CN114540988A - 碳纤维的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明有关于一种碳纤维的制造方法。此制造方法以具有特定含量的不纯物的高纯度的丙烯腈单体及共聚单体制得丙烯腈共聚物，且此丙烯腈共聚物依序经过纺丝操作、延伸操作、氧化处理及碳化处理后，而获得碳纤维。此丙烯腈共聚物具有适当的落球粘度及重量平均分子量，以利于纺丝操作，从而减小所制的碳纤维的内部孔径并提升其强度。

Description

碳纤维的制造方法
技术领域
本发明有关于一种碳纤维的制造方法，且特别是有关于一种以高纯度的丙烯腈单体制造碳纤维的方法。
背景技术
碳纤维为一种纤维状碳材料，其强度比钢强，密度比铝小，耐腐蚀性比不锈钢佳，耐高温性比耐热钢优，且像铜一样能够导电。由于碳纤维具备优异的性能及环境兼容性，已广泛被用于体育休闲、风电及航天的产业中，其中聚丙烯腈基碳纤维(polyacrylonitrile-based carbon fiber，PAN基碳纤维)倍受瞩目。
传统上，PAN基碳纤维的制造方法为先进行纺丝，以获得聚合物原丝，然后水洗、拉伸、上油剂及干燥，以获得原丝纤维。原丝纤维再经氧化、碳化及表面处理而制得PAN基碳纤维。
近来，对PAN基碳纤维的需求逐渐增加，相应地大量生产PAN基碳纤维的方法持续被研发。例如，借由提高纺丝速度或锤数，以及高速的制造条件(例如：缩短水洗时间)，以快速制造PAN基碳纤维。虽然此方法能够提高产量，但是于纺丝时产生凝丝，且存在金属不纯物，故降低所制的PAN基碳纤维的品质。因此，发展出以离子交换树脂纯化共聚物原丝的制造方法，以去除金属不纯物。然而，以离子交换树脂纯化的时间冗长且须使用大量溶剂，因此增加工艺时间且提高成本。
有鉴于此，亟需发展一种碳纤维的制造方法，以改善现有碳纤维的制造方法的上述缺点。
发明内容
据此，本发明的一态样在提供一种碳纤维的制造方法。此制造方法以特定含量的不纯物的高纯度的丙烯腈单体及共聚单体制得丙烯腈共聚物，且由于此丙烯腈共聚物具有适当的落球粘度及重量平均分子量，而利于纺丝操作，故减小所制的碳纤维的内部孔径并提升其强度。
根据本发明的一态样，提出一种碳纤维的制造方法。于此制造方法中，混合丙烯腈单体、共聚单体、起始剂及溶剂，并进行聚合反应，以获得丙烯腈共聚物，其中丙烯腈单体包含丙烯腈、水、甲基丙烯腈、丙腈、恶唑、对羟基苯甲醚、丁烯酮及甲基丙烯酸酯，基于丙烯腈单体的重量为100重量百分比，丙烯腈的含量为大于99.93重量百分比，且基于丙烯腈单体的重量为1×106ppm，水的含量为小于600ppm，甲基丙烯腈的含量为小于2ppm，丙腈的含量为小于1ppm，恶唑的含量为小于2ppm，羟基苯甲醚的含量为小于40ppm，丁烯酮的含量为小于2ppm，甲基丙烯酸酯的含量为小于1ppm。接着，对丙烯腈共聚物进行纺丝操作，以获得共聚物原丝，其中丙烯腈共聚物的落球粘度为550秒至700秒。再对共聚物原丝进行延伸操作，以获得原丝纤维。然后，对原丝纤维进行氧化处理，以获得氧化纤维，再对氧化纤维进行碳化处理，以获得碳纤维。
依据本发明的一实施例，基于丙烯腈单体及共聚单体的总重量为100重量百分比，丙烯腈单体的用量为98.0重量百分比至99.8重量百分比，且共聚单体的用量为0.2重量百分比至2.0重量百分比。
依据本发明的另一实施例，丙烯腈单体还包含铁及/或铜，且基于丙烯腈单体的重量为1×106ppm，铁的含量为小于0.001ppm，铜的含量为小于0.002ppm。
