專利名稱：一種瀝青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于炭纖維生產(chǎn)領(lǐng)域，特別涉及一種中間相浙青纖維的紡制、牽伸，并制備炭纖維。
背景技術(shù)：
浙青炭纖維是一種具有獨(dú)特性能的軍民兩用材料，被譽(yù)為當(dāng)今世界材料綜合性能的尖端產(chǎn)品，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、運(yùn)動(dòng)器材以及高檔民品，其高性能產(chǎn)品被發(fā)達(dá)國家列為戰(zhàn)略物資實(shí)施管制，而我國還處于研制和一般性能產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化階段，嚴(yán)重制約我國國防、航空、航天等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。其中，尤其是炭纖維連續(xù)長絲，因其定向性、可編織性等更適合與設(shè)計(jì)制備性能卓越的高性能炭材料，而倍受青睞?？杉徴闱嘀苽涮坷w維連續(xù)長絲，因其前驅(qū)體浙青纖維、不熔化纖維和碳化纖維都很脆弱或模量非常高，而極難處理。上世紀(jì)七十年代中期，日本吳羽公司和東洋紡織公司共同開發(fā)了各向同性浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制造工藝技術(shù)，之后美國聯(lián)合炭化物公司發(fā)表了以各向異性浙青為原料的高性能浙青炭纖維連續(xù)長絲的制造工藝技術(shù)。迄今為止的工藝，在前者的基礎(chǔ)上，為了減少斷絲，降低集束的困難等，采用了各種各樣的手段避免不必要的損傷，并試圖提高整體的生產(chǎn)效率。一種被采用的基礎(chǔ)工藝是由采用輥筒直接收取浙青纖維，然后進(jìn)行特殊的后處理，其優(yōu)點(diǎn)是收絲穩(wěn)定簡單，對(duì)紡絲干擾小，可以保證纖維直徑的均勻性和穩(wěn)定性。USP4351816是聯(lián)合炭化物公司對(duì)原有技術(shù)的改進(jìn)，依然采用將浙青連續(xù)長絲收集于輥筒進(jìn)行不熔化，不熔化之后的連續(xù)長絲再導(dǎo)絲至另一特定附有軟質(zhì)炭氈的輥筒，穿線或直接炭化。其較好的避免了后期處理過程中的熱應(yīng)力斷裂，但關(guān)鍵仍在不熔化，與輥筒一并不熔化嚴(yán)重限制其生產(chǎn)效率并干擾了絲束的均勻性。另一種被采用的基礎(chǔ)工藝是采用非輥筒牽弓丨，將絲束收集于絡(luò)絲盤或筒，然后采用精密控制的不熔化、炭化和石墨化設(shè)備進(jìn)行后期處理。特開昭59-1724、特開昭60-21911、特開昭61-70016、特開平6-166912等分別采用氣流牽引、導(dǎo)絲輥進(jìn)行集束、牽伸，并通過除靜電、上油等輔助工藝成功將絲束收集于絡(luò)絲盤或筒。其紡絲關(guān)鍵在于牽伸力的不穩(wěn)定性，在實(shí)際操作中需要重視到高速紡絲和細(xì)旦化的要求，后期的不熔化采用強(qiáng)氧化性氣體如二氧化氮、氧氣等和空氣的混合達(dá)到快速氧化的目的、并炭化和石墨化制得石墨纖維連續(xù)長絲。兩種基礎(chǔ)工藝的改良方向之一，采用小直徑的噴絲板，并不得不減少噴絲孔數(shù)，從而大大降低了生產(chǎn)效率，并使得小股的浙青纖維束愈發(fā)脆弱，這就需要更穩(wěn)定、更少損傷絲束的牽伸和合股方法。特開平2000-345435，US6524501, US6187434公開了一種炭纖維束的制備方法，以單個(gè)小噴絲板紡絲集束獲得第一纖維束，并采用氣流振蕩使纖維假捻，而后將兩股以上的第一纖維束進(jìn)行合股，并進(jìn)一步假捻，獲得含有200-200，000浙青絲的纖維束。纖維束采用多個(gè)導(dǎo)絲輥牽伸和氣流牽伸聯(lián)用，并平穩(wěn)落入收絲盤。