CN106222801A - 一种碳纤维原丝的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碳纤维原丝的制备方法，所述方法包括：将预处理后的原丝进行初级干燥致密化，之后在饱和蒸汽环境中进行牵伸；再在过热蒸汽环境中进行牵伸；上油，干燥致密化，最后在富氧的过热蒸汽中牵伸，得到碳纤维原丝产品。利用所述方法生产得到的原丝，干燥致密化完善、强度高、原丝内部和表面“缺陷”少，不会在原丝的储存过程中产生松弛和强度降低的现象，制得的碳纤维原丝的纤度为0.90‑0.98d，CV为5.5‑7.2；强度为6.7‑6.9g/d，CV为6.5‑7.5。

Description

一种碳纤维原丝的制备方法
技术领域
本发明属于碳纤维原丝制备技术领域，涉及一种碳纤维原丝干燥致密化的方法。
背景技术
碳纤维是含碳量90％以上的纤维，利用有机纤维首先在氧化气氛中制成预氧化丝，然后在惰性气氛中加热到1000～3000℃时，逐步被除去有机纤维中的非碳元素。在这个过程中，纤维内部发生一系列脱氢、环化、交联等反应，得到成品碳纤维。碳纤维是在2000℃以上的高温惰性环境中唯一强度不下降的材料。
碳纤维具有高比强度、高比模量、耐烧蚀、耐磨、抗疲劳等优异性能。碳纤维既可作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用，因此碳纤维被推崇为三大高性能纤维之首。作为先进复合材料的增强纤维，已在卫星、运载火箭、战术导弹、飞机等航空航天领域大量使用。同时，在文体、交通、机械、建筑等民用领域也得到了不断地发展。
目前，大部分碳纤维生产厂家都采用聚丙烯腈基碳纤维原丝作为生产碳纤维的前驱体，这种原丝以丙烯腈为主要原料和共聚单体在溶剂中进行共聚，得到聚合原液，聚合原液经过脱单体、调整固含量浓度、多级过滤除去颗粒物和凝胶，然后进行凝固浴、预牵伸、水洗、热水牵伸、上油、干燥、卷绕等多道工序制得。
CN 102277645A公开了一种高性能聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法，该方法公开了：在干湿法纺丝设备上将聚丙烯腈纺丝原液从喷丝头挤出，经过一定长度的空气段后进入温度为0～40℃的凝固浴凝固成形得到初生原丝，控制第一卷绕辊的卷绕速度将初生原丝导入水洗浴中；将初生原丝在30～60℃水洗浴中水洗并拉伸1.2～2倍，然后在70～85℃的热水中拉伸1.5～2.5倍，最后在90～99℃的热水中拉伸1.5～3倍，得到二级热水拉伸原丝；将经过二级热水拉伸原丝在110～140℃的干热空气中进行干燥致密化，然后在120～170℃的饱和水蒸气中拉伸1.5～3倍；最后用去离子水洗涤以除去残留的溶剂，并干燥至恒重即得产品。
CN101513617A公开了一种碳纤维负载复合光催化膜的制备方法：先将基体碳纤维表面氧化处理后，通过氧化-还原技术在碳纤维的表面沉积钯，再通过溶胶-凝胶方法，过热蒸汽干燥技术和高温处理在PAN基碳纤维上负载复合光催化膜，其中的过热蒸汽既作为钛酸水解的水源，又作为干燥的热介质。并且其公开了将涂覆薄膜的纤维表面，通过过热蒸汽干燥，在100～200℃下干燥1～2h，升温速率为2℃/min，过热蒸汽既提供钛酸异丙酯水解的水源，又作为热介质干燥凝胶，同时，在水蒸汽的氛围下，抑制了表面水分的蒸发，从而防止表面的开裂。
适合氧化和碳化处理的碳纤维原丝需要在原丝微观上结构均匀、宏观上沿丝束性质一致，这样才能够避免原丝加工过程做所携带的“缺陷”带入后续工段，并且在氧化和碳化过程中放大，产生断丝，使得碳纤维的性质不均一，CV(变异系数)值过高。