依据本发明的又一实施例，聚合反应于60℃至70℃持续4小时至6小时，再于1小时至3小时升温到70℃至80℃，并持续7小时至9小时。
依据本发明的又一实施例，丙烯腈共聚物的重量平均分子量为380000g/mole至450000g/mole，且丙烯腈共聚物的分子量分布为小于3.5。
依据本发明的又一实施例，延伸操作的总延伸倍率为11.2倍至12.8倍。
依据本发明的又一实施例，在延伸操作后，制造方法还包含涂布油剂于原丝纤维，以获得油剂涂布原丝。
依据本发明的又一实施例，制造方法还包含对油剂涂布原丝进行干燥操作，以获得干燥原丝。
依据本发明的又一实施例，在碳化处理后，制造方法还包含表面氧化处理，以获得表面处理碳纤维。
依据本发明的又一实施例，碳纤维的内部孔径为小于10nm。
应用本发明的碳纤维的制造方法，其中以具有特定含量的不纯物的高纯度的丙烯腈单体及共聚单体制得丙烯腈共聚物，且此丙烯腈共聚物依序经过纺丝操作、延伸操作、氧化处理及碳化处理后，以获得碳纤维。此丙烯腈共聚物具有适当的落球粘度及重量平均分子量，以利于纺丝操作，从而减小所制的碳纤维的内部孔径并提升其强度。
附图说明
为了对本发明的实施例及其优点有更完整的理解，现请参照以下的说明并配合相应的附图。必须强调的是，各种特征并非依比例描绘且仅为了图解目的。
相关附图内容说明如下：
图1为绘示根据本发明的一实施例的碳纤维的制造方法的流程图。
图2为绘示根据本发明的另一实施例的碳纤维的制造方法的流程图。
具体实施方式
以下仔细讨论本发明实施例的制造和使用。然而，可以理解的是，实施例提供许多可应用的发明概念，其可实施于各式各样的特定内容中。所讨论的特定实施例仅供说明，并非用以限定本发明的范围。
本发明的碳纤维的制造方法以具有特定含量的不纯物的高纯度丙烯腈单体及共聚单体制得丙烯腈共聚物，而进一步获得碳纤维。借由控制丙烯腈单体中的不纯物的含量，制得的丙烯腈共聚物具有适当的落球粘度及重量平均分子量，以利于纺丝操作，从而减小所制的碳纤维的内部孔径并提升其强度。
简言之，本发明的碳纤维的制造方法利用控制原料中的不纯物(即丙烯腈单体中的不纯物)来提升纺丝操作的效率及所制的碳纤维的强度。然而，传统的碳纤维制造方法借由除去丙烯腈共聚物中的不纯物来使其具有良好的纺丝性，以利于后续的纺丝操作并提升所制的碳纤维的强度，但是前述除去不纯物的处理会大幅增加工艺复杂度，并增长工艺时间，而不符合经济效益。
请参阅图1，混合丙烯腈单体、共聚单体、起始剂及溶剂，并进行聚合反应，以获得丙烯腈共聚物，如操作110所示。在碳纤维的制造方法100中，丙烯腈(acrylonitrile)单体包含丙烯腈及不纯物。基于丙烯腈单体的重量为100重量百分比(wt.％)，丙烯腈的含量为大于99.93重量百分比。当丙烯腈的含量不为前述的范围时，所制的丙烯腈共聚物不具适当的落球粘度及重量平均分子量，而不利于纺丝操作，故降低所制的碳纤维的强度。
前述不纯物可包含于生产丙烯腈工艺中所产生的副产物、残留的溶剂及/或催化剂。此不纯物包含丙烯腈、水、甲基丙烯腈、丙腈、恶唑、对羟基苯甲醚、丁烯酮及甲基丙烯酸酯。
申言之，基于丙烯腈单体的重量为1×106ppm，水的含量为小于600ppm，且较佳为小于70ppm。当水的含量不为前述的范围时，导致聚合时丙烯腈共聚物对溶剂的溶解度不佳，而产生交联聚合物(cross-linked polymer)，其不具适当的落球粘度及重量平均分子量，而不利于纺丝操作，故降低所制的碳纤维的强度。
