[发明专利]一种可用于编织的沥青基碳纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可用于编织的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)制得的沥青基原丝经热辊干燥处理、不熔化处理、三级炭化处理、上浆干燥及卷绕收丝，制备得到可用于编织的沥青基碳纤维。本发明方法操作简单，可控性强，整线速率高；经本发明制备的沥青基碳纤维，其自身高模、高导热、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电的性能潜质得到了保留，同时具备良好的可编织性，解决了沥青基石墨纤维在后期使用过程中编织难度较大的问题。

技术领域

本发明属于碳纤维制备技术领域，具体涉及一种可用于编织的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或煤沥青为原料，经沥青的精制、纺丝、不熔化、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。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，目前高导热高模沥青基石墨纤维的模量较高，断裂伸长率较小，在织物的编织过程中难度较大，甚至无法完成编织。以沥青基石墨纤维为例：其强度为3400MPa、模量860GPa、断裂伸长率仅为0.4％，编织难度极大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于编织的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，整线速率高；经该方法制备的沥青基碳纤维，具有良好的编织性能，因而能够解决在后期使用过程中编织难度较大的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的可用于编织的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、上浆干燥及最终卷绕收丝，制备得到可用于编织的沥青基碳纤维。

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0.1m/min～5m/min。

优选地，所述热辊干燥处理(干燥辊数量2～4个)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。

更进一步优选地，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。

更进一步优选地，中温碳化处理是在氮气气氛下，于800℃～1000℃、牵伸-1％～-2％的条件下，处理200s～500s。

更进一步优选地，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。

优选地，所述上浆干燥采用环氧树脂基上浆剂进行上浆处理，纤维上浆率控制在1.0％～3.0％，干燥是在150℃～200℃下进行。