[发明专利]一种高强高导热高模量沥青基碳纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强高导热高模量沥青基碳纤维及其制备方法，属于碳纤维制备技术领域。技术方案包括步骤：1)以中间相沥青为原料，经熔融纺丝制备得到纤维直径为10μm～30μm的沥青基原丝；2)将步骤1)制得的沥青基原丝卷绕收丝后，依次经过主动放丝、热辊干燥处理、不熔化处理、三级炭化处理、预石墨化处理、石墨化处理、上浆干燥及最终卷绕收丝，制备得到高强高导热高模量沥青基碳纤维。本发明通过对热辊干燥的引入、不熔化工艺的升级优化、炭化工艺的重新分级、预石墨化的引入，从而降低了石墨化终温，在制备相同导热的沥青基石墨纤维时，本方法所需石墨化温度更低，极大的延长了石墨发热体的寿命，实现了高导热沥青基石墨纤维的产业化。

技术领域

本发明属于碳纤维制备技术领域，具体涉及一种高强高导热高模量沥青基碳纤维及其制备方法。

背景技术

沥青基碳纤维是一种以石油沥青、煤沥青、萘为原料，经沥青的精制、纺丝、预氧化、炭化或石墨化而制得的含碳量大于92％的特种纤维。是一种力学性能优异的新材料，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为230～430Gpa亦高于钢。其具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电与导热等优良性能，是航空航天工业中不可缺少的工程材料。

但是，在实际生产过程中，为了制备出较高模量及导热的石墨纤维，需要通过提升石墨化的温度来提升纤维的导热，但随着石墨化温度的升高，石墨发热体的寿命急剧缩短，限制了高导热石墨纤维产业化的实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强高导热高模量沥青基碳纤维及其制备方法，该制备方法操作简单，可控性强，延长了石墨发热体的使用寿命，从而实现高导热沥青基石墨纤维的产业化。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种高强高导热高模量沥青基碳纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)以中间相沥青为原料，经熔融纺丝制备得到纤维直径为10μm～30μm的沥青基原丝；

2)将步骤1)制得的沥青基原丝卷绕收丝后，依次经过主动放丝、热辊干燥处理、不熔化处理、三级炭化处理、预石墨化处理、石墨化处理、上浆干燥及最终卷绕收丝，制备得到高强高导热高模量沥青基碳纤维。

优选地，从主动放丝操作到最终卷绕收丝过程中，设备运行流水线的整线运行速率为0.15m/min～1m/min。

优选地，所述热辊干燥(干燥辊数量2～4个)处理是在150℃～220℃下，处理500s～900s。

优选地，所述不熔化处理是在温度为240℃～350℃、牵伸为0.1％～2％、压缩空气流量为0.1m³/h～10m³/h的条件下进行，处理时间为700s～2000s。

优选地，三级碳化处理具体是指将经不熔化处理后的纤维依次经过低温碳化处理、中温碳化处理及高温碳化处理；其中，低温碳化处理和中温碳化处理过程中设置5个温区；高温碳化处理过程中设置4个温区。

进一步优选地，低温碳化处理是在氮气气氛下，于400℃～700℃、牵伸-1％～-2％的条件下，处理200s～500s；中温碳化处理是在氮气气氛下，于800℃～1200℃、牵伸-1％～-2％的条件下，处理200s～500s；高温碳化处理是在氮气气氛下，于1200℃～1800℃、牵伸0.5％～1.5％的条件下，处理200s～400s。

进一步优选地，所述预石墨化处理是在氩气气氛下，于2100℃～2300℃、牵伸0.5％～1％的条件下，处理100s～200s。

进一步优选地，所述石墨化处理温度是在氩气气氛下，于2600℃～2800℃、牵伸1％～1.5％的条件下，处理100s～200s。