基于丙烯腈单体的重量为1×106ppm，甲基丙烯腈的含量为小于2ppm，丙腈的含量为小于1ppm，恶唑的含量为小于2ppm，丁烯酮的含量为小于2ppm，对羟基苯甲醚的含量为小于40ppm，甲基丙烯酸酯的含量为小于1ppm。当甲基丙烯腈、恶唑、丁烯酮、对羟基苯甲醚、对羟基苯甲醚及甲基丙烯酸酯的含量不为前述的范围时，于碳化处理时，环化反应使得纤维内部缺陷变大，并增大碳纤维内部孔径，而降低碳纤维强度。较佳地，甲基丙烯腈的含量为小于1ppm，且对羟基苯甲醚的含量为小于1ppm。
在一些实施例中，丙烯腈单体可选择性包含铁及/或铜。基于丙烯腈单体的重量为1×106ppm，铁的含量为小于0.001ppm，铜的含量为小于0.002ppm。当铁的含量及/或铜的含量为前述的范围时，所制的丙烯腈共聚物具有适当的落球粘度及重量平均分子量，以利于纺丝操作，从而减小所制的碳纤维的内部孔径并提升其强度。
共聚单体没有任何限制，惟以可与丙烯腈单体进行聚合反应为目的。在一些实施例中，共聚单体可为含有不饱和双键的单体。前述不饱和双键的具体例可为乙烯基。举例而言，共聚单体可包含但不限于，丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、烯丙基磺酸、甲基烯丙基磺酸、此些化合物的盐类或烷基酯类，以及丙烯酰胺或其衍生物。较佳地，共聚单体可为衣康酸。当共聚单体为衣康酸时，可提高丙烯腈共聚物的亲水性，以增加共聚物原丝的致密性，从而降低碳纤维的内部孔径，并提高其强度。
基于丙烯腈单体及共聚单体的总重量为100重量百分比，丙烯腈单体的用量为98.0重量百分比至99.8重量百分比，且共聚单体的用量为0.2重量百分比至2.0重量百分比。较佳地，丙烯腈单体的用量为99.0重量百分比至99.5重量百分比，且共聚单体的用量为0.5重量百分比至1.0重量百分比。当共聚单体的用量为前述的范围时，可利于纺丝操作并增加共聚物原丝的致密性，故降低碳纤维的内部孔径并提高其强度。
起始剂的种类及用量无特别的限制，惟以能够引发丙烯腈单体及共聚单体的聚合反应为目的。起始剂可包含但不限于，偶氮化合物及过氧化合物。偶氮化合物的具体例可为偶氮二异丁腈(AIBN)、偶氮双氰基戊酸(ACVA)及2,2'-偶氮双-(2,4-二甲基)戊腈(ABVN)。过氧化合物的具体例可为过氧化二月桂酰(LPO)、二第三丁基过氧化物(TBPO)及过氧化二碳酸二异丙酯(IPP)。前述起始剂可单独一种使用或者混合多种使用。于一些实施例中，基于丙烯腈单体及共聚单体的总重量为100wt.％，起始剂的重量可为不大于2wt.％，且较佳可为不大于0.1wt.％。当起始剂的重量为前述的范围时，可提高丙烯腈单体及共聚单体的聚合反应的产率。
此外，溶剂的种类及用量无特别的限制，惟以能够溶解丙烯腈单体、共聚单体及起始剂，并适合于前述单体间的聚合为目的。举例而言，溶剂可包含但不限于，二甲基乙酰胺、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺或其任意组合。于一些实施例中，溶剂的重量可为丙烯腈单体及共聚单体的用量的总和的3至8倍。当溶剂的重量为前述的范围时，此用量的溶剂可溶解丙烯腈单体、共聚单体及起始剂，且不过量。
本发明的聚合反应的反应温度及反应时间可依据前述的共聚单体及起始剂的种类及/或用量决定。于一些实施例中，聚合反应可使用单一或多阶段升温方式进行，例如：当聚合反应系统包含衣康酸及偶氮化合物时，聚合反应于60℃至70℃持续4小时至6小时，再于1小时至3小时升温到70℃至80℃，并持续7小时至9小时。较佳地，聚合反应于65℃持续5小时，再于2小时内升温至75℃，并持续8小时。
