[發明專利]聚丙烯腈基碳纖維原絲預氧化前處理工藝

有效

• 申請號: 201010285139.7
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN101956253A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 王浩靜;李福平;范立東;劉福杰;程璐;王紅飛
• 申請（專利權）人: 西安航科等離子體科技有限公司
• 主分類號: D01F11/12
• 分類號: D01F11/12;D01F9/22
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

技術領域

本發明涉及一種聚丙烯腈基碳纖維原絲的預氧化前處理工藝，屬于碳纖維的制備工藝領域。

背景技術

碳纖維是有機纖維經一系列熱處理后轉化而成的含碳量在90％以上的新型碳材料。碳纖維不但具有高比強度和比模量、高導電性、低熱膨脹系數、耐高溫、抗腐蝕、抗蠕變以及自潤滑等一系列優異的性能，還具有纖維的柔性和可編制性等特點，常作為先進復合材料的增強體，在航空航天、核能設備以及隱形武器等國防領域具有不可替代的作用，同時在土木建筑、交通運輸以及體育休閑等民用工業領域也得到了廣泛的應用。

碳纖維的制備工藝過程包括聚合、紡絲、預氧化和碳化，其中預氧化過程是碳纖維制備過程中結構轉變的關鍵階段，也是熱處理過程中最耗時的階段，其目的是使聚丙烯腈的線型大分子鏈轉化為耐熱的梯形結構，使其在碳化時不熔不燃，保持纖維形態。預氧化過程中原絲的結構轉變在很大程度上決定著碳纖維的結構和性能。預氧化是一個雙擴散過程，氧由表及里向纖維內部擴散。隨著預氧化反應的進行，在原絲表層形成了致密的梯形結構，阻礙了氧向芯部擴散，造成纖維表層和芯部的結構以及性能產生明顯差異，形成皮芯結構。皮芯結構是導致碳纖維抗拉強度降低的主要原因之一。因此，在預氧化過程中縮短預氧化時間，提高預氧化程度同時消除或降低皮芯結構對碳纖維生產成本的降低以及性能的提高具有十分重要的意義。

中國專利200910234656.9中表明可以采用預氧化前將聚丙烯腈基碳纖維原絲置于重量百分比濃度為5～15％的高錳酸鉀溶液中浸漬處理1～10min的預氧化前處理工藝來達到降低預氧化溫度、提高預氧化程度的目的。但是，采用高錳酸鉀溶液對聚丙烯腈基碳纖維原絲進行預氧化前處理時，有可能會在纖維中引入鉀離子雜質形成缺陷，影響碳纖維的性能。同時，高錳酸鉀是一種有毒的化學物質，采用高錳酸鉀溶液對聚丙烯腈基碳纖維原絲進行預氧化前處理時會帶來環境污染等負面問題。

發明內容

為了解決現有的原絲預氧化前處理工藝影響碳纖維的性能、污染環境的技術問題，本發明提供一種可以縮短預氧化時間，消除皮芯結構同時對環境基本無污染的聚丙烯腈基碳纖維原絲的預氧化前處理工藝。

本發明的技術解決方案是：

一種聚丙烯腈基碳纖維原絲預氧化前處理工藝，其特殊之處在于：將需要預氧化的聚丙烯腈基纖維原絲在室溫下置于臭氧水中浸漬1～10min，所述臭氧水中臭氧的含量為10～50mg/L。

上述聚丙烯腈基纖維原絲在室溫下置于臭氧水中浸漬5min；所述臭氧水中臭氧的含量為30mg/L。浸漬完畢后，將聚丙烯腈基碳纖維原絲送入預氧化爐進行預氧化。

本發明所具有的優點：

1、采用本發明工藝對聚丙烯腈基碳纖維原絲進行預氧化前處理后，其預氧化時間縮短，皮芯結構基本消除。

2、經過本發明工藝的處理，碳纖維的抗拉強度和抗拉模量分別提高了約30％和21％。

具體實施方式

一種聚丙烯腈基碳纖維原絲預氧化前處理工藝，主要方法是將需要預氧化的聚丙烯腈基纖維原絲在室溫下置于臭氧水中浸漬1～10min，其中臭氧水中臭氧的含量為10～50mg/L。

為了達到更好的處理效果，聚丙烯腈基碳纖維原絲預氧化前處理的優選工藝參數詳見表1。

表1

??前處理參數??優選值??臭氧水中臭氧含量(mg/L)??30??浸漬處理時間(min)??5

浸漬完畢后，就可以將聚丙烯腈基碳纖維原絲送入預氧化爐進行預氧化。

舉例說明：以丙烯腈為第一單體，衣康酸為共聚單體(質量分數為1％)，偶氮二異丁腈為引發劑，二甲基亞砜為溶劑，在氮氣保護下進行聚合。聚合液經脫單、脫泡、過濾后獲得紡絲原液。紡絲液經凝固、水洗、牽伸、致密化和熱定型等一系列處理后獲得聚丙烯腈基碳纖維原絲。