[發明專利]一種碳纖維及其制備方法和復合材料

有效

• 申請號: 201210242751.5
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN103541044A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 雷震;宋威;蔡彤旻;黃險波;曾祥斌;辛偉;馬雷
• 申請（專利權）人: 金發科技股份有限公司;上海金發科技發展有限公司
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22;D01F9/145
• 代理公司: 廣州市深研專利事務所 44229
• 代理人: 張喜安

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技術領域

本發明涉及高分子合成領域，特別涉及一種碳纖維及其制備方法和復合材料。

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背景技術

20世紀中后期，由于碳纖維增強復合材料具備極為優異的性能，碳纖維開始在航空航天、國防軍工、醫用器材、體育用品等多個領域得到廣泛應用。碳纖維生產制造過程包括預氧化、炭化、表面處理等多個步驟，現有的碳纖維由于其強度不高，其應用受到一定的限制。

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發明內容

為解決上述問題，本發明有必要提供一種碳纖維的制備方法。

進一步地，還有必要提供一種碳纖維。

進一步的，還有必要提供一種碳纖維的復合材料。

一種碳纖維的制備方法，包括預氧化階段，

包括原料碳纖維原絲在預氧化階段至少分為四個溫度段，所述四個溫度段內依次對碳纖維原絲進行至少兩次牽伸，所述每個溫度段內的每次牽伸的牽伸倍數為-5%-15%。

所述預氧化的第一溫度段內所有牽伸的牽伸倍數之和為-5%-25%，其優選的范圍是-5%-0、0-5%、5-10%或10%-25%；所述預氧化的第二溫度段內所有牽伸的牽伸倍數之和為-10%-20%，其優選的范圍是-10%--5%、-5%-0、0-5%或5-20%；所述預氧化的第三溫度段內所有牽伸的牽伸倍數之和為-10%-20%，其優選的范圍是-10%--5%、-5%-0、0-5%或5-20%；所述預氧化的第四溫度段內所有牽伸的牽伸倍數之和為-5%-15%，其優選的范圍是-5%-0、0-5%、5-10%或10%-15%。

其中，所述預氧化的第一溫度段是在180℃-220℃條件下預氧化15min-60min，所述預氧化的第二溫度段是在200℃-245℃條件下預氧化10min-55min，所述預氧化的第三溫度段是在220℃-260℃條件下預氧化10min-55min，所述預氧化的第四溫度段是在245℃-275℃條件下預氧化10min-50min。

其中，所述四個溫度段內依次對碳纖維原絲進行三次、四次、五次、六次、七次、八次、九次或十次牽伸。

其中，所述每個溫度段內至少包括一次正牽伸，至少包括一次負牽伸。在不同溫度段采用了不同的牽伸倍數，尤其是在每個溫度段內至少包括一次正牽伸，至少包括一次負牽伸，使預氧化階段PAN原絲大分子鏈內環化和鏈間交聯充分進行，從而形成穩定的梯形結構；每個溫度段內至少包括一次正牽伸，至少包括一次負牽伸，使牽伸過程中絲產生的內應力得到及時釋放，不會累積產生較大的牽伸應力從而破壞絲的內部結構產生裂紋，最終較大程度地提高了碳纖維產品的整體性能。

其中，所述預氧化的第五溫度段是在250℃-285℃條件下預氧化10min-45min，所采用的牽伸倍數為-5%-25%，其優選是-5%-0、0-5%、5-10%或10%-15%；

所述預氧化的第六溫度段是在260℃-300℃條件下預氧化10min-40min，所采用的牽伸倍數為-5%-15%，其優選是-5%-0、0-5%、5-10%或10%-15%。

其中，所述第五溫度段和所述第六溫度段內分別對碳纖維原絲進行至少兩次牽伸。

其中，當預氧化階段分為四個溫度段時，所述四個溫度段內依次對碳纖維原絲進行至少兩次牽伸，所述預氧化的第一溫度段是在180℃-210℃條件下預氧化15min-60min，所述第一溫度段內每次牽伸的牽伸倍數為-5%-0或0-5%；所述預氧化的第二溫度段是在220℃-240℃條件下預氧化10min-55min，所述第二溫度段內每次牽伸的牽伸倍數為-5%-0或0-8%；所述預氧化的第三溫度段是在230℃-250℃條件下預氧化10min-55min，所述第三溫度段內每次牽伸的牽伸倍數為-5%-0或0-5%；所述預氧化的第四溫度段是在245℃-270℃條件下預氧化10min-50min，所述第四溫度段內每次牽伸的牽伸倍數為-5%-0或0-5%；