一种高强度高模量碳纤维及其制备方法.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CN108642605A(43)申请公布日2018.10.12(21)申请号201810311440.7(22)申请日2018.04.09(71)申请人中国科学院宁波材料技术与工程研究所地址315201浙江省宁波市镇海区庄市大道519号(72)发明人钱鑫陈礼群支建海张永刚王雪飞李德宏宋书林(74)专利代理机构杭州天勤知识产权代理有限公司33224代理人刘诚午(51)Int.Cl.D01F9/22(2006.01)D01F11/16(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种高强度高模量碳纤维及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种高强度高模量碳纤维，其制备方法包括：(1)以纤维体密度作为结构性能指标，采用预氧化炉对前驱体纤维进行六温区预氧化处理，得到预氧化纤维；(2)使用低温碳化炉对预氧化纤维进行六温区的低温碳化处理后，再使用高温碳化炉对低温碳化纤维进行五温区高温碳化处理，制备得到碳纤维；(3)采用高温石墨化炉对碳纤维进行超高温石墨化处理，制备得到所述的高强度高模量碳纤维。在纤维连续制备过程中，通过预氧化、低温碳化、高温碳化及石墨化的温度、牵伸倍率、停留时间等匹配设计，实现碳纤维的高强度、高模量，以及性能稳定，通过本发明方法制备得到的碳纤维拉伸强度高于4.2GPa、拉伸模量高于500GPa。CN108642605ACN108642605A权利要求书1/1页1.一种高强度高模量碳纤维的制备方法，其特征在于，包括：(1)以纤维体密度作为结构性能指标，采用预氧化炉对前驱体纤维进行六温区预氧化处理，得到预氧化纤维；(2)使用低温碳化炉对预氧化纤维进行六温区的低温碳化处理后，再使用高温碳化炉对低温碳化纤维进行五温区高温碳化处理，制备得到碳纤维；(3)采用高温石墨化炉对碳纤维进行超高温石墨化处理，制备得到所述的高强度高模量碳纤维。2.根据权利要求1所述的高强度高模量碳纤维的制备方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的高强度高模量碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，各温区预氧化处理的温度分别为180～210℃、200～225℃、210～230℃、220～235℃、230～250℃和240～260℃，各温区纤维牵伸倍率分别为1.0％～3.0％、-2.0％～-0.5％、-2.0％～-0.5％、-2.0％～-0.5％、-2.0％～-0.5％和-2.0％～-1.0％；各温区纤维停留时间均为12～20min。4.根据权利要求3所述的高强度高模量碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，各温区纤维体密度增加梯度为0.01～0.02g/cm3，所述预氧化纤维的体密度为1.35～1.40g/cm3。5.根据权利要求1所述的高强度高模量碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，低温碳化处理阶段，各温区低温碳化处理的温度分别为300～450℃、400～550℃、500～600℃、550～750℃、650～850℃和750～900℃，纤维总牵伸倍率为4.0％～8.0％，纤维停留时间为2～10min。6.根据权利要求1所述的高强度高模量碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，高温碳化处理阶段，各温区高温碳化处理的温度分别为1000～1200℃、1150～1250℃、1200～1350℃、1300～1450℃和1350～1500℃，纤维总牵伸倍率为-5.0％～-1.0％，纤维停留时间为3～8min。7.根据权利要求1所述的高强度高模量碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，超高温石墨化处理采用单温区，温度为2300～2900℃，纤维牵伸倍率为3.0％～7.0％，纤维停留时间为2～7min。8.一种高强度高模量碳纤维，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述方法制备得到。9.根据权利要求8所述的高强度高模量碳纤维，其特征在于，所述高强度高模量碳纤维的拉伸强度≥4.2Gpa，拉伸模量≥500Gpa。2CN108642605A说明书1/4页一种高强度高模量碳纤维及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及碳纤维制备技术领域，具体涉及一种高强度高模量碳纤维及其制备方法。背景技术[0002]碳纤维具有拉伸强度高、拉伸模量高、热膨胀系数小、耐腐蚀、导电等系列优点，因此在航空航天、工程应用、民用休闲等领域获得广泛应用。碳纤维通常加工流程包括前驱体纤维制备、预氧化、低温碳化和高温碳化，而按照纤维性能差异，碳纤维可分为高强中模碳纤维及高强高模碳纤维两种，高强高模碳纤维是在高强中模碳纤维基础上进一步经过2000℃～3000℃超高温石墨化处理得到，石墨化处理后碳纤维体密度可由处理前1