TW201516198A - 由聚烯烴衍生的含硼碳纖維 - Google Patents

由聚烯烴衍生的含硼碳纖維 Download PDF

Info

Publication number
TW201516198A
TW201516198A TW103132381A TW103132381A TW201516198A TW 201516198 A TW201516198 A TW 201516198A TW 103132381 A TW103132381 A TW 103132381A TW 103132381 A TW103132381 A TW 103132381A TW 201516198 A TW201516198 A TW 201516198A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
fibers
fiber
boron
polyolefin
carbon fibers
Prior art date
Application number
TW103132381A
Other languages
English (en)
Inventor
Bryan E Barton
Michael J Behr
Jasson T Patton
Eric J Hukkanen
Original Assignee
Dow Global Technologies Llc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dow Global Technologies Llc filed Critical Dow Global Technologies Llc
Publication of TW201516198A publication Critical patent/TW201516198A/zh

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/20—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
    • D01F9/21—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/80—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with boron or compounds thereof, e.g. borides
    • D06M11/82—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with boron or compounds thereof, e.g. borides with boron oxides; with boric, meta- or perboric acids or their salts, e.g. with borax
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M13/50—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with organometallic compounds; with organic compounds containing boron, silicon, selenium or tellurium atoms
    • D06M13/51—Compounds with at least one carbon-metal or carbon-boron, carbon-silicon, carbon-selenium, or carbon-tellurium bond
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/16—Synthetic fibres, other than mineral fibres
    • D06M2101/18—Synthetic fibres consisting of macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M2101/20—Polyalkenes, polymers or copolymers of compounds with alkenyl groups bonded to aromatic groups
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/40—Fibres of carbon

