[發明專利]一種煤系通用級瀝青炭纖維的制備方法

有效

• 申請號: 201210541249.4
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN103014918A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 閆桂林;劉春龍;劉越;童亮;孫亭亭;韓波
• 申請（專利權）人: 濟寧碳素集團有限公司;山東晨陽新型碳材料股份有限公司
• 主分類號: D01F9/145
• 分類號: D01F9/145
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種炭纖維的制備方法，具體地說涉及一種煤系通用級瀝青炭纖維的制備方法。?

背景技術

瀝青與聚丙烯腈、粘膠并稱為炭纖維的三大原料。目前，制造碳纖維大部分采用聚丙烯腈為原料，但以聚丙烯腈為原料制造碳纖維的生產成本昂貴，并且在制造過程中加熱炭化時炭化收率低，纖維素原型極易斷裂；而制備瀝青基炭纖維的原料資源豐富，與黏膠基碳纖維及PAN基炭纖維相比，具有更高的炭化收率，而且在生產成本方面的優勢遠遠高于高性能型瀝青基炭纖維，因而逐漸成為制造碳纖維的主流。?

瀝青基炭纖維可以劃分為兩大類別，一種是通用級纖維，通常以各向同性瀝青為原料制造，另一種是高性能型炭纖維，主要是以優質的各向異性中間相瀝青為原料制成，目前報道的高性能型炭纖維模量和強度可達到900GPa和4GPa以上。通用級瀝青基炭纖維具有十分良好的應用前景，如在建筑行業中用于水泥增強，在儲能材料中用于電池陽極和電容器等，除此以外，經過活化的炭纖維還可以作為催化劑或者用來凈化水體。?

由于通用級瀝青炭纖維的生產對設備及其工藝水平要求很苛刻，難以實現產業化生產。目前，國內鞍山賽諾達碳纖維有限公司是唯一家從事瀝青基碳纖維的廠家，但是生產工藝較為繁瑣，且原料為石油系瀝青，炭纖維的強度不高，直接影響下游產品的品質。喹啉不溶物和軟化點一般是制造碳纖維原料用的瀝青的兩個重要參數，喹啉不溶物大量存在時，紡絲容易出現斷裂并且瀝青容易堵塞噴絲孔，而瀝青軟化點較低時則要延長氧化時間同時由于其中低分子成分多，熔融紡絲產生大量氣泡嚴重影響著產品的質量，因此低喹啉不溶物和高軟化點是對通用級瀝青的普遍要求。通常而言，碳纖維生產原料以及碳纖維的制備工藝對上述兩個指標的影響最大。選用合適的原料以及對炭纖維制備工藝的改進成為生產高質量碳纖維的重要保證。?

CN1204302C保護了一種高密度炭纖維得制備方法，該方法向活性炭纖維中加入粘合劑制成膠泥狀混合物成型，成型后的塊狀活性炭纖維加熱后進行干燥和固化處理后降至室溫即可得到高密度活性炭纖維。該方法操作工藝簡單，但原料價格昂貴，不適合工業應用。CN100529207C請求保護一種通用級瀝青炭纖維的制備方法，其將乙烯焦油放入反應釜中通入空氣后攪拌并升溫至260-330℃，再經熔融紡絲、不熔化、炭化步驟制得通用級瀝青炭纖維。該工藝操作簡單，但其制得的通用級瀝青炭纖維質量不穩定，有待于進一步改善。?

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種通用級瀝青炭纖維的制備方法，該制備方法工藝簡單、操作方便、生產成本低廉，所制備得到的瀝青炭纖維性能優良，具有十分廣闊的應用前景。?

本發明通用級瀝青基炭纖維的制備方法包括如下步驟:?

1)?????以煤系高純浸漬劑瀝青為原料，直接加入連續攪拌反應釜中，加熱升溫至200-340℃，并且連續不斷地通入混合氣體，氧化時間為3-20h后得到高軟化點瀝青。

2)?????將高軟化點瀝青加入紡絲機的原料罐中，升溫至280-350℃，進行熔融紡絲，得到瀝青基炭纖維原絲。?

3)?????將瀝青基炭纖維原絲，放入不熔化爐中，升溫至200-320℃，通空氣進行不熔化處理1-10h。?

4)?????在600-1500℃，惰性氣體保護下，對不熔化處理過的纖維進行炭化，得到瀝青基炭纖維。?

如上所述的通用級瀝青基炭纖維的制備方法中，高純浸漬劑瀝青的質量要求為：軟化點為80－95℃，喹啉不溶物QI≤0.2%，結焦值≥48%，甲苯不溶物≥15%，灰分≤0.2%，軟化點最好在85-90℃之間。?

如上所述的通用級瀝青基炭纖維的制備方法中，所述步驟1）中在加熱升溫前向連續攪拌反應釜中添加含有六氯環氧膦腈、N，N′－二仲丁基對苯二胺、油酸酰胺和醋酸乙烯酯的添加劑組合物，該添加劑組合物可以顯著提高瀝青的高軟化點，改善碳纖維的潤滑性和抗氧化性能。其中當添加組合物中六氯環氧膦腈、N，N′－二仲丁基對苯二胺、油酸酰胺和醋酸乙烯酯重量比為1：2：2：4時，該添加劑組合物對瀝青基碳纖維上述指標改善的效果最好。上述所述通用級瀝青基炭纖維的制備方法中，所述步驟1）添加劑組合物的添加比例為2%-8%。?

如上所述的通用級瀝青基炭纖維的制備方法中，所述步驟1）中混合氣體中氧氣的比例不少于70%。?

如上所述通用級瀝青基炭纖維的制備方法中，經過步驟1）得到的高軟化點瀝青的軟化點在250-280℃，結焦值≥75%，喹啉不溶物≤0.5%，甲苯不溶物≥50%，灰分≤0.04%。?