本发明涉及纤维制备技术领域，具体是一种碳纤维用木质素基纤维毡的制备方法。
背景技术：
碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温和抗腐蚀等优良特性，拥有巨大的应用潜力；但较高的生产成本使得碳纤维的应用主要局限于航天和军事等领域。全球石油化工原料逐年递减，且碳纤维的需求量不断增加，所以开发低成本可再生生物原料制备碳纤维成为研究热点。
目前，生产碳纤维的原料主要为聚丙烯腈(PAN)、沥青和黏胶纤维等，这些原料的价格较高并且不可再生；木质素的价格低廉且可再生，用其制备碳纤维可以很大程度的减低碳纤维原料成本。自然界中，木质素是植物中除纤维素外含量最高的天然高分子化合物，占植物体的20-30％。目前，工业木质素主要来源于造纸废液，全世界每年可生产1.5-1.8亿吨工业木质素，其价格低廉且含碳量较高，用工业木质素制备碳纤维既可以实现工业木质素的高值化应用，还可以减低碳纤维原料成本。申请号201510918328.6公开了一种用于生产碳纤维的初生纤维的制备方法，将木质素改性后与聚丙烯腈溶解在二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中进行溶液纺丝，该方法的优点是操作简单；不足之处是纺丝过程操作复杂，工艺流程长，需要用到大量溶剂且溶剂回收困难，导致成本较高。Ida(Y,Norberg I,E,et al.A new softening agent for melt spinning of softwood kraft lignin[J].Journal of Applied Polymer Science,2013,129(3):1274-1279.)等将硫酸盐木质素进行分子量分级选出可熔融木质素，再利用熔融纺丝方法得到木质素基纤维，此方法不需要对木质素进行改性处理；缺点是木质素的流动性较差，成型加工困难。目前还没有关于使用熔喷方法制备木质素基纤维的报道。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种碳纤维用木质素基纤维毡的制备方法。该方法先对工业木质素进行提纯，再对纯化后的木质素进行改性得到熔融性良好的纺丝物料，再通过熔喷技术并合理调整熔喷工艺参数制备纤维毡。该方法在熔喷过程中避免了有机溶剂的使用，具有操作简单，成本低，生产周期短，对环境无负面影响，生产效率较高，可实现大规模生产等优点。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种碳纤维用木质素基纤维毡的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将工业木质素置于PH≤2的水溶液中，工业木质素中的水溶性杂质溶于水而木质素沉淀出，抽滤分离出木质素后，洗涤至中性，得到提纯后的木质素；
(2)将提纯后的木质素与酚类化合物在碱催化剂催化下，以质量比1:3-7在125-145℃下反应1-3h，冷却到室温，得到酚化木质素；碱催化剂的质量为提纯后的木质素与酚类化合物的总质量的0.5％-10％；然后在酚化木质素中加入交联剂，在120-135℃下反应0.5-2h，得到木质素纺丝物料；其中酚化木质素与交联剂的质量比为100:8-20；
(3)木质素纺丝物料在挤出机的螺杆中熔融挤出，在熔喷头中通过热风牵引成型，得到木质素纤维毡；其中螺杆一区、二区、三区、四区和五区的温度分别为70-100℃、90-120℃、90-130℃、110-140℃和120-160℃，熔喷头温度为120-160℃，热风温度为130-190℃，螺杆转速为8-25转/min，热风压力为0.4-0.7MPa。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：本方法与溶液纺丝相比，不需要使用有机溶剂，降低了生产成本和避免了溶剂回收难的问题；与熔融纺丝相比，熔喷对原料的流动性能要求更高，工业木质素通过酚化改性后获得较好的流动性能，并且得到的纤维毡的直径小于熔融纺丝制备的纤维直径；与木质素静电纺丝相比，耗能少，产率大，扩大其使用范围，同时熔喷工艺只需要在普通的螺杆挤出机上接熔喷头，工艺及操作简单，易于工业化生产。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种碳纤维用木质素基纤维毡的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将工业木质素置于PH≤2的水溶液中，工业木质素中无机盐等水溶性杂质溶于水而木质素沉淀出，抽滤分离出木质素后，再用蒸馏水多次水洗至中性得到纯度较高的木质素；