然而，采用這種工藝時(shí)，若進(jìn)一步提高纖維束的牽伸速率，即提高牽伸輥和導(dǎo)絲輥的轉(zhuǎn)速時(shí)，絲束極易纏輥，尤其是落入收絲盤前的最后一級(jí)導(dǎo)絲輥，嚴(yán)重干擾紡絲，并對(duì)連續(xù)長絲的質(zhì)量有著致命的影響。特開平6-146119，US5425931公開了一種連續(xù)長絲紡制技術(shù)，采用多個(gè)特制的噴絲板熔融擠壓成纖，而后將所得纖維集束，形成含有1000-100，000根浙青絲的纖維束，該技術(shù)纖維束同樣通過導(dǎo)絲輥牽伸之后，還另加一個(gè)氣體吸入裝置牽伸，使纖維束順利落入收絲盤。較好的避免了后期絲束合并的弊端。特開平6-166912，在收絲盤下方也設(shè)置了吸絲裝置，對(duì)絲束起進(jìn)一步的固定作用。但是，為了減少紡絲、牽伸過程中纖維的損傷，都需要對(duì)纖維進(jìn)行充分上油，浸潤有大量上油劑的纖維束極易黏附在氣體吸入口，即使加大氣流流速也無濟(jì)于事，氣流僅僅能起加強(qiáng)穩(wěn)定的作用，而不可能作為牽伸的主要作用力。因而，此類工藝并不適合充分上油之后的纖維束和高速牽引的纖維束。為了降低紡絲和纖維束輸送過程的摩擦和外界其它環(huán)境對(duì)浙青纖維束的損傷，需要在纖維表面上油，但油劑的存在使浙青纖維束在后期的不熔化過程中，很難施加足夠的張力使每一根纖維都平整的鋪展開，這就使得纖維束中產(chǎn)生的焦油很難即時(shí)排出，極易造成纖維束發(fā)硬發(fā)脆。上述工藝都需要采用耐高溫、高滲透性的油劑才能初步解決以上問題，但所得不熔化纖維并不是很柔軟，影響后續(xù)的制備工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，解決現(xiàn)有紡絲浙青制備工藝紡絲速度較慢，對(duì)纖維束破壞大，不熔化效率低，易并絲發(fā)脆的技術(shù)問題。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法,其特征在于所述浙青基炭纖維連續(xù)長絲制備方法的具體步驟如下a、浙青纖維經(jīng)集中裝有I 5個(gè)噴絲板的紡絲位熔融擠壓成纖，霧化加濕器加濕、噴油咀上油、集束，獲得根數(shù)100 2500的原生浙青纖維束；b、同一紡絲箱,排列2 10個(gè)紡絲位,對(duì)應(yīng)2 10根原生浙青纖維束,經(jīng)牽伸聯(lián)輥第一輥并通過第一導(dǎo)絲輥依次合股，成含有200 10000根合股浙青纖維束，再經(jīng)牽伸聯(lián)輥第二輥張緊；C、合股浙青纖維束經(jīng)兔子頭引導(dǎo)，纏繞在收絲輥套筒上；d、抽出套筒，獲得浙青纖維束卷筒，將浙青纖維束卷筒整體浸泡在氧化性液相槽中，20 100°C恒溫下完成初步不熔化，并用去離子水洗滌，干燥后獲得液相氧化纖維束卷筒；e、液相氧化纖維束卷筒置于第一放絲機(jī)上，并使卷筒底部浸泡在耐高溫油劑中，低速倒絲褪輥，液相氧化纖維束卷筒經(jīng)第二導(dǎo)絲輥連續(xù)平穩(wěn)的進(jìn)入連續(xù)不熔化爐，在150 350°C空氣氧化30 200min，獲得不熔化纖維束，再經(jīng)纖維傳送輥輸送至連續(xù)低溫預(yù)炭化爐，在惰性氣氛中350 700°C熱處理10 200min，獲得預(yù)炭化纖維束，并纏繞于第一收絲機(jī)，獲得預(yù)炭化纖維束輥筒；f、預(yù)炭化纖維束輥筒置于第二放絲機(jī)放絲，預(yù)炭化纖維束經(jīng)纖維束張力牽伸輥牽伸，通過連續(xù)高溫炭化爐獲得高溫炭化纖維束，再通過連續(xù)石墨化爐獲得石墨化纖維束，并由第二收絲機(jī)收卷，獲得浙青基炭纖維連續(xù)長絲。進(jìn)一步，所述的步驟d、e合併，將所述浙青纖維束卷筒先置于第一放絲機(jī)上，并使卷筒底部浸泡在耐高溫油劑中，低速倒絲褪輥，然后使浙青纖維束連續(xù)平穩(wěn)的進(jìn)入氧化性液相槽，20 100°C恒溫處理完成初步不熔化，并通過去離子水洗滌，干燥后經(jīng)第二導(dǎo)絲輥進(jìn)入連續(xù)不熔化爐，150 350°C空氣氧化30 200min、獲得不熔化纖維束，再經(jīng)纖維傳送輥輸送至連續(xù)低溫預(yù)炭化爐，惰性氣氛中350 700°C熱處理10 200min，獲得預(yù)炭化纖維束，并纏繞于第一收絲機(jī)，獲得預(yù)炭化纖維束輥筒。 