国内生产的原丝普遍存在着原丝牵伸倍数不足，干燥致密化过程孔洞弥合程度不够，原丝强度过低的问题。纤维牵伸倍数不足会使得原丝纤度过高，在氧化和碳化的过程中沿原丝横截面在氧气气氛和氮气气氛中所处的条件差别较大，所得碳纤维沿横截面性质不均一；干燥致密化过程孔洞弥合程度不够，会造成原丝内部及表面存在孔洞，在氧化和碳化过程中产生断丝；原丝强度过低，即原丝内部取向度过低，会降低成品碳纤维内部结构的规整性，使碳纤维的强度下降。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种碳纤维原丝干燥致密化的方法，所述方法能够解决目前原丝生产过程中牵伸倍数不足，强度过低和在干燥致密化的过程中原丝内部及表面存在“缺陷”较多的问题，通过本方法生产得到的原丝，干燥致密化完善、强度高、原丝内部和表面“缺陷”少，不会在原丝的储存过程中产生松弛和强度降低的现象。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种碳纤维原丝的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将预处理后的原丝进行初级干燥致密化，得到第一原丝；
(2)将第一原丝在饱和蒸汽环境中进行牵伸，得到第二原丝；
(3)将第二原丝在过热蒸汽环境中进行牵伸，得到第三原丝；
(4)在第三原丝表面上油，得到第四原丝；
(5)将第四原丝进行干燥致密化，得到第五原丝；
(6)将第五原丝在富氧的过热蒸汽中牵伸，得到第六原丝，即为碳纤维原丝产品。
步骤(1)是进行原丝的干燥并进行部分致密化的过程，原丝经过热水牵伸后，含水量一般为30-90％，在步骤(1)中经干燥原丝含水量降低至20-30％，并且在部分致密化的过程中原丝因含水量减少产生的孔洞体积减少。
步骤(1)所述的预处理为：将喷丝头喷出的原丝经过凝固浴，预牵伸，水洗，热水牵伸，上油。
优选地，所述热水牵伸后的原丝含水量为30-90％，如32％、35％、38％、40％、42％、45％、48％、50％、60％、70％、80％或85％等。所述含水量是指水的质量百分含量。
优选地，所述上油后的原丝中含油量为原丝重量的0.1-10％，如0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％等。
步骤(1)所述初级干燥致密化在干燥机的辊轮上进行，辊轮中通入饱和蒸汽，饱和蒸汽的压力为0.1-3.0MPa，如0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1MPa、1.2MPa、1.5MPa、1.8MPa、2MPa、2.5MPa或2.8MPa等，所述饱和蒸汽的温度为110-298℃，如120℃、150℃、180℃、200℃、210℃、230℃、250℃、280℃或290℃等。
优选地，所述预处理后的原丝在辊轮表面的停留时间为1-60min，如3min、5min、8min、10min、12min、15min、18min、20min、30min、40min、50min或55min等。
优选地，所述辊轮的牵伸比为1-6，如2、3、4、5或5.5等。
优选地，步骤(1)所述第一原丝的含水量为20-30％，如22％、23％、25％、27％或29％等。所述含水量是指水的质量百分含量。
作为优选的技术方案，所述步骤(1)具体为：将喷丝头喷出的原丝经过凝固浴凝固、预牵伸、水洗、热水牵伸和上油，得到待处理原丝，将待处理原丝在辊轮表面进行初级干燥致密化，辊轮中通入饱和蒸汽，饱和蒸汽的压力为0.1-3.0MPa，所述饱和蒸汽的温度为110-298℃，待处理原丝在辊轮表面的停留时间为1-60min，设定辊轮的牵伸比为1-6，得到含水量为20-30％的第一原丝。
步骤(2)是提高牵伸倍数的过程，在步骤(2)中，原丝中大分子链间存留的水分起到增塑剂的作用，使得在此步骤中能够获得较大的牵伸倍数，并且在牵伸的过程中由于水分子的存在，大分子能够较为容易的进行取向和滑移形成有序的分子排列结构。
步骤(2)所述饱和蒸汽的压力为0.1-3.0MPa，如0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1MPa、1.2MPa、1.5MPa、1.8MPa、2MPa、2.5MPa或2.8MPa等。
