一种高模量高导热沥青基炭纤维的制备方法.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CN108456950A(43)申请公布日2018.08.28(21)申请号201810189032.9(22)申请日2018.03.08(71)申请人湖南东映碳材料科技有限公司地址410205湖南省长沙市高新开发区咸嘉湖西路467号(72)发明人刘金水叶崇黄东吴晃李保六李益(74)专利代理机构广州市红荔专利代理有限公司44214代理人吝秀梅(51)Int.Cl.D01F9/155(2006.01)D01F1/10(2006.01)权利要求书1页说明书3页(54)发明名称一种高模量高导热沥青基炭纤维的制备方法(57)摘要本发明公开了一种高模量高导热沥青基炭纤维的制备方法，首先通过常压氮气鼓泡吹扫的方法制备软化点在80～90℃的乙烯焦油沥青，然后向其中加入硼酸三乙酯，再通过加压热聚合及减压脱挥的方法制备含硼可纺中间相沥青；再经熔融纺丝、预氧化、碳化及石墨化制备高模量高导热沥青基炭纤维样品，其拉伸模量为800～900GPa、热导率为800～1000W/m·K。本发明将硼元素通过化学反应的方法引入到中间相纺丝沥青中，实现了硼元素均匀可控的添加，解决了常规方法硼元素添加不均的难题；硼元素在后续沥青基炭纤维的制备过程中有效的启到催化石墨化的作用，从而降低石墨化处理温度，延长石墨化炉寿命，降低生产成本。CN108456950ACN108456950A权利要求书1/1页1.一种高模量高导热沥青基炭纤维的制备方法，其特征在于包括以下几个步骤：步骤(1)：以乙烯焦油为原料，通过常压氮气鼓泡吹扫的方法进行热切割6～9h，去除300℃以下的轻质组分，获得软化点在80～90℃的乙烯焦油沥青；步骤(2)：在100℃温度条件下，向液态的乙烯焦油沥青中加入液态的硼酸三乙酯，所述硼酸三乙酯的加入量为乙烯焦油沥青质量的5～10％，在机械搅拌及密闭的条件下升温到400～410℃，依靠自升压在1～3MPa的压力下进行加压热聚合反应6～12h，然后降温至360～380℃进行抽真空脱挥处理1～5h，再鼓入氮气至常压冷却获得含硼可纺中间相沥青；步骤(3)：以含硼可纺中间相沥青为原料进行熔融纺丝，获得连续的含硼沥青纤维原丝；步骤(4)：将含硼沥青纤维原丝在200～300℃的温度范围内进行预氧化处理，获得含硼沥青纤维预氧丝；步骤(5)：将含硼沥青纤维预氧丝在400～1200℃的温度范围内进行碳化处理，获得含硼沥青基炭纤维；步骤(6)：将含硼沥青基炭纤维在2400～2600℃的温度范围内进行石墨化处理，获得模量为800～900GPa，导热率为800～1000W/m·K的沥青基石墨纤维。2.根据权利要求1所述的一种高模量高导热沥青基炭纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的乙烯焦油的灰分含量＜20ppm。3.根据权利要求1所述的一种高模量高导热沥青基炭纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的氮气鼓泡吹扫的气量为1～5L/(min·kg)。4.根据权利要求1所述的一种高模量高导热沥青基炭纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的真空脱挥的真空度为-0.1～0MPa。2CN108456950A说明书1/3页一种高模量高导热沥青基炭纤维的制备方法技术领域[0001]本发明属于高性能沥青基炭纤维制备工艺技术领域，具体地说是一种通过化学反应均匀可控引入硼元素进行催化石墨化制备高模量高导热沥青基炭纤维的方法。背景技术[0002]高模量高导热沥青基炭纤维具有聚丙烯腈(PAN)基炭纤维无可比拟的高模量和高导热优势，被称为炭纤维领域“皇冠上的明珠”，在航空航天装备、尖端工业装备、电子产品等上实现轻量化的同时，作为结构材料承载负荷，作为功能材料防热和导热，具有无可替代性，是一款极具发展前景的高端炭纤维品种。[0003]高模量高导热沥青基炭纤维的制备工艺技术流程长，通常包括高纯可纺中间相沥青的调制、熔融纺丝、预氧化、碳化、石墨化等过程。制备高模量高导热沥青基炭纤维通常需要较高的石墨化处理温度(＞2600℃)，例如中国发明专利(CN105088420A)获得的高导热沥青基石墨纤维是经过2600～2800℃的连续石墨化处理；中国发明专利(CN105887245A)为了制备高模量高导热的沥青基炭纤维连续长丝，其石墨化处理是在2600～3000℃的间歇式石墨化炉内完成的。如此高的石墨化处理温度存在能耗大、石墨化炉运行寿命短，生产成本高的弊端，极大地限制其进一步的推广应用。[0004]为了延长石墨化炉使用寿命，进一步降低生产成本，通常采用催化石墨化的方法来降低石墨化处理温度，在所有的催化剂体系中，硼是唯一可以与碳形成固溶体的催化剂，硼可以取代石墨晶格中的碳原子，从而进行均匀石墨化，形成比其它金属催化石墨化结构更规整的石墨