進(jìn)一步，所述的步驟a中，所述浙青纖維原料是芳烴合成低軟化點(diǎn)中間相浙青，軟化點(diǎn)220 280°C，中間相含 量100%，在280 350°C通過熔融擠壓成纖；所述噴絲板直徑為40mm 150mm，噴絲孔數(shù)不超過500，同一紡絲位的各噴絲板呈中心對(duì)稱排列，其平面中垂線交匯于集束點(diǎn)，噴絲板中心距40 300mm,集束點(diǎn)距噴絲板的距離為500mm 2000mm。進(jìn)一步，所述的步驟a中，所述霧化加濕器加濕的霧化微粒不超過3 μ m。進(jìn)一步，所述的步驟b中，所述牽伸聯(lián)輥第一輥直徑為50 500mm，表面粗糙度的算術(shù)平均值Ra為O. 2 6 μ m。進(jìn)一步，所述的步驟b中，所述第一導(dǎo)絲輥是“U”型槽結(jié)構(gòu)；導(dǎo)絲輥表面粗糙度的算術(shù)平均值Ra小于O. 2 μ m，直徑為20 200臟。進(jìn)一步，所述的步驟c中，所述收絲輥套筒，其材質(zhì)為孔隙直徑小于O.1mm的微孔氧化硅陶瓷或套筒面網(wǎng)為氟塑料纖維編織網(wǎng)。進(jìn)一步，所述的步驟d中，所述氧化性液相槽可以是硝酸、硫酸、雙氧水，以及硝酸鹽、過氧化物、三氯化鐵、氧酸鹽溶液，液相氧化時(shí)間3 lOOOmin。進(jìn)一步，所述的步驟e中，所述耐高溫油劑是硅油油劑，或全氟聚醚油劑。進(jìn)一步，所述的步驟e中，所述連續(xù)不熔化爐是托輥式連續(xù)不熔化爐，或網(wǎng)帶式不熔化爐，或豎式不熔化爐；所述連續(xù)低溫預(yù)炭化爐是托輥式連續(xù)低溫預(yù)炭化爐，或網(wǎng)帶式連續(xù)低溫預(yù)炭化爐，或豎式連續(xù)低溫預(yù)炭化爐。進(jìn)一步，所述的步驟e中，所述豎式不熔化爐采用從下往上的循環(huán)熱風(fēng)加熱氧化纖維物料；所述豎式連續(xù)低溫預(yù)炭化爐采用氮?dú)獗Ｗo(hù)，底部氣封可以是迷宮式氣封或液相水封。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(I)同一紡絲位多個(gè)小直徑噴絲板，多個(gè)噴絲板進(jìn)行非平面安裝；減小噴絲板直徑的同時(shí)，增加第一纖維束的絲數(shù)，有利于提高紡絲的穩(wěn)定性并減少纖維損傷。(2)對(duì)纖維進(jìn)行加濕，上漿集束同時(shí)進(jìn)行，使纖維更能充分浸潤，增強(qiáng)纖維的集束抱合性并起到很好的保護(hù)作用。(3)采用充分上漿和“U”型槽進(jìn)行恒定張力下合股，合股效果優(yōu)良且纖維損傷最小化。(4)采用特殊收絲輥套筒，使浙青纖維束在氧化性液相中初步氧化，有效的解決了不熔化效率低、易并絲發(fā)脆、不熔化纖維束不柔軟等困難。(5)采用分兩步氧化，即先液相氧化再高溫氣相不熔化，且不熔化、低溫預(yù)炭化采用豎排爐，有效的解決了不熔化時(shí)間太長與低溫炭化不匹配的難題以及脆性纖維物料輸送的難題。


圖1是一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲紡制工藝原理圖之一；圖2是一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲紡制工藝原理圖之二 (液相氧化槽、洗滌槽、空氣不熔化和低溫預(yù)炭化示意圖)；圖3是一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲紡制工藝原理圖之三(連續(xù)液相氧化、洗滌、空氣不熔化和低溫預(yù)炭化示意圖)；圖4是一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲紡制工藝原理圖之四(高溫炭化、石墨化示意圖)。