申请/专利权人：江西先材纳米纤维科技有限公司

申请日：2019-05-21

公开（公告）日：2021-06-04

公开（公告）号：CN110184679B

主分类号：D01F8/16(20060101)

分类号：D01F8/16(20060101);D01F8/18(20060101);H01M4/36(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.06.04#授权;2019.09.24#实质审查的生效;2019.08.30#公开

摘要：本发明涉及碳杂化材料，更具体地，本发明涉及一种电纺碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维及其制备方法。本发明第一个方面提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其原料包括聚酰胺酸与羟烷基纤维素；其中，聚酰胺酸与羟烷基纤维素的重量比为9～1：1；羟烷基纤维素中的羟烷基选自羟丙基、羟乙基、羟甲基中的任一种或多种的组合。本发明提供的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维具有高的取向度，直径较小且纤维长度均一，具有良好的分散性；此外，所制备得到的短纤维电导率较高，在高性能的复合材料方面有着潜在的应用。

主权项：1.一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其特征在于，原料包括聚酰胺酸与羟烷基纤维素；其中，聚酰胺酸与羟烷基纤维素的重量比为9～1：1；羟烷基纤维素中的羟烷基选自羟丙基、羟乙基、羟甲基中的任一种或多种的组合；所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：1将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液静电纺丝形成纤维非织造布；2分切成条；3碳化；4裁切；所述步骤2分切成条的宽度为1～6cm；所述步骤3碳化包括三段牵伸，第一段的牵伸温度为160～220℃，第二段的牵伸温度为300～350℃，第三段的牵伸温度为400～450℃；所述第一段的牵伸比为3～5，第二段的牵伸比为1～2，第三段的牵伸比为1～2。

全文数据：一种电纺碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维及其制备方法技术领域本发明涉及碳杂化材料，更具体地，本发明涉及一种电纺碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维及其制备方法。背景技术聚酰亚胺纤维是目前使用温度较高的有机纤维，与其他高性能纤维如芳纶、聚苯硫醚纤维相比，在耐热性、耐老化、耐氧化、耐紫外、吸水性等方面都更优越，因此，聚酰亚胺纤维在环保、航天航空、特种及高温隔热、民用纺织等领域应用广泛。此外，碳掺杂聚酰亚胺材料在各个领域也被广泛应用。目前，聚酰亚胺的导电改性主要集中在对原材料添加导电填料，通过聚合，得到聚酰亚胺导电材料，或者采用共混的方式，得到聚酰亚胺导电材料，虽然能够得到具有较好的导电性的聚酰亚胺材料，但在做高性能复合材料时有着一定的缺陷，例如所得碳杂化纤维中碳含量分布不均匀，从而影响导热、导电性能，通过与石墨共混得到的碳掺杂纤维取向度不高、力学性能不均一，容易出现断丝；另一方面，目前得到的碳掺杂的超短纤维的直径较粗，一般大于10.0μm，会影响其在高分子材料中的分散性；或者纤维的长度高低不齐，导致所得复合材料的性能不均一，因此需要提供一种含碳均匀、长短均一、分散性能较好的碳杂化聚酰亚胺超短纤维材料。发明内容为解决上述技术问题，本发明第一个方面提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其原料包括聚酰胺酸与羟烷基纤维素；其中，聚酰胺酸与羟烷基纤维素的重量比为9～1：1；羟烷基纤维素中的羟烷基选自羟丙基、羟乙基、羟甲基中的任一种或多种的组合。作为本发明的一种优选技术方案，其中，聚酰胺酸的制备原料包括四酸二酐单体以及二胺单体，且四酸二酐单体与二胺单体的摩尔比为0.8～1.2：1。作为本发明的一种优选技术方案，其中，四酸二酐单体为R1为以下基团的任意一种或多种的组合：作为本发明的一种优选技术方案，其中，二胺单体为H2H-R2-NH2，R2为以下基团的任意一种或多种的组合：本发明的第二个方面提供了所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：1将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液静电纺丝形成纤维非织造布；2分切成条；3碳化；4裁切。作为本发明的一种优选技术方案，其中，分切成条的宽度为1～6cm。作为本发明的一种优选技术方案，其中，碳化包括三段牵伸，第一段的牵伸温度为160～220℃，第二段的牵伸温度为300～350℃，第三段的牵伸温度为400～450℃。作为本发明的一种优选技术方案，其中，第一段的牵伸比为3～5，第二段的牵伸比为1～2，第三段的牵伸比为1～2。