CN113249826B - 一种高碳元素含量的石墨化碳纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碳纤维制备技术领域，具体公开了一种高碳元素含量的石墨化碳纤维及其制备方法，包括如下步骤：步骤1，对前驱体纤维依次预氧化处理、低温碳化处理和高温碳化处理，得到碳纤维；步骤2，对步骤1得到的碳纤维进行石墨化处理，得到石墨化碳纤维；本发明通过纤维制备过程中全线工艺耦合设计，尤其是石墨结构形成的高温碳化阶段优化设计，提供了一种在低于2000℃石墨化处理，即可得到含碳量99％以上的电热材料用石墨化碳纤维，有助于最终石墨化碳纤维成本控制，且产品电阻率低，导电性能好。

Description

一种高碳元素含量的石墨化碳纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及碳纤维制备技术领域，具体涉及一种高碳元素含量的石墨化碳纤维及其制备方法。
背景技术
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维主要流程包括PAN原丝制备、预氧化、低温碳化和高温碳化，其中高温碳化是制备碳纤维关键，因为在该阶段中，非碳元素逐渐溢出、碳元素富集，纤维内部逐渐形成具有导电性的石墨结构。经过高温碳化处理后碳纤维主要由碳元素组成，碳元素及石墨结构的存在赋予了碳纤维优异的导电性，虽然碳纤维的导电性低于传统的金属材料，但是作为一种非金属导体，加之高强度、高模量、耐腐蚀、热膨胀系数小等系列优点，也是格外受到关注，尤其是随着近年来碳纤维加热管、碳纤维加热线、碳纤维地暖等产品普及，使碳纤维成为广为备受青睐的电热材料。
目前市场上电热材料用碳纤维多以标准模量(230～250GPa)或中等模量(250～300GPa)PAN基碳纤维为主，这类纤维特点是含碳量较低，约92％～95％，除了碳元素以外，该碳纤维还会存在O、N、H等其他非碳元素。由于非碳元素存在，使其导电性能受到一定限制；另一方面，当这类纤维材料作为电热材料长期使用时，非碳元素的存在也会影响使用寿命，并导致材料的寿命下降。
石墨化碳纤维(又称石墨纤维)是在碳纤维基础上经过进一步石墨化处理制备得到，经过高温石墨化处理后，纤维内部碳元素进一步富集，可由处理之前含碳量＜95％提高到处理后的99％以上。目前市场上已有成熟商品化的PAN基石墨纤维，如日本东丽M40J、M50J等MJ系列型号产品，但在其生产过程中，石墨化处理温度往往超过2200℃，最高温度甚至达到2800℃以上，而如此高温下的热处理会导致纤维生产成本增加，而且随着石墨化温度提高，装备运行寿命也会随之下降。此外，为了保障石墨化装置在高温下连续运行，必须要大量采用更高纯度的惰性气体如氩气予以保护，上述因素均导致了石墨纤维成本进一步增加，因此目前市场上MJ系列产品价格往往是中等模量PAN基碳纤维数倍甚至数十倍。
如CN 108101047 A中公开的一种多温区连续式超高温石墨化炉，针对的就是碳纤维的高温石墨化处理，设备复杂，成本相对较高；CN105442096 A公开了一种降低聚丙烯腈基碳纤维石墨化温度的方法，该方法能够显著降低石墨化温度80～400℃，于1300℃～1900℃条件下实现碳纤维高温石墨化，但其改型过程非常繁琐，需要对聚丙烯腈原丝进行长时间多步骤的改性，不利于工业化的生产和推广。
发明内容
本发明针对现有技术中必须要在极高温度下石墨化才能提高碳含量，且成本较高的问题，提供一种能够在2000℃以下实现石墨化碳纤维的制备方法，且得到的石墨化碳纤维的碳含量在99.5％以上。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高碳元素含量的石墨化碳纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，对前驱体纤维依次预氧化处理、低温碳化处理和高温碳化处理，得到碳纤维；
步骤2，对步骤1得到的碳纤维进行石墨化处理，得到所述高碳元素含量的石墨化碳纤维。
