專利名稱：一種瀝青基碳纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于碳纖維制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種浙青基碳纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
碳纖維由于具有優(yōu)越的性能，被廣泛用于民用和國防產(chǎn)品中。浙青基碳纖維同樣具有獨特的應(yīng)用特性，主要表現(xiàn)在用于超高溫保溫材料，可耐3000攝氏度高溫，在多晶硅及特種鋼熱處理爐的保溫材料使用上無可替代；用于碳纖維復合材料的生產(chǎn)，利用它的導電/導熱性能，使有機高分子樹脂工程材料具有相應(yīng)的導電/導熱性能；用于特種隔熱隔音材料，如利用其比重超輕及導電的特性，在航天器及高鐵上應(yīng)用，既減輕重量又有防雷擊的 功能。目前，全球復合材料的重心正從歐美發(fā)達國家轉(zhuǎn)向亞洲，亞洲復合材料產(chǎn)量高速增長是行業(yè)發(fā)展最明顯的趨勢之一，據(jù)華創(chuàng)證券分析報告指出世界碳纖維需求每年將以大約13%的速度增長，前景看好。進入二十一世紀，中國成為世界新興經(jīng)濟體的領(lǐng)軍國家，在各行各業(yè)，對于碳纖維的需求市場廣泛，需求量巨大，而浙青基碳纖維因其浙青原料相對便宜并豐富，成本低產(chǎn)量大，利潤可觀。2010年，我國碳纖維的需求量達I萬噸，而年產(chǎn)量實際只有I千噸左右，且以PAN基為主。每年8 9千噸缺口長期依賴進口。據(jù)預(yù)測，碳纖維的全球需求量到2014年將超過8萬噸，2018年需求量將達到12萬噸，全球產(chǎn)值達50億美
J Li ο碳纖維的生產(chǎn)線路主要有PAN基、浙青基及粘膠基三種。粘膠基應(yīng)用范圍窄，產(chǎn)量極?。籔AN基具有技術(shù)成熟、產(chǎn)量大的特點，但是該線路的生產(chǎn)存在成本較高、技術(shù)難度大、對設(shè)備精密度要求高并且排放劇毒氰化物等嚴重問題；浙青基線路具有原料豐富、質(zhì)量好、產(chǎn)量大、安全環(huán)保等明顯優(yōu)勢，是未來碳纖維的發(fā)展方向，但是，該浙青基線路由于對生產(chǎn)設(shè)備及工藝水平的要求較高，難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，無法滿足我國快速發(fā)展的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、工藝簡單且生產(chǎn)效率高的浙青基碳纖維的制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種浙青基碳纖維的制備方法，包括以下步驟⑴使用分子蒸餾方法對中溫浙青進行蒸餾O. 5 2h制得低QI煤浙青；⑵在200 300°C條件下，利用空氣做氧化劑對低QI煤浙青進行氧化處理，氧化時間為4 12h ;⑶在300 350°C、真空負壓為O. 05 O. 09MPa條件下，對氧化后的浙青進行薄膜蒸餾，蒸餾時間為I 4h，脫除輕組分；⑷在300 350°C條件下，對脫除輕組分后的浙青進行熔融紡絲；(5)利用空氣對初生纖維進行預(yù)氧化，氧化溫度為150 450°C，氧化時間為I 3h ；(6)在600 1800°C、氮氣保護條件下，對預(yù)氧化后的纖維進行碳化，碳化時間為O. 5 3h,制得浙青基碳纖維產(chǎn)品。而且，所述步驟⑴使用分子蒸餾方法對中溫浙青進行蒸餾的具體方法為將中溫浙青通過循環(huán)泵循環(huán)加入到分子蒸餾器中，循環(huán)速率為400 600ml/min，在真空負壓為O. 01 O. IMPa、蒸餾初始溫度為130 180°C、蒸餾與冷凝溫差為40 80°C條件下進行蒸餾，蒸餾過程中不斷升溫，升溫速率為2 6°C /min,當蒸餾溫度上升至310 380°C，蒸餾器中無明顯餾分產(chǎn)出，蒸餾停止，脫除殘渣后得到低QI煤浙青
