一种聚丙烯腈基碳纤维原丝快速预氧化工艺

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聚丙烯腈纤维的预氧化及性能研究

聚丙烯腈纤维的预氧化及性能研究王永【摘要】According to long pre-oxidation time and high cost of pre-oxidation equipment at home and abroad,a new type of pre-oxidation equipment was designed,and its construction and pre-oxidation principle was introduced.The pre-oxidation process of PAN fiber was described systematically and the relevant process parameters were obtained.The fineness,strength,elongation and fire-re-tardant performance of the fiber were tested.The feasibility of new pre-oxidation equipment was proven.Suggestions on the optimiza-tion of the equipment were presented through data analysis.According to the results of the relevant performance testing and the relat-ed literature analysis,the reasons and influencing factors of the performance change of pre-oxidized fiber were obtained.These studies played a positive role in the research and application of new pre-oxidation equipment.%针对国内外预氧化设备的预氧化时间过长、成本过高等缺点,设计了一种新型预氧化设备,并介绍了其构造及预氧化原理.对聚丙烯腈(PNA)纤维的预氧化过程进行了系统的描述,得到了相关工艺参数,并且对预氧化后的纤维进行细度、强力、伸长及阻燃等性能的测试,确定了新型预氧化设备的可行性.通过数据分析对此设备的一些优化提出了修改意见,并且根据性能测试的结果和相关文献对预氧丝进行分析,得出变化的原因和影响因素等,对新型的预氧化设备的研究和应用起到积极的作用.【期刊名称】《纺织科技进展》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】3页(P19-21)【关键词】聚丙烯腈纤维;预氧化;性能测试【作者】王永【作者单位】宿迁市纤维检验所,江苏宿迁223800【正文语种】中文【中图分类】TS102.52关于PAN纤维预氧化的研究,起始于20世纪50、60年代。

聚丙烯腈基碳纤维原丝

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概述
碳纤维是高性能纤维。由于比重轻、强度
产，制成的碳纤维结构上缺陷少，强度和模量高。高性能碳纤维仍使用聚丙烯腈基原丝。纤维素纤维烧成碳纤维得率低，现已很少在工业上应用。仅在火箭烧蚀衬、电磁辐射屏蔽材料、电热纸、活性炭纤维、口服解酒药、创口愈合贴膏等方面有一定的用量。在纤维素纤维中仅工业粘胶长丝用作碳纤维原丝。沥青作为原料的优点是碳纤维得率高，稳定化过程的时间短。不过，制取中介相沥青的纯化技术还有待改进，因此十余年来发展滞后。沥青基碳纤维成本低，可以短切后制作增强塑料、摩擦材料及水泥增强纤维。本文集中讨论聚丙烯腈原丝的制作及其影响参数。
其他公司如日本东丽公司使用 &’ / -& 二元共聚物原丝，其相对含量有： &’ / -& 45 / !，44 / $， 44# * / "# * 等不同比例。国内的科研及生产单位大多使用 &’ / 个别单 .& ( 丙烯酸甲酯 ) / -& 三元共聚原丝，亦有使用聚酰亚位使用 &’ / -& 二元共聚物，胺共混体的。东丽公司在原丝纺丝时于含聚丙烯腈的二甲基亚砜 ( 9.:; ) 溶液中掺入共混组份如聚醋酸乙烯、醋酯纤维素、聚乙烯醇或聚乙烯醇缩醛等。以此原丝烧成碳纤维过程中能抑制石墨晶体的成长，以改善高模量碳纤维的压缩强度 0 * < 8 2 。实例：纺丝原液为含 1+ 醋酯纤维素 ( 醋酯化度 *7+ ) 和 $8+ 聚丙烯腈 ( -&$+ ， &’44+ ) 的 9.:; 溶液。减压脱泡 7 小时后，原液经孔干喷湿法径 !"# $"== 7 """ 孔喷丝帽挤出，纺丝。空气隙长 *==，于含 9.:; 7"+ 的水溶液中凝固成丝。水洗后，丝束经三段拉伸浴拉伸 7 倍，上硅油后在 $7" < $6"> 热辊上致密化，然后在蒸汽中位伸 1 倍。原丝单丝纤度丝束总纤度 7 7"" 分特。原丝束在 $# $ 分特， !1" < !5"> 空气中加热稳定化，制成比重在氮气中 $ 6""> 碳化，在 $# 76 的预氧化丝，制成纤维性能列于表 ! 8""> 氮气中石墨化。可见共混组份有改善高模量碳纤维的压缩 !。强度的作用。此外，调整原丝的化学组成，可以改善原丝的致密性，从而优化碳纤维的抗张模量和强度 0 6 2 。 !# ! 分子量和空间规整性湿法纺制原丝，其聚合物分子量控制在更高分子量的聚合物宜用干喷湿法 6 < $$万；纺丝。有的公司探索高分子量聚合物纺制高希望制取优质高性能碳纤强度 %&’ 原丝，维。工业上制取高分子量聚丙烯腈有一定困难。日本 ?@ABC 公司探索用水相悬浮聚合反应，选用油溶性引发剂和加入水溶性聚合物可以制得分子量 1" 万以上聚乙烯醇 ( %D& ) ，

