[发明专利]一种高性能碳纤维及其石墨化的方法

摘要

本发明公开了一种高性能碳纤维，所述高性能碳纤维由以下方法制成：步骤S1、制备溶剂；步骤S2、制备聚丙烯腈纤维；步骤S3、漂洗；步骤S4、热稳定化处理；步骤S5、碳化；步骤S6、碳纤维表面改性；一种高性能碳纤维石墨化的方法如下：脱胶、钝化、石墨化；本发明通过在碳纤维表面化学接枝了山梨酸，该接枝物具有良好的化学稳定性和热稳定性，不能被水，酸等物质除去，提高了碳纤维的耐腐蚀性，而分子间的作用力远小于范德华力，能显著提升碳纤维的拉伸强度。通过改变碳纤维表面的官能团，提高了碳纤维的断裂强度和弹性模量，而且制备简单，生产成本低，符合工业生产要求。

主权项

1.一种高性能碳纤维，其特征在于，由以下重量份原料制成：35‑50份聚丙烯腈树脂，15‑30份3％过氧化氢水溶液，15‑30份硅氧烷，15‑20份硼酸酯，5‑20份3mol/L二甲基亚砜水溶液，12‑20份硫酸钠，18‑25份山梨酸，50‑70份无水乙醇，60‑80份去离子水；所述高性能碳纤维由如下方法制备而成：步骤S1、制备溶剂：将3％过氧化氢水溶液倒入烧杯中，之后依次将硅氧烷、硼酸酯加入烧杯中，匀速搅拌5min，制得溶剂；步骤S2、制备聚丙烯腈纤维：(1)将聚丙烯腈树脂加入所述溶剂中，匀速搅拌15min，待改性聚丙烯腈树脂溶解后，制得纺丝液；(2)将所述纺丝液通过板式过滤机进行过滤，重复过滤三次；(3)将过滤后的纺丝液放入真空度为‑0.1MPa的真空脱泡机中进行脱泡，脱泡后通过纺织机的喷丝头将纺丝液纺入二甲基亚砜水溶液中，30℃下凝固成型，制得初生丝；(4)初生丝在60‑70℃水浴中预牵伸15min后，转移至沸水中牵伸10min，经过水洗、烘干、预定型、卷绕制得聚丙烯腈原丝；(5)将聚丙烯腈原丝加入装有去离子水的烧杯中，之后加入硫酸钠，待凝固后制得所述聚丙烯腈纤维；步骤S3、漂洗：将聚丙烯腈纤维用80℃的去离子水进行热水浴漂洗，直至测不出钠离子后继续漂洗20min；步骤S4、热稳定化处理:将聚丙烯腈纤维放入干燥箱内进行干燥，控制温度为80℃，干燥6h后升温至100℃，干燥1h；步骤S5、碳化：将聚丙烯腈纤维放入管式碳化炉中，隔绝空气，通入保护气体氮气，以5℃/min的升温速度进行升温，直至升温至600℃，在此温度下碳化10h，制得碳纤维；步骤S6、化学接枝法对碳纤维进行表面改性。