高温碳化是碳纤维内部形成石墨结构的关键阶段，而石墨结构则是碳纤维具备优异导电性的基础，因此，本发明核心特征在于通过碳纤维制备过程中关键高温碳化工艺优化和结构控制，实现纤维内部石墨结构优化调控，从而为纤维高导电性奠定基础；另一方面，随着高温碳化阶段纤维内部石墨结构有序化提升，有利于后续在低温环境下石墨化处理制备得到石墨纤维，进而控制石墨纤维的制备成本，为石墨纤维长时间批量化稳定制备奠定基础。
步骤1中，所述前驱体纤维为聚丙烯腈纤维，采用湿法、干法或干喷湿法制备得到，纤维丝束规格为1～48K，直径8～12μm。
步骤1中，所述预氧化处理为2～4温区的梯度分布空气热处理，温度区间200～300℃，相邻温区之间温度差为10～30℃。在预氧化阶段，前驱体纤维经过空气热处理后纤维内部线型分子链结构逐渐转变为梯型结构，这种结构有利于后续碳化过程中不熔不燃，也是制备碳纤维关键步骤之一。
步骤1中，所述低温碳化处理为3～7温区的梯度分布空气热处理，温度区间300～1500℃，相邻温区之间温度差为100～300℃。低温碳化阶段，纤维内部非碳元素如氧、氢等逐渐溢出，碳元素富集，为后续形成环状石墨结构奠定基础。
步骤1中，所述高温碳化处理为3～7温区的梯度分布空气热处理，温度区间1200～1800℃，相邻温区之间温度差为100～300℃。高温碳化阶段中，纤维内部形成二维乱层石墨结构，随着处理温度的提升，有利于纤维内部的石墨结构完善，进而获得导电性优异的碳纤维。
步骤2中，所述石墨化处理为单温区的惰性气氛高温热处理，温度区间1800～2000℃。基于前期研究(低温石墨化对碳纤维性能的影响，高科技纤维与应用，2016,41(2)28-31)表明，在高温石墨化过程中纤维内部会经历破坏-重排-增长过程，破坏主要源于固相碳化缩合反应，即：随着碳化缩合反应的进行，碳纤维内部以氮元素为主的非碳元素发生缩合，以氮气形式脱除，导致纤维内部结构发生破坏及结构重排；但随着处理温度进一步提升，纤维内部形成理想全碳元素的石墨结构，该结构会随温度提升逐渐增长。上述过程敏感温度在1800℃左右，本技术通过高温碳化阶段工艺优化，实现了碳纤维内部的破坏-重排，因此在石墨化处理过程中，仅需采用2000℃以内的温度进行石墨化处理，即可实现纤维内部三维石墨结构的快速形成与增长，并获得高碳元素含量。
所述预氧化处理总停留时间为30～120min，低温碳化处理总停留时间为1～10min，高温碳化处理总停留时间为1～10min，石墨化处理停留时间为2～4min。在预氧化、碳化及石墨化等高温热处理阶段，停留时间是影响纤维结构与性能关键因素，发明人经试验发现如果热处理时间过短，纤维内部结构演变不完善，会影响最终纤维导电性能；如果热处理时间过长，会导致纤维运行时间增加，进而增加最终产品生产成本。
步骤1中，所述预氧化处理过程中，首温区牵伸比0.5～2.5％，其余各温区牵伸比-2.0～-0.5％。
所述低温碳化处理的牵伸比为2.0～4.0％，高温碳化处理的牵伸比为-5.0～-4.0％，石墨化处理的牵伸比为1.0～3.0％。
在热处理阶段，若牵伸比过小，不利于纤维结构取向，而牵伸比过大，又会导致张力过高、纤维产生断丝，从而影响最终产品性能，因而必须控制在合理范围内。
步骤1得到的碳纤维电阻率为1.2×10-3～1.3×10-3Ω·cm，含碳量为96～98％。
本发明还提供根据所述的制备方法得到的高碳元素含量的石墨化碳纤维，所述石墨化碳纤维单丝直径为4.5μm～5.0μm，石墨化纤维体的密度为1.77～1.85g/cm3，含碳量为99％以上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明以前驱体PAN纤维为原料，经过预氧化、低温碳化和高温碳化处理，通过预氧化、低温碳化及高温碳化的温度、停留时间以及张力等匹配设计，制备得到特定力学性能和电学性能的碳纤维，随后经过进一步石墨化处理制备得到石墨化碳纤维，所制备石墨化碳纤维不仅达到了高碳元素含量(含碳量＞99％)的要求；相对于现有技术，制备石墨化碳纤维所需的最终石墨化温度不高于2000℃，有利于降低纤维的制备成本，而且较低的石墨温度对于长时间规模化、连续化、稳定化生产提供了有利条件。