聚丙烯腈纤维预氧化机理与工艺_解释说明以及概述

聚丙烯腈纤维预氧化机理与工艺解释说明以及概述1. 引言1.1 概述聚丙烯腈纤维是一种重要的合成纤维，在纺织、医疗和工业领域具有广泛的应用。

而聚丙烯腈纤维的预氧化过程对其后续的高温干燥、碳化等加工步骤至关重要。

因此，了解聚丙烯腈纤维预氧化机理与工艺对于提高纤维性能以及优化生产工艺具有重要意义。

1.2 文章结构本文将首先概述聚丙烯腈纤维预氧化机理与工艺的研究背景和意义。

接着，我们将详细介绍聚丙烯腈纤维的预氧化过程，并解释其中的机理。

最后，我们将概述当前使用的聚丙烯腈纤维预氧化工艺，并探讨其发展方向。

1.3 目的本文旨在系统地总结聚丙烯腈纤维预氧化机理与工艺方面的最新研究成果，以期为相关行业提供参考，促进相关技术与工艺的发展与创新。

同时，本文也旨在加深对聚丙烯腈纤维预氧化过程的理解，为进一步的研究提供基础。

2. 聚丙烯腈纤维预氧化机理与工艺聚丙烯腈纤维的预氧化过程是为了提高其耐热性能和炭化后的机械性能。

在这个过程中，聚丙烯腈纤维会经历高温和氧气的作用，引发一系列的物理和化学变化。

2.1 聚丙烯腈纤维的预氧化过程聚丙烯腈纤维的预氧化过程包括三个主要阶段：加温阶段、恒温阶段和冷却阶段。

加温阶段：在这个阶段，聚丙烯腈纤维会被暴露在高温条件下，通常在200°C 到300°C之间。

此时，纤维开始发生一些物理变化，如内部应力释放和链结构重排。

恒温阶段：在加温阶段结束后，将保持恒定的高温处理时间以促进进一步的反应。

这个过程中，聚丙烯腈分子中的一些功能基团会被氧原子攻击，并形成含有C-O 键和-C=O键的结构。

冷却阶段：在恒温阶段之后，将纤维冷却到室温以下。

这个过程是为了确保纤维结构的稳定性，并将其转化为预氧化纤维。

2.2 预氧化机理解释聚丙烯腈纤维的预氧化机理涉及到一系列复杂的化学反应。

在高温和氧气存在的条件下，部分聚丙烯腈分子中的亚甲基（CH2）基团会发生氧原子的攻击，形成含有C-O键和-C=O键的羰基结构。

聚丙烯腈基碳纤维原丝的工艺研究

批号 NaSCN 原丝 DMSO 原丝
5- 3 21319 21492
表 2 DMSO 和 NaSCN 两种原丝碳纤维强度比较
5- 6 21246 21443
5- 7 21159 21621
5- 8 21366 21589
5- 9 21246 21492
5 - 10 21280 21682
5 - 12 21493 21462
一
二
三
凝固丝比重
25
-
-
22
25
-
22
25
40
11172 7 11186 1
总拉伸倍数纤维强度/ cN·dtex - 1
615 710～716 812～818
311～315 毛丝多 315～410 毛丝多 410～414 毛丝少
·4 ·
金山油化纤 2001
第 4 期金山油化纤
·3 ·
酸乙烯等。根据国内具体条件我们选用了 IA 和 MA 作为共聚单体进行了试验研究。
IA 含有羧基 ,由于羧基具有电负性能够促使相邻氰基上的碳原子进行环化反应 ,因而可使预氧化时间成倍降低 ,而 MA 主要是可以改善纺丝性能。二元、三元不同共聚组成原丝的差热分析如表 3 所示。
( GPa) 平均 21301 21541
3 原丝化学组成的选择
PAN 受热发生环化等反应速度很慢 ,一般至少需 10 h 以上。在 PAN 中加入第二、三组分除可
改善纺丝性能外 ,还用以提高预氧化速度。据文献报导 :可供用作共聚的单体有 IA 、甲基丙烯酸 (MAA) 、丙烯酸甲酯 ( MA) 、甲基丙烯酸甲酯 (MMA) 、丙烯酰胺、甲基乙烯酮、羟基丙烯腈、醋

聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产工艺

影响因素分析
纺丝过程中的影响因素包括纺丝液性质、喷丝头结构、拉伸条件、固化条件等。这些因素会影响原丝的形态结构、取向度、结晶度等，进而决定碳纤维的力学性能、热稳定性等。因此，在纺丝过程中需要对这些因素进行严格控制和优化。
预氧化与碳化工艺
04
预氧化过程及机理探讨
预氧化过程
将聚丙烯腈(PAN)纤维在空气或氧气中进行低温热处理，使其部分氧化，形成稳定的梯形结构。
机理探讨
预氧化过程中，PAN纤维中的氰基(-CN) 逐渐转化为羧基(-COOH)和酰胺基(CONH2)，同时伴随着分子链的交联和环化反应，从而形成耐热的梯形结构。
碳化过程及温度控制策略
碳化过程
在惰性气氛（如氮气）中，将预氧化后的纤维进行高温处理，使其进一步碳化，形成碳纤维。
温度控制策略
碳化过程中需要精确控制温度，通常采用多段升温的方式，以确保纤维在碳化过程中的结构稳定性和性能均匀性。
设备选型与生产线布
05
局设计
关键设备选型依据及参数设置
聚合釜
选择高效、节能、操作简便的聚合釜，其容量和搅拌速度等参数需根据生产规模和产品性能要求
确定。
纺丝机
选用具有高速、稳定、连续化生产能力的纺丝机，纺丝速度、温度、压力等参数对纤维性能有重要影响，需精确控制。
氧化碳化炉
选择能够实现高温、高压、气氛控制精确的氧化碳化炉，炉内温度、气氛组成和压力等参数是影响碳纤维性能的关键因素。
原因分析与追溯
针对不合格品进行原因分析，追溯问题根源，为后续改进措施提供依据。
纠正与预防措施
根据原因分析结果，制定相应的纠正和预防措施，防止类似问题再次发生。
持续改进与提升

聚丙烯腈基碳纤维的制备-碳化

聚丙烯腈基碳纤维的制备5.1聚丙烯腈纤维碳化碳化是聚丙烯腈纤维由有机高分子向无机碳结构转变的一个重要的工艺过程。

聚丙烯腈纤维的碳化一般由低温碳化和高温碳化两个工艺阶段组成，其中低温碳化的温度通常为300-1000℃，高温碳化的温度通常为1000-1600℃。

碳化是在高纯惰性气体保护下对PAN预氧化纤维作进一步高温处理的过程，在这个过程中，PAN预氧化纤维中直链状分子和预氧化所形成的环状分子进一步交联、环化及缩聚，使形成的环化和芳香结构向二维芳香层状结构转变，N、H、O等含量逐渐减少，C含量增加，最终C含量达90%以上。

PAN纤维在预氧化过程形成的梯形结构经过低温和高温碳化后逐步转变为折叠的乱层石墨结构，同时纤维直径变细，密度提高，强度和模量大幅度提高。

最终碳纤维的性能与碳化工艺密切相关，其中最高处理温度对纤维强度模量等性能影响最大。

5.1.1 碳化工艺聚丙烯腈原丝经过预氧化后形成具有耐热梯形结构的不溶不熔的预氧化纤维，随后进入以高纯惰性气体（通常为氮气）保护的低温碳化和高温碳化炉中进行碳化处理。

在碳化阶段，影响最终碳纤维性能的主要工艺因素包括温度、时间和张力。

另外，由于在碳化阶段纤维碳含量由预氧化纤维的63%左右提高到90%以上，纤维发生大量的裂解反应，裂解废气的排放也对碳纤维的性能产生很大影响。

聚丙烯腈纤维的碳化一般由低温碳化和高温碳化两个部分组成，其中低温碳化温度一般为300-1000℃，高温碳化为1000-1600℃。

低温碳化一般在由3-6个逐渐升高的温度区间的低温碳化炉中进行，第一段起始温度一般为300-350℃，然后以100-200℃温度间隔逐渐提高到700-900℃。

低温碳化温度很少超过1000℃。

高温碳化则是在低温碳化之后进行，一般是在一个与低温碳化炉独立的高温碳化炉中进行，高温碳化炉由1-5个温区组成，通常中段温度最高，两端温度相对较低，起到维持中段高温的作用。