优选地，步骤(2)所述饱和蒸汽的温度为110-298℃，如120℃、150℃、180℃、200℃、210℃、230℃、250℃、280℃或290℃等。
优选地，步骤(2)中所述第一原丝在饱和蒸汽环境中的停留时间为1-10min，如1min、2min、3min、5min、7min、8min或9min等。
优选地，步骤(2)所述牵伸的牵伸比为2-6，如3、3.5、4、4.5、5或5.5等。
在饱和蒸汽环境中，原丝内的分子链间存在着大量水分子，在牵伸张力的作用下，水分作为增塑剂，促进原丝进行牵伸，提高丝束的牵伸倍数。
步骤(3)是提高牵伸倍数同时进行水分脱除的过程，在本步工序中，在水分子作为增塑剂的作用下，获得较大的牵伸倍数，并进一步提高原丝中分子链的取向度。并且由于本步工序采用过热蒸汽，通过传热过程使得剩余水分进一步蒸发。
步骤(3)所述过热蒸汽的压力为0.1-3.0MPa，如0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1MPa、1.2MPa、1.5MPa、1.8MPa、2MPa、2.5MPa或2.8MPa等。
优选地，步骤(3)所述过热蒸汽的过热度5-50℃，如8℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃或45℃等，过热蒸汽的温度为115-348℃，如120℃、130℃、150℃、180℃、200℃、230℃、250℃、280℃、300℃、310℃、330℃或340℃等。
优选地，步骤(3)中第二原丝在过热蒸汽环境中的停留时间为1-10min，如1min、2min、3min、5min、7min、8min或9min等。
优选地，步骤(3)所述的第三原丝的含水量为10-15％，如11％、12％、13％、14％或14.5％等。所述含水量是指水的质量百分含量。
优选地，步骤(3)所述牵伸的牵伸比为3-6，如3.5、4、4.5、5或5.5等。
由于过热蒸汽的过热度较高，蒸汽和原丝进行气固两相传热，使得原丝进一步的脱水和干燥致密化。在步骤(3)中，提供较大的牵伸倍数，使原丝取向度提高，强度提高。
步骤(4)通过上油槽对第三原丝上油，在原丝表面形成油膜，使丝束具有一定的抱合性，并且避免丝束内原丝相互缠绕和粘结。
优选地，步骤(4)中第三原丝的上油量为第三原丝重量的0.1-10％，如0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％等。
步骤(5)是完成干燥致密化过程并且最终脱水的过程，在本工序中脱除水分产生的孔洞全部弥合，使原丝内部“缺陷”减少，原丝横截面呈圆形，表面光滑，并且干燥至含水量0.1-1％，所述含水量是指水的质量百分含量。
步骤(5)所述干燥致密化在干燥机的辊轮上进行，辊轮中通入饱和蒸汽，所述饱和蒸汽的压力为0.1-3.0MPa，如0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1MPa、1.2MPa、1.5MPa、1.8MPa、2MPa、2.5MPa或2.8MPa等，所述饱和蒸汽的温度为110-298℃，如120℃、150℃、180℃、200℃、210℃、230℃、250℃、280℃或290℃等。
优选地，所述辊轮的牵伸比为1-3，如1.2、1.3、1.5、1.8、2、2.2、2.3、2.5或2.8等。
优选地，所述第四原丝在辊轮表面的停留时间为2-25min，如5min、8min、10min、12min、15min、18min、20min、22min或24min等。
优选地，步骤(5)所述第五原丝的含水量为0.1-1％，如0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％或0.9％等。所述含水量是指水的质量百分含量。
上油后的原丝进入级间热辊完成干燥致密化过程，在热辊表面，原丝中由于水分蒸发产生的孔洞发生弥合，形成均性质较为均一的原丝。