本发明的第三个方面提供了一种根据所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法制备得到的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维。本发明的第四个方面提供了所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的应用，其应用于锂离子电池的负极材料。本发明与现有技术相比，其有益效果包括：本发明提供的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维具有高的取向度，直径较小且纤维长度均一，具有良好的分散性；此外，所制备得到的短纤维电导率较高，在高性能的复合材料方面有着潜在的应用。具体实施方式为解决上述技术问题，本发明第一个方面提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其原料包括聚酰胺酸与羟烷基纤维素。在一种实施方式中，聚酰胺酸与羟烷基纤维素的重量比为9～1：1；优选地，聚酰胺酸与羟烷基纤维素的重量比为7～3：1；更优选地，聚酰胺酸与羟烷基纤维素的重量比为5：1。在一种实施方式中，羟烷基纤维素中的羟烷基选自羟丙基、羟乙基、羟甲基中的任一种或多种的组合；优选地，羟烷基纤维素中的羟烷基为羟甲基，本发明中的羟甲基纤维素为EY-BR-2961，本发明对羟烷基纤维素购买厂家不做特别限定。在一种实施方式中，聚酰胺酸的制备原料包括四酸二酐单体以及二胺单体，且四酸二酐单体与二胺单体的摩尔比为0.8～1.2：1；优选地，四酸二酐单体与二胺单体的摩尔比为1：1。在一种实施方式中，四酸二酐单体为其中，R1为C4-C30的四酸二酐单体的残基结构；优选地，R1为以下基团的任意一种或多种的组合：更优选地，R1为在一种实施方式中，二胺单体为H2N-R2-NH2，其中，R2为C6-C30二胺单体的残基结构；优选地，R2为以下基团的任意一种或多种的组合：更优选地，R2为本发明的第二个方面提供了所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：1将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液静电纺丝形成纤维非织造布；2分切成条；3碳化；4裁切。在一种实施方式中，聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液的制备方法如下：1将四酸二酐单体、二胺单体以及极性溶剂置于反应釜中，于0～30℃下反应1～10h，即得聚酰胺酸溶液；2将羟烷基纤维素加入聚酰胺酸溶液中，在0～30℃下机械搅拌溶解均匀，并用N,N-二甲基乙酰胺将溶液稀释至绝对粘度1.5～5.5Pa.S，即得聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液；所述四酸二酐单体与二胺单体的总重量与极性溶剂的重量比为10～25：100；优选地，四酸二酐单体与二胺单体的总重量与极性溶剂的重量比为22：100。优选地，聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液的制备方法如下：1将四酸二酐单体、二胺单体以及极性溶剂置于反应釜中，于20℃下反应6h，即得聚酰胺酸溶液；2将羟烷基纤维素加入聚酰胺酸溶液中，在15℃下机械搅拌溶解均匀，并用N,N-二甲基乙酰胺将溶液稀释至绝对粘度3.5Pa.S，即得聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液。在一种实施方式中，极性溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺中的任一种或多种的组合；优选地，极性溶剂为N,N-二甲基乙酰胺。在一种实施方式中，将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液静电纺丝形成纤维非织造布的过程为：将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液置于注射泵中，从喷丝口喷出，在高压静电场的作用下，聚集于不锈钢网带收集器；其中，从喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为8～60cm，高压静电场的电场强度为100～750kVm，不锈钢网带的走带速度为0.2～6mmin；优选地，从喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为35cm，高压静电场的电场强度为500kVm，不锈钢网带的走带速度为3.5mmin。在一种实施方式中，将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物所得纤维非织造布分切成条的宽度为1～6cm；优选地，分切成条的宽度为2～5cm；更优选地，分切成条的宽度为3.5cm。