[發明專利]一種高強度碳纖維的加工方法

在審

• 申請號: 201811255903.9
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109371662A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 郭平
• 申請（專利權）人: 含山縣領創新材料科技有限公司
• 主分類號: D06M11/56
• 分類號: D06M11/56;D06M10/06;D06M10/08;D06M10/10;D06M101/40
• 代理公司: 合肥廣源知識產權代理事務所(普通合伙) 34129
• 代理人: 羅滬光

本發明公開了一種高強度碳纖維的加工方法，包括如下步驟：（1）碳纖維表面預處理、（2）一次改性處理、（3）二次改性處理。本發明對碳纖維的加工方法進行了特殊的優化改進處理，其工藝步驟搭配合理，便于大規模的推廣應用，制得的碳纖維具有強度高，使用穩定，壽命長，填充、織造、深加工使用品質好等特點，極具市場競爭力和推廣應用價值。

技術領域

本發明屬于纖維材料加工處理技術領域，具體涉及一種高強度碳纖維的加工方法。

背景技術

碳纖維指在化學組成中碳元素質量分數在 90%以上的纖維材料。是 20 世紀 60年代開發成功的一種耐高溫、耐腐蝕、熱膨脹系數小、尺寸穩定性好、高強度、高模量新型碳材料。碳纖維可采用聚丙烯腈纖維（PAN 纖維）、瀝青纖維、粘膠纖維或木質素纖維等經過氧化、低溫碳化、高溫碳化而制成。廣泛應用于航空航天、體育休閑用品和一般工業領域。碳纖維產業在發達國家支柱產業升級乃至國民經濟整體素質提高方面，發揮著非常重要的作用。對我國產業結構的調整和傳統材料的更新換代也有重要意義，對國防軍工和國民經濟有舉足輕重的影響。碳纖維是上世紀 60 年代興起的一種新型高性能材料，它具有很多優點，是一種理想的功能材料和結構材料。起初是為宇航工業和軍用飛機的需要發展起來的，但是如今己經廣泛應用于商業、民用航空、文體、工業以及運輸等領域，具有廣闊的應用前景。高性能碳纖維復合材料的開發應用，進一步促進了碳纖維工業的發展。世界范圍內，日本、美國等國碳纖維生產技術相對先進，日本的碳纖維發展一直處在世界的前沿，不僅在物理、化學性能方面有所突破，它們的聚丙烯腈基碳纖維的產量位居世界第一，其相關產品幾乎壟斷了世界市場。我國從 60 年代后期開始研制碳纖維，至今未能規模化生產，碳纖維的質量和產量滿足不了國民經濟發展的需求，90%以上的市場被國外產品占領。特別是航空航天部門等高科技領域迫切需要的高性能碳纖維。我國在高強度高性能碳纖維材料領域處于劣勢地位。

進入 21 世紀，隨著經濟和社會的發展，人們對于能源的需求持續增加，為了推動可持續發展，人類必須大力發展各種新能源；同時，地球上現有能源由于大量消費化石燃料，對環境造成巨大的破壞，危及后代人的生存和發展。種種因素逼迫人類開發新能源代替高含碳量的礦物能源，大力開放新能源和可再生能源的利用技術將是未來社會減少環境污染的重要措施。燃料電池發電是繼水力、火力、核能發電之后的第四類發電技術，它是一種不經過燃燒在等溫條件下直接以電化學反應方式將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效且與環境友好地轉化為電能的發電裝置。因其具有高的能量轉換效率、無污染等優點，燃料電池技術的研究和開發備受各國政府與大公司的重視，被認為是 21世紀首選的潔凈、高效的發電技術，是一種新型的、發展潛力巨大的實用技術。燃料電池具有以下優點：能量轉換效率高、低噪聲、低污染、適應性強，燃料多樣性及建設周期短、維護方便等。

碳纖維紙是一種廣泛應用于質子交換膜燃料電池電極中的氣體擴散層材料，它不僅具有均勻的多孔質薄層結構，而且由于其主要原料是石墨化碳纖維，這種纖維具有高導熱、高導電、密度小、耐高溫、耐燒蝕、強度高等特點，使得它具備優異的導電性、化學穩定性和熱穩定性。碳纖維紙是由碳纖維加工制造而成，其品質很大程度上決定于碳纖維的品質，但因我國在碳纖維生產制造中的短板問題，造成了后續碳纖維紙、復合材料等深度加工的產品在市場競爭力也較為薄弱。

對此，有人對碳纖維的加工方法進行了改善優化，如申請號為：CN201010157479.1公開了一種中高強度碳纖維的表面處理方法及設備，其中利用電化學處理的方式對碳纖維進行了加工處理，有效的提升了碳纖維的強度、與復合材料間的相容性等品質，但此處理方式加工后的纖維存在穩定性不佳，用作燃料電池的碳纖維紙制作中其透氣性等不好等問題，需要不斷的改進處理。

發明內容

本發明的目的是針對現有的問題，提供了一種高強度碳纖維的加工方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種高強度碳纖維的加工方法，包括如下步驟：

（1）碳纖維表面預處理：