棉花活性碳纖維及其生產(chǎn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種炭纖維生產(chǎn)技術(shù)，即棉花活性炭纖維生產(chǎn)方法，其特點(diǎn)是：所述碳纖維是用棉花的纖維制成。其有益效果是：以棉花為原料，成本低廉，且可省略熱熔抽絲的步驟，生產(chǎn)的碳纖維強(qiáng)度高，質(zhì)量好，特別是經(jīng)過(guò)活化的碳纖維，內(nèi)部空隙度高，比表面積大，吸附性能、殺菌除味功能以及紅外發(fā)射功能非常突出，可與和棉、毛、絨混紡，制成高級(jí)服裝面料，可大幅增加棉花的附加值，顯著提高人類(lèi)的生活質(zhì)量，促進(jìn)碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種碳纖維生產(chǎn)技術(shù)，即棉花活性碳纖維生產(chǎn)方法。 棉花活性碳纖維及其生產(chǎn)方法

【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維是含碳量高于90 %的無(wú)機(jī)高分子纖維，其中含碳量高于99 %的稱(chēng)石墨纖 維。碳纖維比重小，強(qiáng)度高，不銹蝕，是替代鋼鐵以及多種礦物質(zhì)纖維的新型材料?？墒?，由 于目前還沒(méi)有完全掌握碳纖維的形成規(guī)律，還不能用純碳直接生產(chǎn)碳纖維，只能以少數(shù)含 碳有機(jī)物，如聚丙烯晴、浙青、煤焦油等少數(shù)化工產(chǎn)品或石油產(chǎn)品為原料生產(chǎn)碳纖維。由于 資源有限，碳纖維產(chǎn)品造價(jià)昂貴，僅能在飛機(jī)、導(dǎo)彈、高爾夫球桿等高附加值產(chǎn)品上應(yīng)用，難 以普及推廣。因此，開(kāi)發(fā)新的廉價(jià)原料，成為碳纖維研發(fā)的主攻方向。按照活性碳的構(gòu)成理 論可知，許多含碳的物質(zhì)均可轉(zhuǎn)化成碳纖維，以碳水化合物為主體的農(nóng)作物秸桿、樹(shù)木、雜 草等生物質(zhì)理應(yīng)成為碳纖維的原料?？墒?，按照目前碳纖維的生產(chǎn)方法，必須把原料通過(guò)熔 融制取原絲，再經(jīng)氧化穩(wěn)定、絕氧高溫碳化，才能制成碳纖維。而上述生物質(zhì)的燃點(diǎn)均低于 熔點(diǎn)，一般只有固態(tài)和氣態(tài)兩種存在形式，液化的成本很高，難以能像聚丙烯晴、浙青、煤焦 油那樣熔融造絲。當(dāng)然，也有許多容易液化的生物質(zhì)材料，如蓖麻油、豆油等油脂等，但此類(lèi) 物質(zhì)的用途很多，價(jià)值很高，用于碳纖維的制造，同樣不能普及。因此，尋找可不經(jīng)過(guò)熔融造 絲過(guò)程即可進(jìn)行碳化，且成本較低的生物質(zhì)原料，是碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種不經(jīng)過(guò)熔融造絲過(guò)程即可進(jìn)行碳化制取碳纖維，且成本 較低，適于普及應(yīng)用的碳纖維產(chǎn)品及生產(chǎn)方法。
[0004] 上述目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：研制一種棉花碳纖維，其特點(diǎn)是：所述碳纖 維是用棉花的纖維制成。
[0005] 所述棉花碳纖維的生產(chǎn)方法是：把棉花纖維放入蒸壓釜中，在100- 120°C下熱 蒸80-90分鐘，再送入碳化爐內(nèi)，在絕氧條件下加溫到1100- 1200°C，碳化90-120分鐘， 即成為碳纖維。
[0006] 所述棉花纖維進(jìn)行碳化之前，先把棉花彈散，抽紡成細(xì)絲或纖維線。
[0007] 所述碳纖維送入活化爐，在絕氧條件下繼續(xù)升溫到2000- 2300°C，保持60-80分 鐘，即成為活性碳纖維。
[0008] 把活性碳纖維在冷浴下浸入30%的硫酸溶液處理10 - 20秒，送入高壓釜，打入氫 氣，蒸汽加壓〇. 5-0. 8MPa下處理60-80分鐘，減壓后加入膠凝劑及潤(rùn)滑酯攪拌加壓0. 8- IMPa在80 - 1KTC下保持25- 30分鐘，在經(jīng)70- 80°C下水洗烘干制成柔軟絨狀活性碳纖 維。