首先，聚酰胺酸的柔性更大，可牵伸性更大，更容易牵伸，牵伸倍数会更高，有利于纤维丝在纤维束中高度取向，也有利于聚合物分子在纤维中沿纤维轴向取向，起到纤维增强的作用；而亚胺化后再牵伸则比较难，纤维之间由于高温亚胺化时有部分粘连，形成交联网状结构；这种具有网状结构的纤维布条难以进行高倍拉伸，没有高倍牵伸，就不会有高度取向，纤维丝之间就不能平行排列，则不能形成长短均一的超短纤维，因此采用先静电纺再热牵伸的制备工艺。当聚酰胺酸纳米纤维毡切成条时，宽度为1～6cm时，所得超短纤维的取向度高且可以连续生产，可能由于宽度太小，一方面分子链运动自由度较高，易于取向，但其取向度较高，易断，难进行连续化生产，从而可能形成长短不一的短纤；大于7cm时，聚酰胺酸、羟烷基纤维素分子之间作用力提高，彼此粘结，既使牵伸倍数收到限制，取向度较低，所得纤维力学强度较低；也会提高纤维之间的粘结，降低分散性；同时还影响在后续碳化过程中碳原子的迁移，从而造成导电率的不均匀。在一种实施方式中，碳化包括三段牵伸，第一段的牵伸温度为160～220℃，第二段的牵伸温度为300～350℃，第三段的牵伸温度为400～450℃；优选地，第一段的牵伸温度为180～200℃，第二段的牵伸温度为320～330℃，第三段的牵伸温度为420～430℃；更优选地，第一段的牵伸温度为195℃，第二段的牵伸温度为325℃，第三段的牵伸温度为425℃。在一种实施方式中，碳化包括三段牵伸，第一段的牵伸比为3～5，第二段的牵伸比为1～2，第三段的牵伸比为1～2；优选地，第一段的牵伸比为4，第二段的牵伸比为2，第三段的牵伸比为1.5。在一种实施方式中，碳化包括三段牵伸，第一段牵伸放卷速度为5-10mmin，第二段牵伸放卷速度为1-3mmin，第三段牵伸放卷速度为1-3mmin；优选地，第一段牵伸放卷速度为8mmin，第二段牵伸放卷速度为2mmin，第三段牵伸放卷速度为2.5mmin。通过实验发现，当采用本发明提供的制备方法制备碳杂化聚酰亚胺超短纤维时，即先将羟烷基纤维素与聚酰胺酸溶液共混，再静电纺丝、碳化，可以有效提高所得短纤维的分散性、长度均一性以及纤维的电导率，可能由于先将羟烷基纤维素与聚酰胺酸溶液共混，再静电纺丝，有利于聚酰胺酸与羟烷基纤维素在分子级别上的缠绕、共混；促进碳原子在聚酰胺酸分子中的分散；再通过碳化、牵伸过程，实现分子级别的碳化，避免因碳原子的引入而造成的内部微裂纹的产生，从而避免纤维断裂、应力集中等缺陷产生，促进分子的平行排列，高度取向，从而提高短纤长度的均一性以及导电率的提高。通过实验也发现，当碳化过程中分为三段加热、牵伸时，更容易连续生产直径小、长短均一、高取向度、分散性好的超短纳米纤维，这可能由于在起初阶段纤维大部分为聚酰胺酸、羟烷基纤维素，分子链柔性较大，分子彼此之间的黏连性较低，可以较低温度牵伸、取向，分子平行排列，结构规整，纤维表面彼此之间的作用力进一步降低；经低温牵伸，体系中部分聚酰胺酸转变为聚酰亚胺，分子链柔性降低，分子之间作用力提高，需要第二阶段较高温度进一步牵伸，进一步亚胺化、碳化，同时提高分子取向度，并降低分子之间的作用力与粘结强度；随着结构规整度的提高、分子柔性的降低，第三段高温进一步促进体系中未亚胺化、未碳化、未平行排列的分子运动，形成排列均匀、取向度较高纤维，从而有利于长度均一的短纤的裁切。在一种实施方式中，裁切形成的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维过程中放卷速度为0.5～5mmin；优选地，放卷速度为1～3mmin；更优选地，放卷速度为2mmin。在一种实施方式中，裁切形成的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维时利用电控钢刀机械裁切或激光束烧断裁切；优选地，利用电控钢刀机械裁切。在一种实施方式中，裁切形成的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维长度为0.1～1.50mm；优选地，裁切形成的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维长度为0.5～1.20mm；更优选地，裁切形成的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维长度为0.8～1.00mm。在一种实施方式中，裁切形成碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的拉伸强度为0.8～5.0GPa，断裂伸长率为10～30％。在一种实施方式中，裁切形成碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的单丝的电导率为0.1-5.0Scm。本发明的第三个方面提供一种所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法制备得到的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维。本发明的第四个方面提供了所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的应用，其可应用于锂离子电池的负极材料。