[其他]碳纖維的制造方法和所用裝置

無效

• 申請號: 88100656
• 申請日: 1988-02-06
• 公開（公告）號: CN88100656A
• 公開（公告）日: 1988-08-17
• 發明（設計）人: 魯道夫·蓋依;羅爾夫·喬恩特;威廉·沃爾沙伊德特;霍斯特·瑪蒂埃及卡;海因里?！づ撂匕⒙宥?/a>
• 申請（專利權）人: 迪迪爾工程有限公司
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12;C10C3/06
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 樊衛民

本發明涉及一種由煤焦油瀝青或褐煤瀝青，更具體地說由煤焦油瀝青制造碳纖維的方法。該煤焦油瀝青在紡絲前先通過過濾除去其中的不熔成分，然后將瀝青濾液進行蒸餾處理以除去揮發性成分，再將由所得的瀝青熔化物紡出的瀝青纖維在預定的氧化溫度下氧化和在預定的碳化溫度下碳化。本發明也涉及碳絲的制造。石墨纖維或石墨絲可用已知的方法由按照本發明制得的碳纖維或碳絲制造。

一種已知的由煤焦油瀝青制造碳纖維或石墨纖維或這兩種纖維絲的方法是由熔化物紡絲并將所得的瀝青纖維氧化，然后碳化，如要制造石墨纖維則還要石墨化。煤焦油瀝青的軟化點至多達190℃（按克雷默-薩諾法測定，以簡寫為KS法測定），紡絲前將其加熱至軟化點以上100℃的溫度。所得的瀝青熔化物通過高壓過濾，在此溫度下基本上已不含固體成分。固體成分或不溶成分與不溶于喹啉的成分是一樣的。為了除去揮發性的或低分子量成分，將過濾后的瀝青熔化物在高達350℃的溫度下蒸餾或使其冷卻后研磨成瀝青細粒并使細粒與沸點高達70℃的脂族溶劑接觸。使溶解了瀝青成分的溶劑與瀝青的不溶成分分離。將用液態氧化輔助劑浸潤的活性炭細粒噴灑在由瀝青熔化物紡出的碳纖維或紗上，并使其在氧化氣氛中加熱至400℃。接著使已氧化的碳絲在約1000℃下進行碳化（參看DE-PS2419659）。這個已知方法的目的是由煤焦油瀝青制造能非常迅速地氧化和碳化的碳纖維或碳絲。令人遺憾的是進行上述蒸餾時會重新生成干擾的、不溶于喹啉的成分或不熔成分，蒸餾的效率是有限的。實際上，紡出的瀝青纖維中揮發性瀝青成分的含量越少，瀝青纖維的熱后處理（即氧化和碳化）可進行得越是簡單而迅速。

在由石油基瀝青制造碳纖維或石墨纖維時采用薄膜式蒸發器進行蒸餾的方法也是已知的，但這方法對于解決由煤基瀝青制造碳纖維或碳絲的問題并沒有任何好的效果;的確，由煤基瀝青制造碳纖維或碳絲已不用這樣的方法（參看EP-OS0084237）。

本發明的目的是提供一種由煤焦油瀝青或褐煤瀝青，更具體地說由煤焦油瀝青制造碳纖維的方法，在該方法中熱后處理是十分簡單而迅速的，從而使碳纖維或碳絲的制造非常經濟合理。

本發明的一種方法是將瀝青濾液置于薄膜式蒸發器中進行蒸餾，以使其軟化點提高到200℃以上（KS方法測定）。最好是將瀝青濾液置于薄膜式蒸發器中在200℃以上的溫度和低達1毫毫微巴（mnbar）的負壓下進行蒸餾，以使其軟化點達到260℃以上（KS方法測定）。本發明是基于這樣的了解，即如將煤基瀝青和煤焦油瀝青在薄膜式蒸發器中蒸餾，能使其軟化點出人意料地提高到260℃以上。軟化點高的煤焦油瀝青對于熱后處理時提高交聯程度（即機械強度）是有利的。揮發性瀝青成分也大大減少。由于在薄膜式蒸發器中的停留時間很短，不會產生干擾，即不會重新生成不熔的，不溶于喹啉的固體，從而獲得均勻的、很純的瀝青熔化物，它非常適合于用作制造碳纖維的原料，而且即使在軟化點高于200℃的情況下也能出人意料地紡絲。

在使瀝青纖維轉化為碳纖維的熱后處理過程中停留時間也是很短的，惰性氣體和能源的消耗量大大降低。實際上，熱后處理時間，更具體地說氧化時間可大大縮短。本發明在這方面的另一貢獻是它還具有這樣的特點，即碳化后通過通入冷的惰性氣體（例如氮）使碳纖維冷卻至600℃以下，然后再用冷空氣進一步冷卻。簡單地說，最終產品是合理地制得的高質量的（更具體地說高拉伸強度的）碳纖維或碳絲。

本發明也涉及一種實施所述的方法所采用的裝置，該裝置特別適用于瀝青纖維的熱后處理，它包括至少一個纖維夾持裝置，一個氧化爐和一個碳化爐。該裝置的特點是：

有一接受氧化爐、真空罐、碳化爐和冷卻罐（所有這些處理裝置都是敞口式貯器）的下轉臺;

有一上轉臺，它與下轉臺是分別傳動的，上轉臺有一轉換裝置以臨時接受纖維夾持裝置或每一含有要處理的瀝青纖維的纖維夾持裝置;

有一裝料臺面，該臺面安置在上轉臺之上，臺面上至少有一個裝料口和至少有一個適合于接受罐蓋的凹槽，罐蓋有接頭，供通入空氣和惰性氣體，供抽空產生負壓和排出空氣，