一種碳纖維生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】一種碳纖維生產(chǎn)工藝，包括如下步驟：退絲；集線；干燥；預(yù)氧化，過程中對(duì)原絲兩端施加牽伸力；低溫炭化，過程中對(duì)原絲兩端施加牽伸力；表面處理，使用陽極電極氧化法，用脈沖通電的方法進(jìn)行表面處理，使得碳纖維表面發(fā)生刻蝕和生產(chǎn)含氧官能團(tuán)；水洗；上漿；干燥，本發(fā)明在預(yù)氧化過程中用牽伸力保證了絲的結(jié)構(gòu)不發(fā)生解取向，因此能夠保證氧化絲的強(qiáng)度。
【專利說明】一種碳纖維生產(chǎn)工藝【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維生產(chǎn)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維是由碳元素構(gòu)成的無機(jī)纖維。纖維的碳含量大于90%。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其3倍多；與凱芙拉纖維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，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(jīng)碳化制得；按狀態(tài)分為長絲、短纖維和短切纖維；按力學(xué)性能分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強(qiáng)度為1000兆帕(MPa)、模量為IOOGPa左右。高性能型碳纖維又分為高強(qiáng)型(強(qiáng)度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)。強(qiáng)度大于4000MPa的又稱為超高強(qiáng)型；模量大于450GPa的稱為超高模型。隨著航天和航空工業(yè)的發(fā)展，還出現(xiàn)了高強(qiáng)高伸型碳纖維，其延伸率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維。
[0004]目前應(yīng)用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和浙青碳纖維。碳纖維的制造包括纖維紡絲、熱穩(wěn)定化(預(yù)氧化)、碳化、石墨化等4個(gè)過程。其間伴隨的化學(xué)變化包括，脫氫、環(huán)化、預(yù)氧化、氧化及脫氧等。而在預(yù)氧化和氧化過程中，由于PAN基會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)失去大量小分子，因此原絲的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，強(qiáng)度大幅降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維生產(chǎn)工藝，能夠保證預(yù)氧化后絲的強(qiáng)度。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種碳纖維生產(chǎn)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(jīng)集線板分束送往下一步；
[0010]步驟三，干燥，將上一步出來的原絲經(jīng)臥式干燥爐烘干；
[0011]步驟四，預(yù)氧化，將上一步出來的原絲在氧化爐中于240°C下恒溫氧化lOOmin，得到預(yù)氧絲，過程中對(duì)原絲兩端施加牽伸力；
[0012]步驟五，低溫炭化，將預(yù)氧絲在炭化爐中于500°C下恒溫30min，再以1500°C下恒溫30min得到碳纖維，過程中對(duì)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，用脈沖通電的方法進(jìn)行表面處理，使得碳纖維表面發(fā)生刻蝕和生產(chǎn)含氧官能團(tuán)；
[0014]步驟七，水洗，將表面處理后的碳纖維在50°C水洗，再以100°C干燥；
[0015]步驟八，上漿，采用浸潰法使每根碳纖維單絲上附著上漿劑；
[0016]步驟九，干燥，在立式干燥爐中于180°C恒溫干燥，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，采用碳酸氫銨作為電解質(zhì)。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在預(yù)氧化過程中用牽伸力保證了絲的結(jié)構(gòu)不發(fā)生解取向，因此能夠保證氧化絲的強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳盡的說明。
[0021]本發(fā)明為一種碳纖維生產(chǎn)工藝，包括如下步驟:
[0022]步驟一，退絲，把原絲送往下一步，原絲走完后，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(jīng)集線板分束送往下一步；
[0024]步驟三，干燥，從退絲過來的原絲含有大量的水分，需要經(jīng)臥式干燥爐烘干；
[0025]步驟四，預(yù)氧化，將上一步出來的原絲在氧化爐中于240°C下恒溫氧化lOOmin，得到預(yù)氧絲，過程中對(duì)原絲兩端施加牽伸力，保證了絲的結(jié)構(gòu)不發(fā)生解取向，以σ鏈為主的直鏈結(jié)構(gòu)形成大量的離域η離子，形成生色的共軛結(jié)構(gòu)；
[0026]步驟五，低溫炭化，將預(yù)氧絲在炭化爐中于500°C下恒溫30min，再以1500°C下恒溫30min形成亂層石墨結(jié)構(gòu)，并脫出一些小分子，得到碳纖維，該步驟也應(yīng)給與一定的牽伸力，以保證結(jié)構(gòu)的取向度；
[0027]步驟六，表面處理，使用陽極電極氧化法，用脈沖通電的方法進(jìn)行表面處理，使得碳纖維表面發(fā)生刻蝕和生產(chǎn)含氧官能團(tuán)，通電電壓為10V，形成25A的電流，采用碳酸氫銨作為電解質(zhì)。；
[0028]步驟七，水洗，將表面處理后的碳纖維在50°C水洗，再以100°C干燥；
[0029]步驟八，上漿，采用浸潰法使每根碳纖維單絲上附著上漿劑，上漿后，碳絲的表面能夠形成一層皮膜，增強(qiáng)了集束性和耐磨性，深加工中的起毛現(xiàn)象減少，并且碳纖維的吸水性見效，穩(wěn)定性更好；
[0030]步驟九，干燥，在立式干燥爐中于180°C恒溫干燥，得到碳纖維。
【權(quán)利要求】
1.一種碳纖維生產(chǎn)工藝，其特征在于，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(jīng)集線板分束送往下一步； 步驟三，干燥，將上一步出來的原絲經(jīng)臥式干燥爐烘干； 步驟四，預(yù)氧化，將上一步出來的原絲在氧化爐中于240°c下恒溫氧化lOOmin，得到預(yù)氧絲，過程中對(duì)原絲兩端施加牽伸力； 步驟五，低溫炭化，將預(yù)氧絲在炭化爐中于500°C下恒溫30min，再以1500°C下恒溫30min得到碳纖維，過程中對(duì)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，用脈沖通電的方法進(jìn)行表面處理，使得碳纖維表面發(fā)生刻蝕和生產(chǎn)含氧官能團(tuán)； 步驟七，水洗，將表面處理后的碳纖維在50°C水洗，再以100°C干燥； 步驟八，上漿，采用浸潰法使每根碳纖維單絲上附著上漿劑； 步驟九，干燥，在立式干燥爐中于180°C恒溫干燥，得到碳纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維生產(chǎn)工藝，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述表面處理工序中，通電電壓為10V,形成25A的電流,采用碳酸氫銨作為電解質(zhì)。
【文檔編號(hào)】D01F9/12GK103774284SQ201210396802
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月18日
【發(fā)明者】田邊 申請人:西安交大京盛科技發(fā)展有限公司