实施例1本发明的实施例1提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其原料包括聚酰胺酸与羟烷基纤维素，聚酰胺酸与羟烷基纤维素的重量比为5：1；羟烷基纤维素中的羟烷基为羟甲基；聚酰胺酸的制备原料包括四酸二酐单体以及二胺单体，四酸二酐单体与二胺单体的摩尔比为1：1；四酸二酐单体为R1为二胺单体为H2N-R2-NH2，R2为所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：1将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液静电纺丝形成纤维非织造布；2分切成条；3碳化；4裁切；聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液的制备方法如下：1将四酸二酐单体、二胺单体以及极性溶剂置于反应釜中，于20℃下反应6h，即得聚酰胺酸溶液；2将羟烷基纤维素加入聚酰胺酸溶液中，在15℃下机械搅拌溶解均匀，并用N,N-二甲基乙酰胺将溶液稀释至绝对粘度3.5Pa.S，即得聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液；四酸二酐单体与二胺单体的总重量与极性溶剂的重量比为22：100；极性溶剂为N,N-二甲基乙酰胺；将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液静电纺丝形成纤维非织造布的过程为：将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液置于注射泵中，从喷丝口喷出，在高压静电场的作用下，聚集于不锈钢网带收集器；其中，从喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为35cm，高压静电场的电场强度为500kVm，不锈钢网带的走带速度为3.5mmin；将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物所得纤维非织造布分切成条的宽度为3.5cm；碳化包括三段牵伸，第一段的牵伸温度为195℃，第二段的牵伸温度为325℃，第三段的牵伸温度为425℃；第一段的牵伸比为4，第二段的牵伸比为2，第三段的牵伸比为1.5；第一段牵伸放卷速度为8mmin，第二段牵伸放卷速度为2mmin，第三段牵伸放卷速度为2.5mmin；裁切形成的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维时利用电控钢刀机械裁切，放卷速度为2mmin，裁切形成的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维长度为0.1～1.50mm。实施例2本发明的实施例2提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其原料包括聚酰胺酸与羟烷基纤维素，聚酰胺酸与羟烷基纤维素的重量比为9：1；羟烷基纤维素中的羟烷基为羟甲基；聚酰胺酸的制备原料包括四酸二酐单体以及二胺单体，四酸二酐单体与二胺单体的摩尔比为1：1；四酸二酐单体为R1为二胺单体为H2N-R2-NH2，R2为所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：1将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液静电纺丝形成纤维非织造布；2分切成条；3碳化；4裁切；聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液的制备方法如下：1将四酸二酐单体、二胺单体以及极性溶剂置于反应釜中，于20℃下反应6h，即得聚酰胺酸溶液；2将羟烷基纤维素加入聚酰胺酸溶液中，在15℃下机械搅拌溶解均匀，并用N,N-二甲基乙酰胺将溶液稀释至绝对粘度5.5Pa.S，即得聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液；四酸二酐单体与二胺单体的总重量与极性溶剂的重量比为25：100；极性溶剂为N,N-二甲基乙酰胺；将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液静电纺丝形成纤维非织造布的过程为：将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液置于注射泵中，从喷丝口喷出，在高压静电场的作用下，聚集于不锈钢网带收集器；其中，从喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为60cm，高压静电场的电场强度为750kVm，不锈钢网带的走带速度为6mmin；将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物所得纤维非织造布分切成条的宽度为5cm；碳化包括三段牵伸，第一段的牵伸温度为220℃，第二段的牵伸温度为350℃，第三段的牵伸温度为450℃；第一段的牵伸比为5，第二段的牵伸比为2，第三段的牵伸比为2；第一段牵伸放卷速度为8mmin，第二段牵伸放卷速度为2mmin，第三段牵伸放卷速度为2.5mmin；裁切形成的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维时利用电控钢刀机械裁切，放卷速度为5mmin，裁切形成的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维长度为0.1～1.50mm。