步骤(6)是固化原丝内部大分子链段取向度的过程，过热蒸汽提供较高的温度，在此温度下，过热蒸汽中的氧气与原丝中的链段进行氧化反应，使原丝内部分子进行环化和交联，保持分子链的取向度在后续过程中不发生变化。
步骤(6)所述的富氧的过热蒸汽中含氧量为10-30v％，如12v％、15v％、18v％、20v％、22v％、25v％或28v％等。所述v％指体积百分含量。
优选地，步骤(6)所述富氧的过热蒸汽的压力为4-6MPa，如4.2MPa、4.5MPa、4.8MPa、5.0MPa、5.2MPa、5.5MPa或5.8MPa等。
优选地，步骤(6)所述富氧的过热蒸汽的过热度为20-80℃，如22、25、28、30、40、50、60、70或75等，温度为270-355℃，如275℃、280℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃或350℃等。
优选地，步骤(6)中第五原丝在富氧的过热蒸汽中的停留时间为5-15min，如6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min或14min等。
优选地，步骤(6)所述牵伸的牵伸比为1-2，如1.2、1.3、1.5、1.8或1.9等。
优选地，步骤(6)所述的第六纤维的含氧量为0.1-15％，如0.3％、0.5％、0.8％、1％、2％、3％、5％、8％、10％、12％或14％等。所述含氧量为质量百分含量。
第五原丝进入富氧的过热蒸汽中，在这个工序中原丝在高温过热蒸汽提供的热量下，在富氧气氛中部分氧化，使得在蒸汽牵伸中原丝内部分子链段产生的取向能够固化，保持原丝的强度。
本发明所述的牵伸一般是指在辊轮上的牵伸。
作为优选的技术方案，所述碳纤维原丝的制备方法包括如下步骤：
(1)将喷丝头喷出的原丝经过凝固浴，预牵伸，水洗，热水牵伸，上油，得到待处理原丝，将待处理原丝在辊轮表面进行初级干燥致密化，辊轮中通入饱和蒸汽，饱和蒸汽的压力为0.1-3.0MPa，所述饱和蒸汽的温度为110-298℃，待处理原丝在辊轮表面的停留时间为1-60min，设定辊轮的牵伸比为1-6，得到含水量为20-30％的第一原丝；
(2)将第一原丝在压力为0.1-3.0MPa，温度为110-298℃的饱和蒸汽环境中进行牵伸，牵伸比为2-6，停留时间为1-10min，得到第二原丝；
(3)将第二原丝在压力为0.1-3.0MPa，温度为115-348℃的过热蒸汽环境中进行牵伸，牵伸比为3-6，停留时间为1-10min，得到含水量为10-15％第三原丝；
(4)通过上油槽对第三原丝上油，上油量为第三原丝重量的0.1-10％，得到第四原丝；
(5)将第四原丝在干燥机的辊轮上进行干燥致密化，辊轮中通入饱和蒸汽，饱和蒸汽的压力为0.1-3.0MPa，温度为110-298℃，辊轮的牵伸比为1-3，停留时间为2-25min，得到含水量为0.1-1％的第五原丝；
(6)将第五原丝在含氧量为10-30v％的富氧的过热蒸汽中牵伸，富氧的过热蒸汽的压力为4-6MPa，温度为270-355℃，牵伸比为1-2，停留时间为5-15min，得到含氧量为0.1-15％的第六原丝，即为碳纤维原丝产品。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的碳纤维原丝的制备方法能够解决目前原丝生产过程中牵伸倍数不足，强度过低和在干燥致密化的过程中原丝内部及表面存在“缺陷”较多的问题，通过本方法生产得到的原丝，干燥致密化完善、强度高、原丝内部和表面“缺陷”少，不会在原丝的储存过程中产生松弛和强度降低的现象(“缺陷”主要指纤维的内部孔洞及表面不光滑。不产生松弛是由于在氧化的过程有纤维由线性分子转化为梯形结构，使纤维内的分子形式固化，同时避免了由于松弛产生的强度降低)，制得的碳纤维原丝的纤度为0.90-0.98d，CV为5.5-7.2；强度为6.7-6.9g/d，CV为6.5-7.5。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种碳纤维原丝的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备的纺丝原液经过滤，通过纺丝计量泵进入喷丝板开始纺丝，经凝固浴、预牵伸、水洗、热水牵伸和上油后进入本发明所述的干燥致密化工段进行干燥致密化处理，进入干燥致密化工段前，原丝含水量为62％；干燥机热辊中通入饱和蒸汽压力为0.5MPa，温度为152℃，在热辊表面停留时间为7.5min，干燥后含水量为21％，牵伸比为2.0；
