[发明专利]一种聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法

说明书

本发明是关于一种聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法。主要采用的技术方案为：聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，包括如下步骤：低温碳化步骤，对密度为1.34～1.37g/cm³的预氧化纤维体进行低温碳化处理，得到低温碳化纤维体；其中，在低温碳化步骤中，根据预氧化纤维体的密度，控制预氧化纤维体的张力为A，且0＜A≤5000CN；高温碳化步骤，对低温碳化纤维体进行高温碳化，得到高温碳化纤维体；后处理，对高温碳化纤维体进行后处理，得到聚丙烯腈基碳纤维。本发明主要用于在保证聚丙烯腈基碳纤维的强度、模量的基础上，进一步提高聚丙烯腈基碳纤维的体密度。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维技术领域，特别是涉及一种聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法。

背景技术

自从上世纪50年代以来，碳纤维经过了科研人员的不断研究和开发，目前大致有粘胶纤维、沥青纤维、聚丙烯腈纤维三种。由于聚丙烯腈基碳纤维的质量轻、强度高、模量高，并且具有导电、导热、耐腐蚀和热膨胀系数小等一系列优异性能，绝大多数是以碳纤维增强树脂基复合材料的形式使用，已经广泛应用于航空航天、休闲体育、土木建筑等多个领域。

现有技术中，聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，是将聚丙烯腈纤维(即，原丝)在空气气氛中200-300℃进行预氧化稳定化处理，然后在惰性气氛中300-1000℃进行低温碳化、1000-1500℃进行高温碳化，即可得到普通碳纤维。

但是，航空航天用户需要高体密度的聚丙烯腈基碳纤维来满足特殊领域的用途，如，缠绕、铺层、结构件等领域均需要一些高体密度的聚丙烯腈基碳纤维，因为同等强度、模量等指标下提高碳纤维的体密度可以提高碳纤维复合材料的压缩强度，提高碳纤维复合材料的拉压比。因此，在确保强度、模量的条件下，提高聚丙烯腈基碳纤维的体密度成为聚丙烯腈基碳纤维研发的一个难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法，主要目的在于保证聚丙烯腈基碳纤维的强度和模量的基础上，提高聚丙烯腈基碳纤维的体密度。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其包括如下步骤：

低温碳化步骤：对密度为1.34～1.37g/cm³的预氧化纤维体进行低温碳化处理，得到低温碳化纤维体；其中，在所述低温碳化步骤中，根据所述预氧化纤维体的密度，控制所述预氧化纤维体的张力为A，且0＜A≤5000CN；

高温碳化步骤：对所述低温碳化纤维体进行高温碳化，得到聚丙烯腈基碳纤维。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，在所述低温碳化步骤中，其中，所述预氧化纤维体的张力值A与所述预氧化纤维体的密度大致呈反比关系。优选的，若所述预氧化纤维体的密度为1.34～1.355g/cm³，则对所述预氧化纤维体施加的张力为2500-5000CN；若所述预氧化纤维体的密度为1.355～1.37g/cm³，则对所述预氧化纤维体施加的张力为100-2500CN。

优选的，在所述低温碳化步骤中：

若所述预氧化纤维体的密度为1.34～1.345g/cm³，则对所述预氧化纤维体施加的张力为4200～5000CN；

若所述预氧化纤维体的密度为1.345～1.35g/cm³，则对所述预氧化纤维体施加的张力为3500～4200CN；

若所述预氧化纤维体的密度为1.35～1.355g/cm³，则对所述预氧化纤维体施加的张力为2750～3500CN；