(2)将提纯后的木质素与酚类化合物在碱催化剂催化下，以质量比1:3-7在125-145℃下反应1-3h，冷却到室温，得到酚化木质素；碱催化剂的质量为提纯后的木质素与酚类化合物的总质量的0.5％-10％；然后在酚化木质素中加入交联剂，在120-135℃下反应0.5-2h，得到木质素纺丝物料；其中酚化木质素与交联剂的质量比为100:8-20；
(3)木质素纺丝物料在挤出机的螺杆中熔融挤出，在熔喷头中通过热风牵引成型，得到木质素纤维毡；其中螺杆一区、二区、三区、四区和五区的温度分别为70-100℃、90-120℃、90-130℃、110-140℃和120-160℃，熔喷头温度为120-160℃，热风温度为130-190℃，螺杆转速为8-25转/min，热风压力为0.4-0.7MPa。
所述工业木质素为硫酸盐木质素和/或碱木质素；所述酚类化合物为苯酚、甲苯酚或苯二酚中的至少一种；所述碱催化剂为氢氧化钠和/或氢氧化钾；所述交联剂为六亚甲基四胺、六亚甲基二胺或二亚乙基三胺中的至少一种；所述挤出机为双螺杆挤出机或单螺杆挤出机。
实施例1
取100g提纯后的碱木质素和300g苯二酚、8g KOH(催化剂)，在145℃反应3h，停止加热，冷却至室温，再加入32g六亚甲基四胺在135℃下反应1.5h，再真空干燥除去部分小分子得到木质素纺丝物料；木质素纺丝物料在挤出机的螺杆中熔融挤出，在熔喷头中通过热风牵引成型，得到木质素纤维毡；其中螺杆五个区温度依次为100℃、120℃、130℃、140℃和160℃，螺杆转速为25转/min，熔喷头温度为160℃，热风温度为190℃，热风压力为0.7MPa。
实施例2
取100g提纯后的碱木质素和700g苯酚、16g KOH(催化剂)，在125℃反应2h，停止加热，冷却至室温，再加入160g六亚甲基二胺在120℃下反应2h，再真空干燥除去部分小分子得到木质素纺丝物料；木质素纺丝物料在挤出机的螺杆中熔融挤出，在熔喷头中通过热风牵引成型，得到木质素纤维毡；其中螺杆五个区温度依次为70℃、90℃、90℃、110℃和120℃，螺杆转速为8转/min，熔喷头温度为120℃，热风温度为130℃，热风压力为0.4MPa。
实施例3
取100g提纯后的碱木质素和500g甲苯酚、12g KOH(催化剂)，在135℃反应2h，停止加热，冷却至室温，再加入72g二亚乙基三胺在130℃下反应0.5h，再真空干燥除去部分小分子得到木质素纺丝物料；木质素纺丝物料在挤出机的螺杆中熔融挤出，在熔喷头中通过热风牵引成型，得到木质素纤维毡；其中螺杆五个区温度依次为90℃、110℃、110℃、120℃和130℃，螺杆转速为10转/min，熔喷头温度为130℃，热风温度为150℃，热风压力为0.5MPa。
实施例4
取100g提纯后的硫酸盐木质素和400g苯酚、10g KOH(催化剂)，在130℃反应1h，停止加热，冷却至室温，再加入50g六亚甲基四胺在125℃下反应1h，再真空干燥除去部分小分子得到木质素纺丝物料；木质素纺丝物料在挤出机的螺杆中熔融挤出，在熔喷头中通过热风牵引成型，得到木质素纤维毡；其中螺杆五个区温度依次为100℃、110℃、110℃、130℃和140℃，螺杆转速为15转/min，熔喷头温度为140℃，热风温度为160℃，热风压力为0.5MPa。
实施例5
取100g提纯后的硫酸盐木质素和500g苯酚、12g NaOH(催化剂)，在135℃反应2h，停止加热，冷却至室温，再加入72g六亚甲基二胺在130℃下反应1.5h，再真空干燥除去部分小分子得到木质素纺丝物料；木质素纺丝物料在挤出机的螺杆中熔融挤出，在熔喷头中通过热风牵引成型，得到木质素纤维毡；其中螺杆五个区温度依次为100℃、110℃、110℃、120℃和130℃，螺杆转速为10转/min，熔喷头温度为140℃，热风温度为150℃，热风压力为0.5MPa。
本发明未述及之处适用于现有技术。