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1、???????????????????????最新料推薦???????????????????聚丙烯腈及瀝青基碳纖維的工藝流程1.聚丙烯腈碳纖維：聚丙烯腈碳纖維是以聚丙烯腈纖維為原料制成的碳纖維，主要作復(fù)合材料用增強(qiáng)體。無論均聚或共聚的聚丙烯腈纖維都能制備出碳纖維。為了制造出高性能碳纖維并提高生產(chǎn)率，工業(yè)上常采用共聚聚丙烯腈纖維為原料。對原料的要求是：雜質(zhì)、缺陷少；細(xì)度均勻，并越細(xì)越好；強(qiáng)度高，毛絲少；纖維中鏈狀分子沿纖維軸取向度越高越好，通常大于80%；熱轉(zhuǎn)化性能好。生產(chǎn)中制取聚丙烯腈纖維的過程如下：1)原絲的制備：先由丙烯腈和其他少量第二、第三單體(
2、丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等)通過水相懸浮聚合、溶液聚合、乳液聚合或本體聚合共聚生成共聚聚丙烯腈樹脂(分子量高于6～8萬)，然后樹脂經(jīng)溶劑(硫氰酸鈉、二甲基亞砜、硝酸和氯化鋅等)溶解，形成粘度適宜的紡絲液，經(jīng)濕法、干法或干-濕法進(jìn)行紡絲，再經(jīng)水洗、牽伸、干燥和熱定型即制成聚丙烯腈纖維。直徑12um左右。2)原絲的預(yù)氧化：若將聚丙烯腈纖維直接加熱易熔化，不能保持其原來的纖維狀態(tài)。因此，制備碳纖維時，首先要將聚丙烯腈纖維放在空氣中或其他氧化性氣氛中進(jìn)行低溫?zé)崽幚?，即預(yù)氧化處理。預(yù)氧化處理是纖維碳化的預(yù)備階段，過程中所發(fā)生的反應(yīng)包括環(huán)化、脫氫及氧化，最后形成耐熱梯
3、型高分子。一般將纖維在空氣下加熱至約270℃，保溫0.5h～3h，聚丙烯腈纖1???????????????????????最新料推薦???????????????????維的顏色由白色逐漸變成黃色、棕色，最后形成黑色的預(yù)氧化纖維。3)碳化：將預(yù)氧化纖維在氮?dú)庵羞M(jìn)行高溫處理(l600℃)，即碳化處理，則纖維進(jìn)一步產(chǎn)生交聯(lián)環(huán)化、芳構(gòu)化轉(zhuǎn)化成稠環(huán)及縮聚等反應(yīng)，并脫除氫、氮、氧原子，纖維中的含碳量從60%增加到95%,最后形成二維碳環(huán)平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和層片粗糙平行的亂層石墨結(jié)構(gòu)的碳纖維,直徑在6-7um。4)石墨化：在氦氣或氬氣的保護(hù)下，碳纖維經(jīng)過進(jìn)一步高溫處理，
4、得到石墨纖維。石墨化纖維處理是將碳纖維放在2500-3000℃2???????????????????????最新料推薦???????????????????的高溫下，可得到含碳量在99%以上的更高模量的碳纖維。5)表面處理：為方便碳纖維在復(fù)合材料中的應(yīng)用，后期在碳纖維表面增加活性基團(tuán)等后處理。2.瀝青基碳纖維通用型瀝青基碳纖維一般只能做復(fù)合材料增強(qiáng)劑、吸附劑、文文體用品等，因此對瀝青的預(yù)處理沒有太高的要求。而高性能瀝青基碳纖維的生產(chǎn)原料為中間相瀝青。選擇中間相瀝青的生產(chǎn)方法主要根據(jù)原料的性質(zhì)和組成確定。熱聚合工序是生產(chǎn)中間相碳纖維的關(guān)鍵工序，其工藝條件
5、是研究重點(diǎn)。由于通用型碳纖維的研究比較多，并且應(yīng)用更廣，所以下面就主要介紹一下通用型瀝青基碳纖維制備過程。(1)原料瀝青的精制:瀝青中，特別是煤焦油瀝青中常含有游離炭和固體雜質(zhì)，它們在紡絲過程中可能堵塞紡絲孔，細(xì)小顆粒殘留在纖維中則是碳纖維的斷裂源。為此，必須對瀝青進(jìn)行精制，以除去這些不溶物雜質(zhì)。通常采取的方法是在瀝青中加入一定量的溶劑，并將瀝青加熱到100℃以上，用不銹鋼網(wǎng)或耐熱玻璃纖維等進(jìn)行過濾；在熱過濾過程中，還必須用一定的氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，防止過濾時瀝青的氧化。(2)瀝青的調(diào)制:瀝青調(diào)制的目的一是除去瀝青中的輕組份，防止在紡絲過程中產(chǎn)生氣泡，造成絲的
6、斷裂；二是提高軟化點(diǎn)，使分子量分布均勻。調(diào)制是通過瀝青的熱縮聚、加氫預(yù)處理、溶劑萃取的方法制取可紡瀝青。調(diào)制的一般方法是空氣吹掃法和熱3???????????????????????最新料推薦???????????????????縮聚法。(3)紡絲工藝:瀝青的熔紡與一般的高分子不同，它們在極短的時間內(nèi)固化后就不能再進(jìn)行牽伸，得到的瀝青纖維十分脆弱，因此，在紡絲時就要求能紡成直徑在l5μm以下的低纖度纖維，以提高最終碳纖維的強(qiáng)度。碳纖維的紡絲方法主要有擠壓法、離心法、熔吹法、渦流法。擠壓法是用高壓泵將熔化的高溫液體瀝青壓入噴絲頭，擠出成細(xì)絲；離心法是將熔化
7、的高溫瀝青液體在高速旋轉(zhuǎn)的離心轉(zhuǎn)鼓內(nèi)通過離心力作用被甩出立即凝固成纖維絲；熔吹法是將熔化的高溫瀝青液體送到噴絲頭內(nèi)，瀝青液體從小孔壓出后立即被高速流動的氣體冷卻和攜帶牽伸成纖維絲；渦流法是將高溫液體瀝青由熱氣流在其流出的切線方向吹出并被牽伸，所紡出的纖維具有不規(guī)則的卷曲。溫度依賴性使纖維成形時的紡絲溫度變得非常重要。紡絲溫度的微小變化可導(dǎo)致紡絲壓力波動很大。因而，紡絲溫度可控制紡絲操作的穩(wěn)定性，甚至最終碳纖維的性能。除此之外，擠出流速、收絲速度及這兩者的比值(牽伸比)都會影響著碳纖維的機(jī)械性值?，F(xiàn)在紡絲的方法有熔噴法和熔紡法。（4）瀝青纖維的不熔化處理:
8、瀝青纖維必須通過炭化，充分除去其中非碳原子，最終發(fā)展碳元素所固有的特性；但由于瀝