对于生产制备通用型碳纤维，最高碳化温度一般在1200-1400℃。

氧对聚丙烯腈预氧化环化的促进机理

氧对聚丙烯腈预氧化环化的促进机理
聚丙烯腈（PAN）是一种重要的合成纤维原料，其预氧化环化是制备
高性能碳纤维的关键步骤之一。

氧气作为一种常见的氧化剂，可以促进PAN预氧化环化反应的进行。

其促进机理主要包括以下几个方面：1.活化PAN分子：氧气可以与PAN分子中的双键或三键发生加成反应，形成氧化
产物，从而活化PAN分子，使其更易于环化反应的进行。

2.促进环化反应：氧气可以与PAN分子中的自由基反应，形成氧化产物，从而促进环化反应
的进行。

此外，氧气还可以与PAN分子中的羰基反应，形成过渡态，从而
加速环化反应的进行。

3.抑制副反应：PAN预氧化环化反应是一个复杂的
反应过程，容易产生副反应，如氧化、断裂等。

氧气可以抑制这些副反应
的发生，从而提高环化反应的选择性和产率。

4.降低反应温度：氧气可以
降低PAN预氧化环化反应的反应温度，从而减少能量消耗和反应时间，提
高反应效率。

综上所述，氧气可以通过活化PAN分子、促进环化反应、抑
制副反应和降低反应温度等方面，促进PAN预氧化环化反应的进行。

聚丙烯腈基碳纤维预氧化过程

(B 辑)第31卷第1期SCIENCE IN CHINA (Series B)2001年2月聚丙烯腈基碳纤维预氧化过程组成结构的演变*李小佳罗倩华朱一钧王海舟*(钢铁研究总院, 北京 100081)摘要采用扫描电子显微镜裂解色谱-质谱二聚体CN基的碎片, 最后缩合反应, 最终形成大的稠芳环面层结构, 随后将碳纤维进行表面处理成为最终的产品. 碳纤维的的微观结构弹性模量以及离散性[4~7].由于预氧化工艺过程耗时较长, 化学反应复杂, 对最终碳纤维的结构X射线衍射红外光谱等手段, 跟踪预氧化工艺过程, 探索PAN基碳纤维预氧化过程中工艺组成预氧丝试样用树脂埋敷第1期李小佳等: 聚丙烯腈基碳纤维预氧化过程组成结构的演变73图1 聚丙烯腈原丝断口扫描电子显微镜形貌于干冰筒中急冷. 取出样品掰断, 断面用于分析.1.2.2 元素及衍射分析用样品的制备在预氧化炉两端, 将预氧丝剪断并快速抽出. 按顺序分割成8等份样品, 以反映不同预氧化阶段.2 结果与讨论2.1 预氧化过程扫描电子显微镜形貌变化2.1.1 PAN 原丝断口形貌观察聚丙烯腈原丝断口的扫描电子显微镜形貌, 可以清晰分辨原丝的丝束结构. 由于生产工艺的差异, 不同牌号的原丝的断口形貌也略有区别. 有的原丝断口呈犬牙拉丝状, 丝束直径较粗, 也较为稀疏, 强度较差半熔堆垛结构中期, 甚至出现中空等大型结构性缺陷及并丝现象. 预氧化初期形成的这种结构性缺陷在碳化工艺过程中无法消除, 一直延续到所制得的碳纤维中. 导致碳纤维内部形成大孔结构性缺陷, 乃至中空结构有时还出现较多双束黏连结构(图3).2.3 预氧化过程元素成分的变化由于生产工艺不同, 不同PAN 原丝中C, H, O,N 等主要元素的含量略有不同.预氧化初期C, H, N 三成分下降, 但不如中期急剧, 而氧成分上升速度亦不如中期快. 这种区别不十分明显, 初期时间极其短暂; 预氧化中期C, H,N 的含量直线下降, 氧含量急剧上升, 反应十分激烈; 预氧化后期呈现不明显的平缓趋势, 反应趋于缓和(图 4).74中国科学(B 辑)第31卷图2 聚丙烯腈原丝不同阶段预氧丝及碳纤维断口形貌(a)预氧化初期; (b)预氧化中后期; (c)预氧化后期; (d)碳纤维图 3 预氧化工艺段出现缺陷的预氧丝断口形貌(a)预氧化初期; (b)预氧化中期; (c)预氧化后期2.4 预氧化过程纤维环化指数的变化H8N)n没有严格的结晶结构, 但根据广角和小角X射线衍射分析表明, 聚丙烯腈纤维(C3第1期李小佳等: 聚丙烯腈基碳纤维预氧化过程组成结构的演变75图 5 预氧化过程环化指数的变化具有准晶结构ＣＨ==CH COOCH 3, 羧酸CNCOOH 及 CN CH 2CH 2CN 减少, 芳环二聚体(峰9~12)CH 2CN, CN CH CN, CH == C(CN)CH 2NH 碎片. 最终, 含纤维熔融, 并导致并丝以致内部结构性缺陷易于形成.根据X 射线衍射实验得到的环化指数曲线和元素分析氧含量为11.80%左右, 可以看出预氧化初期环化指数缓慢上升, 中期和后期环化指数急剧上升, 最后趋于稳定. 这些数据和裂解色谱图相一致, 说明环化反应已完成, 预氧化趋于完全. 所以碳化过程只是环状高分子进一步环化交联, 同时伴随脱氮C== C N 的吸收谱带, 说明预氧化初期脱氢反应而形成不饱和结构, 随着预氧化进程延续, 该谱带又逐渐消失. 在810 cm −1处, 芳环CCN 已完图 4 预氧化过程元素含量的变化76中国科学(B 辑)第31卷全消失, 只有少量的，　，　Ｈ吸收谱, 说明环化结构框架完全形成. 其演变结果与裂解色谱相符.图6 PAN原丝不同预氧化阶段的裂解色谱图A原丝; B~G不同阶段预氧化丝(B初期F和G后期); H碳纤维3结论第1期李小佳等: 聚丙烯腈基碳纤维预氧化过程组成结构的演变77(1) 聚丙烯腈基碳纤维预氧化工艺阶段可分为初期半熔堆垛结构ＣＣＮ减少, 芳环二聚体CN基的碎片, 最后科学出版社, 1989. 12~274Buttry D A, Pen J C M, Donnet J -B, et al. Immobilization of amines at carbon fiber surfaces. Carbon, 1999, 37(12): 1929~19405Brasquet C, Rousseau B, Strade-Szwaekopf H, et al. Observation of activated carbon fibres with SEM and AFM correlation with adsorption data in aqueous solution. Carbon, 2000, 38(3): 407~4226Vickers P E, Watts J F, et al. The surface chemistry and acid-base properties of a PAN-based carbon fibre. Carbon, 2000, 38(5): 675~6907Edie D D. The effect of processing on the structure of carbon fibers. Carbon, 1998, 36(4): 345~3628Dobiasova L, Stary V, Valvada V, et al. Analysis of carbon fibers and carbon composites by symmetric X-ray diffraction technique. Carbon, 1999, 37(3): 421~4269Paiva M C, Bernardo C A, Nardin M. Mechanical, surface and interfacial characterization of pitch and PAN-based carbon fibres. Carbon, 2000, 38(9): 1323~1338。

聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产工艺

聚丙烯腈（PAN)基碳纤维生产工艺：
工艺特点碳回收率高，成本低，性能好，最有发展前途。
用PAN纤维制造碳纤维有三个阶段：氧化、碳化、石墨化。PAN原丝在制造碳纤维过程中的结构变化见左图。
沥青基碳纤维生产工艺简介：
1、以聚氯乙烯、煤焦油、石油和沥青混合料为原料，将其纺丝后在250350氧化处理，产生交联结构。 2、炭化是在1350-2000度氮气中进行，纤维保持高度取向结构。 3、石墨化温度为2500-3000度，进一步增加取向程度，模量可达900GPa，接近石墨单晶理论模量1060GPa。
粘胶基热解法生产碳纤维：
以为粘胶丝为原料，400度以下分解，1500度惰性气氛中炭化，石墨化温度高于 2800度。碳回收率低，产量少，成本高。以被前两种方法代替，现已较少使用。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

聚丙烯腈织物预氧化及其性能

西安工程大学学报J o u r n a l o fX i a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y第36卷第2期(总174期)2022年4月V o l .36,N o .2(S u m.N o .174)引文格式:李龙,严婕,吴磊,等.聚丙烯腈织物预氧化及其性能[J ].西安工程大学学报,2022,36(2):1-7. L IL o n g,Y A NJ i e ,WU L e i ,e t a l .P r e -o x i d a t i o no f p o l y a c r y l o n i t r i l e f a b r i c a n d i t s p r o p e r t i e s [J ].J o u r n a l o fX i a n P o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y,2022,36(2):1-7. 收稿日期:2021-09-07基金项目:陕西省重点研发计划项目(2020G Y -312) 第一作者:李龙(1964 ),男,西安工程大学教授,研究方向为纤维材料与纺织技术㊂E -m a i l :l i l o n g2188@126.c o m 聚丙烯腈织物预氧化及其性能李龙,严婕,吴磊,张弦(西安工程大学纺织科学与工程学院,陕西西安710048)摘要:聚丙烯腈(P A N )长丝预氧化是制备P A N 基碳纤维的重要工序之一㊂针对碳纤维在织造过程中容易断丝从而影响织造效率与织物质量的问题,探讨P A N 长丝织物的预氧化㊂采用质量分数5%的硼酸溶液对P A N 长丝进行浸渍预处理,并用半自动小样织机织造成平纹织物,再利用马弗炉对P A N 长丝织物进行预氧化处理㊂通过傅里叶变换红外光谱㊁X 射线衍射㊁热失重分析㊁扫描电镜等表征及测试手段,分析预氧化P A N 长丝织物中纤维的结构和热性能㊂结果显示:在相同预氧化工艺条件下,预氧化织物中纤维表面沟槽数比预氧化长丝中纤维表面的沟槽数略多;预氧化织物中纤维的芳构化指数大于预氧丝的芳构化指数;预氧化织物中纤维的初始热失重温度比预氧丝的初始热失重温度高约20ħ㊂预氧化织物中单纤维强力小于预氧丝中单纤维强力,预氧化织物中单纤维强力变异系数大于预氧丝中单纤维强力变异系数㊂关键词:聚丙烯腈织物;预氧化;热性能;芳构化指数;单纤维强力开放科学(资源服务)标识码(O S I D )中图分类号:T S156 文章编号:1674-649X (2022)02-001-07文献标志码:A D O I :10.13338/j.i s s n .1674-649x .2022.02.001P r e -o x i d a t i o no f p o l y a c r y l o n i t r i l e f a b r i c a n d i t s p r o pe r t i e s L IL o n g ,Y A N J i e ,WUL e i ,Z HA N G X i a n (S c h o o l o fT e x t i l eS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,X i a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y,X i a n710048,C h i n a )A b s t r a c t :P r e -o x i d a t i o no f p o l y a c r y l o n i t r i l e (P A N )f i l a m e n t i so n eo f t h e i m po r t a n t p r o c e s s e s f o r t h e p r e p a r a t i o n o f P A Nb a s e d c a r b o n f i b e r .A i m i n g a t t h e p r o b l e mt h a t c a r b o n f i b e r i s e a s y t ob r e a k i n t h e w e a v i n g p r o c e s s ,w h i c h a f f e c t s t h ew e a v i n g e f f i c i e n c y a n d f a b r i c q u a l i t y ,t h e p r e -o x i d a t i o no f P A Nf i l a -m e n t f a b r i c i s d i s c u s s e d .P A Nf i l a m e n t b u n d l ew a s p r e t r e a t e dw i t hb o r i c a c i d s o l u t i o n o f 5%m a s s f r a c -t i o n i n s a t u r a t e d c u pr i c c h l o r i d e s o l u t i o n ,a n d t h e p r e t r e a t e dP A Nf i l a m e n t b u n d l ew a sw o v e n i n t o p l a i n f a b r i c ,a n d t h e nP A Nf a b r i cw a s p