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Abstract

本發明係關於一種方法，其包括使用硼源處理經穩定之聚烯烴纖維，隨後在惰性氛圍中加熱該纖維至1000攝氏度或更高之溫度以便將該經穩定之聚烯烴纖維轉化成碳纖維。

Description

由聚烯烴衍生的含硼碳纖維 【政府利益之表述】
本發明係在The Dow Chemical公司與為美國能源部門運作的Oak Ridge National Laboratory之運作及管理承包商UT-Batelle有限責任公司之間的NFE-10-02991下進行。政府具有本發明中之某些權利。
本發明係關於一種生產碳纖維之方法。
碳纖維適於不斷增加的需要。2010年的碳纖維之全世界產量為40千公噸(KMT)且預期在2020年將增長至150KMT。預測工業級別碳纖維將大大促進此增長，其中低成本對應用而言至關重要。生產碳纖維之傳統方法依賴於聚丙烯腈(polyacrylonitrile；PAN)，其經溶液紡絲成纖維形式，氧化及碳化。約50%之成本與聚合物自身及溶液紡絲之成本有關。
在致力於生產低成本工業級別碳纖維時，多個群組研究了製造碳纖維之替代性前驅聚合物及方法。替代PAN纖維之前驅體已包括纖維素紗線、含氮多環聚合物及偶數螺距。自各不同前驅體製備碳纖維要承擔對前驅體而言之獨特挑戰且必須設計針對特定前驅體之化學性質的各前驅體之碳化方法。
最近之努力已包括使用經穩定之聚烯烴(S-PO)纖維，諸 如磺化聚乙烯纖維來加工。舉例而言，US 4070446及WO 92/03601皆教示聚乙烯纖維之磺化且隨後轉化為碳纖維及甚至進一步轉化為石墨化碳纖維之方法。使用S-PO纖維來生產碳纖維為相對新穎的技術且歷史上已生產相比於來自其他已知前驅體之碳纖維之具有較低拉伸強度及楊氏模數(Young's modulus)之碳纖維。S-PO纖維之高溫石墨化(典型地超過2000攝氏度(℃))可幫助增加所得碳纖維楊氏模數，且亦增加加工成本及複雜度。
使用PAN纖維加工已揭示硼可為用於石墨化碳纖維之有效催化劑來提高纖維模數。然而，如以下參考文獻揭示，所需的石墨化溫度仍相當高，甚至在纖維包括硼催化劑時亦如此。此外，參考文獻揭示硼實際上可致使拉伸強度之降低，除非加熱超過2300℃。
Ya Wen等人，Materials and Design 36,728-734(2012)提出表明使用經處理之硼酸來處理PAN纖維導致加熱至超過1250℃的溫度之後導致楊氏模數增加的資料，但纖維之拉伸強度降低，除非加熱至超過2300℃的溫度。
GB1295289報導硼可充當催化劑用於在1800-3200℃的溫度範圍下促進某些聚合物纖維之快速石墨化。GB1295289識別纖維素及含氮多環聚合物纖維作為適合前驅纖維PAN。舉例而言，顯示當加熱PAN纖維超過2200℃時，硼催化劑產生相對於在無硼之情況下製備的類似纖維具有增加之楊氏模數的碳纖維。
其他參考文獻亦識別硼作為適合石墨化催化劑，用於生產具有改良特性(假設石墨化溫度超過2000℃)之石墨纖維。參見例如DE1949830A1、JP3457774B2、JP3303424B2及Cooper,GA,Mayer RM,Journal of Materials Science 6(1971)60-67。
PAN纖維之化學結構與S-PO纖維前驅體不同。仍不清楚硼將以何種方式影響S-PO纖維向碳纖維之轉化，或根本不清楚其是否將影響此類轉化。
需要提供一種方法，用於自S-PO纖維，諸如磺化聚烯烴纖維形成碳纖維，在不需要加熱至超過2000℃或甚至1800℃的溫度之情況下，增加所得碳纖維之楊氏模數及較佳亦增加拉伸強度。
本發明為一種方法之需要提供一種解決方案，該方法用於自經穩定之聚烯烴纖維，諸如磺化聚烯烴纖維形成碳纖維，在不需要加熱至超過2000℃或甚至1800℃的溫度之情況下，增加所得碳纖維之楊氏模數及較佳亦增加拉伸強度。