附图说明
图1为实施例1高温碳化得到碳纤维的拉伸曲线。
图2为实施例2高温碳化得到碳纤维的拉伸曲线。
图3为实施例3高温碳化得到碳纤维的拉伸曲线。
图4为实施例4高温碳化得到碳纤维的拉伸曲线。
图5为实施例5高温碳化得到碳纤维的拉伸曲线。
图6为对比例1高温碳化得到碳纤维的拉伸曲线。
图7为对比例3高温碳化得到碳纤维的拉伸曲线。
图8为对比例4高温碳化得到碳纤维的拉伸曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本领域技术人员在理解本发明的技术方案基础上进行修改或等同替换，而未脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围内。
以下具体实施方式中所采用的原料均购于市场。
实施例1
本实施例高碳元素含量石墨化碳纤维的制备方法包括如下步骤：
(1)采用6K聚丙烯腈纤维在进行四温区、梯度升温预氧化处理，各温区的预氧化温度分别为200℃、220℃、230℃和250℃，第1温区纤维牵伸倍率为1.5％，其余温区纤维牵伸倍率均为-1.0％，各温区纤维停留时间均为16min；
使用低温碳化炉对预氧化纤维进行五温区的低温碳化处理，各温区低温碳化处理的温度分别为300℃、500℃、750℃、900℃和1100℃，纤维总牵伸倍率为3.0％，各温区纤维停留时间为30s；
(2)使用高温碳化炉对预氧化纤维进行三温区高温碳化处理，各温区高温碳化处理的温度分别为1200℃、1450℃和1700℃，纤维总牵伸倍率为-4.0％，各温区纤维停留时间为30s。
(3)采用高温石墨化炉对碳纤维进行高温石墨化处理，温度为1950℃，纤维牵伸倍率为2％，纤维停留时间为2.5min，制备得到石墨化碳纤维。
根据国标GB-T3362-2005对碳化处理后碳纤维性能进行检测，每组试验测8个试样，拉伸曲线如图1所示，经过测试得到碳化处理后碳纤维力学性能、电阻率、含碳量以及石墨化碳纤维含碳量结果见表1。
实施例2
本实施例高碳元素含量石墨化碳纤维的制备方法包括如下步骤：
步骤(1)的操作过程及参数与实施例1相同。
(2)使用高温碳化炉对预氧化纤维进行三温区高温碳化处理，各温区高温碳化处理的温度分别为1250℃、1450℃和1750℃，纤维总牵伸倍率为-4.5％，各温区纤维停留时间为25s。
(3)采用高温石墨化炉对碳纤维进行高温石墨化处理，温度为1850℃，纤维牵伸倍率为3％，纤维停留时间为2min，制备得到石墨化碳纤维。
根据国标GB-T3362-2005对碳化处理后碳纤维性能进行检测，每组试验测8个试样，拉伸曲线如图2所示，经过测试得到碳化处理后碳纤维力学性能、电阻率、含碳量以及石墨化碳纤维含碳量结果见表1。
实施例3
本实施例高碳元素含量石墨化碳纤维的制备方法包括如下步骤：
步骤(1)的操作过程及参数与实施例1相同。
(2)使用高温碳化炉对预氧化纤维进行三温区高温碳化处理，各温区高温碳化处理的温度分别为1200℃、1500℃和1750℃，纤维总牵伸倍率为-4.5％，各温区纤维停留时间为30s。
(3)采用高温石墨化炉对碳纤维进行高温石墨化处理，温度为1850℃，纤维牵伸倍率为2％，纤维停留时间为3min，制备得到石墨化碳纤维。
根据国标GB-T3362-2005对碳化处理后碳纤维性能进行检测，每组试验测8个试样，拉伸曲线如图3所示，经过测试得到碳化处理后碳纤维力学性能、电阻率、含碳量以及石墨化碳纤维含碳量结果见表1。
实施例4
本实施例高碳元素含量石墨化碳纤维的制备方法包括如下步骤：
步骤(1)的操作过程及参数与实施例1相同。
(2)使用高温碳化炉对预氧化纤维进行三温区高温碳化处理，各温区高温碳化处理的温度分别为1250℃、1500℃和1800℃，纤维总牵伸倍率为-4.0％，各温区纤维停留时间为20s。
(3)采用高温石墨化炉对碳纤维进行高温石墨化处理，温度为1900℃，纤维牵伸倍率为2％，纤维停留时间为2min，制备得到石墨化碳纤维。
