[發(fā)明專利]提高碳纖維力學(xué)性能的裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710699320.4
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN109402789B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 昌志龍;張琨;吳歷斌;吳糧華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22;D01F9/32
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本發(fā)明涉及一種提高碳纖維力學(xué)性能的簡易裝置，主要解決現(xiàn)有設(shè)備和工藝制備的碳纖維力學(xué)性能差、離散系數(shù)大的技術(shù)問題。本發(fā)明通過在預(yù)氧化爐和低溫碳化爐之間增加加濕和干燥裝置，原絲依次經(jīng)放絲機(jī)、預(yù)處理站、預(yù)氧化爐、加濕裝置(1)、牽伸裝置(2)、干燥裝置(3)、低溫碳化爐、高溫碳化爐，最終在收絲機(jī)上獲得碳纖維。預(yù)氧纖維經(jīng)去離子水浸漬后在100℃～200℃溫度下空氣氣氛中進(jìn)行干燥，經(jīng)處理后預(yù)氧纖維的含水率低于0.15％的技術(shù)方案，較好地解決了該問題，適用于碳纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳纖維設(shè)備和技術(shù)，能有效提高碳纖維的力學(xué)性能。

技術(shù)背景

碳纖維具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異的性能，被廣泛的應(yīng)用在體育休閑用品和高科技工業(yè)領(lǐng)域，特別是在航空航天領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。碳纖維的制備一般包括聚合紡絲、預(yù)氧化、碳化三大工藝過程，其中每個工序中都含有數(shù)十個或者數(shù)百個工藝控制點(diǎn)，每一個工藝控制點(diǎn)都可能導(dǎo)致纖維中產(chǎn)生缺陷結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致碳纖維的性能的不穩(wěn)定。

張躍等發(fā)表的《聚丙烯腈基碳纖維的研究進(jìn)展》(2009年3月《纖維復(fù)合材料》第一期，p7-10)中介紹了聚丙烯腈基碳纖維的國內(nèi)外發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹了碳纖維生產(chǎn)工藝，指出了國產(chǎn)碳纖維的部分問題。劉建軍等發(fā)表的一種12K二元聚丙烯腈基碳纖維的制造方法(專利號CN201310132065.7)，對大絲束碳纖維的制備進(jìn)行了介紹。目前，日本掌握了世界上最先進(jìn)的碳纖維制備技術(shù)，不僅在高強(qiáng)度系列碳纖維上取得了領(lǐng)先地位，而且在高模以及高強(qiáng)高模等領(lǐng)域也占據(jù)了較大的優(yōu)勢。國內(nèi)碳纖維僅僅在T300級別碳纖維取得了一定成績，且并不能穩(wěn)定生產(chǎn)。產(chǎn)生以上現(xiàn)象的原因主要是國內(nèi)在碳纖維制備過程中的基礎(chǔ)科學(xué)問題尚未解決。基于以上原因，目前國內(nèi)的主要研究方向是攻克基礎(chǔ)科學(xué)問題，同時在設(shè)備上進(jìn)行改良。

本發(fā)明在對基礎(chǔ)科學(xué)問題的研究過程中，對設(shè)備和工藝進(jìn)行了優(yōu)化，以期提高碳纖維的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是目前國內(nèi)碳纖維力學(xué)性能差，離散系數(shù)大，提供了一種提高力學(xué)性能的裝置。該裝置用于聚丙烯腈纖維的制備過程中，具有提高碳纖維力學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是提供一種與解決技術(shù)問題之一相對應(yīng)的提高碳纖維力學(xué)性能的方法。

為解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種提高碳纖維力學(xué)性能的裝置，包括：預(yù)氧化爐、低溫碳化爐、加濕裝置和干燥裝置；其特征在于，在預(yù)氧化爐和低溫碳化爐之間依次設(shè)置加濕裝置和干燥裝置。

上述技術(shù)方案中，所述加濕裝置1和干燥裝置2前后相應(yīng)設(shè)置的傳動設(shè)備3，通過傳動設(shè)備3將纖維在加濕裝置1和干燥裝置2中連續(xù)運(yùn)行。

上述技術(shù)方案中，所述加濕裝置采用不銹鋼水槽，水槽中裝配導(dǎo)向輥，導(dǎo)向輥材質(zhì)為陶瓷。

上述技術(shù)方案中，所述干燥裝置中設(shè)有表面電加熱單元為鎳鉻合金絲的不銹鋼管，所述鎳鉻合金絲纏繞在不銹鋼管的表面。

上述技術(shù)方案中，所述加濕裝置中水槽有效長度為20-100cm。

上述技術(shù)方案中，所述干燥裝置有效長度為20-100cm。

上述技術(shù)方案中，所述加濕裝置中裝有去離子水。

上述技術(shù)方案中，所述干燥裝置中溫度為100-200℃。

上述技術(shù)方案中，所述經(jīng)干燥裝置干燥后預(yù)氧纖維的含水率不高于0.15％。

為解決上述技術(shù)問題之二，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種提高碳纖維力學(xué)性能的方法，采用上述技術(shù)方案中任一所述的提高碳纖維力學(xué)性能的裝置，依次經(jīng)過以下步驟：原絲經(jīng)放絲機(jī)、預(yù)處理站、預(yù)氧化爐、加濕裝置、干燥裝置、低溫碳化爐、高溫碳化爐，最終在收絲機(jī)在獲得碳纖維。