出人意料地，本發明為發現硼在經穩定之聚烯烴纖維碳化期間充當催化劑之結果。在不受理論束縛的情況下，硼可能在S-PO纖維中充當石墨化催化劑且在甚至2000℃以下及甚至1800℃以下的溫度下在碳化期間促進S-PO纖維之石墨化。甚至更出人意料地是，硼在1800℃以下的溫度下以導致楊氏模數及拉伸強度增加之方式獨特地影響S-PO纖維之碳化。此結果與如上先前技術中所述之硼如何在碳化期間催化PAN形成對比。硼在碳化S-PO纖維中之催化效果為先前未知的。類似地，硼在1800℃以下的溫度下足以增加楊氏模數及拉伸強度之催化效果為先前未知的。
在第一態樣中，本發明為一種包含用硼源處理經穩定之聚烯烴纖維，隨後在惰性氛圍中加熱該纖維至1000℃或更高的溫度以便將經穩 定之聚烯烴纖維轉化成碳纖維之方法。
本發明之方法適用於自聚烯烴纖維製備碳纖維。
圖1-圖4說明在碳化期間比較實施例C及實施例6之磺化聚烯烴纖維之廣角X射線散射分析資料。
當未使用測試方法編號指示日期時，測試方法係指截至此文件之優先權日期的最近期的測試方法。提及測試方法含有提及測試協會及測試方法編號。以下測試方法縮寫及識別符適用於本文：ASTM係指ASTM國際(以前美國材料與測試協會(American Society for Testing and Materials))；EN係指歐洲標準(European Norm)；DIN係指德國標準化學會(Deutsches Institut fur Normung)；且ISO係指國際標準組織(International Organization for Standards)。
「及/或(And/or)」意謂「及，或作為替代」。除非另外指明，否則全部範圍均包括端點。
「彈性模數(Elastic modulus)」及「楊氏模數(Young's modulus)」可互換。
本發明之方法適用於自經穩定之聚烯烴纖維製備碳纖維，較佳石墨化纖維。
「碳纖維(Carbon fiber)」為按纖維之重量計包含70wt%、較佳80wt%或80wt%以上、仍更佳90wt%或90wt%以上過量之纖維且其中碳 重量超過氫重量20倍或20倍以上、較佳50倍或50倍以上。
「石墨纖維(Graphite fiber)」為碳纖維之形式，此藉由六方碳環-晶體類結構及順序之有序對準來特性化。隨著六方環之量及組織配置在碳纖維中增加，碳纖維在本質上變得更趨向石墨。
「石墨化碳纖維(Graphitized carbon fibers)」為表明一定程度的類晶體結構及順序之碳纖維。
經穩定之聚烯烴(S-PO)纖維為已經化學改質以便藉由基於纖維重量之熱解重量分析在高達600℃的溫度下經歷小於10wt%、更佳小於5wt%或甚至更佳小於1wt%及較佳無可偵測的烴損失之聚烯烴纖維。可藉由交聯、氧化(例如空氣氧化)或磺化聚烯烴纖維將聚烯烴(PO)纖維轉化成S-PO纖維。
經化學改質以變為S-PO之聚烯烴纖維可為聚烯烴均聚物或多聚物，包括包含烯烴及非烯烴之多聚物。在此，「多聚物(multipolymer)」係指具有一種以上類型之單體，諸如共聚物、三元共聚物及高階聚合物之聚合物。合意地，聚烯烴纖維為包含乙烯、丙烯、丁二烯及/或苯乙烯單元中之一者或任何組合或一者以上之均聚物或共聚物。
聚乙烯均聚物及多聚物，特定言之共聚物，為尤其合意的聚烯烴纖維。較佳聚乙烯共聚物包括乙烯/辛烯共聚物、乙烯/己烯共聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/丙烯共聚物、乙烯/苯乙烯共聚物、乙烯/丁二烯共聚物、丙烯/辛烯共聚物、丙烯/己烯共聚物、丙烯/丁烯共聚物、丙烯/苯乙烯共聚物、丙烯/丁二烯共聚物、苯乙烯/辛烯共聚物、苯乙烯/己烯共聚物、苯乙烯/丁烯共聚物、苯乙烯/丙烯共聚物、苯乙烯/丁二烯共聚物、丁二烯/辛 烯共聚物、丁二烯/己烯共聚物、丁二烯/丁烯共聚物、丁二烯/丙烯共聚物、丁二烯/苯乙烯共聚物或其兩者或兩者以上之組合。
聚烯烴宜為多聚物，較佳乙烯及辛烯之共聚物。
聚烯烴多聚物可具有單體單元之任何配置。舉例而言，聚烯烴多聚物可為在單體單元或單體單元之嵌段(諸如二嵌段或三嵌段聚合物)中交替的直鏈或分支鏈接枝多聚物、分支共聚物、梳狀共聚物、星形共聚物或其兩者或兩者以上之任何組合。