根据国标GB-T3362-2005对碳化处理后碳纤维性能进行检测，每组试验测8个试样，拉伸曲线如图4所示，经过测试得到碳化处理后碳纤维力学性能、电阻率、含碳量以及石墨化碳纤维含碳量结果见表1。
实施例5
本实施例高碳元素含量石墨化碳纤维的制备方法包括如下步骤：
步骤(1)的操作过程及参数与实施例1相同。
(2)使用高温碳化炉对预氧化纤维进行三温区高温碳化处理，各温区高温碳化处理的温度分别为1300℃、1500℃和1750℃，纤维总牵伸倍率为-5.0％，各温区纤维停留时间为25s。
(3)采用高温石墨化炉对碳纤维进行高温石墨化处理，温度为1800℃，纤维牵伸倍率为2.5％，纤维停留时间为2.5min，制备得到石墨化碳纤维。
根据国标GB-T3362-2005对碳化处理后碳纤维性能进行检测，每组试验测8个试样，拉伸曲线如图5所示，经过测试得到碳化处理后碳纤维力学性能、电阻率、含碳量以及石墨化碳纤维含碳量结果见表1。
对比例1
本对比例石墨化碳纤维的制备方法包括如下步骤：
(1)采用6K聚丙烯腈纤维在进行四温区、梯度升温预氧化处理，各温区的预氧化温度分别为200℃、220℃、230℃和250℃，第1温区纤维牵伸倍率为1.5％，其余温区纤维牵伸倍率均为-1.0％，各温区纤维停留时间均为16min；
使用低温碳化炉对预氧化纤维进行五温区的低温碳化处理，各温区低温碳化处理的温度分别为300℃、500℃、750℃、900℃和1100℃，纤维总牵伸倍率为3.0％，各温区纤维停留时间为30s；
(2)使用高温碳化炉对预氧化纤维进行三温区高温碳化处理，各温区高温碳化处理的温度分别为1100℃、1300℃和1500℃，纤维总牵伸倍率为-4.5％，各温区纤维停留时间为30s。
(3)采用高温石墨化炉对碳纤维进行高温石墨化处理，温度为2600℃，纤维牵伸倍率为3％，纤维停留时间为2min，制备得到石墨化碳纤维。
根据国标GB-T3362-2005对碳化处理后碳纤维性能进行检测，每组试验测8个试样，拉伸曲线如图6所示，经过测试得到碳化处理后碳纤维力学性能、电阻率、含碳量以及石墨化碳纤维含碳量结果见表1。
对比例2
本对比例石墨化碳纤维的制备方法包括如下步骤：
步骤(1)、(2)的操作过程及参数与对比例1相同。
(3)采用高温石墨化炉对碳纤维进行高温石墨化处理，温度为1950℃，纤维牵伸倍率为3％，纤维停留时间为2min，制备得到石墨化碳纤维。经过测试得到碳化处理后碳纤维力学性能、电阻率、含碳量以及石墨化碳纤维含碳量结果见表1。
对比例3
本对比例石墨化碳纤维的制备方法包括如下步骤：
步骤(1)操作过程及参数与实施例1相同。
(2)使用高温碳化炉对预氧化纤维进行三温区高温碳化处理，各温区高温碳化处理的温度分别为1200℃、1500℃和1750℃，纤维总牵伸倍率为-1.0％，各温区纤维停留时间为30s。
(3)采用高温石墨化炉对碳纤维进行高温石墨化处理，温度为1850℃，纤维牵伸倍率为2％，纤维停留时间为3min，制备得到石墨化碳纤维。
根据国标GB-T3362-2005对碳化处理后碳纤维性能进行检测，每组试验测8个试样，拉伸曲线如图7所示，经过测试得到碳化处理后碳纤维力学性能、电阻率、含碳量以及石墨化碳纤维含碳量结果见表1。
对比例4
本实施例石墨化碳纤维的制备方法包括如下步骤：
步骤(1)的操作过程及参数与实施例1相同。
(2)使用高温碳化炉对预氧化纤维进行三温区高温碳化处理，各温区高温碳化处理的温度分别为1250℃、1500℃和1800℃，纤维总牵伸倍率为-4.0％，各温区纤维停留时间为300s。
(3)采用高温石墨化炉对碳纤维进行高温石墨化处理，温度为1900℃，纤维牵伸倍率为2％，纤维停留时间为2min，制备得到石墨化碳纤维。
根据国标GB-T3362-2005对碳化处理后碳纤维性能进行检测，每组试验测8个试样，拉伸曲线如图8所示，经过测试得到碳化处理后碳纤维力学性能、电阻率、含碳量以及石墨化碳纤维含碳量结果见表1。
表1实施例和对比例的碳化纤维及石墨化碳纤维性能表