r e -o x i d i z e du s i n g m u f f l e f u r n a c e .T h e s t r u c t u r e a n d t h e r m a l p r o pe r t i e so f p r e o x i d i z e d p a n f a b r i cw e r e a n a l y z e d b y F o u r i e r t r a n s f o r m i n f r a r e d s p e c t r o s c o p y(F T-I R),X-r a y d i f-f r a c t i o n(X R D),t h e r m o g r a v i m e t r y(T G)a n d s c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y(S E M).T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e r ew e r e s l i g h t l y m o r e g r o o v e s o n t h e f i b e r s u r f a c e i n t h e p r e-o x i d a t i o n f a b r i c t h a n i n t h e p r e-o x i-d a t i o n f i l a m e n t u n d e r t h e s a m e p r e-o x i d a t i o n p r o c e s s c o n d i t i o n s.T h e a r o m a t i z a t i o n i n d e x o f p r e-o x i d a t i o n f a b r i cw a s h i g h e r t h a n t h a t o f p r e-o x i d a t i o n f i l a m e n t.T h ew e i g h t l o s s t e m p e r a t u r e o f f i b e r s f r o m p r e-o x i-d a t i o n f a b r i cw a s a b o u t20ħh i g h e r t h a n t h a t o f p r e-o x i d a t i o n f i l a m e n t.T h e v a r i a t i o n c o e f f i c i e n t o f s i n g l e f i b e r s t r e n g t h f r o m p r e-o x i d i z e dP A N f a b r i cw a s s m a l l e r t h a n t h a t f r o m p r e-o x i d i z e dP A N f i l a m e n t,a n d v a r i a t i o n c o e f f i c i e n t o f s i n g l e f i b e r s t r e n g t h o f p r e-o x i d i z e d P A N f a b r i cw a s l a r g e t h a n t h a t o f p r e-o x i d i z e d P A Nf i l a m e n t.K e y w o r d s:p o l y a c r y l o n i t r i l e f a b r i c;p r e-o x i d a t i o n;t h e r m a l p r o p e r t i e s;a r o m a t i z a t i o n i n d e x;s i n-g l e f i b e r s t r e n g t h0引言碳纤维因具有耐高温㊁高热导㊁高强度㊁高模量㊁低热膨胀㊁低密度㊁抗化学腐蚀㊁低电阻㊁耐辐射等优良特性,以及高比强度和高比模量,被誉为新材料之王 ,在航空航天㊁高级体育娱乐用品以及能源㊁建筑㊁汽车等工业领域得到了广泛的应用[1-5]㊂在聚丙烯腈(P A N)基碳纤维的制造过程中,预氧化是制约碳纤维质量和生产效率的关键工序[6-9]㊂预氧化使原丝中P A N分子的线形结构发生环化交联反应,转化为耐热的梯形结构,使其在碳化过程中保持纤维形态,避免出现熔融及并丝而影响后续工序[10]㊂目前,P A N预氧化主要集中于长丝预氧化㊂研究者主要利用高锰酸钾[11]㊁氯化钴[12]㊁硼酸[13-14]㊁双氧水[15]等改性剂,对P A N原丝进行改性处理,降低预氧化起始温度,提高纤维环化度,缩短预氧化工艺的时间㊂支环等使用磷酸二氢铵(N H4H2P O4)对P A N纤维改性处理,发现改性P A N纤维环化度更高,且在180ħ和200ħ的低温下促进效果更明显, P A N纤维的预氧化程度随着温度和N H4H2P O4浓度的升高而增大[16]㊂为了快速制备P A N基碳纤维,有研究者探索P A N的高效预氧化工艺㊂李常清等研究P A N原丝的预氧化反应实质及温时效应,在此基础上通过提高预氧化温度,缩短预氧化时间得到了T700级别的碳纤维,同时降低了碳纤维拉伸模量[17];宋云飞等在4氧化温区的基础上,减少氧化温区,利用温时等效原理匹配合理的氧化温谱,缩短氧化时间,实现P A N原丝的高效预氧化[18]㊂刘建华则对聚丙烯腈基纤维和沥青基纤维采用微波加热预氧化,发现聚丙烯腈基纤维的牵伸要小于沥青基纤维的牵伸,并且相同温区下,聚丙烯腈基预氧丝的预氧化程度要高于沥青基预氧丝的预氧化程度[19]㊂在制备碳纤维织物过程中,由于碳纤维性脆㊁断裂伸长率低,织造过程中易产生断丝或毛丝现象,影响织造效率与织物性能[20]㊂本文采用硼酸为改性剂,对P A N原丝进行处理后织造成织物,探讨P A N 织物预氧化及其性能,为寻求碳纤维织物加工新方法提供参考㊂1实验1.1原料、试剂与仪器P A N长丝束(规格:3k,绍兴喜能纺织科技有限公司),单丝的主要性能如表1所示;硼酸(A R,分子量61.83,天津欧博凯化工有限公司);恒温水浴锅(HH-21-4型,上海助蓝仪器科技有限公司);马弗炉(S X2-4-10型,余姚市金电仪表有限公司);半自动小样织机(S G A598型,江阴市通源纺机有限公司);傅里叶红外光谱仪(F T I R-7600型,澳大利亚L AM B D A公司);X射线衍射仪(D MA X-R A P I DI I 型,日本理学株式会社);热重分析仪(T