以下結(jié)合附圖通過較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一如圖1、2、4所示，一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其具體工藝步驟如下a、選日本三菱化學(xué)公司AR中間相浙青纖維2，采用一個(gè)紡絲位1，兩塊孔數(shù)200的噴絲板進(jìn)行紡絲，噴絲孔Φ0. 3X0. 9mm，紡絲溫度335°C，模頭壓力1.1MPa，計(jì)量泵流量16cc/min。霧化加濕器3加濕纖維后于噴絲板下1. 5m處通過噴油咀4集束上油，油劑為市售硅油類紡絲油劑， 獲得含400根原生浙青纖維束I股；b、分別經(jīng)直徑Φ200πιπι的牽伸聯(lián)輥第一輥5牽伸，并通過第一導(dǎo)絲輥6依次合股后，繞于帶“U”型槽且有效直徑Φ200πιπι的牽伸聯(lián)輥第二輥8，并張緊，獲得含有400根浙青絲的合股浙青纖維束7 ;C、合股浙青纖維束7經(jīng)兔子頭9引導(dǎo)，纏繞于收絲輥套筒10，獲得浙青纖維束卷筒12 (上述所有牽伸輥、導(dǎo)絲輥、對(duì)輥采用統(tǒng)一線速度300m/min)，收絲輥套筒10材質(zhì)為孔隙直徑O. 05mm的微孔氧化硅陶瓷；d、將浙青纖維束卷筒12送入氧化性液相槽11，采用25%硝酸恒溫20°C浸泡8min，并用去離子水13洗滌，干燥后獲得液相氧化纖維束卷筒16 ；e、液相氧化纖維束卷筒16置于第一放絲機(jī)14上，為了減小后續(xù)處理對(duì)纖維的損傷，并增強(qiáng)纖維束強(qiáng)度，采用固含量O. 3%硅油油劑的耐高溫油劑15進(jìn)行浸泡滲透，同時(shí)褪輥倒絲，液相氧化纖維束卷筒16經(jīng)第二導(dǎo)絲輥17進(jìn)入連續(xù)不熔化爐18，分別經(jīng)150°C、200°C、265°C氧化80min，獲得不熔化纖維束19再經(jīng)纖維傳送輥20輸送至連續(xù)低溫預(yù)炭化爐21分別經(jīng)350°C、500°C熱處理120min，獲得強(qiáng)度514MPa，斷裂伸長2. 5%的預(yù)炭化纖維束22，并纏繞于第一收絲機(jī)23，獲得預(yù)炭化纖維束輥筒24 ；f、經(jīng)第二放絲機(jī)25,預(yù)炭化纖維束22經(jīng)纖維束張力牽伸棍27施加2. 5mN/tex牽伸，通過1300°C連續(xù)高溫炭化爐28，炭化時(shí)間15min，獲得高溫炭化纖維束29，并在12. 5mN/tex的張力下通過2600°C連續(xù)石墨化爐30，熱處理時(shí)間為4min，獲得石墨纖維束31，并由第二收絲機(jī)32收卷，所得浙青基炭纖維連續(xù)長絲直徑14 μ m，抗拉強(qiáng)度2249MPa，抗拉模量356GPa。實(shí)施例二 如圖1、2、4所示，一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其具體工藝步驟如下
a、選自制軟化點(diǎn)260°C萘基合成中間相浙青纖維2，采用兩個(gè)紡絲位1，各兩塊孔數(shù)500的噴絲板進(jìn)行紡絲，噴絲孔Φ0. 2X0. 6mm，紡絲溫度330°C，模頭壓力2. 4MPa，計(jì)量泵流量65cc/min。噴絲孔Φ0. 3X0. 9mm,霧化加濕器3加濕纖維后于噴絲板下1. 5m處通過噴油咀4集束上油，獲得各含1000根原生浙青纖維束2股；b、分別經(jīng)直徑Φ200πιπι的牽伸聯(lián)輥第一輥5牽伸，并通過第一導(dǎo)絲輥6依次合股后，繞于帶“U”型槽且有效直徑Φ200πιπι的牽伸聯(lián)輥第二輥8，并張緊，獲得含有2000根浙青絲的合股浙青纖維束7 ；C、合股浙青纖維束7經(jīng)兔子頭9引導(dǎo)，纏繞于收絲輥套筒10，獲得浙青纖維束卷筒12 (上述所有牽伸輥、導(dǎo)絲輥、對(duì)輥采用統(tǒng)一線速度500m/min)，收絲輥套筒10為氟塑料纖維編織網(wǎng)，網(wǎng)孔80目；d、將浙青纖維束卷筒12送入氧化性液相槽11，采用27. 