[发明专利]碳纤维的制造方法

说明书

一种碳纤维的制造方法包括以下步骤。将第一单体及第二单体溶于第一溶剂中，并进行聚合反应，以得到共聚高分子。第一单体包括丙烯腈，第二单体具有不饱和键结，第一溶剂包括二甲基亚砜，且以100wt％的第一溶剂计，二甲基亚砜的含量介于99.9wt％至100wt％之间。对共聚高分子进行纺丝步骤。由本发明的碳纤维的制造方法制得的共聚高分子在纯度、分子量、纺丝性、结晶性、聚合转化率、机械强度等性质方面可具有良好的表现。

技术领域

本发明内容是有关于一种碳纤维的制造方法。

背景技术

近年来，随着环保意识抬头以及节能高效的概念逐渐形成，碳纤维的需求越来越高。由于碳纤维具有耐疲劳性佳、热传导率高、摩擦系数小、润滑性佳、热膨胀系数小、耐腐蚀性佳、X射线穿透率高以及比热与导电性介于非金属和金属之间等优点，因此常广泛地应用于例如是工业、运动、土木建筑、交通运输、能源、航天以及军事等领域。然而，在碳纤维的制造过程中，基于前驱物、工艺以及碳化条件的不同，所制成的碳纤维的机械强度及其他物性与化性也不相同。

目前常用聚丙烯腈(polyacrylonitrile，PAN)系前驱体纤维来制备碳纤维，而聚丙烯腈系前驱体纤维的质量常直接影响碳纤维的质量(例如，碳纤维的机械强度等特性)。因此，如何制造优质的聚丙烯腈系前驱体纤维，是本领域业者积极研究的重要课题。

发明内容

根据本发明一些实施方式，碳纤维的制造方法包括以下步骤。将第一单体及第二单体溶于第一溶剂中，并进行聚合反应以得到共聚高分子。第一单体包括丙烯腈，第二单体具有不饱和键结，第一溶剂包括二甲基亚砜，且以100wt％的第一溶剂计，二甲基亚砜的含量介于99.9wt％至100wt％之间。对共聚高分子进行纺丝步骤。

在本发明一些实施方式中，第一溶剂还包括二甲基砜及二甲硫醚，且以100wt％的第一溶剂计，二甲基砜的含量小于等于0.0004wt％，二甲硫醚的含量小于等于0.0008wt％。

在本发明一些实施方式中，第一溶剂的酸值小于等于0.02KOH mg/g，且第一溶剂的碱值小于等于0.01HClO₄ mg/g。

在本发明一些实施方式中，聚合反应的聚合转化率介于90％至100％之间。

在本发明一些实施方式中，共聚高分子的落球粘度介于400秒至700秒之间。

在本发明一些实施方式中，共聚高分子的重量平均分子量介于300000g/mole至500000g/mole之间。

在本发明一些实施方式中，共聚高分子的分散性指数(polymer dispersityindex，PDI)介于1.5至3.0之间。

在本发明一些实施方式中，还包括以下步骤。将共聚高分子溶于第二溶剂中，其中共聚高分子在第二溶剂中的重量百分浓度介于18％至25％之间。

在本发明一些实施方式中，纺丝步骤包括：对溶于第二溶剂中的共聚高分子进行抽丝步骤，以形成丝状共聚高分子。使用凝丝槽对丝状共聚高分子进行凝丝步骤，以形成初生碳纤维，其中凝丝槽盛装凝丝液，凝丝液包括二甲基亚砜，且以100wt％的凝丝液计，二甲基亚砜的含量介于20wt％至50wt％之间。

在本发明一些实施方式中，以100wt％的第一单体与第二单体的总和计，第一单体的含量介于95wt％至100wt％之间。

根据本发明上述实施方式，由于本发明的第一溶剂中具有高含量的二甲基亚砜，因此第一溶剂中的纯度非常高，使得在第一溶剂中所形成的共聚高分子在纯度、分子量、纺丝性、结晶性、聚合转化率、机械强度等性质方面可具有良好的表现。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：