G A2型,瑞士梅特勒公司);场发射扫描电镜(Q u a n t a-450-F E G 型,瑞士T E X T E S T公司);单纤维强力仪(L L Y-06E型,莱州市电子仪器有限公司)㊂表1 P A N单丝的主要性能T a b.1 M a i n p r o p e r t i e s o fP A N m o n o f i l a m e n t线密度/t e x断裂强力/(c N㊃d t e x-1)断裂伸长率/%0.1114.313.841.2试样制备1.2.1预处理把P A N长丝束原丝均匀缠绕在有绝缘皮的铁丝框架上,将装有质量分数为5%的硼酸溶液置于2西安工程大学学报第36卷恒温水浴锅中,设定温度为65ħ,待温度达到65ħ后将缠绕P A N长丝束的框架放入烧杯中处理10m i n,随后用去离子水清洗,自然晾干,得到预处理的P A N长丝束㊂1.2.2织造采用半自动小样织机,筘号选用25(英制),上机经密为47根/10c m,将处理后的P A N长丝束织造成P A N平纹织物,下机织物经纬密为50根/10c mˑ50根/10c m,面密度为350.4g/m2㊂1.2.3预氧化利用马弗炉对硼酸预处理的P A N长丝束和P A N平纹织物试样进行预氧化㊂将预处理的P A N 长丝束一端固定在粗铁丝架上,另一端悬挂500g 砝码使其张紧并固定在支架上;将规格为5c mˑ5c m的P A N平纹织物试样的经向一端固定在方铁丝支架上,另一端挂上500g砝码,并将其纬向一端也固定在方铁丝支架上,另一端挂上500g的砝码使织物试样张紧并固定在支架上㊂张力选择参考文献[21]㊂将试样支架分别放入马弗炉炉膛的标定位置中,从室温开始升温,分别在190㊁220㊁230ħ保温15㊁15㊁45m i n,之后取出试样支架㊂试样:1#为P A N原丝束;2#为经预氧化处理的P A N长丝束;3#为经预氧化处理的P A N长丝束织造的P A N平纹织物㊂1.3表征与测试1.3.1结构表征使用傅里叶红外光谱仪,采用K B r压片法对纤维粉末进行红外光谱分析,扫描范围为500~ 4000c m-1㊂使用X射线衍射仪对试样进行X射线衍射测试㊂测试条件:C u Kɑ辐射(λ=0.15418n m),电压40k V,电流强度30m A,扫描速度10(ʎ)/m i n,扫描范围5ʎ~50ʎ㊂利用X射线衍射计算芳构化指数I A,计算公式[22]为I A=I CI C+I Pˑ100%式中:I P㊁I C分别为P A N纤维在2θ为17ʎ㊁25.5ʎ处的衍射强度㊂1.3.2热性能测试使用热重分析仪对试样进行热失重分析,测试条件:扫描范围30~600ħ,升温速率10ħ/m i n,气氛为氮气㊂1.3.3表面形貌使用场发射扫描电镜观察P A N原纤㊁预氧化P A N长丝以及预氧化P A N织物中纤维的表面形貌㊂1.3.4纤维拉伸性能从预氧化织物中随机抽取P A N丝束,再从各个丝束中随机抽取单丝,测试试样中单丝的拉伸性能㊂纤维夹持隔距20mm,拉伸速度10mm/m i n㊂每个试样测试单丝50根㊂取平均值并计算变异系数㊂2结果与讨论2.1红外光谱分析(F T-I R)3种试样的F T-I R测试结果如图1所示㊂P A N 原丝的谱图中,2940c m-1处是 C H2-中C H的伸缩振动峰,1450㊁1360c m-1处分别是 C H2㊁ C H 中C H的弯曲振动峰,在2240c m-1处是 CʉN 的伸缩振动峰[23],1730c m-1处是P A N中共聚单体中 C O的伸缩振动峰[16,24-26],经过预氧化处理过程,此处的峰强逐渐减弱,而在1650c m-1处出现了肩峰[26],这是由于主链发生氧化反应产生的共轭C O引起的,同时,2240c m-1处的吸收峰强度逐渐减弱,并在1580c m-1附近出现新的峰,这是由于发生了环化和脱氢反应,使P A N分子中原来的线形大分子链转变成了环状结构,形成了 C N 的伸缩振动峰和N H的弯曲振动峰[23,26],在2940㊁1450c m-1处的吸收峰强度逐渐减弱,1360c m-1处 C H的吸收峰逐渐增强,并且在800c m-1处形成了饱和的C C双键结构[26-27],表明在主链上发生了脱氢和环化反应,最终形成了耐热的梯形结构㊂图1不同试样的F T-I R曲线F i g.1 F T-I Rc u r v e s o f d i f f e r e n t s a m p l e s从图1可以看出,3#试样与2#试样相比,共轭C O的吸收峰强度明显增大,表明3#试样的氧化反应程度大于2#试样, C H2㊁ CʉN的吸收峰强度明显减小,而 C N和C H的吸收峰强度增3第2期李龙,等:聚丙烯腈织物预氧化及其性能加,表明3#试样的环化反应程度大于2#试样的环化反应程度㊂因为P A N纤维预氧化过程中,分子链上相邻的氰基 CʉN发生环化反应转变为 C N,此过程为放热反应,并伴随大量的热量放出[28]㊂P A N纤维预氧化中环化反应的热量释放对预氧化影响的作用效果明显,而P A N纤维根数与纤维重叠影响热量释放㊂P A N大丝束所含纤维根数较多,预氧化过程环化反应放出的热量不易散出,并且会因为集中放热造成纤维熔断[29]㊂P A N大丝束预氧化工艺中集中放热是最大难点[30],丝束厚薄扩展是大丝束预氧化的关键因素之一[31]㊂与2#试样相比,3#试样中存在着P A N丝束交织点(纤维重叠)且纤维根数多,造成纤维预氧化过程中环化反应产生的热量不易释放,使纤维温度升高㊂因此,在相同预氧化条件下,3#试样中纤维温度高于2#试样中纤维温度㊂2.2 X射线衍射分析(X R D)3种试样的X R D测试结果如图2所示㊂图2不同试样的X R D曲线F i g.2 X R Dc u r v e s o f d i f f e r e n t s a m p l e s从图2可以看出,试样在2θ=17ʎ处有强衍射峰,反映了P A N分子链间的间距;在2θ=29ʎ处有较弱的衍射峰,反映了平行晶面的间距[16];在2θ= 22.4ʎ处存在宽泛的衍射峰,是由于非晶共聚物的存在㊂P A N长丝经过预氧化后,2θ=17ʎ附近的衍射强度减小;在2θ=17ʎ附近,3#试样衍射峰强度比2#试样明显减弱;在2θ=29ʎ附近,3#试样的衍射峰消失㊂对于相同试样,随着预氧化温度的升高,2θ=22.4ʎ㊁17ʎ和29ʎ处的衍射峰强度降低[16],这是因为预氧化先在非晶区开始,然后由于温度升高,晶区预氧化反应为主导而发生环化,纤维中准晶区结构被不断破坏[32]㊂由于P A N织物纤维根数多且交织叠合,在相同的预氧化工艺条件下造成P A N织物(3#试样)中纤维的温度高,因此试样的X R