实施例3本发明的实施例3提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其原料包括聚酰胺酸与羟烷基纤维素，聚酰胺酸与羟烷基纤维素的重量比为1：1；羟烷基纤维素中的羟烷基为羟甲基；聚酰胺酸的制备原料包括四酸二酐单体以及二胺单体，四酸二酐单体与二胺单体的摩尔比为1：1；四酸二酐单体为R1为二胺单体为H2N-R2-NH2，R2为所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：1将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液静电纺丝形成纤维非织造布；2分切成条；3碳化；4裁切；聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液的制备方法如下：1将四酸二酐单体、二胺单体以及极性溶剂置于反应釜中，于20℃下反应6h，即得聚酰胺酸溶液；2将羟烷基纤维素加入聚酰胺酸溶液中，在15℃下机械搅拌溶解均匀，并用N,N-二甲基乙酰胺将溶液稀释至绝对粘度1.5Pa.S，即得聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液；四酸二酐单体与二胺单体的总重量与极性溶剂的重量比为10：100；极性溶剂为N,N-二甲基乙酰胺；将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液静电纺丝形成纤维非织造布的过程为：将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液置于注射泵中，从喷丝口喷出，在高压静电场的作用下，聚集于不锈钢网带收集器；其中，从喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为8cm，高压静电场的电场强度为100kVm，不锈钢网带的走带速度为1mmin；将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物所得纤维非织造布分切成条的宽度为2cm；碳化包括三段牵伸，第一段的牵伸温度为160℃，第二段的牵伸温度为300℃，第三段的牵伸温度为400℃；第一段的牵伸比为3，第二段的牵伸比为1，第三段的牵伸比为1；第一段牵伸放卷速度为8mmin，第二段牵伸放卷速度为2mmin，第三段牵伸放卷速度为2.5mmin；裁切形成的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维时利用电控钢刀机械裁切，放卷速度为1mmin，裁切形成的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维长度为0.1～1.50mm。实施例4本发明的实施例4提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，聚酰胺酸与羟烷基纤维素的重量比为10：1。实施例5本发明的实施例5提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，聚酰胺酸与羟烷基纤维素的重量比为0.8：1。实施例6本发明的实施例6提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物所得纤维非织造布分切成条的宽度为7cm。实施例7本发明的实施例7提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：1将聚酰胺酸溶液静电纺丝形成纤维非织造布；2分切成条；3将分切成条的聚酰胺酸浸置于羟烷基纤维素溶液中12h，烘干；4碳化；5裁切；其中，聚酰胺酸溶液静电纺丝形成纤维非织造布的过程为：1将四酸二酐单体、二胺单体以及极性溶剂置于反应釜中，于20℃下反应6h，并用N,N-二甲基乙酰胺将溶液稀释至绝对粘度5.5Pa.S，即得聚酰胺酸溶液；2将聚酰胺酸溶液置于注射泵中，从喷丝口喷出，在高压静电场的作用下，聚集于不锈钢网带收集器；其中，从喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为60cm，高压静电场的电场强度为750kVm，不锈钢网带的走带速度为6mmin；将分切成条的聚酰胺酸浸置于羟烷基纤维素溶液中12h，烘干的过程中时，羟烷基纤维素溶液的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺，羟烷基纤维素与极性溶剂的重量比为1:2.5。