本发明的聚合反应所制得的丙烯腈共聚物具有550秒至700秒的落球粘度。当丙烯腈共聚物不具前述范围的落球粘度时，于纺丝操作时，丙烯腈共聚物容易断裂，而增长工艺时间，且所获得的共聚物原丝的内部结构存有孔洞及其他缺陷，故于后续延伸操作时，无法达成高倍率延伸，进而增大所制的碳纤维的内部孔径并降低其强度。前述的“延伸倍率”指以纤维原丝的原长度为基准，经处理后纤维的长度的倍率。较佳地，落球粘度可为600秒至650秒。
在一些实施例中，聚合反应所制得的丙烯腈共聚物可具有380000g/mole至450000g/mole的重量平均分子量，且较佳可在390000g/mole至430000g/mole的范围内。当丙烯腈共聚物的分子量为前述的范围时，丙烯腈共聚物的延伸性较佳，可于纺丝操作时不断丝，进而缩短工艺时间，并且所形成的共聚物原丝的结构较致密，进而减小所制的碳纤维的内部孔径并提升其强度。再者，丙烯腈共聚物的分子量分布可为小于3.5，较佳可为不大于2.6，且更佳可为小于2.2。
申言之，本发明所称的分子量分布以重量平均分子量(Mw)与数目平均分子量(Mn)的比值做表示。当此比值愈小时，分子量分布愈窄。前述的重量平均分子量与数目平均分子量可使用具有本领域技术人员所惯用的方法测得。在一些实施例中，可利用凝胶渗透层析(GPC)来测得重量平均分子量及数目平均分子量。
请再参阅图1，于前述操作110后，对丙烯腈共聚物进行纺丝操作，以获得共聚物原丝，如操作120所示。于一些实施例中，完成聚合反应的丙烯腈共聚物存在于溶剂中，以下称作聚合物溶液。聚合物溶液可浓缩成具有特定共聚合体浓度的溶液，以进行后续的纺丝操作。前述特定共聚合体浓度的具体浓度可为10wt.％至30wt.％，且较佳可为15wt.％至25wt.％，其中共聚合体浓度以气相层析仪分析，且利用层析图中的尖峰面积进行定量而获得。于一些具体例中，纺丝操作可采用溶融纺丝法、湿式纺丝法、干式纺丝法或干湿式纺丝法。较佳地，纺丝操作可采用湿式纺丝法或干湿式纺丝法，且以干湿式纺丝为更佳。干湿式纺丝可致密化共聚物原丝，故降低所制的碳纤维的内部孔径，并增加其强度。
于前述操作120后，对共聚物原丝进行延伸操作，以获得原丝纤维，如操作130所示。延伸操作于温度渐升的环境下，拉伸共聚物原丝，以使共聚物原丝变细，从而使所制的碳纤维符合丹尼数(或直径)的要求。在一些实施例中，延伸操作的总延伸倍率可为11.2倍至12.8倍，且较佳可为11.6倍至12.0倍。当总延伸倍率为此范围时，所制的碳纤维符合产品规格(如：纤维密度、丹尼数(或直径)，以及物性强度)的要求。在一些实施例中，延伸操作可于复数个具有不同温度的延伸浴槽中进行，且先从低温再至高温的延伸浴槽。举例而言，延伸操作的升温可从50℃升至99℃，且较佳可从60℃升至95℃。当延伸操作的升温符合前述的条件时，可使所制的原丝纤维与原丝纤维之间不会发生粘着，且可保有良好的延伸性。
于前述操作130后，对原丝纤维进行氧化处理，以获得氧化纤维，如操作140所示。此氧化处理用以环化氧化原丝纤维，以提高其耐热性及阻燃性，从而利于后续的碳化处理。前述的环化氧化指原丝纤维中的聚丙烯腈链段上的腈基与共聚单体所聚合成的链段上的羧酸基所进行的环化反应。在一些实施例中，氧化处理可于200℃至300℃下进行，且较佳可为220℃至280℃。当氧化处理的温度为前述的范围时，可有效地环化氧化原丝纤维，以提升其耐热性，故提高所制的碳纤维的强度。在一些具体例中，氧化处理的气氛可使用，但不限于空气(其包含约21％的氧气)，以提高原丝纤维的耐热性，进而避免原丝纤维于后续的碳化过程中烧断。在一些具体例中，氧化时间可为10分钟至100分钟。