而且，所述中溫浙青的QI值小于O. 3%，軟化點為80 120°C，結(jié)焦值大于46%，TI值大于12%，無鈉離子。而且，所述的浙青基碳纖維產(chǎn)品的直徑為5 15μπι、碳含量彡97%、真密度為L 4 2. 3g/cm3。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是本發(fā)明采用分子蒸餾方法對中溫浙青進行蒸餾制得低QI煤浙青，并使用該煤浙青進行隨后的碳纖維紡絲處理最終制得直徑為5 15 μ m、碳含量> 97%、真密度為I. 4 2. 3g/cm3的浙青基碳纖維產(chǎn)品,通過分子蒸懼方法制得的低QI煤浙青純度高、QI值低、無鈉離子，避免了后續(xù)的紡絲處理過程出現(xiàn)的線條斷裂、噴絲孔易堵塞等問題，降低了生產(chǎn)設(shè)備的故障率，保證了后續(xù)碳纖維紡絲處理的正常進行，整個生產(chǎn)工藝具有原料豐富、加工工藝簡單、成本低廉、產(chǎn)量質(zhì)量好、產(chǎn)量大、安全環(huán)保等特點。
具體實施例方式以下結(jié)合實例對本發(fā)明做進一步描述。一種浙青基碳纖維的制備方法，包括以下步驟I、使用分子蒸餾方法對中溫浙青進行蒸餾O. 5 2h制得低QI煤浙青。在本步驟中，以中溫浙青為原料，該中溫浙青的QI值小于O. 3%，軟化點為80 120°C，結(jié)焦值大于46%，TI值大于12%，無鈉離子。分子蒸餾方法的具體過程為將一定質(zhì)量的中溫浙青通過循環(huán)泵循環(huán)加入到分子蒸餾器中，循環(huán)速率為400 600ml/min，在真空負壓為O. 01 O. IMPa、蒸餾初始溫度為130 180°C、蒸餾與冷凝溫差為40 80°C條件下進行蒸餾，蒸餾過程中不斷升溫，升溫速率為2 6°C /min,當蒸餾溫度上升至310 380°C，蒸餾器中無明顯餾分產(chǎn)出，蒸餾停止，脫除殘渣后得到低QI煤浙青。2、在200 300°C條件下，利用空氣做氧化劑對低QI煤浙青進行氧化處理，氧化時間為4 12h ;3、在300 350°C、真空負壓為O. 05 O. 09MPa條件下,對氧化后的浙青進行薄膜蒸餾，蒸餾時間為I 4h，脫除輕組分；4、在300 350°C條件下，對脫除輕組分后的浙青進行熔融紡絲；5、利用空氣對初生纖維進行預(yù)氧化,氧化溫度為150 450°C,氧化時間為I 3h ；6、在600 1800°C、氮氣保護條件下，對預(yù)氧化后的纖維進行碳化，碳化時間為O. 5 3h，制得直徑在5 15 μ m、碳含量彡97%、真密度在I. 4 2. 3g/cm3的碳纖維。
實施例I :(I)將一定量中溫浙青通過循環(huán)泵把中溫浙青循環(huán)加入到分子蒸餾器中，循環(huán)速率450ml/min，在O. 099MPa的真空負壓下蒸餾，蒸餾開始溫度140°C，升溫速率2V /min,蒸餾與冷凝溫差為70V，當溫度上升至310°C時，大概85min后無明顯餾分蒸出，蒸餾停止并脫除殘渣后得到低QI煤浙青。(2)在220°C條件下，利用空氣做氧化劑對低QI煤浙青進行氧化處理，氧化時間5h ；(3)在280°C、0. 08MPa條件下對氧化后的浙青進行薄膜蒸餾，蒸餾時間2h，脫除輕組分；(4)在310°C條件下，對脫除輕組分后的浙青進行熔融紡絲；(5)利用空氣對初生纖維在280°C條件下進行預(yù)氧化，氧化時間Ih ；(6)在1100°C，氮氣保護條件下，對預(yù)氧化后的纖維進行碳化，碳化時間O. 5h，制得直徑為5 15 μ m、碳含量為97. 2%、真密度為I. 56g/cm3的碳纖維。實施例2 (I)將一定量中溫浙青通過循環(huán)泵把中溫浙青循環(huán)加入到分子蒸餾器中，循環(huán)速率450ml/min，在O. 099MPa的真空負壓下蒸餾，蒸餾開始溫度140°C，升溫速率2V /min,蒸餾與冷凝溫差為70V，當溫度上升至310°C時，大概85min后無明顯餾分蒸出，蒸餾停止并脫除殘渣后得到低QI煤浙青。