CN101956253B - 聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺 - Google Patents

聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN101956253B
CN101956253B CN2010102851397A CN201010285139A CN101956253B CN 101956253 B CN101956253 B CN 101956253B CN 2010102851397 A CN2010102851397 A CN 2010102851397A CN 201010285139 A CN201010285139 A CN 201010285139A CN 101956253 B CN101956253 B CN 101956253B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon fiber
oxidation
pretreatment process
ozone
base carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2010102851397A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101956253A (zh
Inventor
王浩静
李福平
范立东
刘福杰
程璐
王红飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XI'AN HANGKE PLASMA SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
XI'AN HANGKE PLASMA SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XI'AN HANGKE PLASMA SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical XI'AN HANGKE PLASMA SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN2010102851397A priority Critical patent/CN101956253B/zh
Publication of CN101956253A publication Critical patent/CN101956253A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101956253B publication Critical patent/CN101956253B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Inorganic Fibers (AREA)

Abstract

本发明涉及聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺，将需要预氧化的聚丙烯腈基纤维原丝在室温下置于臭氧水中浸渍1～10min，所述臭氧水中臭氧的含量为10～50mg/L。本发明解决了现有的原丝预氧化前处理工艺影响碳纤维的性能、污染环境的技术问题，本发明消除皮芯结构同时是一种对环境基本无污染的聚丙烯腈基碳纤维原丝的预氧化前处理工艺。