D分析产生了图2的测试结果㊂根据图2计算得到1#㊁2#㊁3#试样的芳构化指数I A值分别为35.7%㊁40.3%㊁42.0%㊂可以看出, 1#㊁2#㊁3#试样的芳构化指数逐渐增大㊂在相同的预氧化条件下,2#试样的芳构化指数比3#试样的芳构化指数低1.7%㊂芳构化指数表征在预氧化过程中P A N原丝的线性分子结构转换为梯形结构的程度,反映了预氧化的程度[33]㊂杨玉蓉等对P A N 纤维在不同温度下预氧化处理,得到P A N预氧丝的芳构化指数随着温度的升高而增加,表明P A N 链状分子在逐渐演变成梯形环状分子结构[34]㊂表2的结果说明在相同条件下进行预氧化,3#试样中纤维的预氧化温度较高,造成其芳构化指数大于2#试样㊂这与F T-I R的分析结果一致㊂2.3热重分析(T G)3种试样的T G测试结果如图3所示㊂图3不同试样的T G曲线F i g.3 T Gc u r v e s o f d i f f e r e n t s a m p l e s从图3可以看出,1#试样在约270ħ开始发生明显初始的热失重,2#试样在290ħ左右开始发生明显的初始失重,3#试样在310ħ左右开始发生明显的初始失重,且1#㊁2#㊁3#试样的热失重依次减小㊂P A N原丝在270ħ出现明显失重,主要是原丝在热处理过程中伴随分子内环化或分子间交联,会释放出H2㊁H C N㊁C O2等小分子气体;未环化或交联的大分子链发生裂解,其产物以小分子逸出;氰基环化放出的热量又会使已形成梯形结构的末端氨基以N H3形式脱除,造成失重[35]㊂文献报道[36],预氧丝的芳构化指数小于0.41,说明预氧化程度不足㊂3#试样的芳构化指数0.42,2#试样的芳构化指数0.403小于0.41,表明2#试样的预氧化程度小于3#试样的预氧化程度㊂在一定温度范围内,预氧化温度提高,P A N线性分子链上氰基的环化反应越多,预氧丝的梯形结构越多即预氧化程度越大[37]㊂在4西安工程大学学报第36卷相同预氧化工艺条件下,3#试样中纤维的预氧化温度高于2#试样中纤维的预氧化温度,造成3#试样中纤维的预氧化程度更大,耐热的梯形使纤维的热稳定性较高,不易发生裂解反应,其初始失重温度较高㊁质量损失率较少㊂2.4 扫描电镜分析(S E M )3个试样的扫描电镜观察结果见图4㊂(a )P A N 原丝(1#)(b )230ħ预氧化的P A N 长丝(2#)(c )230ħ预氧化的P A N 织物(3#)图4 不同试样中纤维的表面形态(ˑ10000)F i g .4 S u r f a c em o r p h o l o g y of f i b e r s f r o m d i f f e r e n t s a m pl e s (ˑ10000)从图4(a )可以看出,P A N 原丝的表面有沟槽㊂经过预氧化后,纤维的表面沟槽增多,因为预氧化使P A N 分子的密度增加,并且预氧化工艺对P A N 纤维有一定程度的氧化灼烧㊂从图4(b )㊁(c)可以看出,经过预氧化处理后,3#预氧化织物中试样的纤维表面沟槽比2#预氧丝试样中纤维的沟槽数略多,这可能是由于织物具有交织点,纤维间接触结构更紧密,造成环化反应产生的热量不易扩散所致㊂2.5 拉伸性能预氧化P A N 织物中单丝的断裂强力与断裂伸长率结果见表2㊂表2 试样中单丝的拉伸性能T a b .2 T e n s i l e p r o p e r t i e s o f t h em o n o f i l a m e n t i n s a m p l e s 试样断裂强力/(c N ㊃d t e x-1)强力C V /%断裂伸长率/%伸长率C V /%1#4.314.413.8413.82#3.420.813.1119.73#2.927.812.8226.6从表2可以看出,预氧化P A N 长丝束和预氧化P A N 织物中单丝的断裂强力和断裂伸长率均降低,这是由于预氧化使分子链中发生环化反应,纤维中 C ʉN 含量减少,分子内聚能㊁缔合力下降,导致分子间的作用力减弱[38]㊂2#试样中单丝断裂强力C V 值和断裂伸长率C V 值分别比1#试样中单丝的断裂强力C V 值和断裂伸长率C V 增加6.4%㊁5.9%,3#试样中单丝断裂强力C V 值和断裂伸长率C V 值分别比1#试样中单丝的断裂强力C V 值和断裂伸长率C V 增大13.4%㊁12.8%,说明P A N 长丝束㊁P A N 织物预氧化后单丝的断裂强力㊁断裂伸长率不匀性增大,P A N 织物预氧化存在的不均匀性大于P A N 长丝束预氧化存在的不均匀性㊂3#试样与2#试样相比,3#试样中单纤维强力低于2#试样中单纤维强力,这可能是由于在相同预氧化条件下,3#试样中纤维温度较高,纤维中 CʉN 键发生环化反应转化为 CN 键增多,纤维内聚能降低所致㊂由于3#试样中纤维温度较高,P A N 大分子转化为吡啶环大分子链的比例增多,柔性分子链比例减少[31],单纤维伸长率较小㊂3 结语在相同的预氧化工艺条件下,由于P A N 织物具有经纬向纤维束交织㊁纤维层变厚,单位面积内纤维根数多,造成其在预氧化过程中环化反应放出的热量不易释放出来,预氧化过程中P A N 织物中纤维的实际预氧化温度大于P A N 长丝中纤维的实际预氧化温度,引起预氧化P A N 织物的芳构化指数大于预氧化P A N 长丝的芳构化指数㊂由于P A N 织物实际预氧化温度高,纤维内聚能降低较多,造成预氧化P A N 织物中单纤维强力低于预氧化P A N5第2期李龙,等:聚丙烯腈织物预氧化及其性能长丝中单纤维强力;由于P A N织物中纤维交织叠合并非处于完全均匀一致的状态,预氧化时织物中不同位置纤维的温度不会完全相同,造成纤维预氧化程度的差异,引起预氧化P A N织物中单纤维强力离散性较大㊂参考文献(R e f e r e n c e s):[1] H E Y X,L IQ,K U I L A T,e t a l.M i c r o-c r a c kb e h a v i o ro f c a r b o n f i b e r r e i n f o r c e d t h e r m o p l a s t i cm o d i f i e d e p o x-y c o m p o s i t e s f o r c r y o g e n i c a p p l i c a t i o n s[J].C o m p o s i t e sP a r tB:E n g i n e e r i n g,2013,44(1):533-539. 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二甲基亚砜一步法碳纤维用聚丙烯腈原丝生产工艺