聚烯烴纖維及S-PO纖維可具有任何截面形狀，諸如圓形、橢圓形、星形，即具有中空纖維、三角形、矩形及正方形。
S-PO纖維宜為磺化聚烯烴纖維。磺化聚烯烴纖維為藉由經磺化及包含硫酸官能基而穩定之聚烯烴纖維。使聚烯烴纖維磺化之任何方式均適用於製備適用於本發明之方法的磺化聚烯烴纖維。舉例而言，使聚烯烴纖維磺化之適合方式為藉由將聚烯烴纖維暴露於磺化劑，諸如濃硫酸及/或發煙硫酸、氯磺酸及/或溶劑中及/或呈氣體之三氧化硫。較佳地，藉由用選自發煙硫酸、硫酸、三氧化硫、氯磺酸或其任何組合之磺化劑處理聚烯烴纖維來製備磺化聚烯烴纖維。磺化可為逐步方法，在此期間，將聚烯烴纖維暴露於第一磺化劑且接著第二磺化劑及視情況選用之第三及視情況選用之更多磺化劑。典型地，藉由使聚烯烴纖維通過含有磺化劑之一個或一個以上浴槽來進行磺化。
用於磺化聚烯烴纖維之一個合意方法為使用發煙硫酸處理聚烯烴纖維(第一步驟)，接著使用濃硫酸(第二步驟)且接著藉由第二濃硫酸處理(第三步驟)。在三個步驟中的每一個期間的溫度可相同或彼此不 同。較佳地，第一步驟中之溫度低於在第二步驟期間的溫度。較佳地，在第二步驟期間的溫度低於在第三步驟期間的溫度。適合溫度之實例包括：對於第一步驟：0攝氏度(℃)或更高，較佳30℃或更高且更佳40℃或更高及同時合意的130℃或更低，較佳100℃或更低；對於第二步驟，合意的105-130℃且對於第三步驟合意的130-150℃。各步驟中之滯留時間可在5分鐘或5分鐘以上至24小時或24小時以下的範圍內變化。
用硼源處理S-PO纖維。適合硼源包括硼酸、苯基硼酸。需要使用硼酸水溶液作為硼源且藉由將S-PO纖維暴露於硼酸水溶液來處理S-PO纖維。硼酸水溶液中之硼酸的濃度典型地為0.09莫耳每公升(M)或更高，較佳0.1M或更高，更佳0.2M或更高、0.3M或更高、0.4M或更高，甚至0.5M或更高。最佳地，硼酸溶液在暴露於S-PO纖維之溫度下為飽和硼酸溶液。
需要將S-PO纖維暴露於足夠濃度之硼源持續足夠時段以便將足夠的硼併入S-PO纖維中以在最終碳纖維中獲得如下文關於碳纖維之描述所述的硼濃度。
在惰性氛圍中加熱已經硼源處理之S-PO纖維，以將S-PO纖維轉化成碳纖維。在惰性氛圍中加熱防止S-PO纖維在碳化期間氧化降解。以全部氛圍重量計，惰性氛圍含有小於100百萬份重量氧氣。惰性氛圍可含有惰性氣體(在加熱製程期間將不會氧化PO纖維之氣體)。適合惰性氣體之實例包括氮氣、氬氣及氦氣。惰性氛圍可為真空，即壓力低於101千帕斯卡。可單純地藉由使用一種或一種以上惰性氣體沖洗，藉由使用惰性氣體沖洗及抽真空，或藉由抽足夠低的真空將氧氣濃度降至足夠低的濃 度以在加熱期間排除S-PO纖維之非所要的氧化量來降低氧氣濃度。
在惰性氛圍中將S-PO纖維加熱至1000℃或更高的溫度以使S-PO纖維碳化。較佳地，在惰性氛圍中將S-PO纖維加熱至1150℃或更高、更佳1600℃或更高、仍更佳1800℃或更高的溫度。可加熱至2000℃或更高、2200℃或更高、2400℃或更高及甚至3000℃或更高的溫度。然而，通常加熱至3000℃或更低的溫度。需要較高加熱溫度使S-PO纖維碳化，因為較高溫度可將纖維轉化為強度、楊氏模數或強度及楊氏模數兩者皆高於非石墨碳纖維之石墨纖維。本發明之一個出人意料的結果為，可藉由加熱至僅1800℃或更低自S-PO纖維實現石墨化(即碳纖維中形成晶體結構)。即，本發明在不將S-PO纖維加熱至1800℃以上的溫度之情況下提供S-PO纖維之石墨化。
儘可能長時間的加熱纖維以實現所要特性。通常，纖維加熱的越久，碳化完成度越高且碳變得更配向。通常，加熱之持續時間為足夠快地加工纖維以為商業上可行同時仍加熱足夠長的時間以實現所要纖維特性之平衡。
在加熱S-PO纖維且將其轉化為碳纖維之後，需要碳纖維具有至少0.3莫耳百分比(mol%)、較佳0.35mol%或更高、更佳0.5mol%或更高、又更佳1mol%或更高、甚至更佳2.5mol%或更高、仍更佳2.8mol%或更高、又更佳3mol%或更高、仍甚至更佳3.3mol%或更高及甚至又更佳3.6mol%或更高之硼濃度。典型地，最終碳纖維中之硼濃度為10mol%或10mol%以下，更典型地為5mol%或5mol%以下。硼濃度相對於碳纖維中之元素的總莫耳數計。根據以下實施例部分中列舉之方法藉由感應耦合電漿 (inductively coupled plasma；ICP)分析測定碳纖維中之硼濃度。