在氧化处理的期间，辊轮拉伸原丝纤维的延伸比可为0.7倍至0.9倍，以利于辊轮连续拉伸原丝纤维。举例而言，在220℃至280℃下，于空气中，环化氧化原丝纤维，并控制辊轮拉伸原丝纤维的延伸比在0.7倍至0.9倍。前述的“延伸比”指以原丝纤维的原长度为基准，经处理后原丝纤维的长度。经氧化处理后可获得符合需求的纤维密度的氧化纤维。在一些实施例中，氧化纤维的纤维密度可为1.2g/cc至1.5g/cc，较佳可为1.25g/cc至1.45g/cc，且更佳可为1.3g/cc至1.4g/cc。
于前述操作140后，对氧化纤维进行碳化处理，以获得碳纤维，如操作150所示。碳化处理用以碳化氧化纤维，以制得聚丙烯腈基碳纤维。在一些实施例中，碳化处理可包含预碳化处理及后碳化处理，二者都在非氧化气氛且高温环境下进行，且于预碳化处理及后碳化处理的期间，持续加热升高温度。通常，预碳化处理的温度范围小于1000℃，而后碳化处理的温度大于1000℃。例如，于氮气气氛中，从300℃升温至800℃，且以1倍的延伸比进行预碳化处理，再升温到1400℃，且以0.95倍的延伸比进行后碳化处理。
请参阅图2，图2的碳纤维的制造方法200大致与图1的碳纤维的制造方法100相同，两者的差异在于，在延伸操作(即操作230)后，碳纤维的制造方法200可包含油剂处理，以获得油剂涂布原丝，如操作231所示。油剂处理为涂布油剂于原丝纤维上，以于原丝纤维表面形成一层保护层，而降低原丝纤维与辊轮的摩擦，进而避免细毛的产生。油剂可包含但不限于，胺基变性的硅系化合物。
在操作231后，碳纤维的制造方法200可包含干燥操作，以获得干燥原丝，如操作232所示。干燥操作去除原丝纤维所含的溶剂，以利于后续氧化处理及碳化处理。举例而言，可使用加热的辊轮与原丝纤维接触，以加热原丝纤维，且为了除去原丝纤维所含有的溶剂，辊轮的温度可大于溶剂的沸点。
在操作250后，碳纤维的制造方法200可包含表面氧化处理，以获得表面处理碳纤维，如操作251所示。表面氧化处理用以提高碳纤维与基材的接着性。在一些实施例中，表面氧化处理可使用气相或液相的形式。较佳地，表面氧化处理可使用液相(如电解处理)，以利于量产。举例而言，电解处理所使用的电解液可包含但不限于，硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠、氢氧化钾、硝酸铵、硫酸铵、过硫酸铵、溴化铵、碳酸氢铵及/或碳酸铵。
在一些具体例中，所制得的碳纤维的内部孔径为小于10nm，且其强度为大于650KSI。较佳地，内部孔径可小于9.5nm，且其强度可大于700KSI。更佳地，内部孔径可小于8.5nm，且其强度可大于750KSI。当碳纤维的内部孔径小于10nm时，相应地纤维的强度可大于650KSI，从而适于应用在运动、航天及运输的领域。举例而言，网球拍、羽球拍、脚踏车的组件、飞机的结构件及高压气瓶的瓶身。
以下利用实施例以说明本发明的应用，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。
碳纤维的制备
实施例1
实施例1的碳纤维将丙烯腈单体及衣康酸单体溶于二甲基亚砜，再加入偶氮二异丁腈，于65℃下，反应5小时，再于2小时内升温至75℃，反应8小时，以获得丙烯腈共聚物的聚合物溶液。基于二甲基亚砜的重量为100wt.％，丙烯腈单体及衣康酸单体的总重量为21wt.％，且基于丙烯腈单体及衣康酸单体的总重量为100wt.％，丙烯腈单体的重量为99.2wt.％、衣康酸单体的重量为0.8wt.％，且偶氮二异丁腈的重量为0.087wt.％。