Description

聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯腈基碳纤维原丝的预氧化前处理工艺，属于碳纤维的制备工艺领域。
背景技术
碳纤维是有机纤维经一系列热处理后转化而成的含碳量在90％以上的新型碳材料。碳纤维不但具有高比强度和比模量、高导电性、低热膨胀系数、耐高温、抗腐蚀、抗蠕变以及自润滑等一系列优异的性能，还具有纤维的柔性和可编制性等特点，常作为先进复合材料的增强体，在航空航天、核能设备以及隐形武器等国防领域具有不可替代的作用，同时在土木建筑、交通运输以及体育休闲等民用工业领域也得到了广泛的应用。
碳纤维的制备工艺过程包括聚合、纺丝、预氧化和碳化，其中预氧化过程是碳纤维制备过程中结构转变的关键阶段，也是热处理过程中最耗时的阶段，其目的是使聚丙烯腈的线型大分子链转化为耐热的梯形结构，使其在碳化时不熔不燃，保持纤维形态。预氧化过程中原丝的结构转变在很大程度上决定着碳纤维的结构和性能。预氧化是一个双扩散过程，氧由表及里向纤维内部扩散。随着预氧化反应的进行，在原丝表层形成了致密的梯形结构，阻碍了氧向芯部扩散，造成纤维表层和芯部的结构以及性能产生明显差异，形成皮芯结构。皮芯结构是导致碳纤维抗拉强度降低的主要原因之一。因此，在预氧化过程中缩短预氧化时间，提高预氧化程度同时消除或降低皮芯结构对碳纤维生产成本的降低以及性能的提高具有十分重要的意义。
中国专利200910234656.9中表明可以采用预氧化前将聚丙烯腈基碳纤维原丝置于重量百分比浓度为5～15％的高锰酸钾溶液中浸渍处理1～10min的预氧化前处理工艺来达到降低预氧化温度、提高预氧化程度的目的。但是，采用高锰酸钾溶液对聚丙烯腈基碳纤维原丝进行预氧化前处理时，有可能会在纤维中引入钾离子杂质形成缺陷，影响碳纤维的性能。同时，高锰酸钾是一种有毒的化学物质，采用高锰酸钾溶液对聚丙烯腈基碳纤维原丝进行预氧化前处理时会带来环境污染等负面问题。
发明内容
为了解决现有的原丝预氧化前处理工艺影响碳纤维的性能、污染环境的技术问题，本发明提供一种可以缩短预氧化时间，消除皮芯结构同时对环境基本无污染的聚丙烯腈基碳纤维原丝的预氧化前处理工艺。
本发明的技术解决方案是：
一种聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺，其特殊之处在于：将需要预氧化的聚丙烯腈基纤维原丝在室温下置于臭氧水中浸渍1～10min，所述臭氧水中臭氧的含量为10～50mg/L。
上述聚丙烯腈基纤维原丝在室温下置于臭氧水中浸渍5min；所述臭氧水中臭氧的含量为30mg/L。浸渍完毕后，将聚丙烯腈基碳纤维原丝送入预氧化炉进行预氧化。
本发明所具有的优点：
1、采用本发明工艺对聚丙烯腈基碳纤维原丝进行预氧化前处理后，其预氧化时间缩短，皮芯结构基本消除。
2、经过本发明工艺的处理，碳纤维的抗拉强度和抗拉模量分别提高了约30％和21％。
具体实施方式
一种聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺，主要方法是将需要预氧化的聚丙烯腈基纤维原丝在室温下置于臭氧水中浸渍1～10min，其中臭氧水中臭氧的含量为10～50mg/L。
为了达到更好的处理效果，聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理的优选工艺参数详见表1。
表1
  前处理参数   优选值
  臭氧水中臭氧含量(mg/L)   30
  浸渍处理时间(min)   5
浸渍完毕后，就可以将聚丙烯腈基碳纤维原丝送入预氧化炉进行预氧化。
举例说明：以丙烯腈为第一单体，衣康酸为共聚单体(质量分数为1％)，偶氮二异丁腈为引发剂，二甲基亚砜为溶剂，在氮气保护下进行聚合。聚合液经脱单、脱泡、过滤后获得纺丝原液。纺丝液经凝固、水洗、牵伸、致密化和热定型等一系列处理后获得聚丙烯腈基碳纤维原丝。
比较例：未经预氧化前处理的聚丙烯腈基碳纤维原丝在空气气氛中梯度升温预氧化到275℃，接着在氮气气氛中碳化到1500℃获得聚丙烯腈基碳纤维。
实施例1：在聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前，将其置于臭氧含量为10mg/L的臭氧水中在室温下浸渍处理1min。浸渍完毕后，将聚丙烯腈基碳纤维原丝在空气气氛中梯度升温预氧化到275℃，接着在氮气气氛中碳化到1500℃获得聚丙烯腈基碳纤维。
实施例2：在聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前，将其置于臭氧含量为50mg/L的臭氧水中在室温下浸渍处理10min。浸渍完毕后，将聚丙烯腈基碳纤维原丝在空气气氛中梯度升温预氧化到275℃，接着在氮气气氛中碳化到1500℃获得聚丙烯腈基碳纤维。
实施例3：在聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前，将其置于臭氧含量为10mg/L的臭氧水中在室温下浸渍处理5min。浸渍完毕后，将聚丙烯腈基碳纤维原丝在空气气氛中梯度升温预氧化到275℃，接着在氮气气氛中碳化到1500℃获得聚丙烯腈基碳纤维。
实施例4：在聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前，将其置于臭氧含量为50mg/L的臭氧水中在室温下浸渍处理5min。浸渍完毕后，将聚丙烯腈基碳纤维原丝在空气气氛中梯度升温预氧化到275℃，接着在氮气气氛中碳化到1500℃获得聚丙烯腈基碳纤维。
实施例5：在聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前，将其置于臭氧含量为30mg/L的臭氧水中在室温下浸渍处理5min。浸渍完毕后，将聚丙烯腈基碳纤维原丝送入预氧化炉进行预氧化。
表2是比较例和五个实施例获得的聚丙烯腈基碳纤维的性能测试结果。可以看出，经过本发明预氧化前处理工艺后，聚丙烯腈基碳纤维的抗拉强度和抗拉模量均有所提高。
表2
Figure BDA0000026584070000041

Claims (2)

