[发明专利]高模数石墨纤维及其制造方法有效
| 申请号： | 201210241023.2 | 申请日： | 2012-07-12 |
| 公开（公告）号： | CN103541042A | 公开（公告）日： | 2014-01-29 |
| 发明（设计）人： | 王智永 | 申请（专利权）人： | 永虹科技股份有限公司 |
| 主分类号： | D01F9/12 | 分类号： | D01F9/12 |
| 代理公司： | 北京申翔知识产权代理有限公司 11214 | 代理人： | 黄超;周春发 |
| 地址： | 中国台湾桃*** | 国省代码： | 中国台湾;71 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 高模数 石墨 纤维 及其 制造 方法 | ||
技术领域
本发明有关一种高模数石墨纤维及其制造方法，旨在提供一种可大幅提升石墨化的效率，并降低制程成本的制造方法。
背景技术
碳纤维因为具有低比重、高抗张强度、高模数、高导电性、高热导等一系列的优良特性，还具有纤维的柔性可编制特性的优点。其中高强度高模数的特殊碳纤维，被广泛应用在建筑、航空、军事的新型增强复合材料。碳纤维原料种类相当多，如嫘萦、聚乙烯醇、偏氯乙烯、聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)、沥青(pitch)等。现有主流使用的碳纤维采用聚丙烯腈(PAN)为原料，其碳纤维的强度等力学特性优良，质量性能均匀且可安定制造。
以PAN为原料制造碳纤维的流程一般如下：PAN原料(抽丝)→稳定化工程(200~300℃，空气中氧化时间10-20小时)→碳化工程(1000-1500℃，氮气中加热时间2小时以上)→石墨化工程(1500-3000℃，氩气中加热时间0.5小时以上)→石墨化纤维。其中石墨化工程目的在使纤维中碳含量达90%以上，并形成二维碳环平面的网状结构和层片平行的石墨层结构。一般皆利用X射线绕射(XRD)与拉曼光谱(Raman)对PAN碳纤维的微观结构进行了解，并研究其对碳纤维机械性能的影响。XRD分析中，主要由石墨相峰值半高宽β判断石墨层结晶面(002)的堆栈厚度(晶粒厚度)，一般以Lc作为表示，关系式如下式(1)，K为形状因子，λ为X光波长，θ为散射角。
Lc=Kλ/βcosθ 公式(1)
Lc越高代表石墨层堆栈数越多，纤维结构越紧密，研究结果显示高强度型(以Toray公司T系列为代表)碳纤维的结晶区约由5～6层石墨平面组成，高强度高模数型(MJ系列为代表)碳纤维的结晶区约由10～20层石墨平面组成。理论上和实际商品验证均指出，石墨层晶粒厚度越大，碳纤维的拉伸模数越高，如表1所示。
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