[发明专利]一种预氧纤维及其制备方法

说明书

本发明属于纤维材料制备技术领域，具体涉及一种预氧纤维及其制备方法。所述预氧纤维具有明显的“皮芯结构”，包括皮层和芯层，其中，皮层的密度为1.38‑1.41g/cm³，芯层的密度为1.34‑1.38g/cm³。该预氧纤维的制备方法为：以聚丙烯腈原丝为原材料，经过放丝、第一预氧化、第二预氧化、牵伸、卷曲、干燥定型、收箱制得；其中，第一预氧化的温度比第二预氧化的温度低80－160℃。本发明的技术人员经过研究发现，这种“皮芯结构”是有利的，一方面，外部皮层密度大能够保证预氧纤维具有良好的阻燃性能，另一方面，内部芯层密度小意味着纤维孔洞缺陷少，强度保留大，有利于提高预氧纤维的可加工性。

技术领域

本发明属于纤维材料制备技术领域，具体涉及一种预氧纤维及其制备方法。

背景技术

预氧纤维具有阻燃性能好，限氧指数高，在明火下不燃，不融滴，保温性能好，吸声效果优良，与芳纶、聚酰亚胺纤维等本质阻燃纤维相比具有明显的价格优势，可以单独或与其他纤维混纺制成纱线、毡、布等产品形式，可广泛应用于防火毯、防火毡、阻燃内衣、防护服、吸声障等产品领域。

目前，预氧纤维多为生产碳纤维的中间产品，采用的也是碳纤维用聚丙烯腈原丝作为原材料，例如，中国专利文献CN102704043A，公开了一种聚丙烯腈预氧纤维和碳纤维的制备方法，其中预氧纤维就是以聚丙烯腈原丝为原材料，经过四段氧化炉制得。但是，这种预氧纤维生产工艺是以生产出高性能碳纤维为最终目的，而忽视了预氧纤维本身的性能，造成预氧纤维强度低，单丝强度在300MPa以下，对于预氧纤维的可加工性以及下游制品耐撕裂性、耐磨性差有很大的负面影响。同时，由于碳纤维用聚丙烯腈原丝的油剂多为耐高温的含硅油剂，仅仅通过预氧化温度无法将其分解去除，在遭遇明火时产生黑烟，进而影响产品性能。

预氧纤维的强度相比原丝强度大幅下降的原因是在随着预氧化反应的进行，纤维体积收缩，小分子逸出，在纤维上面形成很多的孔洞缺陷。在碳纤维生产过程中，这种缺陷在后面的碳化阶段会随着纤维体积进一步收缩而逐渐弥补，需要孔洞分布内外均匀，尽量减少纤维外部密度大，内部密度小的“皮芯结构”。

然而，申请人经过研究发现，对于预氧纤维本身而言，“皮芯结构”是有利的，一方面，外部密度大能够保证预氧纤维具有良好的阻燃性能，另一方面，内部密度小意味着纤维孔洞缺陷少，强度保留大，有利于提高预氧纤维的可加工性，这就需要对碳纤维生产的预氧化工艺进行调整。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中预氧纤维作为中间产品一般追求预氧纤维内外层结构均匀，很少关注预氧纤维本身性能的缺陷，本发明克服现有技术中的偏见，提供一种具有明显“皮芯结构”的、单丝强度高、阻燃性能好的预氧纤维及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种预氧纤维，包括皮层和芯层，其中，皮层的密度为1.38-1.41g/cm³，芯层的密度为1.34-1.38g/cm³。

一种上述预氧纤维的制备方法，以聚丙烯腈原丝为原材料，经过放丝、第一预氧化、第二预氧化、牵伸、卷曲、干燥定型、收箱制得；

其中，第一预氧化的温度比第二预氧化的温度低80－160℃。

进一步地，所述第一预氧化条件为温度120℃－180℃，时间为30－60分钟，牵伸比为4％－8％。

进一步地，所述第二预氧化条件为温度200℃－280℃，时间为30－60分钟，牵伸比为0％－2％.

进一步地，所述的牵伸为蒸汽牵伸，蒸汽牵伸温度为90℃－110℃、牵伸比为2％－4％。

进一步地，所述的卷曲段的卷曲度为3/cm－6/cm。