基于pan原丝制备碳纤维的工艺流程的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米新材料制备技术领域，特别是基于PAN原丝制备碳纤维的工艺流程。
【背景技术】
[0002]碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、浙青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90%的特种纤维。碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。PAN基生产工艺简单，产品综合性能好，因而发展很快，产量占到9 O %以上，成为最主要的的品种。
【发明内容】
[0003]基于PAN原丝制备碳纤维的工艺流程，至少经过:PAN原丝一预氧化一碳化一石墨化一表面处理一卷取一碳纤维等工艺流程进行。
[0004]由丙烯腈和其他少量第二、第三单体(丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等)共聚生成共聚聚丙烯腈树脂(分子量高于6?8万)，然后树脂经溶剂(硫氰酸钠、二甲基亚矾、硝酸和氯化锌等)溶解，形成粘度适宜的纺丝液，经湿法、干法或干-湿法进行纺丝，再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维，将纤维在空气下加热至约270°C，保温0.5h?3h，再将预氧化纤维在氮气中进行高温处理(1600°C )，即碳化处理，则纤维进一步产生交联环化、芳构化及缩聚等反应，并脱除氢、氮、氧原子，最后形成二维碳环平面网状结构和层片粗糙平行的乱层石墨结构的碳纤维。
[0005]有益效果本发明生产工艺简单，对PAN原丝要求较宽，节能减排。
【具体实施方式】
[0006]生产中制取聚丙烯腈纤维的过程是:先由丙烯腈和其他少量第二、第三单体(丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等)共聚生成共聚聚丙烯腈树脂(分子量高于6?8万)，然后树脂经溶剂(硫氰酸钠、二甲基亚矾、硝酸和氯化锌等)溶解，形成粘度适宜的纺丝液，经湿法、干法或干-湿法进行纺丝，再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维。若将聚丙烯腈纤维直接加热易熔化，不能保持其原来的纤维状态。因此，制备碳纤维时，首先要将聚丙烯腈纤维放在空气中或其他氧化性气氛中进行低温热处理，即预氧化处理[6]。预氧化处理是纤维碳化的预备阶段。一般将纤维在空气下加热至约270°C，保温0.5h?3h，聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后形成黑色的预氧化纤维。这是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后，发生氧化、热解、交联、环化等一系列化学反应形成耐热梯型高分子的结果。再将预氧化纤维在氮气中进行高温处理(1600°C)，即碳化处理，则纤维进一步产生交联环化、芳构化及缩聚等反应，并脱除氢、氮、氧原子，最后形成二维碳环平面网状结构和层片粗糙平行的乱层石墨结构的碳纤维。
【主权项】
1.基于PAN原丝制备碳纤维的工艺流程，其特征为:PAN原丝一预氧化一碳化一石墨化—表面处理一卷取一碳纤维。
2.根据权利要求1所述，基于PAN原丝制备碳纤维的工艺流程，由丙烯腈和其他少量第二、第三单体(丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等)共聚生成共聚聚丙烯腈树脂(分子量高于6?8万)，然后树脂经溶剂(硫氰酸钠、二甲基亚矾、硝酸和氯化锌等)溶解，形成粘度适宜的纺丝液，经湿法、干法或干-湿法进行纺丝，再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维，将纤维在空气下加热至约270°C，保温0.5h?3h，再将预氧化纤维在氮气中进行高温处理(160(TC )，即碳化处理，则纤维进一步产生交联环化、芳构化及缩聚等反应，并脱除氢、氮、氧原子，最后形成二维碳环平面网状结构和层片粗糙平行的乱层石墨结构的碳纤维。
【专利摘要】基于PAN原丝制备碳纤维的工艺流程，至少经过：PAN原丝→预氧化→碳化→石墨化→表面处理→卷取→碳纤维等工艺流程进行，本发明生产工艺简单，对PAN原丝要求较宽，节能减排。
【IPC分类】D01F9-22
【公开号】CN104562301
【申请号】CN201310466406
【发明人】不公告发明人
【申请人】杜淑卿
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月9日