本發明為以下發現之結果，在碳化之前使用硼處理S-PO纖維允許產生之碳纖維的強度、楊氏模數或強度及楊氏模數皆高於自不含有硼且在相同碳化溫度下經碳化之S-PO纖維產生的碳纖維之。為了本發明之利益，強度係指拉伸強度。根據ASTM方法C1557使拉伸強度及楊氏模數特性化。
實施例
將聚乙烯/1-辛烯共聚物(30之熔融指數；0.9550公克每毫升之密度；3.0之多分散性)熔融紡絲成含有1700長絲之連續性纖維束(4.4公克每丹尼爾之韌度；8.4%之斷裂伸長率；8.2微米之直徑)。在25兆帕斯卡(MPa)張力下於第一浴槽中及在15MPa張力下於後續浴槽中，以4-浴槽連續方法使纖維束磺化。以對應於大致60分鐘之滯留時間之速率在各浴槽中饋入纖維束。第一浴槽為50℃之20莫耳百分比(mol%)發煙硫酸。第二浴槽為120℃之96mol%硫酸。第三浴槽為140℃之96mol%硫酸。第四浴槽為比較實施例A及B之去離子水、實施例1-5之各種濃度的硼酸(BA)水溶液及實施例5之0.082莫耳的苯基硼酸(PBA)水溶液。自第四浴槽將纖維線軸。
注意，比較實施例B及實施例5係由PO纖維之不同樣本在與比較實施例A及實施例1-4不同的日期製備。因此，當將比較實施例A及實施例1-4及比較實施例B與實施例5進行比較時，比較之結果最精確。
藉由使10公分(四吋)樣本通過連續氮氣沖洗之三區域碳化爐使磺化纖維碳化，其中加熱區溫度為650℃、950℃、1150℃。使樣本 纖維以5.5MPa張力通過爐且持續14分鐘之總共振時間。為了1200℃及更高之碳化(參見表1)，使樣本進一步以5.5MPa張力及最熱區域中2.5分鐘的總共振時間通過連續氮氣沖洗之單區域KYK爐。
以吉帕斯卡(GPa)為單位在表1中給出實施例之所得碳纖維之所得強度及楊氏模數值。如藉由ICP分析測定，以纖維莫耳組成物之莫耳百分比計，給出選擇實施例之所得碳纖維中之硼濃度。
使用以下程序進行ICP分析。藉由使用具有Milestone UltraWave蒸煮系統之單反應室微波蒸煮技術之酸蒸煮來製備樣本。將大致10毫克之碳纖維轉移至石英蒸煮管中且添加0.5毫升之高純度去離子水及兩毫升濃硝酸。在4兆帕斯卡(40巴)下使用氮氣預先加壓反應室且使用微波能量將樣本加熱至200-250℃以進行蒸煮。在蒸煮之後，使用高純度去離子水將樣本稀釋至15毫升。使用感應耦合電漿發射光譜儀(ICP-OES)分析樣本。在大致1-10微克/公克的範圍上校準經認證之硼水溶液標準之ICP-OES Suing稀釋液及5%硝酸遮蔽。基於重量基礎來製備校準標準及樣本。針對此校準操作該等樣本。由於硼傾向於致使記憶效果，因此與品質控制檢查一起進行許多沖洗及校準以確保在整個量測運行中不存在延期。藉由向不含有添加硼之纖維樣本外加經驗證之硼水溶液標準物及進行分析來確認精確性。
表1之資料揭示已在1150℃至2400℃範圍內的溫度下經碳化之碳化磺化PO纖維的楊氏模數及/或強度具有可量測的增加。楊氏模數及強度增加顯現大範圍硼處理濃度及所得碳纖維中之大範圍硼濃度。
除了使用45.7公分(18吋)纖維樣本代替10公分(四吋)纖維樣本之外，分別以與比較實施例A及實施例3類似的方式製備比較實施例B及實施例6之預先碳化之纖維。當在氦氣氛圍下碳化時，藉由廣角X射線繞射(WAXD)分析比較實施例B及實施例6。在WAXD分析期間維持該等纖維在163MPa張力下且在加熱纖維時進行分析以確定晶體結構隨著加熱而變化。
WAXD在圖1-圖4中分別針對cos2 φ、La、d002及Lc特性化。圖1說明當硼存在時，纖維中之定向程度在低溫下經受較高定向程度。圖2進一步說明當硼存在時，微晶之長度在低溫下較大。圖3說明當硼存在時，晶體層之間的間距在低溫下較小(因此，晶體結構更純)。圖4說明當硼存在時，晶體薄片之數目在低溫下較高。WAXD資料確認在低溫下，經硼處理之磺化PO纖維中之石墨化比不含硼之磺化PO纖維中之石墨化更大規模。

