[发明专利]一种聚丙烯腈基原丝预氧化的方法

摘要

一种聚丙烯腈基原丝预氧化的方法针对温度区间的分布，预氧化过程进行了多段牵伸，以适应不同阶段的纤维结构转化。在预氧化初期，对于热塑性PAN原丝施加正牵伸以控制化学收缩，以保持大分子链对纤维轴的取向度；随着预氧化的不断进行，环化反应加剧，逐渐较少正牵伸的程度并逐步过渡到零牵伸及负牵伸。在预氧化后期，对纤维施加负牵伸，以控制并保持必要的化学收缩，使大分子主链结构对纤维轴的择优取向，有效提高预氧化纤维的取向度，并使得PAN原丝的线形分子链向耐热的梯形结构转化，从而实现氧的均匀扩散，增大纤维皮层比例，增加预氧化纤维的致密化程度，得到均质的预氧化纤维，改善预氧化纤维分子结构，有效提高碳纤维的力学强度。

主权项

一种聚丙烯腈基原丝预氧化的方法，其特征在于，其具体过程包括如下步骤：步骤1，在1号温区进行预氧化；1号温区预氧化的温度为180℃～200℃，预氧化的时间为10min；在1号温区预氧化过程中，首先确定1号牵伸辊的线速度V1和转速RPM1，其中1号牵伸辊的线速度V1＝预氧化有效距离/预氧化总时间，预氧化时间为60min，预氧化有效距离为18m；转速RPM1＝(V1/S)×100；步骤2，在2号温区进行预氧化；2号温区进行预氧化的温度为215℃～230℃，预氧化的时间为10min；在2号温区预氧化过程中，首先确定2号牵伸辊的线速度V2和转速RPM2，其中2号牵伸辊的线速度V2＝V1(1+R1)，转速RPM2＝(V2/S)×100；式中，R1为第1温区的牵伸比，R1为0‰；步骤3，在3号温区进行预氧化；3号温区进行预氧化的温度为235℃～250℃，预氧化的时间为10min；在3号温区预氧化过程中，首先确定3号牵伸辊的线速度V3和转速RPM3，其中线速度V3＝V2(1+R2)，转速RPM3＝(V3/S)×100，式中，R2为第2温区的牵伸比，R2为0‰～60‰；步骤4，在4号温区进行预氧化；4号温区进行预氧化的温度为245℃～260℃，预氧化的时间为10min；在4号温区预氧化过程中，首先确定4号牵伸辊的线速度V4和转速RPM4，其中线速度V4＝V3(1+R3)，转速RPM4＝(V4/S)×100；式中，R3为第3温区的牵伸比，R3为0‰；步骤5，在5号温区进行预氧化；5号温区进行预氧化的温度为255℃～270℃，预氧化的时间为10min；在5号温区预氧化过程中，首先确定5号牵伸辊的线速度V5和转速RPM5，其中线速度V5＝V4(1+R4)，转速RPM5＝(V5/S)×100，式中，R4为第4温区的牵伸比，R4为0‰；步骤6，在6号温区进行预氧化；6号温区进行预氧化的温度为270℃～290℃，预氧化的时间为10min；在6号温区预氧化过程中，首先确定6号牵伸辊的线速度V6和RPM6，其中线速度V6＝V5(1+R5)，转速RPM6＝(V6/S)×100；式中，R5为第5温区的牵伸比，R5为‑12.5‰～0‰，r/min；通过步骤1～6，得到预氧化纤维； 步骤7，确定7号牵伸辊的线速度V7和转速RPM7；线速度V7＝V6(1+R6)，转速RPM7＝(V7/S)×100，式中，R6为第1温区的牵伸比，R6为‑12.5‰～0‰；步骤8，预氧化纤维碳化；预氧化纤维通过碳化牵伸辊进入碳化炉；在预氧化纤维碳化中，预氧化纤维分别通过低温温区和高温温区，并且低温温区的碳化时间为2min，高温温区的碳化时间为1min，得到成品碳纤维；碳化牵伸辊的线速度V碳与7号牵伸辊的线速度V7相同；预氧化纤维碳化的转速RPM碳＝(V碳/S)×100；所述的低温温区为750℃～850℃，所述的高温温区为1350℃～1450℃。