(2)出干燥机后丝束进入饱和蒸汽牵伸工序，饱和蒸汽压力为0.5MPa，温度为152℃，停留时间为3.5min，牵伸比为4.0；
(3)丝束进入过热蒸汽牵伸工序，蒸汽压力为0.7MPa，蒸汽过热度20℃，蒸汽温度为185℃，原丝在过热蒸汽环境中停留时间为3.5min，牵伸比3.5，原丝含水量由21％干燥至13％；
(4)原丝进入上油槽进行上油，上油量为原丝重量的0.5％；
(5)上油后的丝束进入级间热辊完成干燥致密化过程，蒸汽压力为1.4MPa，蒸汽温度为198℃，原丝在热辊表面停留时间为15min，牵伸比1.5；
(6)从热辊表面进行干燥致密化之后的丝束进入富氧过热蒸汽中进行处理，蒸汽压力为4.5MPa，过热度50℃，蒸汽温度为307℃，原丝停留时间为5min，牵伸比为1.01，富氧过热蒸汽含氧量为20v％，经处理后原丝含氧量为3.5％。
所得原丝纤度为0.98d，CV值5.5；强度为6.9g/d，CV值6.5。
实施例2
一种碳纤维原丝的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备的纺丝原液经过滤，通过纺丝计量泵进入喷丝板开始纺丝，经凝固浴、预牵伸、水洗、热水牵伸和上油后进入本发明所述的干燥致密化工段进行干燥致密化处理，进入干燥致密化工段前，原丝含水量为62％；干燥机热辊中通入饱和蒸汽压力为0.6MPa，温度为158℃，在热辊表面停留时间为6.0min，干燥后含水量为26％，牵伸比为2.5；
(2)出干燥机后丝束进入饱和蒸汽牵伸工序，饱和蒸汽压力为0.6MPa，温度为158℃，停留时间为4.0min，牵伸比为4.5；
(3)丝束进入过热蒸汽牵伸工序，蒸汽压力为1.0MPa，蒸汽过热度20℃，蒸汽温度为199℃，原丝在过热蒸汽环境中停留时间为2.5min，牵伸比4.0，原丝含水量由21％干燥至11％；
(4)原丝进入上油槽进行上油，上油量为原丝重量的0.5％；
(5)上油后的丝束进入级间热辊完成干燥致密化过程，蒸汽压力为1.3MPa，蒸汽温度为188℃，原丝在热辊表面停留时间为20min，牵伸比2；
(6)从热辊表面进行干燥致密化之后的丝束进入富氧过热蒸汽中进行处理，蒸汽压力为5.0MPa，过热度40℃，蒸汽温度为326℃，原丝停留时间为5min，牵伸比为1.03，富氧过热蒸汽含氧量为30v％，经处理后原丝含氧量为5％。
所得原丝纤度为0.95d，CV值6.4；强度为6.7g/d，CV值7.0。
实施例3
一种碳纤维原丝的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备的纺丝原液经过滤，通过纺丝计量泵进入喷丝板开始纺丝，经凝固浴、预牵伸、水洗、热水牵伸和上油后进入本发明所述的干燥致密化工段进行干燥致密化处理，进入干燥致密化工段前，原丝含水量为62％；干燥机热辊中通入饱和蒸汽压力为0.7MPa，温度为165℃，在热辊表面停留时间为6.0min，干燥后含水量为23％，牵伸比为2.5；
(2)出干燥机后丝束进入饱和蒸汽牵伸工序，饱和蒸汽压力为0.7MPa，温度为165℃，停留时间为4.0min，牵伸比为4.5；
(3)丝束进入过热蒸汽牵伸工序，蒸汽压力为1.1MPa，蒸汽过热度20℃，蒸汽温度为204℃，原丝在过热蒸汽环境中停留时间为2.5min，牵伸比4.0，原丝含水量由21％干燥至10％；
(4)原丝进入上油槽进行上油，上油量为原丝重量的0.5％；
(5)上油后的丝束进入级间热辊完成干燥致密化过程，蒸汽压力为0.8MPa，蒸汽温度为165℃，原丝在热辊表面停留时间为25min，牵伸比2；