Claims (8)

  1. 一種方法，其包含使用硼源處理經穩定之聚烯烴纖維，隨後在惰性氛圍中將該纖維加熱至1000℃或更高之溫度以將該經穩定之聚烯烴纖維轉化成碳纖維。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步藉由該經穩定之聚烯烴纖維為磺化聚烯烴來特性化。
  3. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其進一步藉由該聚烯烴為乙烯與辛烯之共聚物來特性化。
  4. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其進一步藉由在不加熱至高於1800℃溫度的情況下使該經穩定之聚烯烴纖維石墨化來特性化。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其進一步藉由使用硼源處理該經穩定之聚烯烴纖維，包括使該經穩定之聚烯烴纖維經受硼源水溶液來特性化。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其進一步藉由包含硼酸之該硼源來特性化。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其進一步藉由使用硼源處理該經穩定之聚烯烴纖維，藉由將該經穩定之聚烯烴纖維浸入呈0.1莫耳每公升或0.1莫耳每公升以上之硼酸濃度的硼酸水浴中來特性化。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其進一步藉由將足夠硼安置在該經穩定之聚烯烴纖維上以致所得碳纖維具有1莫耳百分比或1莫耳百分比以上的硼濃度來特性化。
TW103132381A 2013-09-19 2014-09-19 由聚烯烴衍生的含硼碳纖維 TW201516198A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361879927P 2013-09-19 2013-09-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201516198A true TW201516198A (zh) 2015-05-01