Figure BDA0003130535790000101
从表1的数据可以看出，对比例1采用的目前常规制备工艺条件下可以获得高碳元素含量石墨纤维，即高温碳化相对较低，因此必须提高石墨化温度，高达2600℃，才能使得最终获得的石墨化碳纤维的含碳量较高(99.8％)；而如果石墨化温度下降(对比例2)获得石墨纤维的碳元素含量将下降，会低于99％。
对比例3中预氧化阶段条件与实施例3相同，在高温碳化阶段温区温度及分布亦相同，但是由于高温碳化时负牵伸倍率较高(对比例3牵伸为-1.0％)，导致高温碳化阶段纤维易于发生断丝，进而致使碳化处理后纤维强度、模量出现一定程度下降，而经与实施例3相同石墨化处理后最终纤维碳元素含量低于99％。
对比例4中预氧化阶段条件与实施例4相同，在高温碳化阶段温区温度及分布亦相同，但是由于高温碳化处理时间大幅延长(对比例4处理时间15min)，热处理后导致碳化后纤维强度下降明显，模量相比实施例也出现一定幅度下降，经与实施例4相同石墨化处理后最终纤维碳元素含量不足99％，此外，由于高温碳化处理过长，也不利于纤维成本控制。
通过表1本发明中实施例数据，通过高温碳化阶段的碳化温度、停留时间、牵伸比等耦合设计，实施例1-5高温碳化后的纤维相比于对比例具有更优的力学性能、更低电阻率，说明纤维内部石墨结构得到优化，导电性提高，而经过进一步低温石墨化(＜2000℃)即可获得含碳量99％以上的高碳元素石墨纤维。

Claims (6)

1.一种高碳元素含量的石墨化碳纤维的制备方法，其特征在于，所述石墨化碳纤维含碳量为99.5％以上，制备方法包括如下步骤：
步骤1，对前驱体纤维依次预氧化处理、低温碳化处理和高温碳化处理，得到碳纤维；
步骤2，对步骤1得到的碳纤维进行石墨化处理，得到所述高碳元素含量的石墨化碳纤维；
所述高温碳化处理为3～7温区的梯度分布空气热处理，温度区间1200～1800℃，相邻温区之间温度差为100～300℃；
所述石墨化处理为单温区的惰性气氛高温热处理，温度区间1800～2000℃；
所述预氧化处理总停留时间为30～120min，低温碳化处理总停留时间为1～10min，高温碳化处理总停留时间为1～10min，石墨化处理停留时间为2～4min；
所述预氧化处理过程中，首温区牵伸比0.5～2.5％，其余各温区牵伸比-2.0～-0.5％；所述低温碳化处理的牵伸比为2.0～4.0％，高温碳化处理的牵伸比为-5.0～-4.0％，石墨化处理的牵伸比为1.0～3.0％。
2.根据权利要求1所述的高碳元素含量的石墨化碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述前驱体纤维为聚丙烯腈纤维，采用湿法、干法或干喷湿法制备得到，纤维丝束规格为1～48K，直径8～12μm。
3.根据权利要求1所述的高碳元素含量的石墨化碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述预氧化处理为2～4温区的梯度分布空气热处理，温度区间200～300℃，相邻温区之间温度差为10～30℃。
4.根据权利要求1所述的高碳元素含量的石墨化碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述低温碳化处理为3～7温区的梯度分布空气热处理，温度区间300～1500℃，相邻温区之间温度差为100～300℃。
5.根据权利要求1所述的高碳元素含量的石墨化碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤1得到的碳纤维电阻率为1.2×10-3～1.3×10-3Ω·cm，含碳量为96～98％。
