[其他]碳纤维的制造方法和所用装置

说明书

本发明涉及一种由煤焦油沥青或褐煤沥青，更具体地说由煤焦油沥青制造碳纤维的方法。该煤焦油沥青在纺丝前先通过过滤除去其中的不熔成分，然后将沥青滤液进行蒸馏处理以除去挥发性成分，再将由所得的沥青熔化物纺出的沥青纤维在预定的氧化温度下氧化和在预定的碳化温度下碳化。本发明也涉及碳丝的制造。石墨纤维或石墨丝可用已知的方法由按照本发明制得的碳纤维或碳丝制造。

一种已知的由煤焦油沥青制造碳纤维或石墨纤维或这两种纤维丝的方法是由熔化物纺丝并将所得的沥青纤维氧化，然后碳化，如要制造石墨纤维则还要石墨化。煤焦油沥青的软化点至多达190℃（按克雷默-萨诺法测定，以简写为KS法测定），纺丝前将其加热至软化点以上100℃的温度。所得的沥青熔化物通过高压过滤，在此温度下基本上已不含固体成分。固体成分或不溶成分与不溶于喹啉的成分是一样的。为了除去挥发性的或低分子量成分，将过滤后的沥青熔化物在高达350℃的温度下蒸馏或使其冷却后研磨成沥青细粒并使细粒与沸点高达70℃的脂族溶剂接触。使溶解了沥青成分的溶剂与沥青的不溶成分分离。将用液态氧化辅助剂浸润的活性炭细粒喷洒在由沥青熔化物纺出的碳纤维或纱上，并使其在氧化气氛中加热至400℃。接着使已氧化的碳丝在约1000℃下进行碳化（参看DE-PS2419659）。这个已知方法的目的是由煤焦油沥青制造能非常迅速地氧化和碳化的碳纤维或碳丝。令人遗憾的是进行上述蒸馏时会重新生成干扰的、不溶于喹啉的成分或不熔成分，蒸馏的效率是有限的。实际上，纺出的沥青纤维中挥发性沥青成分的含量越少，沥青纤维的热后处理（即氧化和碳化）可进行得越是简单而迅速。

在由石油基沥青制造碳纤维或石墨纤维时采用薄膜式蒸发器进行蒸馏的方法也是已知的，但这方法对于解决由煤基沥青制造碳纤维或碳丝的问题并没有任何好的效果;的确，由煤基沥青制造碳纤维或碳丝已不用这样的方法（参看EP-OS0084237）。

本发明的目的是提供一种由煤焦油沥青或褐煤沥青，更具体地说由煤焦油沥青制造碳纤维的方法，在该方法中热后处理是十分简单而迅速的，从而使碳纤维或碳丝的制造非常经济合理。

本发明的一种方法是将沥青滤液置于薄膜式蒸发器中进行蒸馏，以使其软化点提高到200℃以上（KS方法测定）。最好是将沥青滤液置于薄膜式蒸发器中在200℃以上的温度和低达1毫毫微巴（mnbar）的负压下进行蒸馏，以使其软化点达到260℃以上（KS方法测定）。本发明是基于这样的了解，即如将煤基沥青和煤焦油沥青在薄膜式蒸发器中蒸馏，能使其软化点出人意料地提高到260℃以上。软化点高的煤焦油沥青对于热后处理时提高交联程度（即机械强度）是有利的。挥发性沥青成分也大大减少。由于在薄膜式蒸发器中的停留时间很短，不会产生干扰，即不会重新生成不熔的，不溶于喹啉的固体，从而获得均匀的、很纯的沥青熔化物，它非常适合于用作制造碳纤维的原料，而且即使在软化点高于200℃的情况下也能出人意料地纺丝。

在使沥青纤维转化为碳纤维的热后处理过程中停留时间也是很短的，惰性气体和能源的消耗量大大降低。实际上，热后处理时间，更具体地说氧化时间可大大缩短。本发明在这方面的另一贡献是它还具有这样的特点，即碳化后通过通入冷的惰性气体（例如氮）使碳纤维冷却至600℃以下，然后再用冷空气进一步冷却。简单地说，最终产品是合理地制得的高质量的（更具体地说高拉伸强度的）碳纤维或碳丝。

本发明也涉及一种实施所述的方法所采用的装置，该装置特别适用于沥青纤维的热后处理，它包括至少一个纤维夹持装置，一个氧化炉和一个碳化炉。该装置的特点是：

有一接受氧化炉、真空罐、碳化炉和冷却罐（所有这些处理装置都是敞口式贮器）的下转台;

有一上转台，它与下转台是分别传动的，上转台有一转换装置以临时接受纤维夹持装置或每一含有要处理的沥青纤维的纤维夹持装置;

有一装料台面，该台面安置在上转台之上，台面上至少有一个装料口和至少有一个适合于接受罐盖的凹槽，罐盖有接头，供通入空气和惰性气体，供抽空产生负压和排出空气，