Family

ID=51663501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103132381A TW201516198A (zh) 2013-09-19 2014-09-19 由聚烯烴衍生的含硼碳纖維

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20160222551A1 (zh)
EP (1) EP3027803A1 (zh)
JP (1) JP2016534252A (zh)
CN (1) CN105593430A (zh)
AR (1) AR097710A1 (zh)
TW (1) TW201516198A (zh)
WO (1) WO2015042387A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2662097T3 (es) * 2014-04-21 2018-04-05 Dow Global Technologies Llc Un procedimiento para elaborar un artículo fabricado estabilizado a partir de poliolefina
CN107532338A (zh) * 2015-04-27 2018-01-02 陶氏环球技术有限责任公司 由聚烯烃制造制成制品的方法
WO2016176024A1 (en) * 2015-04-27 2016-11-03 Dow Global Technologies Llc Process for making a fabricated article from polyolefin
WO2016176021A1 (en) * 2015-04-27 2016-11-03 Dow Global Technologies Llc Process for making a fabricated article from polyolefin
US20180037714A1 (en) * 2015-04-27 2018-02-08 Dow Global Technologies Llc Boron-containing fabricated article prepared from polyolefin precursor
WO2016176023A1 (en) * 2015-04-27 2016-11-03 Dow Global Technologies Llc Process for making a fabricated article from polyolefin
CN105040164B (zh) * 2015-08-24 2017-05-31 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法
KR102043010B1 (ko) * 2015-12-28 2019-11-12 주식회사 엘지화학 복합 가교를 이용한 탄소섬유 제조방법 및 탄소섬유
WO2018057157A1 (en) * 2016-09-20 2018-03-29 Dow Global Technologies Llc Process for making a stabilized polyolefin article and composition thereof
KR102542793B1 (ko) * 2017-08-14 2023-06-14 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 탄소 분자체 중공 섬유 멤브레인의 개선된 제조 방법
CN109457323B (zh) * 2018-11-14 2019-12-03 苏州大学 利用金属镓进行碳化的方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1295289A (zh) * 1968-12-09 1972-11-08
JPS517211B2 (zh) * 1972-06-13 1976-03-05
JPS5039631B2 (zh) * 1972-09-22 1975-12-18
US4020145A (en) * 1973-01-18 1977-04-26 Celanese Corporation Carbon fiber production
JPS517212B2 (zh) * 1973-02-01 1976-03-05
JPS504324A (zh) * 1973-05-18 1975-01-17
JPS5124471B2 (zh) * 1973-02-16 1976-07-24
JPS5221605B2 (zh) * 1974-03-29 1977-06-11
US4131644A (en) * 1974-03-29 1978-12-26 Ube Industries, Inc. Process for producing carbon fiber
CA2007067A1 (en) * 1989-01-11 1990-07-11 Martin E. Ketterer Composite metal-loaded carbon fibers
WO1992003601A2 (en) * 1990-08-08 1992-03-05 Allied-Signal Inc. Carbon fiber and process for its production
CN100338280C (zh) * 2002-09-30 2007-09-19 帝人株式会社 碳纤维及用于制造毡的方法和组合物
CN101956252A (zh) * 2010-09-19 2011-01-26 东华大学 一种硼改性聚丙烯腈原丝制备碳纤维的方法
CN102605474A (zh) * 2011-01-21 2012-07-25 博睿思科技(大连)有限公司 一种碳纤维及其制造方法
US9096955B2 (en) * 2011-09-30 2015-08-04 Ut-Battelle, Llc Method for the preparation of carbon fiber from polyolefin fiber precursor, and carbon fibers made thereby
CN102383224B (zh) * 2011-11-14 2013-11-06 中国人民解放军国防科学技术大学 三氯化硼交联聚丙烯腈原丝制备炭纤维的方法
US9096959B2 (en) * 2012-02-22 2015-08-04 Ut-Battelle, Llc Method for production of carbon nanofiber mat or carbon paper
CN102953159A (zh) * 2012-12-17 2013-03-06 江苏航科复合材料科技有限公司 一种碳纤维的生产方法
CN103112845B (zh) * 2013-01-31 2014-07-23 黑龙江大学 利用离子交换树脂合成硼氮共掺杂石墨化纳米碳的方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015042387A1 (en) 2015-03-26
AR097710A1 (es) 2016-04-13
CN105593430A (zh) 2016-05-18
US20160222551A1 (en) 2016-08-04
EP3027803A1 (en) 2016-06-08
JP2016534252A (ja) 2016-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201516198A (zh) 由聚烯烴衍生的含硼碳纖維
Tse-Hao et al. The characterization of PAN-based carbon fibers developed by two-stage continuous carbonization
US9222201B2 (en) Processes for preparing carbon fibers using sulfur trioxide in a halogenated solvent
US11473219B2 (en) Method for producing a polybenzimidazole carbon fiber
JP2018178344A (ja) ポリアクリロニトリル系耐炎化繊維束およびその製造方法、ならびに炭素繊維束の製造方法
TWI422633B (zh) 聚丙烯腈系共聚物與奈米碳管的複合材料、碳纖維以及碳纖維的製法
CN113597484B (zh) 碳纤维束及其制造方法
JPH01306619A (ja) 高強度高弾性率炭素繊維
US20180038016A1 (en) Silicon treated polyolefin carbon fibers
KR101406119B1 (ko) 폴리아크릴로니트릴 탄소나노섬유의 제조방법
JP5811529B2 (ja) 炭素繊維束の製造方法
JP2005113305A (ja) 耐炎化繊維、炭素繊維およびそれらの製造方法
JP2014125706A (ja) 炭素繊維および炭素繊維の製造方法
KR20150127870A (ko) 탄소섬유용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유의 제조방법 및 탄소섬유의 제조방법
CN107354538A (zh) 一种聚丙烯腈基碳纤维的制备方法
Barton et al. Processes for preparing carbon fibers using gaseous sulfur trioxide
JP2011241507A (ja) 耐炎化繊維束、炭素繊維束およびそれらの製造方法
MX2010010887A (es) Fibra precursora de fibra de carbono, fibra de carbono, y procesos para la produccion de la misma.
Immanuel et al. Synthesis of carbon cloth by controlled pyrolysis of rayon cloth for aerospace and advanced engineering applications
JP2014025019A (ja) ポリアクリロニトリル系重合体、および炭素繊維前駆体繊維ならびに炭素繊維の製造方法
JPH0226922A (ja) 炭素繊維の製造方法
JPH06322616A (ja) アクリル系炭素繊維およびその製造方法
CN114481349A (zh) 高强度耐碱聚丙烯腈纤维的制备方法及聚丙烯腈纤维
JPH0314625A (ja) 炭素繊維用ピッチ及びそれを用いた炭素繊維の製造方法
KR101148569B1 (ko) 탄소섬유 제조방법