5%雙氧水恒溫50°C浸泡8hr，并用去離子水13洗滌，干燥后獲得液相氧化纖維束卷筒16 ；e、液相氧化纖維束卷筒16置于第一放絲機(jī)14上，為了減小后續(xù)處理對(duì)纖維的損傷，并增強(qiáng)纖維束強(qiáng)度，采用全氟聚醚油劑的耐高溫油劑15進(jìn)行浸泡滲透，同時(shí)褪輥倒絲，液相氧化纖維束卷筒16經(jīng)第二導(dǎo)絲輥17進(jìn)入連續(xù)不熔化爐18，分別經(jīng)235°C、250°C、275°C氧化120min，獲得不熔化纖維束19，再經(jīng)纖維傳送輥20輸送至連續(xù)低溫預(yù)炭化爐21分別經(jīng)3501、4501、6001、7001熱處理1801^11，獲得強(qiáng)度85610^，斷裂伸長0. 8%的預(yù)炭化纖維束22，并纏繞于第一收絲機(jī)23，獲得預(yù)炭化纖維束輥筒24 ；f、 經(jīng)第二放絲機(jī)25,預(yù)炭化纖維束22經(jīng)纖維束張力牽伸棍27施加10. 5mN/tex牽伸，通過1500°C連續(xù)高溫炭化爐28，炭化時(shí)間7. 5min，獲得高溫炭化纖維束29，并在20mN/tex的張力下通過2800 V連續(xù)石墨化爐30，熱處理時(shí)間為2min，獲得石墨化纖維束31，并由第二收絲機(jī)32收卷。所得炭纖維直徑13 μ m,抗拉強(qiáng)度1849MPa，抗拉模量695GPa。實(shí)施例三如圖1、2、4所示，一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其具體工藝步驟如下a、選日本三菱化學(xué)公司AR中間相浙青纖維2，采用兩個(gè)紡絲位I，一塊孔數(shù)500的噴絲板進(jìn)行紡絲，噴絲孔Φ0. 25X0. 75mm，紡絲溫度338°C，模頭壓力2. 6MPa，計(jì)量泵流量20cc/min。霧化加濕器3加濕纖維后于噴絲板下1. 5m處通過噴油嘴4集束上油，獲得各含500根原生浙青纖維束2股；b、分別經(jīng)直徑Φ200πιπι的牽伸聯(lián)輥第一輥5牽伸，并通過第一導(dǎo)絲輥6依次合股后，繞于帶“U”型槽且有效直徑Φ200πιπι的牽伸聯(lián)輥第二輥8，并張緊，獲得含有1000根浙青絲的合股浙青纖維束7 ； c、合股浙青纖維束7經(jīng)兔子頭9引導(dǎo)，纏繞于收絲輥套筒10，獲得浙青纖維束卷筒
12(上述所有牽伸輥、導(dǎo)絲輥、對(duì)輥采用統(tǒng)一線速度400m/min)；d、將浙青纖維束卷筒12送入氧化性液相槽11，采用20硫酸和30 %的三氯化鐵溶液恒溫20°C浸泡300min，并用去離子水13洗滌,干燥后獲得液相氧化纖維束卷筒16 ；e、液相氧化纖維束卷筒16置于第一放絲機(jī)14上，為了減小后續(xù)處理對(duì)纖維的損傷，并增強(qiáng)纖維束強(qiáng)度，采用固含量O. 3%油劑的耐高溫油劑15進(jìn)行浸泡滲透，同時(shí)褪輥倒絲，液相氧化纖維束卷筒16經(jīng)第二導(dǎo)絲輥17進(jìn)入連續(xù)不熔化爐18，分別經(jīng)150°C、200°C、275°C氧化IOOmin，獲得不熔化纖維束19再經(jīng)纖維傳送輥20輸送至連續(xù)低溫預(yù)炭化爐21分別經(jīng)350°C、500°C熱處理120min，獲得強(qiáng)度556MPa，斷裂伸長3%的預(yù)炭化纖維束22，并纏繞于第一收絲機(jī)23，獲得預(yù)炭化纖維束輥筒24 ；
f、經(jīng)第二放絲機(jī)25,預(yù)炭化纖維束22經(jīng)纖維束張力牽伸棍27施加2. 5mN/tex牽伸，通過1300°C連續(xù)高溫炭化爐28，炭化時(shí)間15min，獲得高溫炭化纖維束29，并在12. 5mN/ tex的張力下通過2600°C連續(xù)石墨化爐30，熱處理時(shí)間為4min，獲得石墨化纖維束31，并由第二收絲機(jī)32收卷,所得浙青基炭纖維連續(xù)長絲直徑12. 5 μ m,抗拉強(qiáng)度2198MPa,抗拉模量 420GPa。
實(shí)施例四
如圖1、2、4所示，一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其具體工藝步驟如下
