一種碳纖維生產工藝的製作方法

2023-05-16 02:21:26

一種碳纖維生產工藝的製作方法
【專利摘要】一種碳纖維生產工藝，包括如下步驟：退絲；集線；乾燥；預氧化，過程中對原絲兩端施加牽伸力；低溫炭化，過程中對原絲兩端施加牽伸力；表面處理，使用陽極電極氧化法，用脈衝通電的方法進行表面處理，使得碳纖維表面發生刻蝕和生產含氧官能團；水洗；上漿；乾燥，本發明在預氧化過程中用牽伸力保證了絲的結構不發生解取向，因此能夠保證氧化絲的強度。
【專利說明】一種碳纖維生產工藝【技術領域】
[0001]本發明涉及一種碳纖維生產工藝。
【背景技術】
[0002]碳纖維是由碳元素構成的無機纖維。纖維的碳含量大於90%。它不僅具有碳材料的固有本徵特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。與傳統的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其3倍多；與凱芙拉縴維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機溶劑、酸、鹼中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。
[0003]碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、浙青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經碳化製得；按狀態分為長絲、短纖維和短切纖維；按力學性能分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強度為1000兆帕(MPa)、模量為IOOGPa左右。高性能型碳纖維又分為高強型(強度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)。強度大於4000MPa的又稱為超高強型；模量大於450GPa的稱為超高模型。隨著航天和航空工業的發展，還出現了高強高伸型碳纖維，其延伸率大於2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維。
[0004]目前應用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和浙青碳纖維。碳纖維的製造包括纖維紡絲、熱穩定化(預氧化)、碳化、石墨化等4個過程。其間伴隨的化學變化包括，脫氫、環化、預氧化、氧化及脫氧等。而在預氧化和氧化過程中，由於PAN基會發生化學反應失去大量小分子，因此原絲的結構發生變化，強度大幅降低。

【發明內容】

[0005]為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種碳纖維生產工藝，能夠保證預氧化後絲的強度。
[0006]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是:
[0007]一種碳纖維生產工藝，包括如下步驟:
[0008]步驟一，退絲，把原絲送往下一步；
[0009]步驟二，集線，將上一步出來的原絲經集線板分束送往下一步；
[0010]步驟三，乾燥，將上一步出來的原絲經臥式乾燥爐烘乾；
[0011]步驟四，預氧化，將上一步出來的原絲在氧化爐中於240°C下恆溫氧化lOOmin，得到預氧絲，過程中對原絲兩端施加牽伸力；
[0012]步驟五，低溫炭化，將預氧絲在炭化爐中於500°C下恆溫30min，再以1500°C下恆溫30min得到碳纖維，過程中對原絲兩端施加牽伸力；
[0013]步驟六，表面處理，使用陽極電極氧化法，用脈衝通電的方法進行表面處理，使得碳纖維表面發生刻蝕和生產含氧官能團；
[0014]步驟七，水洗，將表面處理後的碳纖維在50°C水洗，再以100°C乾燥；
[0015]步驟八，上漿，採用浸潰法使每根碳纖維單絲上附著上漿劑；
[0016]步驟九，乾燥，在立式乾燥爐中於180°C恆溫乾燥，得到碳纖維。[0017]所述退絲工序中，用耐熱纖維將新絲與舊絲連接起來，舊絲指已走完的絲，新絲指尚未走的絲。
[0018]所述表面處理工序中，通電電壓為10V，形成25A的電流，採用碳酸氫銨作為電解質。
[0019]本發明與現有技術相比，在預氧化過程中用牽伸力保證了絲的結構不發生解取向，因此能夠保證氧化絲的強度。
【具體實施方式】
[0020]下面結合實施例對本發明進行更詳盡的說明。
[0021]本發明為一種碳纖維生產工藝，包括如下步驟:
[0022]步驟一，退絲，把原絲送往下一步，原絲走完後，用耐熱纖維將新絲與舊絲連接起來，舊絲指已走完的絲，新絲指尚未走的絲；
[0023]步驟二，集線，將上一步出來的原絲經集線板分束送往下一步；
[0024]步驟三，乾燥，從退絲過來的原絲含有大量的水分，需要經臥式乾燥爐烘乾；
[0025]步驟四，預氧化，將上一步出來的原絲在氧化爐中於240°C下恆溫氧化lOOmin，得到預氧絲，過程中對原絲兩端施加牽伸力，保證了絲的結構不發生解取向，以σ鏈為主的直鏈結構形成大量的離域η離子，形成生色的共軛結構；
[0026]步驟五，低溫炭化，將預氧絲在炭化爐中於500°C下恆溫30min，再以1500°C下恆溫30min形成亂層石墨結構，並脫出一些小分子，得到碳纖維，該步驟也應給與一定的牽伸力，以保證結構的取向度；
[0027]步驟六，表面處理，使用陽極電極氧化法，用脈衝通電的方法進行表面處理，使得碳纖維表面發生刻蝕和生產含氧官能團，通電電壓為10V，形成25A的電流，採用碳酸氫銨作為電解質。；
[0028]步驟七，水洗，將表面處理後的碳纖維在50°C水洗，再以100°C乾燥；
[0029]步驟八，上漿，採用浸潰法使每根碳纖維單絲上附著上漿劑，上漿後，碳絲的表面能夠形成一層皮膜，增強了集束性和耐磨性，深加工中的起毛現象減少，並且碳纖維的吸水性見效，穩定性更好；
[0030]步驟九，乾燥，在立式乾燥爐中於180°C恆溫乾燥，得到碳纖維。
【權利要求】
1.一種碳纖維生產工藝，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟一，退絲，把原絲送往下一步； 步驟二，集線，將上一步出來的原絲經集線板分束送往下一步； 步驟三，乾燥，將上一步出來的原絲經臥式乾燥爐烘乾； 步驟四，預氧化，將上一步出來的原絲在氧化爐中於240°c下恆溫氧化lOOmin，得到預氧絲，過程中對原絲兩端施加牽伸力； 步驟五，低溫炭化，將預氧絲在炭化爐中於500°C下恆溫30min，再以1500°C下恆溫30min得到碳纖維，過程中對原絲兩端施加牽伸力； 步驟六，表面處理，使用陽極電極氧化法，用脈衝通電的方法進行表面處理，使得碳纖維表面發生刻蝕和生產含氧官能團； 步驟七，水洗，將表面處理後的碳纖維在50°C水洗，再以100°C乾燥； 步驟八，上漿，採用浸潰法使每根碳纖維單絲上附著上漿劑； 步驟九，乾燥，在立式乾燥爐中於180°C恆溫乾燥，得到碳纖維。
2.根據權利要求1所述的碳纖維生產工藝，其特徵在於，所述退絲工序中，用耐熱纖維將新絲與舊絲連接起來，舊絲指已走完的絲，新絲指尚未走的絲。
3.根據權利要求1所述的碳纖維生產工藝，其特徵在於，所述表面處理工序中，通電電壓為10V,形成25A的電流,採用碳酸氫銨作為電解質。
【文檔編號】D01F9/12GK103774284SQ201210396802
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月18日 優先權日:2012年10月18日
【發明者】田邊 申請人:西安交大京盛科技發展有限公司