此聚合物溶液经薄膜蒸发器浓缩成共聚合体浓度为19.2wt.％的聚合物溶液。浓缩后的聚合物溶液于30℃下通过纺嘴(纺嘴的孔径为0.15mm，且孔数为3000)。于空气中吐出约4mm长度的共聚物丝线后，降温至7℃，再将其导入26wt.％的二甲基亚砜水溶液的凝丝浴，以获得共聚物原丝。
然后，在延伸浴中延伸共聚物原丝，以获得原丝纤维，且原丝纤维的总延伸倍率为11.92倍，其中延伸浴使用三个浴槽，由第一个浴槽至第三个浴槽，温度从60℃升至95℃。接着，延伸后的原丝纤维通过油剂浴(即3wt.％的胺基变性硅系化合物的水性乳化溶液)，以获得油剂涂布原丝。然后，以155℃的辊轮干燥并致密化油剂涂布原丝，接着，在3.6kgf/cm2的压力的水蒸气中，将前述原丝延伸4倍长度，以获得单丝纤度为1d的干燥原丝。
干燥原丝于220℃至280℃的空气中，氧化10分钟至100分钟，且被拉伸到0.87倍的延伸比，以获得纤维密度为1.35g/cc的氧化纤维。在氮气气氛中，于300℃至800℃，以1倍的延伸比预碳化氧化纤维，以获得预碳化纤维，在升温后，于1000℃至1400℃，以0.95倍的延伸比后碳化预碳化纤维，以获得后碳化纤维。然后，于碳酸氢铵水溶液中，以12C/g的电量对后碳化纤维进行表面阳极氧化处理，以获得实施例1的碳纤维。此碳纤维进行下述的评价试验，且评价结果列于下表1。
实施例2至3及比较例1
实施例2至3及比较例1使用与实施例1相同的方法进行制备，不同之处在于，实施例2至3及比较例1改变丙烯腈单体的纯度，即不纯物的含量。关于实施例1至3及比较例1的具体条件及评价结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003456775390000111
注：“重量百分比(wt.％)”以丙烯腈单体的重量为100wt.％做基准。“ppm”以丙烯腈单体的重量为1×106ppm做基准。
评价方式
1.落球粘度试验
落球粘度试验将丙烯腈共聚物装入长度为30公分且直径为2公分的试管中，于45℃下，静置15分钟后，将直径为0.1公分的钢珠投入至丙烯腈共聚物中，测量钢珠自然落下20公分的时间，并以此时间做为聚丙烯腈共聚物的落球粘度。
2.重量分子量(Mw)试验
重量分子量试验对丙烯腈共聚物进行凝胶渗透层析(GPC)，以折射率(RI)侦测器侦测丙烯腈共聚物的滞留时间，并将滞留时间代入分子量的校正曲线的方程式中，以内插法求得丙烯腈共聚物的重量平均分子量(Mw)、数目平均分子量(Mn)及分子量分布(即Mw与Mn的比值)，其中试验条件可为本领域技术人员所惯用的条件。
3.碳纤维的强度试验
碳纤维的强度(tensile strength)试验以拉力试验机(由ZWICK公司制造)测量碳纤维的强度，并以三次结果的平均值来评价其强度，其中参数设定包含5N的前负荷(pre-load)力量及50mm/min的测试速度(test speed)，并以500Kg的荷重元(load cell)进行检测碳纤维的应变情形。
4.碳纤维的内部孔径试验
碳纤维的内部孔径试验利用氮吸附孔径分析仪，于液氮环境中，测定碳纤维的氮气吸附-脱附等温线，再依据BET(Brunauer-Emmett-Teller)理论计算出碳纤维的内部孔径。
请参阅表1，实施例1至3使用高纯度的丙烯腈单体，其所制的丙烯腈共聚物具有较高的落球粘度、较高的重量平均分子量及较窄的分子量分布，且由此丙烯腈共聚物所制的碳纤维具有较高的强度及较小的内部孔径。由此可知，高纯度的丙烯腈单体可制造出粘度及重量平均分子量较高的丙烯腈共聚物，且其分子量分布较窄。此丙烯腈共聚物于纺丝操作时不易断丝，而可缩短工艺时间。此外，由丙烯腈共聚物所形成的共聚物原丝具有致密化结构，故减小碳纤维的内部孔径并提升其强度。
