[发明专利]通用级沥青炭纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种制备通用级沥青炭纤维的方法。

背景技术

沥青基炭纤维的研究始发于20世纪60年代，由日本大谷杉郎发明了沥青基炭纤维的制造工艺，并于1970年由吴羽化学公司实现了工业化生产。美国联合炭化物公司于1970年也成功开发出了以石油沥青为原料的沥青基炭纤维，1982年开始投入工业化生产。日本石墨纤维公司继承了日本钢铁和日本石油两大公司的技术实力，于1995年合资成立了“Granoc”沥青炭纤维公司，积极开展沥青基炭纤维的应用研究，不仅提高了产品性能，而且开发了很多新品种，如低模量型、中模量型、航空航天级产品等。

沥青基炭纤维的原料较为广泛，煤及石油加工副产物以及合成沥青等均可作为沥青炭纤维的原料，它是经沥青的精制、纺丝、不熔化、炭化或石墨化而制得的特种纤维，具有低密度、高拉伸强度和模量、耐高温、热膨胀系数小、抗化学腐蚀、高导电和导热等一系列优异的特性，是军民两用不可或缺的新材料。炭纤维作为复合材料增强剂的应用，常加入到树脂、金属或陶瓷、炭、水泥等基体中，构成炭纤维增强复合材料，是一种极为有用的结构材料。随着近年来炭纤维应用发展的多元化，其应用领域不断拓宽，炭纤维年需求增长率达到20％，国外各主要炭纤维生产商纷纷扩大产能，2010年全球炭纤维的需求量将超过10万吨。

我国沥青炭纤维的研究起步较晚，在开发、生产及应用方面与国外相比还有一定差距。尽管研制的通用级沥青炭纤维(GPCF)、高性能沥青炭纤维(HPCF)在性能上已达到国外同类产品水平，但均没有形成生产能力。随着我国经济的发展，炭纤维应用领域不断扩大，市场需求量将会进一步增加，同时由于沥青基炭纤维生产成本低、市场价格低廉，发展前景将十分可观。

专利申请号00123361.0石油系沥青基通用型碳纤维原料的制备方法中，采用乙烯裂解焦油为原料制备高软化点纺丝沥青及精制碳纤维沥青原料，该方法是将乙烯裂解焦油通过常压、减压蒸馏工艺生产出树脂沥青和200～250℃的高软化点沥青；树脂沥青再经绝氧、气提等特定条件下进行热缩聚和分离反应便精制成碳纤维沥青原料。专利申请号98117508.2一种同时生产碳纤维沥青及针状石油焦的方法中，采用乙烯焦油为原料，通过热处理及减压闪蒸制备碳纤维沥青原料。这两种方法工艺流程复杂，成本高，同时对设备要求也高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺流程简单、成本低的通用级沥青炭纤维的制备方法。

该方法是乙烯焦油通过氧化热缩聚及氮气吹扫或氧化缩聚及减压蒸馏两步法制备的。将乙烯焦油放入反应釜中，通入空气进行氧化缩聚或通入氮气进行吹扫，当温度升到指定值恒温一段时间，然后在此温度进行减压蒸馏，制得沥青炭纤维用原料沥青。以此沥青通过熔融纺丝、不熔化、炭化制得沥青炭纤维。

本发明的制备方法为以下几个步骤：

(1)将残炭为7～10％、灰分为0.01～0.04％的乙烯焦油放入反应釜中，通入空气，同时搅拌，乙烯焦油的质量与空气流量的比值为1800～2000g∶0.2～0.4m³/h，以升温速率为0.5～1.5℃/min升温到260～330℃恒温1～7小时，在氮气保护下升温至320～380℃，恒温0.5～4小时，制得制备炭纤维用原料纺丝沥青；

(2)将制得的纺丝原料沥青通过熔融纺丝、不熔化、炭化制得通用级沥青炭纤维。

如上所述的熔融纺丝温度为为290～360℃，纺丝压力为0.2～1.0MPa；不熔化温度为260～320℃，不熔化时间为3～11小时；炭化温度为900～1200℃，升温速率为1～3℃/min。

步骤(1)在氮气保护下升温至320～380℃，恒温0.5～4小时后还可以进行减压蒸馏10～30分钟，制得制备炭纤维用原料沥青。本发明的优点和效果如下：

本发明通将乙烯焦油通过氧化热缩聚及氮气吹扫或氧化热缩聚及减压蒸馏两步法制备了通用级沥青炭纤维用纺丝沥青，并以此沥青原料制备了通用级沥青炭纤维，制备工艺简单，适合工业化生产。所制备的沥青原料残炭值高、离散性小、可纺性好，连续长度达到50000米以上，即使在高转速1250转/分钟也不会断丝，炭纤维的直径在10～14μm，强度为800～1100MPa。

具体实施方式

实施例1