[发明专利]粘胶高温石墨碳纤维分步碳化方法

说明书

本发明公开了粘胶高温石墨碳纤维分步碳化方法，包括低温预养、中温碳化和高温碳化。本发明通过对粘胶纤维进行分步碳化，在低温预养与中温碳化过程中充盈氮气进行防氧化保护，同时充盈水蒸气，在碳化的过程中对粘胶纤维进行湿润，保护粘胶纤维的避免其因高温烧蚀而引发粘胶纤维表面产生烧蚀裂纹及沟槽，导致粘胶纤维发脆，导致其高温耐受性及成品拉力强度降低；通过低温预养与中温碳化，将粘胶纤维的表面进行碳化，提高高温耐受性，使其能满足2400℃高温的碳化要求，且在高温碳化过程中提高碳化率，降低烧蚀量。

技术领域

本发明属于碳纤维技术领域，特别涉及粘胶高温石墨碳纤维分步碳化方法。

背景技术

碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

碳纤维的关键制备工艺在于其碳化过程，碳化工艺直接影响到碳纤维的含碳量及成品碳纤维的性能。而且，传统的碳纤维碳化过程中碳化为了避免过度烧蚀，高温碳化很难超过2000℃，导致其成品中杂原子含量较高影响碳纤维的性能。

发明内容

本发明针对上述现有技术的存在的问题，提供粘胶高温石墨碳纤维分步碳化方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

粘胶高温石墨碳纤维分步碳化方法，包括以下步骤：

(1)低温预养：将浸药干燥后的粘胶纤维在50～100℃温度范围内进行低温预养，控制速度进料，同时充入保护气体；

(2)中温碳化：对低温预养后的粘胶纤维在100～400℃温度范围内进行中温碳化，同时充入保护气体；

(3)高温碳化：对中温碳化后的粘胶纤维于2400℃条件下进行高温碳化72h以上，同时充盈氩气保护。

进一步的，所述步骤(1)中保护气体为氮气与水蒸气的混合气体。

进一步的，所述氮气与水蒸气的体积比为(1.5～2):1。

进一步的，所述步骤(1)中进料通过放料辊控制送料，进料速度为1m/min。

进一步的，所述步骤(2)中保护气体为氮气与水蒸气的混合气体。

进一步的，所述氮气与水蒸气的体积比为1:(1～2)。

进一步的，所述粘胶纤维为丝束状或布状。

本发明的有益效果为：本发明通过对粘胶纤维进行分步碳化，在低温预养与中温碳化过程中充盈氮气进行防氧化保护，同时充盈水蒸气，在碳化的过程中对粘胶纤维进行湿润，保护粘胶纤维的避免其因高温烧蚀而引发粘胶纤维表面产生烧蚀裂纹及沟槽，导致粘胶纤维发脆，导致其高温耐受性及成品拉力强度降低；通过低温预养与中温碳化，将粘胶纤维的表面进行碳化，提高高温耐受性，使其能满足2400℃高温的碳化要求，且在高温碳化过程中提高碳化率，降低烧蚀量。

附图说明

图1是实施例1～6及对比例1、2的测试数据；

图2是实施例1所得粘胶高温石墨碳纤维的表面形貌SEM图；

图3是实施例2所得粘胶高温石墨碳纤维的表面形貌SEM图；

图4是实施例3所得粘胶高温石墨碳纤维的表面形貌SEM图；

图5是实施例4所得粘胶高温石墨碳纤维的断口SEM图；