综上所述，应用本发明的碳纤维的制造方法。此制造方法以具有特定含量的不纯物的高纯度的丙烯腈单体及共聚单体制得丙烯腈共聚物，且此丙烯腈共聚物依序经过纺丝操作、延伸操作、氧化处理及碳化处理后，而获得碳纤维。此丙烯腈共聚物具有适当的落球粘度及重量平均分子量，以利于纺丝操作，从而减小所制的碳纤维的内部孔径并提升其强度。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。
【符号说明】
100,200:方法
110,120,130,140,150,210,220,230,231,232,240,250,251:操作。

Claims (10)

1.一种碳纤维的制造方法，其特征在于，该制造方法包含：
混合丙烯腈单体、共聚单体、起始剂及溶剂，并进行聚合反应，以获得丙烯腈共聚物，其中该丙烯腈单体包含丙烯腈、水、甲基丙烯腈、丙腈、恶唑、对羟基苯甲醚、丁烯酮及甲基丙烯酸酯，基于该丙烯腈单体的重量为100重量百分比，该丙烯腈的含量为大于99.93重量百分比，且基于该丙烯腈单体的重量为1×106ppm，该水的含量为小于600ppm，该甲基丙烯腈的含量为小于2ppm，该丙腈的含量为小于1ppm，该恶唑的含量为小于2ppm，该对羟基苯甲醚的含量为小于40ppm，该丁烯酮的含量为小于2ppm，该甲基丙烯酸酯的含量为小于1ppm；
对该丙烯腈共聚物进行纺丝操作，以获得共聚物原丝，其中该丙烯腈共聚物的落球粘度为550秒至700秒；
对该共聚物原丝进行延伸操作，以获得原丝纤维；
对该原丝纤维进行氧化处理，以获得氧化纤维；以及
对该氧化纤维进行碳化处理，以获得该碳纤维。
2.根据权利要求1所述的碳纤维的制造方法，其特征在于，基于该丙烯腈单体及该共聚单体的总重量为100重量百分比，该丙烯腈单体的用量为98.0重量百分比至99.8重量百分比，且该共聚单体的用量为0.2重量百分比至2.0重量百分比。
3.根据权利要求1所述的碳纤维的制造方法，其特征在于，该丙烯腈单体还包含铁及/或铜，且基于该丙烯腈单体的该重量为1×106ppm，该铁的含量为小于0.001ppm，该铜的含量为小于0.002ppm。
4.根据权利要求1所述的碳纤维的制造方法，其特征在于，该聚合反应于60℃至70℃持续4小时至6小时，再于1小时至3小时升温到70℃至80℃，并持续7小时至9小时。
5.根据权利要求1所述的碳纤维的制造方法，其特征在于，该丙烯腈共聚物的重量平均分子量为380000g/mole至450000g/mole，且该丙烯腈共聚物的分子量分布为小于3.5。
6.根据权利要求1所述的碳纤维的制造方法，其特征在于，该延伸操作的总延伸倍率为11.2倍至12.8倍。
7.根据权利要求1所述的碳纤维的制造方法，其特征在于，在该延伸操作后，该制造方法还包含：
涂布油剂于该原丝纤维，以获得油剂涂布原丝。
8.根据权利要求7所述的碳纤维的制造方法，其特征在于，该制造方法还包含：
对该油剂涂布原丝进行干燥操作，以获得干燥原丝。
9.根据权利要求1所述的碳纤维的制造方法，其特征在于，在该碳化处理后，该制造方法还包含表面氧化处理，以获得表面处理碳纤维。
10.根据权利要求1所述的碳纤维的制造方法，其特征在于，该碳纤维的内部孔径为小于10nm。
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