[发明专利]一种制备耐火碳纤维的工艺

说明书

本发明公开了一种制备耐火碳纤维的工艺，包括制备聚炳烯腈类聚合物的溶液；对所述聚丙烯腈类聚合物的溶液进行纺丝，从而形成丝，将该丝注入凝固浴中以使该丝凝固，然后水洗、拉伸、上油、干燥和压紧该凝固的丝；在空气中以0.1‑5%的伸长率进行拉伸以改善碳纤维的强度特性将其转化为预耐火纤维；在空气中预耐火纤维以0‑5%的伸长率进行拉伸成耐火纤维；所述耐火纤维在惰性气氛下在300‑800℃的温度下进行预碳化，然后在惰性气氛下在1000‑3000℃的温度下进行拉伸和碳化。

技术领域

本发明涉及一种制备耐火碳纤维的工艺和用于耐火碳纤维的母体纤维。

背景技术

碳纤维(CarbonFibre)是纤维状的碳材料，及其化学组成中碳元素占总质量的90％以上。碳纤维及其复合材料具有高强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀，耐疲劳，抗蠕变，导电，传热，和热膨胀系数小等一系列优异性能，它们即可作为结构材料承载负荷，又可以作为功能材料发挥作用。因此，碳纤维及其复合材料近年来发展极为迅速。

聚丙烯腈基碳纤维的炭化收率比粘胶纤维高，可达45％以上，而且因为生产流程，溶剂回收，三废处理等方面都比粘胶纤维简单，成本低，原料来源丰富，加上聚丙烯腈的力学性能，尤其是抗拉强度，抗拉模量等为三种碳纤维之首，所以是目前应用领域最广，产量也最大的一种碳纤维。

聚丙烯腈原丝预经氧化处理后转化为耐热梯形结构，再经过低温炭化(300-1000℃)和高温炭化(1000-1800)转化为具有乱层石墨结构的碳纤维。在这一机构转化过程中，较小的梯形结构单元进一步进行交联、缩聚，并且伴随热解，在向乱层石墨结构转化的同时释放出许多小分子副产物。同时，非碳元素O、N、H逐步被排除，C逐渐富集，最终形成含碳量90％以上的碳纤维。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备耐火碳纤维的方法，在该方法中母体纤维在耐火工序和碳化工序中随意地额外拉伸或收缩，从而制得高性能耐火碳纤维，以及本发明旨在提供一种用于制备耐火碳纤维的母体纤维。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种制备耐火碳纤维的工艺，包括制备聚炳烯腈类聚合物的溶液；对所述聚丙烯腈类聚合物的溶液进行纺丝，从而形成丝，将该丝注入凝固浴中以使该丝凝固，然后水洗、拉伸、上油、干燥和压紧该凝固的丝；在空气中以0.1-5％的伸长率进行拉伸以改善碳纤维的强度特性将其转化为预耐火纤维；在空气中预耐火纤维以0-5％的伸长率进行拉伸成耐火纤维；所述耐火纤维在惰性气氛下在300-800℃的温度下进行预碳化，然后在惰性气氛下在1000-3000℃的温度下进行拉伸和碳化。具体的：

一种制备耐火碳纤维的工艺，包括如下制备步骤：制备聚炳烯腈类聚合物的溶液；对所述聚丙烯腈类聚合物的溶液进行纺丝，从而形成丝，将该丝注入凝固浴中以使该丝凝固，然后水洗、拉伸、上油、干燥和压紧该凝固的丝；在空气中以0.1-5％的伸长率进行拉伸以改善碳纤维的强度特性将其转化为预耐火纤维；在空气中预耐火纤维以0-5％的伸长率进行拉伸成耐火纤维；所述耐火纤维在惰性气氛下在300-800℃的温度下进行预碳化，然后在惰性气氛下在1000-3000℃的温度下进行拉伸和碳化。

作为本发明的一种优选技术方案，在使所述耐火纤维碳化的步骤中，所述耐火纤维以0-5.0％的伸长率进行拉伸。

作为本发明的一种优选技术方案，在使所述耐火纤维碳化的步骤中，所述耐火纤维以3.1-5.0％的伸长率进行拉伸。

作为本发明的一种优选技术方案，在制备所述耐火碳纤维的母体纤维的步骤之后进行拉伸，使得所述碳纤维相对于所述母体纤维的总伸长率是5.1-10.0％。

作为本发明的一种优选技术方案，所述母体纤维是聚丙烯腈类纤维且含水量为20.0-50.0％。