CN103774284A - 一种碳纤维生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种碳纤维生产工艺,包括如下步骤:退丝;集线;干燥;预氧化,过程中对原丝两端施加牵伸力;低温炭化,过程中对原丝两端施加牵伸力;表面处理,使用阳极电极氧化法,用脉冲通电的方法进行表面处理,使得碳纤维表面发生刻蚀和生产含氧官能团;水洗;上浆;干燥,本发明在预氧化过程中用牵伸力保证了丝的结构不发生解取向,因此能够保证氧化丝的强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维生产工艺。
背景技术
碳纤维是由碳元素构成的无机纤维。纤维的碳含量大于90%。它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼具纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维(GF)相比,杨氏模量是其3 倍多;与凯芙拉纤维(KF-49)相比,不仅杨氏模量是其2倍左右,而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀,耐蚀性出类拔萃。
碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得;按状态分为长丝、短纤维和短切纤维;按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000兆帕(MPa)、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)。强度大于4000MPa的又称为超高强型;模量大于450GPa的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展,还出现了高强高伸型碳纤维,其延伸率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。
目前应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化(预氧化)、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括,脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。而在预氧化和氧化过程中,由于PAN基会发生化学反应失去大量小分子,因此原丝的结构发生变化,强度大幅降低。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种碳纤维生产工艺,能够保证预氧化后丝的强度。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种碳纤维生产工艺,包括如下步骤:
步骤一,退丝,把原丝送往下一步;
步骤二,集线,将上一步出来的原丝经集线板分束送往下一步;
步骤三,干燥,将上一步出来的原丝经卧式干燥炉烘干;
步骤四,预氧化,将上一步出来的原丝在氧化炉中于240℃下恒温氧化100min,得到预氧丝,过程中对原丝两端施加牵伸力;
步骤五,低温炭化,将预氧丝在炭化炉中于500℃下恒温30min,再以1500℃下恒温30min得到碳纤维,过程中对原丝两端施加牵伸力;
步骤六,表面处理,使用阳极电极氧化法,用脉冲通电的方法进行表面处理,使得碳纤维表面发生刻蚀和生产含氧官能团;
步骤七,水洗,将表面处理后的碳纤维在50℃水洗,再以100℃干燥;
步骤八,上浆,采用浸渍法使每根碳纤维单丝上附着上浆剂;
步骤九,干燥,在立式干燥炉中于180℃恒温干燥,得到碳纤维。
所述退丝工序中,用耐热纤维将新丝与旧丝连接起来,旧丝指已走完的丝,新丝指尚未走的丝。
所述表面处理工序中,通电电压为10V,形成25A的电流,采用碳酸氢铵作为电解质。
本发明与现有技术相比,在预氧化过程中用牵伸力保证了丝的结构不发生解取向,因此能够保证氧化丝的强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行更详尽的说明。
本发明为一种碳纤维生产工艺,包括如下步骤:
步骤一,退丝,把原丝送往下一步,原丝走完后,用耐热纤维将新丝与旧丝连接起来,旧丝指已走完的丝,新丝指尚未走的丝;
步骤二,集线,将上一步出来的原丝经集线板分束送往下一步;
步骤三,干燥,从退丝过来的原丝含有大量的水分,需要经卧式干燥炉烘干;
步骤四,预氧化,将上一步出来的原丝在氧化炉中于240℃下恒温氧化100min,得到预氧丝,过程中对原丝两端施加牵伸力,保证了丝的结构不发生解取向,以σ链为主的直链结构形成大量的离域π离子,形成生色的共轭结构;
步骤五,低温炭化,将预氧丝在炭化炉中于500℃下恒温30min,再以1500℃下恒温30min形成乱层石墨结构,并脱出一些小分子,得到碳纤维,该步骤也应给与一定的牵伸力,以保证结构的取向度;
步骤六,表面处理,使用阳极电极氧化法,用脉冲通电的方法进行表面处理,使得碳纤维表面发生刻蚀和生产含氧官能团,通电电压为10V,形成25A的电流,采用碳酸氢铵作为电解质。;
步骤七,水洗,将表面处理后的碳纤维在50℃水洗,再以100℃干燥;
步骤八,上浆,采用浸渍法使每根碳纤维单丝上附着上浆剂,上浆后,碳丝的表面能够形成一层皮膜,增强了集束性和耐磨性,深加工中的起毛现象减少,并且碳纤维的吸水性见效,稳定性更好;
步骤九,干燥,在立式干燥炉中于180℃恒温干燥,得到碳纤维。
Claims (3)
1.一种碳纤维生产工艺,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一,退丝,把原丝送往下一步;
步骤二,集线,将上一步出来的原丝经集线板分束送往下一步;
步骤三,干燥,将上一步出来的原丝经卧式干燥炉烘干;
步骤四,预氧化,将上一步出来的原丝在氧化炉中于240℃下恒温氧化100min,得到预氧丝,过程中对原丝两端施加牵伸力;
步骤五,低温炭化,将预氧丝在炭化炉中于500℃下恒温30min,再以1500℃下恒温30min得到碳纤维,过程中对原丝两端施加牵伸力;
步骤六,表面处理,使用阳极电极氧化法,用脉冲通电的方法进行表面处理,使得碳纤维表面发生刻蚀和生产含氧官能团;
步骤七,水洗,将表面处理后的碳纤维在50℃水洗,再以100℃干燥;
步骤八,上浆,采用浸渍法使每根碳纤维单丝上附着上浆剂;
步骤九,干燥,在立式干燥炉中于180℃恒温干燥,得到碳纤维。
2.根据权利要求1所述的碳纤维生产工艺,其特征在于,所述退丝工序中,用耐热纤维将新丝与旧丝连接起来,旧丝指已走完的丝,新丝指尚未走的丝。
3.根据权利要求1所述的碳纤维生产工艺,其特征在于,所述表面处理工序中,通电电压为10V,形成25A的电流,采用碳酸氢铵作为电解质。
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