[發明專利]高模數石墨纖維及其制造方法

有效

• 申請號: 201210241023.2
• 申請日: 2012-07-12
• 公開（公告）號: CN103541042A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 王智永
• 申請（專利權）人: 永虹科技股份有限公司
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12
• 代理公司: 北京申翔知識產權代理有限公司 11214
• 代理人: 黃超;周春發

技術領域

本發明有關一種高模數石墨纖維及其制造方法，旨在提供一種可大幅提升石墨化的效率，并降低制程成本的制造方法。

背景技術

碳纖維因為具有低比重、高抗張強度、高模數、高導電性、高熱導等一系列的優良特性，還具有纖維的柔性可編制特性的優點。其中高強度高模數的特殊碳纖維，被廣泛應用在建筑、航空、軍事的新型增強復合材料。碳纖維原料種類相當多，如嫘縈、聚乙烯醇、偏氯乙烯、聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)、瀝青(pitch)等?，F有主流使用的碳纖維采用聚丙烯腈(PAN)為原料，其碳纖維的強度等力學特性優良，質量性能均勻且可安定制造。

以PAN為原料制造碳纖維的流程一般如下：PAN原料(抽絲)→穩定化工程(200~300℃，空氣中氧化時間10-20小時)→碳化工程(1000-1500℃，氮氣中加熱時間2小時以上)→石墨化工程(1500-3000℃，氬氣中加熱時間0.5小時以上)→石墨化纖維。其中石墨化工程目的在使纖維中碳含量達90%以上，并形成二維碳環平面的網狀結構和層片平行的石墨層結構。一般皆利用X射線繞射(XRD)與拉曼光譜(Raman)對PAN碳纖維的微觀結構進行了解，并研究其對碳纖維機械性能的影響。XRD分析中，主要由石墨相峰值半高寬β判斷石墨層結晶面(002)的堆棧厚度(晶粒厚度)，一般以Lc作為表示，關系式如下式(1)，K為形狀因子，λ為X光波長，θ為散射角。

Lc=Kλ/βcosθ????公式(1)

Lc越高代表石墨層堆棧數越多，纖維結構越緊密，研究結果顯示高強度型(以Toray公司T系列為代表)碳纖維的結晶區約由5～6層石墨平面組成，高強度高模數型(MJ系列為代表)碳纖維的結晶區約由10～20層石墨平面組成。理論上和實際商品驗證均指出，石墨層晶粒厚度越大，碳纖維的拉伸模數越高，如表1所示。

??型號??拉伸強度/GPa??抗張模數/GPa??Lc/埃??La/埃