[發明專利]一種瀝青基炭纖維連續長絲的制備方法

有效

• 申請號: 201310007640.0
• 申請日: 2013-01-09
• 公開（公告）號: CN103046165A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 伍孝;王斌;林源;張福強;白峰;劉朗;史景利
• 申請（專利權）人: 四川創越炭材料有限公司
• 主分類號: D01F9/145
• 分類號: D01F9/145;D01D13/00;D01D7/00;D01D13/02
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 楊耀田

技術領域

本發明屬于炭纖維生產領域，特別涉及一種中間相瀝青纖維的紡制、牽伸，并制備炭纖維。

背景技術

瀝青炭纖維是一種具有獨特性能的軍民兩用材料，被譽為當今世界材料綜合性能的尖端產品，已廣泛應用于航空、航天、運動器材以及高檔民品，其高性能產品被發達國家列為戰略物資實施管制，而我國還處于研制和一般性能產品產業化階段，嚴重制約我國國防、航空、航天等相關領域的發展。其中，尤其是炭纖維連續長絲，因其定向性、可編織性等更適合與設計制備性能卓越的高性能炭材料，而倍受青睞。

可紡瀝青制備炭纖維連續長絲，因其前驅體瀝青纖維、不熔化纖維和碳化纖維都很脆弱或模量非常高，而極難處理。上世紀七十年代中期，日本吳羽公司和東洋紡織公司共同開發了各向同性瀝青基炭纖維連續長絲的制造工藝技術，之后美國聯合炭化物公司發表了以各向異性瀝青為原料的高性能瀝青炭纖維連續長絲的制造工藝技術。迄今為止的工藝，在前者的基礎上，為了減少斷絲，降低集束的困難等，采用了各種各樣的手段避免不必要的損傷，并試圖提高整體的生產效率。

一種被采用的基礎工藝是由采用輥筒直接收取瀝青纖維，然后進行特殊的后處理，其優點是收絲穩定簡單，對紡絲干擾小，可以保證纖維直徑的均勻性和穩定性。

USP4351816是聯合炭化物公司對原有技術的改進，依然采用將瀝青連續長絲收集于輥筒進行不熔化，不熔化之后的連續長絲再導絲至另一特定附有軟質炭氈的輥筒，穿線或直接炭化。其較好的避免了后期處理過程中的熱應力斷裂，但關鍵仍在不熔化，與輥筒一并不熔化嚴重限制其生產效率并干擾了絲束的均勻性。

另一種被采用的基礎工藝是采用非輥筒牽引，將絲束收集于絡絲盤或筒，然后采用精密控制的不熔化、炭化和石墨化設備進行后期處理。特開昭59-1724、特開昭60-21911、特開昭61-70016、特開平6-166912等分別采用氣流牽引、導絲輥進行集束、牽伸，并通過除靜電、上油等輔助工藝成功將絲束收集于絡絲盤或筒。其紡絲關鍵在于牽伸力的不穩定性，在實際操作中需要重視到高速紡絲和細旦化的要求，后期的不熔化采用強氧化性氣體如二氧化氮、氧氣等和空氣的混合達到快速氧化的目的、并炭化和石墨化制得石墨纖維連續長絲。

兩種基礎工藝的改良方向之一，采用小直徑的噴絲板，并不得不減少噴絲孔數，從而大大降低了生產效率，并使得小股的瀝青纖維束愈發脆弱，這就需要更穩定、更少損傷絲束的牽伸和合股方法。

特開平2000-345435，US6524501，US6187434公開了一種炭纖維束的制備方法，以單個小噴絲板紡絲集束獲得第一纖維束，并采用氣流振蕩使纖維假捻，而后將兩股以上的第一纖維束進行合股，并進一步假捻，獲得含有200-200，000瀝青絲的纖維束。纖維束采用多個導絲輥牽伸和氣流牽伸聯用，并平穩落入收絲盤。然而，采用這種工藝時，若進一步提高纖維束的牽伸速率，即提高牽伸輥和導絲輥的轉速時，絲束極易纏輥，尤其是落入收絲盤前的最后一級導絲輥，嚴重干擾紡絲，并對連續長絲的質量有著致命的影響。

特開平6-146119，US5425931公開了一種連續長絲紡制技術，采用多個特制的噴絲板熔融擠壓成纖，而后將所得纖維集束，形成含有1000-100，000根瀝青絲的纖維束，該技術纖維束同樣通過導絲輥牽伸之后，還另加一個氣體吸入裝置牽伸，使纖維束順利落入收絲盤。較好的避免了后期絲束合并的弊端。特開平6-166912，在收絲盤下方也設置了吸絲裝置，對絲束起進一步的固定作用。但是，為了減少紡絲、牽伸過程中纖維的損傷，都需要對纖維進行充分上油，浸潤有大量上油劑的纖維束極易黏附在氣體吸入口，即使加大氣流流速也無濟于事，氣流僅僅能起加強穩定的作用，而不可能作為牽伸的主要作用力。因而，此類工藝并不適合充分上油之后的纖維束和高速牽引的纖維束。

為了降低紡絲和纖維束輸送過程的摩擦和外界其它環境對瀝青纖維束的損傷，需要在纖維表面上油，但油劑的存在使瀝青纖維束在后期的不熔化過程中，很難施加足夠的張力使每一根纖維都平整的鋪展開，這就使得纖維束中產生的焦油很難即時排出，極易造成纖維束發硬發脆。上述工藝都需要采用耐高溫、高滲透性的油劑才能初步解決以上問題，但所得不熔化纖維并不是很柔軟，影響后續的制備工藝。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種瀝青基炭纖維連續長絲的制備方法，解決現有紡絲瀝青制備工藝紡絲速度較慢，對纖維束破壞大，不熔化效率低，易并絲發脆的技術問題。

本發明是通過以下技術方案實現的：