(2)在240°C條件下，利用空氣做氧化劑對浙青進行氧化處理，氧化時間6h ；(3)在290°C、0. 09MPa條件下對氧化后的浙青進行薄膜蒸餾，蒸餾時間2. 5h，脫除輕組分；(4)在320°C條件下，對脫除輕組分后的浙青進行熔融紡絲；(5)利用空氣對初生纖維在300°C條件下進行預(yù)氧化，氧化時間I. 5h ；(6)在1200°C，氮氣保護條件下，對預(yù)氧化后的纖維進行碳化，碳化時間lh，制得直徑為5 15 μ m、碳含量為97. 9%、真密度為I. 61g/cm3的碳纖維。需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。權(quán)利要求
1.一種浙青基碳纖維的制備方法，其特征在于包括以下步驟 ⑴使用分子蒸餾方法對中溫浙青進行蒸餾0. 5 2h制得低QI煤浙青； ⑵在200 300°C條件下，利用空氣做氧化劑對低QI煤浙青進行氧化處理，氧化時間為4 12h ; ⑶在300 350°C、真空負壓為0. 05 0. 09MPa條件下，對氧化后的浙青進行薄膜蒸餾，蒸餾時間為I 4h，脫除輕組分； ⑷在300 350°C條件下，對脫除輕組分后的浙青進行熔融紡絲； (5)利用空氣對初生纖維進行預(yù)氧化，氧化溫度為150 450°C，氧化時間為I 3h; (6)在600 1800°C、氮氣保護條件下,對預(yù)氧化后的纖維進行碳化,碳化時間為0.5 3h，制得浙青基碳纖維產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種浙青基碳纖維的制備方法，其特征在于所述步驟⑴使用分子蒸餾方法對中溫浙青進行蒸餾的具體方法為將中溫浙青通過循環(huán)泵循環(huán)加入到分子蒸餾器中，循環(huán)速率為400 600ml/min，在真空負壓為0. 01 0. IMPa、蒸餾初始溫度為130 180°C、蒸餾與冷凝溫差為40 80°C條件下進行蒸餾，蒸餾過程中不斷升溫，升溫速率為2 6°C /min,當蒸餾溫度上升至310 380°C，蒸餾器中無明顯餾分產(chǎn)出，蒸餾停止，脫除殘渣后得到低QI煤浙青。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種浙青基碳纖維的制備方法，其特征在于所述中溫浙青的QI值小于0. 3%，軟化點為80 120°C，結(jié)焦值大于46%，TI值大于12%，無鈉離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種浙青基碳纖維的制備方法，其特征在于所述的浙青基碳纖維產(chǎn)品的直徑為5 15 ii m、碳含量≥97%、真密度為I. 4 2. 3g/cm3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種瀝青基碳纖維的制備方法，其技術(shù)特點是包括⑴使用分子蒸餾方法對中溫瀝青進行蒸餾0.5～2h制得低QI煤瀝青；⑵在200～300℃條件下，利用空氣做氧化劑對低QI煤瀝青進行氧化處理；⑶在300～350℃、真空負壓為0.05～0.09MPa條件下，對氧化后的瀝青進行薄膜蒸餾，脫除輕組分；⑷在300～350℃條件下，對脫除輕組分后的瀝青進行熔融紡絲；⑸利用空氣對初生纖維進行預(yù)氧化，氧化溫度為150～450℃，氧化時間為1～3h；⑹在600～1800℃、氮氣保護條件下，對預(yù)氧化后的纖維進行碳化，制得瀝青基碳纖維產(chǎn)品。本發(fā)明設(shè)計合理，具有原料豐富、加工工藝簡單、成本低廉、產(chǎn)量質(zhì)量好、產(chǎn)量大、安全環(huán)保等特點。
文檔編號D01F9/15GK102704042SQ20121023457
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者遇秉武 申請人:遇秉武