聚丙烯腈基碳纤维的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111088558A(43)申请公布日2020.05.01(21)申请号201811234952.4(22)申请日2018.10.23(71)申请人中国石油化工股份有限公司地址100728北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院(72)发明人王贺团沈志刚李磊肖士洁(51)Int.Cl.D01F9/22(2006.01)权利要求书2页说明书7页(54)发明名称聚丙烯腈基碳纤维的制备方法(57)摘要本发明涉及一种聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，主要解决现有技术中存在的碳纤维毛丝多、力学性能差和低炭炉排焦量大的问题。本发明采用一种聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，包括上油和干燥致密化、蒸汽牵伸、热定型、热稳定化、碳化的步骤；其特征在于，所述上油和干燥致密化至少有两道，且至少一道在蒸汽牵伸和热定型步骤之前进行，至少一道在蒸汽牵伸和热定型步骤之后进行的技术方案，较好地解决了该问题，可用于制备高性能碳纤维的生产中。CN111088558ACN111088558A权利要求书1/2页1.一种聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，包括上油和干燥致密化、蒸汽牵伸、热定型、热稳定化、碳化的步骤；其特征在于，所述上油和干燥致密化至少有两道，且至少一道在蒸汽牵伸和热定型步骤之前进行，至少一道在蒸汽牵伸和热定型步骤之后进行。2.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于所述上油和干燥致密化有n道，具体包括以下步骤：a)将来自水洗后的聚丙烯腈原丝，进入第一道上油、挤压辊挤压后，进入第一道干燥致密化；b)将得到的聚丙烯腈原丝进行第二道～第x道上油和干燥致密化；c)将得到的聚丙烯腈原丝进行蒸汽牵伸和热定型；d)将得到的聚丙烯腈原丝进行第(x+1)道～第n道上油和干燥致密化，完成上油过程；其中，所述n大于等于3，所述x大于等于2且小于等于(n-1)；e)将聚丙烯腈前驱体在180～280℃范围内进行热稳定化处理30～60min，总牵伸为0～6％，得到热稳定化纤维；f)将上述热稳定化纤维在惰性气体条件下，300～1500℃范围内进行碳化处理2～10min，总牵伸为-4～5％，得到所述聚丙烯腈基碳纤维。3.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于所述上油和干燥致密化有n道，具体包括以下步骤：a)将来自水洗后的聚丙烯腈原丝，进入第一道上油、挤压辊挤压后，进入第一道干燥致密化；b)将得到的聚丙烯腈原丝进行蒸汽牵伸和热定型；c)将得到的聚丙烯腈原丝进行第二道～第n道上油和干燥致密化，完成上油过程；其中，所述n大于等于3；d)将聚丙烯腈前驱体在180～280℃范围内进行热稳定化处理30～60min，总牵伸为0～6％，得到热稳定化纤维；e)将上述热稳定化纤维在惰性气体条件下，300～1500℃范围内进行碳化处理2～10min，总牵伸为-4～5％，得到所述聚丙烯腈基碳纤维。4.根据权利要求1～3任一所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于所述的第一道干燥致密化的温度在70℃～100℃之间，第一道干燥致密化的时长在20s～60s之间；所述的第二道干燥致密化的温度在100℃～140℃之间，第二道干燥致密化的时长在20s～60s之间；所述的第三道干燥致密化的温度在70℃～100℃之间，第三道干燥致密化的时长在5s～20s之间。5.根据权利要求1～3所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于所述的上油中的油剂配置时采用电导率为25℃下0.1μs/cm～10μs/cm的纯水。6.根据权利要求1～3所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于所述的第一道上油的油剂质量浓度为1.5％～3％之间；第二道上油的油剂质量浓度为2％～4％之间；第三道上油的油剂质量浓度为0.5％～1.5％之间。7.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在所述聚丙烯腈原丝由二元或三元聚丙烯腈共聚物制得，其中，所述聚丙烯腈共聚物丙烯基单元质量分数不低于92％。2CN111088558A权利要求书2/2页8.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于所述聚丙烯腈原丝丝束中的单丝数量为3～48K；所述聚丙烯腈原丝优选由湿法或干喷湿纺法制备。9.根据权利要求2或3所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于所述热稳定化温度为180～270℃，分为4～6个温区；所述热稳定化温度进一步优选为200～260℃；所述热稳定化时间优选为40～55min。10.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于所述碳化处理包括低温碳化和高温碳化两个过程；低温碳化温度为300～700℃，热处理时间为2～6min，牵伸为0～6％；高温碳化温度为1000～1500℃，热处理