6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法得到的高碳元素含量的石墨化碳纤维，其特征在于，所述石墨化碳纤维单丝直径为4.5～5.0μm，石墨化纤维体的密度为1.77～1.85g/cm3，含碳量为99.5％以上。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5409775A (en) * 1992-07-06 1995-04-25 Nikkiso Company Limited Vapor-grown and graphitized carbon fibers, process for preparing same, molded members thereof, and composite members thereof
CN104805534A (zh) * 2015-05-18 2015-07-29 威海拓展纤维有限公司 制备高强度高模量石墨纤维的方法
CN108754673A (zh) * 2018-05-08 2018-11-06 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种高拉伸模量石墨纤维及其制备方法
CN109023592A (zh) * 2018-05-08 2018-12-18 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种高拉伸强度高拉伸模量碳纤维及其制备方法
CN110067044A (zh) * 2019-05-20 2019-07-30 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种聚丙烯腈基石墨纤维及其制备方法
WO2021072559A1 (en) * 2019-10-17 2021-04-22 BitCan Geosciences & Engineering Inc. Fabrication of carbon fibers with high mechanical properties

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5271887B2 (ja) * 2009-05-08 2013-08-21 国防科学研究所 ライオセル系炭素繊維及び炭素織物の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5409775A (en) * 1992-07-06 1995-04-25 Nikkiso Company Limited Vapor-grown and graphitized carbon fibers, process for preparing same, molded members thereof, and composite members thereof
CN104805534A (zh) * 2015-05-18 2015-07-29 威海拓展纤维有限公司 制备高强度高模量石墨纤维的方法
CN108754673A (zh) * 2018-05-08 2018-11-06 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种高拉伸模量石墨纤维及其制备方法
CN109023592A (zh) * 2018-05-08 2018-12-18 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种高拉伸强度高拉伸模量碳纤维及其制备方法
CN110067044A (zh) * 2019-05-20 2019-07-30 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种聚丙烯腈基石墨纤维及其制备方法
WO2021072559A1 (en) * 2019-10-17 2021-04-22 BitCan Geosciences & Engineering Inc. Fabrication of carbon fibers with high mechanical properties

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