(6)从热辊表面进行干燥致密化之后的丝束进入富氧过热蒸汽中进行处理，蒸汽压力为5.0MPa，过热度45℃，蒸汽温度为336℃，原丝停留时间为5min，牵伸比为1.03，富氧过热蒸汽含氧量为30v％，经处理后原丝含氧量为5.4％。
所得原丝纤度为0.95d，CV值7.0；强度为6.9g/d，CV值7.5。
实施例4
一种碳纤维原丝的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备的纺丝原液经过滤，通过纺丝计量泵进入喷丝板开始纺丝，经凝固浴、预牵伸、水洗、热水牵伸和上油后进入本发明所述的干燥致密化工段进行干燥致密化处理，进入干燥致密化工段前，原丝含水量为62％；干燥机热辊中通入饱和蒸汽压力为1.0MPa，温度为176℃，在热辊表面停留时间为8.0min，干燥后含水量为25％，牵伸比为3.0；
(2)出干燥机后丝束进入饱和蒸汽牵伸工序，饱和蒸汽压力为0.8MPa，温度为175℃，停留时间为4.5min，牵伸比为4.5；
(3)丝束进入过热蒸汽牵伸工序，蒸汽压力为1.2MPa，蒸汽过热度20℃，蒸汽温度为204℃，原丝在过热蒸汽环境中停留时间为3.0min，牵伸比5.0，原丝含水量由21％干燥至12％；
(4)原丝进入上油槽进行上油，上油量为原丝重量的0.5％；
(5)上油后的丝束进入级间热辊完成干燥致密化过程，蒸汽压力为1.0MPa，蒸汽温度为172℃，原丝在热辊表面停留时间为16min，牵伸比2.5；
(6)从热辊表面进行干燥致密化之后的丝束进入富氧过热蒸汽中进行处理，蒸汽压力为4.5MPa，过热度60℃，蒸汽温度为345℃，原丝停留时间为8min，牵伸比为1.05，富氧过热蒸汽含氧量为25v％，经处理后原丝含氧量为6％。
所得原丝纤度为0.93d，CV值6.8；强度为6.8g/d，CV值7.5。
实施例5
一种碳纤维原丝的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备的纺丝原液经过滤，通过纺丝计量泵进入喷丝板开始纺丝，经凝固浴、预牵伸、水洗、热水牵伸和上油后进入本发明所述的干燥致密化工段进行干燥致密化处理，进入干燥致密化工段前，原丝含水量为62％；干燥机热辊中通入饱和蒸汽压力为1.0MPa，温度为198℃，在热辊表面停留时间为9.0min，干燥后含水量为20％，牵伸比为3.5；
(2)出干燥机后丝束进入饱和蒸汽牵伸工序，饱和蒸汽压力为0.9MPa，温度为180℃，停留时间为4.0min，牵伸比为5.5；
(3)丝束进入过热蒸汽牵伸工序，蒸汽压力为1.3MPa，蒸汽过热度20℃，蒸汽温度为210℃，原丝在过热蒸汽环境中停留时间为3.0min，牵伸比5.0，原丝含水量由21％干燥至12％；
(4)原丝进入上油槽进行上油，上油量为原丝重量的0.5％；
(5)上油后的丝束进入级间热辊完成干燥致密化过程，蒸汽压力为1.2MPa，蒸汽温度为185℃，原丝在热辊表面停留时间为17min，牵伸比3；
(6)从热辊表面进行干燥致密化之后的丝束进入富氧过热蒸汽中进行处理，蒸汽压力为5.5MPa，过热度55℃，蒸汽温度为350℃，原丝停留时间为7min，牵伸比为1.05，富氧过热蒸汽含氧量为28v％，经处理后原丝含氧量为5.8％。
所得原丝纤度为0.90d，CV值7.2；强度为6.9g/d，CV值7.5。
实施例6
一种碳纤维原丝的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备的纺丝原液经过滤，通过纺丝计量泵进入喷丝板开始纺丝，经凝固浴、预牵伸、水洗、热水牵伸和上油后进入本发明所述的干燥致密化工段进行干燥致密化处理，进入干燥致密化工段前，原丝含水量为62％；干燥机热辊中通入饱和蒸汽，压力为0.1MPa，温度为110℃，在热辊表面停留时间为60min，干燥后含水量为30％，牵伸比为1；
(2)出干燥机后丝束进入饱和蒸汽牵伸工序，饱和蒸汽压力为0.1MPa，温度为110℃，停留时间为10min，牵伸比为2；
(3)丝束进入过热蒸汽牵伸工序，蒸汽压力为3.0MPa，蒸汽温度为348℃，原丝在过热蒸汽环境中停留时间为1min，牵伸比3，原丝含水量由21％干燥至10％；
(4)原丝进入上油槽进行上油，上油量为原丝重量的0.1％；
(5)上油后的丝束进入级间热辊完成干燥致密化过程，蒸汽压力为3.0MPa，蒸汽温度为298℃，原丝在热辊表面停留时间为2min，牵伸比2；
(6)从热辊表面进行干燥致密化之后的丝束进入富氧过热蒸汽中进行处理，蒸汽压力为4MPa，蒸汽温度为270℃，原丝停留时间为5min，牵伸比为1，富氧过热蒸汽含氧量为10v％，经处理后原丝含氧量为0.1％。
所得原丝纤度为0.98d，CV值7.2；强度为6.7g/d，CV值7.5。
实施例7
一种碳纤维原丝的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备的纺丝原液经过滤，通过纺丝计量泵进入喷丝板开始纺丝，经凝固浴、预牵伸、水洗、热水牵伸和上油后进入本发明所述的干燥致密化工段进行干燥致密化处理，进入干燥致密化工段前，原丝含水量为62％；干燥机热辊中通入饱和蒸汽压力为3.0MPa，温度为298℃，在热辊表面停留时间为1min，干燥后含水量为25％，牵伸比为6；
(2)出干燥机后丝束进入饱和蒸汽牵伸工序，饱和蒸汽压力为3.0MPa，温度为298℃，停留时间为1min，牵伸比为6；
(3)丝束进入过热蒸汽牵伸工序，蒸汽压力为0.1MPa，蒸汽温度为115℃，原丝在过热蒸汽环境中停留时间为10min，牵伸比6，原丝含水量由21％干燥至13％；
(4)原丝进入上油槽进行上油，上油量为原丝重量的10％；
(5)上油后的丝束进入级间热辊完成干燥致密化过程，蒸汽压力为0.1MPa，蒸汽温度为110℃，原丝在热辊表面停留时间为10min，牵伸比1；
(6)从热辊表面进行干燥致密化之后的丝束进入富氧过热蒸汽中进行处理，蒸汽压力为6MPa，蒸汽温度为355℃，原丝停留时间为15min，牵伸比为2，富氧过热蒸汽含氧量为30v％，经处理后原丝含氧量为15％。
所得原丝纤度为0.98d，CV值7.2；强度为6.7g/d，CV值7.5。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维原丝的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将预处理后的原丝进行初级干燥致密化，得到第一原丝；
(2)将第一原丝在饱和蒸汽环境中进行牵伸，得到第二原丝；
(3)将第二原丝在过热蒸汽环境中进行牵伸，得到第三原丝；
(4)在第三原丝表面上油，得到第四原丝；
(5)将第四原丝进行干燥致密化，得到第五原丝；
(6)将第五原丝在富氧的过热蒸汽中牵伸，得到第六原丝，即为碳纤维原丝产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的预处理为：将喷丝头喷出的原丝经过凝固浴，预牵伸，水洗，热水牵伸，上油；
优选地，所述热水牵伸后的原丝含水量为30-90％；
优选地，所述上油后的原丝中含油量为原丝重量的0.1-10％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述初级干燥致密化在干燥机的辊轮上进行，辊轮中通入饱和蒸汽，饱和蒸汽的压力为0.1-3.0MPa，所述饱和蒸汽的温度为110-298℃；
优选地，所述预处理后的原丝在辊轮表面的停留时间为1-60min；
优选地，所述辊轮的牵伸比为1-6；
优选地，步骤(1)所述第一原丝的含水量为20-30％。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：将喷丝头喷出的原丝经过凝固浴凝固、预牵伸、水洗、热水牵伸和上油，得到待处理原丝，将待处理原丝在辊轮表面进行初级干燥致密化，辊轮中通入饱和蒸汽，饱和蒸汽的压力为0.1-3.0MPa，所述饱和蒸汽的温度为110-298℃，待处理原丝在辊轮表面的停留时间为1-60min，设定辊轮的牵伸比为1-6，得到含水量为20-30％的第一原丝。