a、選日本三菱化學(xué)公司AR中間相浙青纖維2，采用兩個(gè)紡絲位1，三塊孔數(shù)200 的噴絲板進(jìn)行紡絲，噴絲孔Φ0. 3X0. 9mm，紡絲溫度338°C，模頭壓力2.1MPa，計(jì)量泵流量 28cc/min。霧化加濕器3加濕纖維后于噴絲板下1. 5m處通過噴油嘴4集束上油，獲得各含 600根原生浙青纖維束2股；
b、分別經(jīng)直徑Φ200πιπι的牽伸聯(lián)輥第一輥5牽伸，并通過第一導(dǎo)絲輥6依次合股后，繞于帶“U”型槽且有效直徑Φ200πιπι的牽伸聯(lián)輥第二輥8，并張緊，獲得含有1200根浙青絲的合股浙青纖維束7 ；
C、合股浙青纖維束7經(jīng)兔子頭9引導(dǎo)，纏繞于收絲輥套筒10，獲得浙青纖維束卷筒 12 (上述所有牽伸輥、導(dǎo)絲輥、對(duì)輥采用統(tǒng)一線速度400m/min)；
d、將浙青纖維束卷筒12送入氧化性液相槽11，采用25%硝酸和30%的三氯化鐵溶液恒溫20°C浸泡lOOOmin，并用去離子水13洗滌,干燥后獲得液相氧化纖維束卷筒16 ；
e、液相氧化纖維束卷筒16置于第一放絲機(jī)14上，為了減小后續(xù)處理對(duì)纖維的損傷，并增強(qiáng)纖維束強(qiáng)度，采用市售硅油乳液配成固含量O. 3%油劑的耐高溫油劑15進(jìn)行浸泡滲透，同時(shí)褪輥倒絲，液相氧化纖維束卷筒16經(jīng)第二導(dǎo)絲輥17進(jìn)入連續(xù)不熔化爐18，分別經(jīng)150°C、200°C、235°C氧化30min，獲得不熔化纖維束19再經(jīng)纖維傳送輥20輸送至連續(xù)低溫預(yù)炭化爐21分別經(jīng)350°C、500°C熱處理120min，獲得強(qiáng)度572MPa，斷裂伸長2. 0%的預(yù)炭化纖維束22，并纏繞于第一收絲機(jī)23，獲得預(yù)炭化纖維束輥筒24 ；
f、經(jīng)第二放絲機(jī)25,預(yù)炭化纖維束22經(jīng)纖維束張力牽伸棍27施加2. 5mN/tex牽伸，通過1300°C連續(xù)高溫炭化爐28，炭化時(shí)間15min，獲得高溫炭化纖維束29，并在12. 5mN/ tex的張力下通過2800°C連續(xù)石墨化爐30，熱處理時(shí)間為4min，獲得石墨化纖維束31，并由第二收絲機(jī)32收卷,所得浙青基炭纖維連續(xù)長絲直徑14. 5 μ m,抗拉強(qiáng)度2055MPa,抗拉模量 726GPa。
實(shí)施例五
如圖1、2、3所示，一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其具體工藝步驟如下
a、選自制軟化點(diǎn)260°C萘基合成中間相浙青纖維2，采用五個(gè)紡絲位1，各一塊孔數(shù)500的噴絲板進(jìn)行紡絲，噴絲孔Φ0. 2X0. 6mm，紡絲溫度280°C，模頭壓力1. 9MPa，計(jì)量泵流量64cc/min。噴絲孔Φ0. 3X0. 9mm,霧化加濕器3加濕纖維后于噴絲板下1. 5m處通過噴油嘴4集束上油，獲得各含500根原生浙青纖維束5股；
b、分別經(jīng)直徑Φ200πιπι的牽伸聯(lián)輥第一輥5牽伸，并通過第一導(dǎo)絲輥6依次合股后，繞于帶“U”型槽且有效直徑Φ200πιπι的牽伸聯(lián)輥第二輥8，并張緊，獲得含有2500根浙青絲的合股浙青纖維束7 ；
C、合股浙青纖維束7經(jīng)兔子頭9引導(dǎo)，纏繞于收絲輥套筒10，獲得浙青纖維束卷筒12(上述所有牽伸輥、導(dǎo)絲輥、對(duì)輥采用統(tǒng)一線速度800m/min)；
d、e、將浙青纖維束卷筒12置于第一放絲機(jī)14，并使卷筒底部浸泡在市售耐高溫娃油油劑中，低速倒絲褪棍，使浙青纖維束連續(xù)平穩(wěn)的進(jìn)入氧化性液相槽11,于50 %的三氯化鐵溶液中80°C恒溫lhr，并通過去離子水13洗滌、干燥，經(jīng)第二導(dǎo)絲輥17進(jìn)入連續(xù)不熔化爐18，分別經(jīng)235°C、250°C、275°C氧化30min，獲得不熔化纖維束19，再經(jīng)纖維傳送輥 20輸送至連續(xù)低溫預(yù)炭化爐21分別經(jīng)350°C、45(TC、60(rC、7(KrC熱處理180min，獲得強(qiáng)度 600MPa,斷裂伸長2. 8%的預(yù)炭化纖維束22，并纏繞于第一收絲機(jī)23，獲得預(yù)炭化纖維束輥筒24 ；