1.一种聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺，其特征在于：将需要预氧化的聚丙烯腈基纤维原丝在室温下置于臭氧水中浸渍1～10min，所述臭氧水中臭氧的含量为10～50mg/L。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺，其特征在于：所述聚丙烯腈基纤维原丝在室温下置于臭氧水中浸渍5min；所述臭氧水中臭氧的含量为30mg/L。
CN2010102851397A 2010-09-17 2010-09-17 聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺 Expired - Fee Related CN101956253B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102851397A CN101956253B (zh) 2010-09-17 2010-09-17 聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102851397A CN101956253B (zh) 2010-09-17 2010-09-17 聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101956253A CN101956253A (zh) 2011-01-26
CN101956253B true CN101956253B (zh) 2011-08-31

Family

ID=43483833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010102851397A Expired - Fee Related CN101956253B (zh) 2010-09-17 2010-09-17 聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101956253B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102704040B (zh) * 2012-05-16 2014-04-02 北京化工大学 一种高强度碳纤维的制备方法
CN105420877B (zh) * 2015-12-22 2018-02-23 苏州协泰科技有限公司 腈基型碳纤原丝纺前处理工艺
CN111286816B (zh) * 2018-12-10 2022-11-29 天津工业大学 一种具有平滑表面的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法
CN112227057B (zh) * 2019-07-15 2023-01-24 中国石油化工股份有限公司 聚丙烯腈基纤维的热处理方法
CN111910291A (zh) * 2020-07-31 2020-11-10 金发科技股份有限公司 一种pan基碳纤维及其制备方法与由其制成的碳纤维

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101831774A (zh) * 2010-04-09 2010-09-15 刘志国 利用高浓度臭氧水对织物进行氧化褪色处理的装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101831774A (zh) * 2010-04-09 2010-09-15 刘志国 利用高浓度臭氧水对织物进行氧化褪色处理的装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101956253A (zh) 2011-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101956253B (zh) 聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺
Frank et al. Carbon fibers: precursors, manufacturing, and properties
Farsani et al. FT-IR study of stabilized PAN fibers for fabrication of carbon fibers
US8236273B2 (en) Method of producing pre-oxidation fiber and carbon fiber
CN105155042B (zh) 一种碳纤维丝的生产方法
CN101956252A (zh) 一种硼改性聚丙烯腈原丝制备碳纤维的方法
CN111910291A (zh) 一种pan基碳纤维及其制备方法与由其制成的碳纤维
CN101922065B (zh) 聚丙烯腈基碳纤维原丝的预氧化方法
Tse-Hao et al. The characterization of PAN-based carbon fibers developed by two-stage continuous carbonization
CN111139554B (zh) 高浸透性聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法
CN101550616B (zh) 一种高强度碳纤维的制备方法
CN111793857A (zh) 一种碳纤维表面处理的方法
Wei et al. A comparison of coagulation and gelation on the structures and stabilization behaviors of polyacrylonitrile fibers
CN111118671B (zh) 一种25k大丝束碳纤维的制备方法
CN102953153A (zh) 一种聚丙烯腈基碳纤维的制备方法
CN112760752B (zh) 一种pan基碳纤维及其制备方法
CN101560701B (zh) 一种高强度炭纤维的制备方法
CN108251919B (zh) 一种间歇加连续式的沥青基石墨纤维长丝制备方法
CN102953151A (zh) 一种制备聚丙烯腈基碳纤维的方法
CN107653520A (zh) 一种低成本化聚丙烯腈基碳纤维的制备方法
CN107881599B (zh) 一种提高聚丙烯腈基碳纤维强度的方法
JP2004003043A (ja) 耐炎化繊維材料、炭素繊維材料、黒鉛繊維材料及びそれらの製造方法
CN104562301A (zh) 基于pan原丝制备碳纤维的工艺流程
CN103668561A (zh) 一种通过控制预氧化纤维结构制备高性能碳纤维的方法
CN108486691B (zh) 聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化促进剂及其使用方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110831

Termination date: 20190917

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee