CN104790047A - 纺丝用中间相沥青原料的预处理方法 - Google Patents

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张兴华
李国栋
闫曦
刘占军
张东卿
郭全贵
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
    • D01D1/04—Melting filament-forming substances
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
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Abstract

一种纺丝用中间相沥青原料的预处理方法是将中间相沥青原料加入纺丝釜内，一直用高纯氮气对原料进行鼓泡，加热釜内原料至软化点以上40-100℃，对熔融中间相沥青进行搅拌,热处理1.0-15.0h后，待釜内温度降到软化点以下时，停止鼓泡；将釜内温度加热至软化点以上40-90℃；对熔融中间相沥青进行搅拌，同时对釜内进行抽真空，恒温抽真空时间为1.0-10.0h；恒温时间结束后停止搅拌，静置3.0-5.0h后调整到纺丝温度，原料经过计量泵后进行纺丝。本发明具有能够连续稳定纺丝，且能得到丝径细且均一性好的中间相沥青原丝的优点。

Description

纺丝用中间相沥青原料的预处理方法
技术领域
本发明涉及一种沥青原料的预处理方法，具体涉及一种纺丝用中间相沥青原料的预处理方法。
技术背景
碳纤维具有密度小、强度大及耐热好等优点，对特种设备特别是航空航天器的发展起到举足轻重的作用。目前来说根据原料的不同主要有PAN(聚丙烯腈)基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维三大种类。沥青基碳纤维主要分为中间相沥青碳纤维及通用级沥青碳纤维，其中中间相沥青碳纤维由于其高导热、高模量、耐高温、耐腐蚀、膨胀系数小等优异的物化性能，航空航天器材对其的依赖性越来越大。目前纺丝用中间相沥青原料主要源自合成、煤渣油或沥青调制、石油渣油或沥青调制等。
合成中间相沥青原料中含有一定量的单体未脱除，而渣油或者沥青调制的中间相沥青原料中则轻组分等含量较多；另外，合成或者调制的中间相原料中均含有一定程度的水分或者空气、惰性气体等杂质。由此中间相沥青直接进行纺丝，可能造成纺丝过程中存在断丝现象频繁、丝径不均一、纤维难以细旦化等现象。断丝现象频繁可以决定沥青原料的取舍，而中间相沥青纤维丝束内丝径较粗、丝径不均一对后处理有较大的影响。丝束较粗则不容易预氧化，且高耗能；而丝径不均一的纤维束的预氧化所需温度及时间均有差异，同一束丝在相同预氧化条件下的强度则相差较大。因此要得到纤维性能相差比较小的碳纤维，则要求控制原丝的直径及分布。而要得到能够连续稳定纺丝且直径细、丝径均一的中间相沥青纤维，要求严格控制原料内部所含水分、空气等气泡、单体以及调节轻组分的含量。
发明内容
本发明旨在提供一种纺丝用中间相沥青原料的预处理方法，用该方法处理过的原料能够连续稳定纺丝，且能得到丝径细且均一性好的中间相沥青原丝。
本发明所采用的技术方案是：
(1)将中间相沥青原料用研钵将其磨碎，过200目筛，使得中间相沥青颗粒最大直径在80μm以下；
(2)将中间相沥青原料加入纺丝釜内，通入高纯氮气置换三次后，一直用高纯氮气对原料进行鼓泡，鼓泡的气量控制在0.5ml/g/h-10.0ml/g/h；
(3)加热釜内原料至软化点以上40-100℃，对熔融中间相沥青进行搅拌,热处理时间为1.0-15.0h。
(4)热处理结束待釜内温度降到软化点以下时，停止鼓泡；将釜内温度加热至软化点以上40-90℃；对熔融中间相沥青进行搅拌，同时对釜内进行抽真空，恒温抽真空时间为1.0-10.0h；
(5)恒温时间结束后停止搅拌，静置3.0-5.0h后调整到纺丝温度，原料经过计量泵后进行纺丝。
本发明具有以下优点：
本发明所涉及的方法采用鼓泡热处理，以及抽真空热处理。能够脱除中间相沥青原料中所含水分、空气、惰性气体、残余单体、调节轻组分含量，从而能够调节中间相沥青原料的纺丝性能。具有以下有点：①中间相沥青原料可以长时间连续稳定纺丝；②纤维细旦化且能够有效控制；③纤维直径的均一性得到提高；④经过后处理的中间相沥青纤维的力学性能丝之间相差较小。
具体实施方式
为了更好理解本发明内容，下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所述的范围。实施例1
本实施例所使用的原料为精萘合成的中间相沥青原料，软化点为258℃。
步骤一：将中间相沥青原料进行研磨，过200目筛，使得中间相沥青颗粒直径在80μm以下。
步骤二：将中间相沥青原料加入纺丝釜内，通入高纯氮气置换三次后，一直对原料进行鼓泡，气流流量控制在0.9ml/g/h。
步骤三：加热釜内原料至340℃，控制热处理时间为4.0h。
步骤四：釜内温度升至340℃后对熔融中间相沥青进行搅拌，使得充分热处理。
步骤五：处理结束待釜内温度降到软化点以下时，停止鼓泡。将釜内温度升至335℃，同时对釜内进行抽真空，恒温抽真空时间控制在4.0h。
步骤六：温度升至335℃时候对原料进行搅拌。
步骤七：恒温时间结束后停止搅拌，静置3.5h后将釜内温度调整到纺丝温度308℃，原料经过计量泵后，通过150孔喷丝板进行纺丝。
由本实施例预处理的中间相沥青原料经纺丝时，有如下几个特点：
1、中间相沥青原料的挥发份含量由处理前的22.79％降低到21.03％；
2、纺丝过程中极少发生断丝现象，其连续可纺长度可达10000米以上；
3、纤维平均丝径由处理前的13.75μm降低到11.50μm；
4、纤维丝径的离散系数由处理前的9.84％降低到1.25％。
实施例2
本实施例所使用的原料为石油沥青调制的中间相沥青原料，软化点为237℃。
步骤一：将中间相沥青原料进行研磨，过200目筛，使得中间相沥青颗粒直径在80μm以下。
步骤二：将中间相沥青原料加入纺丝釜内，通入高纯氮气置换三次后，一直对原料进行鼓泡，以3.8ml/g/h的流量对釜内原料进行鼓泡。
步骤三：加热釜内原料至325℃，控制热处理时间为3.0h。
步骤四：釜内温度升至325℃后对熔融中间相沥青进行搅拌，使得充分热处理。
步骤五：处理结束后将釜内温度降至软化点以下时，停止鼓泡。同时将釜内温度升至300℃进行抽真空处理，恒温抽真空时间控制在7.0h。
步骤六：温度升至300℃时对原料进行搅拌。
步骤七：恒温时间结束后停止搅拌，静置5.0h后将釜内温度调整到纺丝温度285℃，原料经过计量泵后，通过150孔喷丝板进行纺丝。
由本实施例预处理的石油中间相沥青原料经纺丝时，有如下几个特点：
1、中间相沥青原料的挥发份含量由处理前的27.46％降低到22.57％；
2、纺丝过程中较少发生断丝现象，其连续可纺长度可达5000米以上；
3、纤维平均丝径由处理前16.85μm降低到13.75μm；
4、纤维丝径离散系数由处理前的8.28％降低到2.07％。：
实施例3
本实施例所使用的原料为煤渣油调制的中间相沥青原料，软化点为281℃。
步骤一：将中间相沥青原料进行研磨，过200目筛，使得中间相沥青颗粒直径在80μm以下。
步骤二：将中间相沥青原料加入纺丝釜内，通入高纯氮气置换三次后，一直对原料进行鼓泡，以7.6ml/g/h的流量对釜内原料进行鼓泡。
步骤三：加热釜内原料至335℃，控制热处理时间为11.0h。
步骤四：釜内温度升至335℃后对熔融中间相沥青进行搅拌，使得充分热处理。
步骤五：处理结束后将釜内温度降至软化点以下时，停止鼓泡。同时将釜内温度升至325℃进行抽真空处理，恒温抽真空时间控制在9.5h。
步骤六：温度升至325℃时对原料进行搅拌。
步骤七：恒温时间结束后停止搅拌，静置4.0h后将釜内温度调整到纺丝温度327℃，原料经过计量泵后，通过150孔喷丝板进行纺丝。
由本实施例预处理的煤渣油中间相沥青原料经纺丝时，有如下几个特点：
1、中间相沥青原料的挥发份含量由处理前的32.78％降低到24.08％；
2、纺丝过程中较少发生断丝现象，其连续可纺长度可达3500米以上；
3、纤维平均丝径由处理前18.75μm降低到15.36μm；
4、纤维丝径离散系数由处理前的11.03％降低到3.25％。：
实施例4
本实施例所使用的原料为精萘合成的中间相沥青原料，软化点为272℃。
步骤一：将中间相沥青原料进行研磨，过200目筛，使得中间相沥青颗粒直径在80μm以下。
步骤二：将中间相沥青原料加入纺丝釜内，通入高纯氮气置换三次后，一直对原料进行鼓泡，气流流量控制在4.6ml/g/h。
步骤三：加热釜内原料至370℃，控制热处理时间为1.5h。
步骤四：釜内温度升至370℃后对熔融中间相沥青进行搅拌，使得充分热处理。
步骤五：处理结束待釜内温度降到软化点以下时，停止鼓泡。将釜内温度升至358℃，同时对釜内进行抽真空，恒温抽真空时间控制在2.5h。
步骤六：温度升至358℃时候对原料进行搅拌。
步骤七：恒温时间结束后停止搅拌，静置3.5h后将釜内温度调整到纺丝温度321℃，原料经过计量泵后，通过150孔喷丝板进行纺丝。
由本实施例预处理的中间相沥青原料经纺丝时，有如下几个特点：
1、中间相沥青原料的挥发份含量由处理前的28.40％降低到22.35％；
2、纺丝过程中极少发生断丝现象，其连续可纺长度可达10000米以上；
3、纤维平均丝径由处理前的12.50μm降低到10.25μm；
4、纤维丝径的离散系数由处理前的8.49％降低到0.78％。

Claims (1)

1.一种纺丝用中间相沥青原料的预处理方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将中间相沥青原料用研钵将其磨碎，过200目筛，使得中间相沥青颗粒最大直径在80μm以下；
(2)将中间相沥青原料加入纺丝釜内，通入高纯氮气置换三次后，一直用高纯氮气对原料进行鼓泡，鼓泡的气量控制在0.5ml/g/h~10.0ml/g/h；
(3)加热釜内原料至软化点以上40-100℃，对熔融中间相沥青进行搅拌,热处理时间为1.0-15.0h；
(4)热处理结束待釜内温度降到软化点以下时，停止鼓泡；将釜内温度加热至软化点以上40~90℃；对熔融中间相沥青进行搅拌，同时对釜内进行抽真空，恒温抽真空时间为1.0-10.0h；
(5)恒温时间结束后停止搅拌，静置3.0-5.0h后调整到纺丝温度，原料经过计量泵后进行纺丝。
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