f、經(jīng)第二放絲機(jī)25,預(yù)炭化纖維束22經(jīng)纖維束張力牽伸棍27施加10. 5mN/tex牽伸，通過1500°C連續(xù)高溫炭化爐28，炭化時(shí)間7. 5min，獲得高溫炭化纖維束29，并在20mN/ tex的張力下通過2900 V連續(xù)石墨化爐30，熱處理時(shí)間為2min，獲得石墨化纖維束31，并由第二收絲機(jī)32收卷。所得炭纖維直徑12. 6 μ m，抗拉強(qiáng)度2100MPa，抗拉模量780GPa。`
權(quán)利要求
1.一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其特征在于所述浙青基炭纖維連續(xù)長絲制備方法的具體步驟如下 a、浙青纖維(2)經(jīng)集中裝有I 5個(gè)噴絲板的紡絲位(I)熔融擠壓成纖，霧化加濕器(3)加濕、噴油咀(4)上油、集束，獲得根數(shù)100 2500的原生浙青纖維束； b、同一紡絲箱，排列2 10個(gè)紡絲位，對(duì)應(yīng)2 10根原生浙青纖維束，經(jīng)牽伸聯(lián)輥第一輥(5)并通過第一導(dǎo)絲輥(6)依次合股，成含有200 10000根合股浙青纖維束(7)，再經(jīng)牽伸聯(lián)輥第二輥(8)張緊； c、合股浙青纖維束(7)經(jīng)兔子頭(9 )引導(dǎo)，纏繞在收絲輥套筒(10 )上； d、抽出套筒，獲得浙青纖維束卷筒(12)，將浙青纖維束卷筒整體浸泡在氧化性液相槽(11)中，20 100°C恒溫下完成初步不熔化，并用去離子水(13)洗滌，干燥后獲得液相氧化纖維束卷筒(16)； e、液相氧化纖維束卷筒(16)置于第一放絲機(jī)(14)上，并使卷筒底部浸泡在耐高溫油劑(15)中，低速倒絲褪輥，液相氧化纖維束卷筒(16)經(jīng)第二導(dǎo)絲輥(17)連續(xù)平穩(wěn)的進(jìn)入連續(xù)不熔化爐(18)，在150 350°C空氣氧化30 200min，獲得不熔化纖維束(19)，再經(jīng)纖維傳送輥(20)輸送至連續(xù)低溫預(yù)炭化爐(21)，在惰性氣氛中350 700°C熱處理10 200min，獲得預(yù)炭化纖維束(22 )，并纏繞于第一收絲機(jī)(23 )，獲得預(yù)炭化纖維束輥筒(24 ); f、預(yù)炭化纖維束輥筒(24)置于第二放絲機(jī)(25)放絲，預(yù)炭化纖維束(22)經(jīng)纖維束張力牽伸輥(27)牽伸，通過連續(xù)高溫炭化爐(28)獲得高溫炭化纖維束(29)，再通過連續(xù)石墨化爐(30 )獲得石墨化纖維束(31)，并由第二收絲機(jī)(32 )收卷，獲得浙青基炭纖維連續(xù)長絲。
2.如權(quán)利要求1所述一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其特征在于，所述的步驟d、e合併，將所述浙青纖維束卷筒(12)先置于第一放絲機(jī)(14)上，并使卷筒底部浸泡在耐高溫油劑(15)中，低速倒絲褪輥，然后使浙青纖維束連續(xù)平穩(wěn)的進(jìn)入氧化性液相槽(11 )，20 10(TC恒溫處理完成初步不熔化，并通過去離子水(13)洗滌，干燥后經(jīng)第二導(dǎo)絲輥(17)進(jìn)入連續(xù)不熔化爐(18)，150 350°C空氣氧化30 200min、獲得不熔化纖維束(19)，再經(jīng)纖維傳送輥(20)輸送至連續(xù)低溫預(yù)炭化爐(21)，惰性氣氛中350 70(TC熱處理10 200min，獲得預(yù)炭化纖維束(22)，并纏繞于第一收絲機(jī)(23)，獲得預(yù)炭化纖維束輥筒(24)。
