[发明专利]碳纤维的制造方法

说明书

一种碳纤维的制造方法包括以下步骤。进行乳化步骤，将硅油组成物以及乳化剂均匀混和，以形成油剂，其中硅油组成物包括γ‑二乙烯三氨丙基甲基二甲氧基硅烷以及N‑(β‑氨乙基)‑γ‑氨丙基甲基二甲氧基硅烷。进行上油步骤，将碳纤维原丝浸泡于油剂中，使油剂附着于碳纤维原丝的表面，以形成碳纤维前驱体。对碳纤维前驱体进行煅烧步骤，以形成碳纤维。借此，有助于提升油剂的安定性，且可提供工艺上的便利性，并可使硅油组成物具有较佳的亲水性。另一方面，由于本发明的油剂可具有良好的成膜性及耐热性，因此其可在具有很小的附油率的前提下达到良好的保护效果。

技术领域

本发明内容是有关于一种碳纤维的制造方法。

背景技术

近年来，随着环保意识抬头以及节能高效的概念逐渐形成，碳纤维的需求越来越高。由于碳纤维具有耐疲劳性佳、热传导率高、摩擦系数小、润滑性佳、热膨胀系数小、耐腐蚀性佳、X射线穿透率高以及比热与导电性介于非金属和金属之间等优点，因此常广泛地应用于例如是工业、运动、土木建筑、交通运输、能源、航天以及军事等领域。然而，在碳纤维的制造过程中，基于前驱物、工艺以及碳化条件的不同，所制成的碳纤维的机械强度及其他物性与化性也不相同。

在碳纤维的制造过程中，几乎都是在加热的环境下对纤维原丝进行牵伸，且纤维原丝的煅烧也是在高温的环境下进行，而高温易导致纤维原丝软化，甚至进一步发生单纤粘着的情形。此外，纤维原丝在输送的过程中会与滚轮表面接触摩擦，导致毛羽及其他缺陷的产生而使碳纤维的质量降低。为防止上述情形发生，目前最常使用的方式是将油剂附着在纤维原丝的表面以形成保护膜。然而，由于一般常用的油剂难以承受高温，因此便逐渐发展出改质的油剂。然而，经改质后的油剂仍存在着成膜性差、耐热性差、安定性差、亲水性差、工艺复杂等的问题。基于上述，如何提供一种可克服上述问题的油剂，是本领域业者积极研究的重要课题。

发明内容

根据本发明一些实施方式，一种碳纤维的制造方法包括以下步骤。进行乳化步骤，将硅油组成物及乳化剂均匀混和，以形成油剂，其中硅油组成物包括γ-二乙烯三氨丙基甲基二甲氧基硅烷以及N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。进行上油步骤，将碳纤维原丝浸泡于油剂中，使油剂附着于碳纤维原丝的表面，以形成碳纤维前驱体。对该碳纤维前驱体进行煅烧步骤，以形成碳纤维。

在本发明一些实施方式中，γ-二乙烯三氨丙基甲基二甲氧基硅烷与N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷的重量比介于7:3至8:2之间。

在本发明一些实施方式中，在空气中对油剂进行热重分析，在温度为273℃至277℃时，油剂的重量大于油剂的原重量的90％至95％。

在本发明一些实施方式中，在温度为428℃至432℃时，油剂的重量大于油剂的原重量的80％至85％。

在本发明一些实施方式中，在上油步骤中，油剂的附油率介于0.5％至0.8％之间。

在本发明一些实施方式中，碳纤维的制造方法还包括以下步骤。进行混和步骤，在300rpm至1000rpm的转速下将γ-二乙烯三氨丙基甲基二甲氧基硅烷以及N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷均匀地混和，以形成硅油组成物。

在本发明一些实施方式中，混和步骤在50℃至65℃的温度下进行。

在本发明一些实施方式中，乳化步骤还包括以下步骤。将硅油组成物、乳化剂以及去离子水均匀地混和，以形成油剂，其中硅油组成物、乳化剂以及去离子水的重量比为(12～40):(3～15):(45～85)。

在本发明一些实施方式中，乳化剂包括非离子界面活性剂、阳离子界面活性剂、阴离子界面活性剂或其组合。

在本发明一些实施方式中，非离子界面活性剂包括聚氧乙烯醚与聚氧丙烯醚嵌段共聚物、三苯乙烯苯基醚与环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物或其组合。