[发明专利]一种高强高模高延伸碳纤维及其制备方法

权利要求书

1.一种高强高模高延伸碳纤维的制备方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1，将丙烯腈和共聚单体溶液聚合得到纺丝原液；

步骤2，采用湿法纺丝，将纺丝原液经凝固、水洗、热水牵伸、上油、干燥后，再经蒸汽牵伸和热定型得到前驱体纤维；

步骤3，将前驱体纤维经预氧化、低温碳化、高温碳化和超高温石墨化制备得到所述高强高模高延伸碳纤维；

所述前驱体纤维的沸水收缩率为5.0-6.8％、断裂伸长率为9.5-11.0％、拉伸强度为4.7-5.9cN/dtex。

2.根据权利要求1所述的高强高模高延伸碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤1中采用的溶剂包括DMSO、DMF、DMAC、NaSCN、ZnCl₂、HNO₃中的一种或几种混合物。

3.根据权利要求1所述的高强高模高延伸碳纤维的制备方法，其特征在于，步骤1中还包括引发剂，引发剂质量为丙烯腈和共聚单体总质量的0.1-3wt％。

4.根据权利要求1所述的高强高模高延伸碳纤维的制备方法，其特征在于，所述纺丝原液中聚合物质量分数为15-25wt％。

5.根据权利要求1所述的高强高模高延伸碳纤维的制备方法，其特征在于，所述共聚单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、衣康酸、β-衣康酸铵、衣康酸单甲酯、衣康酸单丁酯、衣康酸单酰胺、衣康酸双甲酯、衣康酸双乙酯、衣康酸双丁酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、苯乙烯磺酸胺等任意一种或多种的混合物。

6.根据权利要求1所述的高强高模高延伸碳纤维的制备方法，其特征在于，所述丙烯腈与共聚单体的重量比为97-99：1-3。

7.根据权利要求1所述的高强高模高延伸碳纤维的制备方法，其特征在于，所述凝固温度为40-85℃；所述水洗温度为60-90℃；所述干燥温度120-180℃。

8.根据权利要求1所述的高强高模高延伸碳纤维的制备方法，其特征在于，所述热水牵伸的牵伸倍率为1.0-2.0倍。

9.根据权利要求1所述的高强高模高延伸碳纤维的制备方法，其特征在于，所述蒸汽牵伸温度为110-150℃，牵伸倍率为1.5-2.4倍。

10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的高强高模高延伸碳纤维，其特征在于，拉伸强度≥5.00GPa、拉伸模量≥540GPa、断裂伸长率≥0.90％。