[0009] 所述加入的膠凝劑是碳纖維質(zhì)量的0. 5 - 5%，加入的潤(rùn)滑酯是碳纖維質(zhì)量的1 一 3%。
[0010] 所述膠凝劑是羧甲基纖維素、淀粉膠、尿醛樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、有機(jī)硅 樹(shù)脂之一。
[0011] 所述潤(rùn)滑脂是按照重量份由乳化硅油2- 3份，十二羥基硬脂酸4一5份，乙醇5- 6份混合而成。
[0012] 所述柔軟絨狀碳纖維與羊絨混紡得到輕質(zhì)高強(qiáng)絨紗。
[0013] 所述活性碳纖維送入石墨化爐，在氧條件下繼續(xù)升溫到3000- 3200°C，保持 120一150分鐘，即成為石墨化碳纖維。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：以棉花為原料，成本低廉，且可省略熱熔抽絲的步驟，生產(chǎn) 的碳纖維強(qiáng)度高，質(zhì)量好，特別是經(jīng)過(guò)活化的碳纖維，內(nèi)部空隙度高，比表面積大，吸附力 強(qiáng)，殺菌除味功能以及紅外發(fā)射功能非常突出，可與和棉、毛、絨混紡，制成高級(jí)服裝面料， 可大幅增加棉花的附加值，提高人類(lèi)的生活質(zhì)量，促進(jìn)碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0015] 實(shí)施方式
[0016] 本發(fā)明總的構(gòu)思是把棉花纖維直接經(jīng)穩(wěn)定、碳化制成碳纖維。下面圍繞這一構(gòu)思 介紹三種實(shí)施例：
[0017] 第一種實(shí)施例：選用棉花，先把棉花彈散，抽紡成細(xì)絲或紡成纖維線，再放入蒸壓 釜中，在100- 120°C下蒸煮80- 90分鐘，取出干燥定型。再送入碳化爐內(nèi)，在絕氧或充氮 排氧的條件下，以〇. 5°C /分鐘的升溫速率緩慢加熱，加溫到1100- 1200°C，碳化90 -120 分鐘，即成為碳纖維。其拉伸強(qiáng)度達(dá)700- 800MPa，彈性模量達(dá)61 - 69GPa。
[0018] 將制成的碳纖維在絕氧條件下繼續(xù)升溫到2000- 2300°C，保持60- 80分鐘， 即成為活性碳纖維。纖維的單絲直徑為10-20um，抗張強(qiáng)度為900-1200MPa，彈性模量為 80-100GPa。比表面積達(dá)到 2500- 3000m2/g。
[0019] 在爐具性能許可的情況下，棉花纖維的碳化和活化過(guò)程也可在同一碳化爐內(nèi)完 成。
[0020] 上述方法制成的活性碳纖維，強(qiáng)度指標(biāo)能夠滿(mǎn)足紡織業(yè)的要求，生產(chǎn)成本顯著降 低，特別適于和棉、毛、絨混紡，制作高檔服裝。其中活性碳纖維與羊絨以12-14:86-88的 比例混紡，織成的羊絨衫既保持了羊絨衫的柔軟、滑順、保溫的特色以外，還增加了挺實(shí)、蓬 松的特點(diǎn)，避免了原有的羊絨衫容易松懈的弊端。特別是保持了活性碳的吸附、凈化、殺菌、 消毒、除味等優(yōu)點(diǎn)，其微孔結(jié)構(gòu)還是紅外線的良好發(fā)生體，具有明顯的保溫保健效果。由于 活性碳纖維織入了面料，不會(huì)脫落，不怕清洗，可以長(zhǎng)期保持活性碳的性能，這與活性碳顆 粒紡入面料的現(xiàn)有技術(shù)相比，顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
