[发明专利]玉米秸秆活性碳纤维生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种农作物秸秆利用技术，即玉米秸秆活性碳纤维生产方法。 

背景技术

碳纤维是含碳量高于90％的无机高分子纤维。其中含碳量高于99％的称石墨纤维。碳纤维比重小，强度高，不锈蚀，是替代钢铁以及多种矿物质纤维的新型材料。可是，由于目前人类还没有完全掌握碳纤维的形成规律，还不能用纯碳直接生产碳纤维，只能以含碳有机物如聚丙烯晴、沥青、煤焦油等少数化工产品或石油产品为原料生产碳纤维。由于资源有限，碳纤维产品造价昂贵，仅能在飞机、导弹、高尔夫球杆等高附加值产品上应用，难以普及推广。因此，开发新的廉价原料，成为碳纤维研发的主攻方向。众所周知，玉米秸秆含木质素和碳纤维的总量达70％以上，是一种产量大、成本低且可再生的碳源材料。目前，玉米秸秆除了少量用于饲料、燃料之外，还有相当部分被废弃或集中焚烧，成为污染环境、引发火灾及航空事故的安全隐患。如果能把玉米秸秆用于碳纤维的制造，意义十分重大。可是，按照目前碳纤维的生产方法，必须把原料通过熔融制取原丝，再经氧化稳定、绝氧高温碳化及石墨化，才能制成碳纤维。而玉米秸秆的燃点很低，且不易液化，不能像聚丙烯晴、沥青、煤焦油那样熔融造丝，不能为碳化及石墨化提供原丝材料，因而还没有采用玉米秸秆制取碳纤维的报道。 

发明内容

本发明的目的是提供一种以玉米秸秆为原料制取碳纤维的方法及一类玉米秸秆碳纤维生产的纺织品。 

上述目的是由以下技术方案实现的：研制一种玉米秸秆碳纤维生产方法，包括熔融抽丝、氧化稳定、绝氧碳化过程，其特点是：所述熔融抽丝过程是把玉米秸秆粉碎成细粉再放入捣缸，加入粘合剂，在捣缸中加热捣烂成粘稠流体， 再加热抽丝制成原丝，待原丝干燥后放入蒸压釜中，在100—120℃下蒸煮80—90分钟，取出干燥定型，再送入炉内在绝氧条件下加温到1100—1200℃，碳化90—120分钟，即成为碳纤维。 

所述的粘合剂是煤焦油、沥青、羧甲基纤维素、淀粉胶之一。 

所述煤焦油与乙醇按重量的1:0.5—0.8稀释后，以秸秆重量的5—8％与秸秆混合。用羧甲基纤维素与水按重量的1:2—3混合，取秸秆重量的7—10％与秸秆混合。沥青与二硫化碳按1:0.2—0.4混合，取秸秆重量的4—6％与秸秆混合。淀粉胶与35％的聚乙烯醇溶液调成糊状，取秸秆重量的10—15％与秸秆混合。 

所述玉米秸秆粉碎的细粉，在放入捣缸前，先与液化剂混合液化，所述液化剂是由氯苯和30％的火碱溶液以1:3—4的重量比在0.5—0.8MPa及120—150℃下合成，再以硫酸液调PH值3.5—4配成，秸秆细粉：液化剂＝3—4:1—1.5，搅拌均匀，120℃蒸汽熏蒸30分钟后再放入捣缸。 

所述加热抽丝的同时，向抽出的原丝喷雾防粘剂，防粘剂是按重量份由蒸馏水45—50份、乳化硅油1—2份、甘油3—4份、丙酮6—8份，在60—70℃下混合而成。 

所述碳纤维在绝氧条件下继续升温到2000—2300℃，保持60—80分钟，即成为活性碳纤维。 

把活性碳纤维在冷浴下浸入30％的硫酸溶液处理10—20秒，送入高压釜，打入氢气，蒸汽加压0.5—0.8MPa下处理60—80分钟，减压后加入胶凝剂及润滑酯搅拌加压0.8—1MPa在80—110℃下保持25—30分钟，在经70—80℃下水洗烘干制成柔软绒状活性碳纤维。 

所述加入的胶凝剂是碳纤维质量的0.5—5％，加入的润滑酯是碳纤维质量的1—3％。 

所述胶凝剂是羧甲基纤维素、淀粉胶、尿醛树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂之一。 

所述润滑脂是按照重量份由乳化硅油2—3份，十二羟基硬脂酸4—5份，乙醇5—6份混合而成。 

所述柔软绒状碳纤维与羊绒混纺得到轻质高强绒纱。 

本发明的有益效果是：生产的碳纤维强度及弹性模量适中，内部空隙度高，比表面积大，吸附性能、杀菌功能以及红外发射功能非常突出，可与和棉、毛、绒混纺，制成具有吸附、杀菌、除味、发射红外等功能的高档服装面料，可大幅增加玉米秸秆的附加值，增加农民收入，促进碳纤维产业的发展。 

实施方式 

本发明总的构思是把玉米秸秆经粉碎缩合制成原丝，再经稳定、碳化制成碳纤维。下面围绕这一构思介绍四种实施例：