[發(fā)明專利]一種高強度碳纖維的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910195794.0
• 申請日: 2009-09-17
• 公開（公告）號: CN101649508A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余木火;榮懷蘋;韓克清;王兆華;田銀彩;張輝;蔡金琳
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: D01F11/16
• 分類號: D01F11/16;D01F11/12;D01F11/14;D01F9/12;D01F9/22
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 翁若瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高強度碳纖維的制備方法，屬于碳纖維加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳纖維(或石墨纖維)在加工生產(chǎn)中，特別是以聚丙烯腈原絲為原料而加工生產(chǎn)的碳 纖維，由于原絲本身的缺陷以及加工過程中均勻性原因造成表面孔洞的形成，這些孔洞造 成纖維受力時的應(yīng)力集中現(xiàn)象，亦是單絲斷裂的主要因素。對這些表面孔洞的修復(fù)一直是 碳纖維生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)十分關(guān)注的問題，但至今沒有很好的辦法，所以目前只能犧牲已有孔洞 的單絲，從而造成碳纖維整體力學(xué)性能指標的明顯下降。

中國專利02121070.5，利用聚焦電磁場感應(yīng)加熱，制造了一個乙炔反應(yīng)環(huán)境，使乙炔 在高溫碳纖維附近裂解為氫氣和碳原子。碳原子沉積在碳纖維表面，達到修復(fù)缺陷增強碳 纖維的目的。但是該方法設(shè)備及其復(fù)雜，成本較高，操作不方便，而且效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種操作簡單、成本低、效率高的高強度碳纖維的制備方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種高強度碳纖維的制備方法，其特征 在于，具體步驟為：

第一步：將碳納米管0.01-2重量份與溶劑100重量份混合，用超聲波細胞粉碎機以 功率300w-600w超聲1.5-3小時；

第二步：在第一步得到的混合溶液中加入高分子增稠劑0.01-5重量份，用超聲波細 胞粉碎機以功率300w-600w超聲1-2h；

第三步：在預(yù)氧化后的紡絲用纖維上用第二步得到的混合溶液形成厚度為100-300nm 的涂層，然后經(jīng)過碳化得到高強度碳纖維。

所述第一步中采用的碳納米管優(yōu)選為羧基化的多臂碳納米管。

所述第一步中采用的溶劑優(yōu)選為二甲基亞砜、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或 蒸餾水。

所述第二步中所采用的高分子增稠劑優(yōu)選為聚丙烯腈、聚乙烯醇或α-氰基丙烯酸酯。 依據(jù)溶劑的不同而不同。

所述第三步中在預(yù)氧化后的紡絲用纖維上形成涂層的方法優(yōu)選為將預(yù)氧化后的紡絲 用纖維以固液比1∶3-1∶2浸入到第二步得到的混合溶液中靜置1-2h。

所述第三步中在預(yù)氧化后的紡絲用纖維上形成涂層的方法優(yōu)選為將第二步得到的混 合溶液采用靜電噴射在噴射電壓80kv-120kv、噴射距離25cm-40cm以及噴槍旋轉(zhuǎn)速度 2800r/min-3000r/min的條件下噴射到纖維表面。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)表面修復(fù)以后減少了表面缺陷，有效的消除了應(yīng)力集中，可使碳纖維的拉伸強度 提高15％-30％，韌性提高30％；

(2)處理時間短、可在線配套使用、投資少、處理費用低；

(3)可根據(jù)碳纖維缺陷的程度，適當?shù)恼{(diào)整碳納米管/溶劑的比例以及走絲速度，以 達到更好的增強效果；

(4)處理效果好、生產(chǎn)效率高；

(5)操作簡單，易工業(yè)化使用。

附圖說明

圖1是表面處理劑的質(zhì)量比為聚丙烯腈∶多臂碳納米管∶二甲基亞砜＝0.05∶0.05∶100 處理后碳纖維放大倍數(shù)為10000倍的場發(fā)射電鏡圖；

圖2是表面處理劑的質(zhì)量比為聚乙烯醇∶多臂碳納米管∶N，N-二甲基甲酰胺 ＝0.05∶0.5∶100處理后碳纖維放大倍數(shù)的10000倍的場發(fā)射電鏡圖；

圖3是表面處理劑的質(zhì)量比為聚乙烯醇∶多臂碳納米管∶水＝5∶0.05∶100處理后碳纖維 放大倍數(shù)為10000倍的場發(fā)射電鏡圖；

圖4是表面處理劑的質(zhì)量比為α-氰基丙烯酸脂∶多臂碳納米管∶水＝5∶0.05∶100處理 后碳纖維放大倍數(shù)為10000倍的場發(fā)射電鏡圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例來具體說明本發(fā)明。

實施例1