实施例8本发明的实施例8提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，第一段的牵伸比为2。实施例9本发明的实施例9提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，第一段的牵伸温度为300℃。实施例10本发明的实施例10提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，第二段的牵伸比为3。实施例11本发明的实施例11提供一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，第二段的牵伸温度为425℃。性能评估：1.取向度：本实验利用声速法原理测量共混长丝的取向度；声速法测试取向度是利用声波传播方向与纤维轴向的关系分析获得，因为长丝中分子链的排列即取向会声波在长丝中的传播方向，因此通过分析声波的变化表征取向度的大小，当声波沿纤维轴向传播时表明纤维取向度越好；实验仪器：MC68VZ328的数字式纤维声速取向度测量仪；每组测试试样个数为5个，取其平均值；2.纤维直径：利用SEM测定纤维的直径，每一组实施例取5个样品，测定其直径，取其平均值；3.纤维的力学性能：使用美国INSTRON公司型号为Instron-12111万能材料实验机测定纤维的拉伸强度以及纤维的断裂伸长率；每组测试试样个数为5个，取其平均值；其中测得实施例1、2、3所得纤维的拉伸强度分别为4.5GPa、3.9GPa、3.8GPa；实施例1、2、3所得纤维的断裂伸长率分别为25％、25％、27％；4.纤维单丝的电导率：利用RTS-8型双电测四探针测试仪对纳米纤维的导电性能进行了研究。测试之前，实施例1～11所得样品放置于绝缘基底之上，每个样品测试5次，取其平均值；5.纤维长度的均一性：每组试样任意取其中的100条所得超短纤维单丝，测定其长度在0.1～1.50mm范围之内的比例；6.纤维分散性：将实施例1～11所得纤维在室温下分散于N,N-二甲基乙酰胺中，观察是否有纤维粘结。表1性能测试结果由表1测试结果可知本发明提供的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维具有高的取向度，直径较小且纤维长度均一，具有良好的分散性；此外，所制备得到的短纤维电导率较高，在高性能的复合材料方面有着潜在的应用。需要指出，以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其特征在于，原料包括聚酰胺酸与羟烷基纤维素；其中，聚酰胺酸与羟烷基纤维素的重量比为9～1：1；羟烷基纤维素中的羟烷基选自羟丙基、羟乙基、羟甲基中的任一种或多种的组合。2.根据权利要求1所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其特征在于，聚酰胺酸的制备原料包括四酸二酐单体以及二胺单体，且四酸二酐单体与二胺单体的摩尔比为0.8～1.2：1。3.根据权利要求2所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其特征在于，四酸二酐单体为其中，R1为以下基团的任意一种或多种的组合：4.根据权利要求2所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维，其特征在于，二胺单体为H2N-R2-NH2，其中，R2为以下基团的任意一种或多种的组合：5.根据权利要求1～4任一项所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1将聚酰胺酸与羟烷基纤维素共混物溶液静电纺丝形成纤维非织造布；2分切成条；3碳化；4裁切。6.根据权利要求5所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法，其特征在于，分切成条的宽度为1～6cm。7.根据权利要求5所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法，其特征在于，碳化包括三段牵伸，第一段的牵伸温度为160～220℃，第二段的牵伸温度为300～350℃，第三段的牵伸温度为400～450℃。8.根据权利要求5所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法，其特征在于，第一段的牵伸比为3～5，第二段的牵伸比为1～2，第三段的牵伸比为1～2。9.一种根据权利要求6～8任一项所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的制备方法制备得到的碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维。10.根据权利要求9所述碳杂化聚酰亚胺超短纳米纤维的应用，其特征在于，应用于锂离子电池的负极材料。

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