5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述饱和蒸汽的压力为0.1-3.0MPa；
优选地，步骤(2)所述饱和蒸汽的温度为110-298℃；
优选地，步骤(2)中所述第一原丝在饱和蒸汽环境中的停留时间为1-10min；
优选地，步骤(2)所述牵伸的牵伸比为2-6。
6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述过热蒸汽的压力为0.1-3.0MPa；
优选地，步骤(3)所述过热蒸汽的过热度5-50℃，过热蒸汽的温度为115-348℃；
优选地，步骤(3)中第二原丝在过热蒸汽环境中的停留时间为1-10min；
优选地，步骤(3)所述的第三原丝的含水量为10-15％；
优选地，步骤(3)所述牵伸的牵伸比为3-6。
7.根据权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，步骤(4)通过上油槽对第三原丝上油；
优选地，步骤(4)中第三原丝的上油量为第三原丝重量的0.1-10％。
8.根据权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述干燥致密化在干燥机的辊轮上进行，辊轮中通入饱和蒸汽，所述饱和蒸汽的压力为0.1-3.0MPa，温度为110-298℃；
优选地，所述辊轮的牵伸比为1-3；
优选地，所述第四原丝在辊轮表面的停留时间为2-25min；
优选地，步骤(5)所述第五原丝的含水量为0.1-1％。
9.根据权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，步骤(6)所述的富氧的过热蒸汽中含氧量为10-30v％；
优选地，步骤(6)所述富氧的过热蒸汽的压力为4-6MPa；
优选地，步骤(6)所述富氧的过热蒸汽的过热度为20-80℃，温度为270-355℃；
优选地，步骤(6)中第五原丝在富氧的过热蒸汽中的停留时间为5-15min；
优选地，步骤(6)所述牵伸的牵伸比为1-2；
优选地，步骤(6)所述的第六纤维的含氧量为0.1-15％。
10.根据权利要求1-9之一所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将喷丝头喷出的原丝经过凝固浴，预牵伸，水洗，热水牵伸，上油，得到待处理原丝，将待处理原丝在辊轮表面进行初级干燥致密化，辊轮中通入饱和蒸汽，饱和蒸汽的压力为0.1-3.0MPa，所述饱和蒸汽的温度为110-298℃，待处理原丝在辊轮表面的停留时间为1-60min，设定辊轮的牵伸比为1-6，得到含水量为20-30％的第一原丝；
(2)将第一原丝在压力为0.1-3.0MPa，温度为110-298℃的饱和蒸汽环境中进行牵伸，牵伸比为2-6，停留时间为1-10min，得到第二原丝；
(3)将第二原丝在压力为0.1-3.0MPa，温度为115-348℃的过热蒸汽环境中进行牵伸，牵伸比为3-6，停留时间为1-10min，得到含水量为10-15％第三原丝；
(4)通过上油槽对第三原丝上油，上油量为第三原丝重量的0.1-10％，得到第四原丝；
(5)将第四原丝在干燥机的辊轮上进行干燥致密化，辊轮中通入饱和蒸汽，饱和蒸汽的压力为0.1-3.0MPa，温度为110-298℃，辊轮的牵伸比为1-3，停留时间为2-25min，得到含水量为0.1-1％的第五原丝；
(6)将第五原丝在含氧量为10-30％的富氧的过热蒸汽中牵伸，富氧的过热蒸汽的压力为4-6MPa，温度为270-355℃，牵伸比为1-2，停留时间为5-15min，得到含氧量为0.1-15％的第六原丝，即为碳纤维原丝产品。
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