[发明专利]高性能碳纤维丝加工生产工艺

说明书

本发明提供如下技术方案：一种高性能碳纤维丝加工生产工艺，该工艺方法包括如下工艺步骤：氧化处理、拉丝，二次控温、低温碳化处理、三次控温，高温碳化处理、冷却、表面清洁和上浆处理及干燥，得到碳纤维丝。本发明加工工艺解决氧的扩散问题的皮芯结构，保证碳纤维的性能优异；提高了碳纤维强度，降低了生产的单位能源消耗，提高了企业规模化生产效益。

技术领域

本发明涉及碳纤维材料制造技术领域，具体为一种高性能碳纤维丝加工生产工艺。

背景技术

聚丙烯腈基碳纤维增强纤维是复合材料的主要材料，高效低成本碳纤维对复合材料轻量化有着重要的意义聚丙烯腈(PAN)基碳纤维是一种以PAN原丝为前驱体，经过1000℃以上高温处理制得的碳含量在90％以上的具有乱层石墨结构的无机纤维材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗辐射、导电、传热、减震、降噪和相对密度小等一系列优异性能。碳纤维作为军民两用的高技术材料，已广泛应用于航空航天、国防军事等尖端领域以及高级体育用品和医疗器械等民用行业。碳纤维的发展和应用在提高国家军事实力和工业产品的竞争力方面正发挥着越来越重要的作用PAN原丝的预氧化和碳化是制备碳纤维的关键工艺，在碳纤维制备过程中是承前(原丝)启后(碳纤维)的桥梁，对碳纤维性能、碳收率和生产效率等具有重要的影响。因此，制定与原丝相匹配的预氧化、碳化工艺是制备高品质碳纤维的前提。

传统碳纤维丝加工生产工艺中存在以下不足之处：

1、水洗过程中需要置于酸性水溶液及盐水中进行牵伸，过程较为繁琐，纤维均匀程度难控制，不利于生产；

2、传统工艺的氧化温度和低温碳化较高，相对能耗也较大，不利已降低碳纤维制造成本。

因此，本发明提供一种高性能碳纤维丝加工生产工艺以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高性能碳纤维丝加工生产工艺，该工艺方法包括如下工艺步骤：

步骤一：将碳纤维原料放置于氧化炉中进行氧化处理，并精确控制氧化温度，所述氧化处理采用四温区氧化，各温区氧化处理的温度分别为180℃、231℃、251℃和262℃，各温区预氧化处理的时间均为10min～30min；

步骤二：在氧化炉中对步骤一中的纤维原料拉丝，根据生产环境选择对应的升温方式，并精确控制拉丝的生产速度和牵引比，各温区预氧化处理过程中碳纤维原丝的牵伸率分别为0.6％～1.0％、-1.0％～0.8％、-2.0％～1.5％和-2.0％～-1.5％；

步骤三：取出步骤二中氧化炉内的氧化丝，进行二次控温，并控制温度范围、控温时间和牵引比进行低温碳化，采用低温碳化炉对步骤二中的碳纤维原丝进行低温碳化处理，所述低温碳化处理采用六温区低温碳化处理工艺，各温区低温碳化处理的温度分别为400℃、570℃、625℃、625℃、625℃和625℃，各温区低温碳化处理的时间均为15s～ 20s，低温碳化处理过程中碳纤维原丝的总牵伸率为7％～10％；

步骤四：在低温碳化结束后，进行第三次控温，控制温度范围和牵引比进行高温碳化，采用高温碳化炉对步骤三中低温碳化处理后的碳纤维原丝进行高温碳化处理，所述高温碳化处理采用四温区高温碳化处理工艺，各温区高温碳化处理的温度分别为850℃、1000℃、 1250℃和1350℃，各温区高温碳化处理的时间均为15s～20s，高温碳化处理过程中碳纤维原丝的总牵伸率为-5～-4％；

步骤五：对步骤四中高温碳化的纤维丝进行冷却，冷却后的碳纤维原丝进行表面清洁和上浆处理；

步骤六：将步骤五中上浆后的碳纤维原丝置于干燥炉中干燥，得到碳纤维丝。

所述步骤一中的碳纤维原丝材质的线密度为2.95g/。