。

由图4可知，随着热处理温度的升高，得到的碳纤维内碳含量也随之升高，因此碳纤维的体积电阻率逐渐下降。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。