[0021] 第二種實(shí)施例：為了使碳纖維更加柔軟且具有更好的韌性和彈性，可對(duì)制取的活 性碳纖維進(jìn)行適度的還原反應(yīng)：把活性碳纖維在冷浴下浸入30%的硫酸溶液處理10 - 20 秒，送入蒸壓釜，打入還原劑。還原劑推薦采用氫氣，也可以用硫化氫、溴化氫、碘化氫之一 代替氫氣。使用氫氣應(yīng)在加入蒸汽之前加入，壓力止于〇. 3MPa以?xún)?nèi)，與碳纖維混合15- 20分鐘后，再充入蒸汽，加壓到0. 5 - 0. 8MPa，處理60- 80分鐘。減壓后加入碳纖維質(zhì)量 0. 5 - 5%的膠凝劑及碳纖維質(zhì)量1 一3%的潤(rùn)滑酯。膠凝劑采用羧甲基纖維素、淀粉膠、尿 醛樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂之一。加入的潤(rùn)滑脂是由按重量份乳化硅油 2- 3份、十二羥基硬脂酸4一5份、乙醇5-6份混合而成。把膠凝劑、潤(rùn)滑脂與物料攪拌后 蒸汽加壓〇. 8 - IMPa，減壓降溫在80 - 110°C下保持25- 30分鐘，在經(jīng)70- 80°C下水洗， 烘干制成柔軟絨狀活性碳纖維。這里的碳纖維浸入硫酸的作用是使其發(fā)生還原反應(yīng)，這里
【權(quán)利要求】
1. 一種棉花活性碳纖維及其生產(chǎn)方法，其特征在于：所述碳纖維是用棉花的纖維制 成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的棉花活性碳纖維及其生產(chǎn)方法，其特征在于：所述棉花碳纖 維的生產(chǎn)方法是：把棉花纖維放入蒸壓釜中，在100- 120°C下熱蒸80- 90分鐘，再送入碳 化爐內(nèi)，在絕氧條件下加溫到1100- 1200°C，碳化90-120分鐘，即成為碳纖維。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的棉花活性碳纖維及其生產(chǎn)方法，其特征在于：所述棉花纖維 進(jìn)行碳化之前，先把棉花彈散，抽紡成細(xì)絲或纖維線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的棉花活性碳纖維及其生產(chǎn)方法，其特征在于：所述碳纖維送 入活化爐，在絕氧條件下繼續(xù)升溫到2000-2300°C，保持60-80分鐘，即成為活性炭纖維。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的棉花活性碳纖維及其生產(chǎn)方法，其特征在于：把活性碳纖 維在冷浴下浸入30 %的硫酸溶液處理10 - 20秒，送入高壓釜，打入氫氣，蒸汽加壓0. 5- 0. 8MPa下處理60-80分鐘，減壓后加入膠凝劑及潤(rùn)滑酯攪拌加壓0. 8 - IMPa在80 - 110°C 下保持25- 30分鐘，在經(jīng)70- 80°C下水洗烘干制成柔軟絨狀活性碳纖維。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的棉花活性碳纖維及其生產(chǎn)方法，其特征在于：所述加入的膠 凝劑是碳纖維質(zhì)量的〇. 5 - 5%，加入的潤(rùn)滑酯是碳纖維質(zhì)量的1 一3%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的棉花活性碳纖維及其生產(chǎn)方法，其特征在于：所述膠凝劑是 羧甲基纖維素、淀粉膠、尿醛樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂之一。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的棉花活性碳纖維及其生產(chǎn)方法，其特征在于：所述潤(rùn)滑脂是 按照重量份由乳化硅油2- 3份，十二羥基硬脂酸4一5份，乙醇5- 6份混合而成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的棉花活性碳纖維及其生產(chǎn)方法，其特征在于：所述柔軟絨狀 碳纖維與羊絨混紡得到輕質(zhì)高強(qiáng)絨紗。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的棉花活性碳纖維及其生產(chǎn)方法，其特征在于：所述活性炭纖 維送入石墨化爐，在氧條件下繼續(xù)升溫到3000- 3200°C，保持120-150分鐘，即成為石墨 化炭纖維。
【文檔編號(hào)】D01F9/16GK104099688SQ201410335857
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】李文軍 申請(qǐng)人:李文軍