3.如權(quán)利要求1所述一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其特征在于所述的步驟a中，所述浙青纖維原料是芳烴合成低軟化點(diǎn)中間相浙青，軟化點(diǎn)220 280°C，中間相含量100%，在280 350°C通過熔融擠壓成纖；所述噴絲板直徑為40mm 150mm，噴絲孔數(shù)不超過500，同一紡絲位的各噴絲板呈中心對(duì)稱排列，其平面中垂線交匯于集束點(diǎn)，噴絲板中心距40 300mm,集束點(diǎn)距噴絲板的距離為500_ 2000mm。
4.如權(quán)利要求1所述一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其特征在于所述的步驟a中，所述霧化加濕器(3)加濕的霧化微粒不超過3 u m。
5.如權(quán)利要求1所述一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其特征在于所述的步驟b中，所述牽伸聯(lián)輥第一輥(5)直徑為50 500mm，表面粗糙度的算術(shù)平均值Ra為0. 2 6 u m0
6.如權(quán)利要求1所述一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其特征在于所述的步驟b中，所述第一導(dǎo)絲輥(6)是“U”型槽結(jié)構(gòu)；導(dǎo)絲輥表面粗糙度的算術(shù)平均值Ra小于.0.2 u m,直徑為 20 200mm。
7.如權(quán)利要求1所述一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其特征在于所述的步驟c中，所述收絲輥套筒(10)，其材質(zhì)為孔隙直徑小于0.1mm的微孔氧化硅陶瓷或套筒面網(wǎng)為氟塑料纖維編織網(wǎng)。
8.如權(quán)利要求1或2所述一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其特征在于所述的步驟d中，所述氧化性液相槽(11)可以是硝酸、硫酸、雙氧水，以及硝酸鹽、過氧化物、三氯化鐵、氧酸鹽溶液，液相氧化時(shí)間3 lOOOmin。
9.如權(quán)利要求1或2所述一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其特征在于所述的步驟e中，所述耐高溫油劑(15)是硅油油劑，或全氟聚醚油劑。
10.如權(quán)利要求1或2所述一種浙青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，其特征在于所述的步驟e中，所述連續(xù)不熔化爐(18 )是托輥式連續(xù)不熔化爐，或網(wǎng)帶式不熔化爐，或豎式不熔化爐；所述連續(xù)低溫預(yù)炭化爐(21)是托輥式連續(xù)低溫預(yù)炭化爐，或網(wǎng)帶式連續(xù)低溫預(yù)炭化爐，或豎式連續(xù)低溫預(yù)炭化爐。
全文摘要
一種瀝青基炭纖維連續(xù)長絲的制備方法，屬于炭纖維生產(chǎn)領(lǐng)域。解決現(xiàn)有紡絲速度較慢，纖維束破壞大，不熔化效率低，易并絲發(fā)脆的問題。本發(fā)明的具體工藝步驟如下a、紡絲瀝青經(jīng)紡絲位熔融擠壓成纖，加濕、上油、集束，獲得原生瀝青纖維束；b、聯(lián)輥合股、張緊；c、纏繞在收絲輥套筒上；d、將瀝青纖維束卷筒浸泡在氧化性液相中，獲得液相氧化纖維束卷筒；e、使卷筒浸泡在耐高溫油劑中，低速倒絲褪輥，氧化纖維束連續(xù)進(jìn)入連續(xù)不熔化爐、連續(xù)低溫預(yù)炭化爐，得到預(yù)炭化纖維束卷筒；f、經(jīng)連續(xù)炭纖維高溫炭化爐、石墨化爐牽伸熱處理，即得瀝青基炭纖維連續(xù)長絲。
文檔編號(hào)D01D13/02GK103046165SQ201310007640
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者伍孝, 王斌, 林 源, 張福強(qiáng), 白峰, 劉朗, 史景利 申請(qǐng)人:四川創(chuàng)越炭材料有限公司