二甲基亚砜一步法碳纤维用聚丙烯腈原丝生产工艺一、背景介绍在现代工业产品中，碳纤维是一种越来越受到重视的重要材料。

它具有优异的力学性能、高强度、高模量、轻质化等优点，在飞行器、航天器、汽车、体育器材等领域有广泛应用。

而碳纤维的生产工艺中，聚丙烯腈原丝的制备是至关重要的一步。

二、二甲基亚砜一步法碳纤维用聚丙烯腈原丝生产工艺介绍1. 工艺流程：将聚丙烯腈原丝浸泡在二甲基亚砜溶液中→ 拧干→ 前处理→ 氧化→ 碳化→ 拉伸→ 涂料处理。

2. 原料介绍：（1）聚丙烯腈原丝：一种纺织品级的精密化学纤维，具有优异的物理性能和加工性能。

（2）二甲基亚砜：一种无色液体，具有良好的溶解性和热稳定性，是制备高强度碳纤维的重要原料。

3. 工艺特点：（1）一步法生产工艺，节约了生产时间和成本。

（2）二甲基亚砜可回收利用，提高了资源利用效率。

（3）原丝质量稳定，碳纤维性能可控，产品品质优异。

三、工艺优化及发展趋势1. 工艺优化：（1）提高聚丙烯腈原丝的纯度和分子量，改善生产工艺条件。

（2）加强前处理工序控制，提高氧化和碳化一次性合格率，减少废品率。

（3）改进拉伸工艺，提高碳纤维产品的强度和模量。

2. 发展趋势：（1）开发新型有机溶剂和纤维材料，实现生产工艺绿色化和高效化。

（2）探索碳纤维半连续生产技术，提高生产效率，降低成本。

（3）加强碳纤维复合材料研究，拓展碳纤维应用领域。

四、结语二甲基亚砜一步法碳纤维用聚丙烯腈原丝生产工艺是目前碳纤维生产中应用广泛的一种工艺，具有工艺稳定、原材料易得、产品性能优异等特点。

但是，在实际应用中仍然存在一些技术瓶颈和问题，需要进一步深入研究和优化。

未来，随着碳纤维市场需求的增加，碳纤维生产技术也将继续发展，为行业发展带来更多机遇。

聚丙烯腈基碳纤维生产工艺

聚丙烯腈基碳纤维生产工艺聚丙烯腈基碳纤维生产工艺可以简单分为以下几个步骤：原料准备、聚合、纺丝、氧化、炭化和后处理。

首先，原料准备是生产过程的第一步。

原料主要包括聚丙烯腈、聚合物助剂和纺丝助剂等。

这些原料需要经过筛分、洗涤和干燥等处理，确保纤维的质量。

接下来是聚合的过程。

将聚丙烯腈与聚合物助剂和溶剂混合，并由聚合剂催化，进行聚合反应。

聚丙烯腈的均聚度和聚合温度会影响最终纤维的力学性能和结构特点。

然后是纺丝过程。

聚合完成后，将溶剂除去，得到聚合物纤维化。

纺丝可以通过湿法或干法进行。

湿法纺丝是将聚合物溶解在溶液中，然后通过喷射、旋转或拉丝等方法将溶液拉伸成细丝。

干法纺丝是将聚合物直接熔融，并通过气流将熔融聚合物拉丝。

氧化是将纺丝得到的聚合物纤维经过热氧化处理。

在高温下，聚丙烯腈纤维会氧化成高分子含氮的纤维，氧化反应可以提高纤维的热稳定性和加工性能。

炭化是将经过氧化的聚丙烯腈纤维经过高温处理，使其转变为碳纤维。

炭化过程是在非氧化条件下进行的，通常会使用一定的温度和保温时间来控制炭化程度。

炭化反应可以使纤维中的非碳成分脱离，最终得到高纯度的碳纤维。

最后是后处理。

经过炭化后的碳纤维需要经过表面处理，包括浸渍、热处理和机械加工等。

浸渍是通过浸泡碳纤维在树脂浆料中，以提高纤维的强度和刚度。

热处理是通过高温处理，改变纤维的晶体结构和性能。

机械加工则是将碳纤维进行切割、编织、缠绕等加工，使其符合具体的使用要求。

以上是聚丙烯腈基碳纤维生产工艺的主要步骤，每个步骤都需要严格控制参数和条件，以确保最终产品的质量和性能。

碳纤维前驱体聚丙烯腈纤维的预氧化方法[发明专利]

专利名称：碳纤维前驱体聚丙烯腈纤维的预氧化方法
专利类型：发明专利
发明人：吕永根,宋云鹏,杨常玲,秦显营,周吉松,邴雪飞,潘鼎申请号：CN200810036189.4
申请日：20080417
公开号：CN101260575A
公开日：
20080910
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：碳纤维前驱体聚丙烯腈纤维的预氧化方法，使聚丙烯腈纤维原丝常压条件下依次连续通过连续预氧化－低温炭化炉中分设的五个温度段进行预氧化：第一、二温度段为环化过程，在氮气保护下进行，同时在第二温度段施加刚性牵伸；第三、四、五温度段为空气存在下氧化交联过程，第六温度段为通入氮气低温炭化过程，最后经过张力架进入高温炭化炉氮气加以保护下进行高温炭化处理。

本发明的有益效果在于：在氮气保护下，对纤维进行热处理可以提高纤维反应性，有利于环化反应的进行，同时在氮气保护下施加刚性牵伸可以提高分子链沿纤维轴的取向程度，制得更高强度和更高模量的聚丙烯腈基碳纤维。

申请人：东华大学
地址：201620 上海市松江区人民北路2999号
国籍：CN
代理机构：上海申汇专利代理有限公司
代理人：翁若莹
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理，碳化后最终得拉伸强度在４５００￣５１００ＭＰａ，
拉伸模量在２７０￣３１０ＧＰａ，单丝直径为６～１０ｇｍ
申请人：中复神鹰碳纤维有限责任公司
发明人：张国良；郭鹏宗；戴慧平；杨瑞；欧阳新峰；杨平
的碳纤维。实现碳纤维拉伸模量和强度的同步提升，解决了中模碳纤维拉伸强度下降和成本居高
的关键问题。
专利申请号：ＣＮ２０１５１０９６０１１９．８公开号：ＣＮ１０５４０１２６２Ａ
氧化时间缩短Ｎ４ｏｍｉｎ内，有效降低能耗。本发
本发明涉及高性能碳纤维的制备方法领域；它的制备方法如下：将ＰＡＮ原丝放入预氧化炉中进行预氧化反应，得到密度为１．３３～１．３６ｇ／ｃｍ的预氧化纤维体；将预氧化纤维体放入低温碳化炉中进行低温碳化，得到低温碳化纤维体；将低
发明人：陆星宇；王爱国；张凤翻；于华；赵志斌
方法，包括以下步骤：将聚丙烯腈基碳纤维的纺
丝纺丝原液经计量泵计量后，通过１２０００孔喷丝
头后形成纺丝细流进入凝固浴中，凝固浴为温度
６０￣８０ ℃，浓度为３０％￣５０％，ＰＨ值为７．０～９．０的
一
种新型的碳纤维生产用碳化炉中丝束冷却及节能技术
本发明公开一种新型的碳纤维生产用碳化炉
别是一种聚丙烯腈基碳纤维原丝的湿法纺丝制备
本发明属于碳纤维预浸料生产设备技术领域，具体涉及一种碳纤维预浸料的涂敷装置，沿碳纤维走向，包括前工段单元、涂敷单元和后工段单元，所述前工段单元将碳纤维导入进入涂敷单元，所述涂敷单元包括计量辊、涂敷辊和挤出机，挤出机设有涂布头，所述涂布头位于涂敷辊上方，所述计量辊和所述涂敷辊间留有可供碳纤维通过的间隙，且间隙间距可调，涂敷辊上设有去除表面残留树脂的除胶器，所述后工段单元包
二甲基亚砜水溶液；在负牵伸为８０％￣２５％，凝
固浴循环量为１０００￣２０００Ｌ／ｈ下进行湿法纺丝，
后经水洗、水牵、上油、烘干、蒸牵、热定型、卷绕后得聚丙烯腈基碳纤维原丝，最终纺丝速度达到ｌ２０～１５０ｍ／ｍｉｎ，在湿法纺丝工程中，对湿法纺丝的凝固成型条件进行改进，提供一种通过高温、低浓度凝固浴成型的方法来减少聚丙烯腈基碳纤维表面缺陷并提高纺丝速度的湿法纺丝方
第５期
专利文摘
．３９．
申请人：厦门大学
发明人：卿新林；邵剑波；孙虎；王奕首
发明人：连峰；郭鹏宗；张家好；杨平；欧阳新峰
一
种碳纤维预浸料的涂敷装置聚Leabharlann 烯腈基碳纤维原丝的湿法纺丝制备方法
本发明涉及一种碳纤维原丝的制备方法，特
括冷却装置和传感控制装置。本发明结构合理，成本较低，易于推广。
专利申请号：Ｃｂｉ２０１６１０１３８３８７．６公开号：ＣＮ１０５５９９３２２Ａ申请人：四川省新万兴碳纤维复合材料有限公司
一
中请人：中复神鹰碳纤维有限责任公司
发明人：金亮；刘芳；夏新强；张克勤
种基于快速纺丝和高纤度原丝的中模碳纤维制备方法
１５℃ 的升温梯度，控制预氧化的总时间为３３￣４０
ｍｉｎ，升温至２７０￣２９０℃ ，预氧化过程中，控制热风以７０００１２０００ｍ／ｈ的循环量垂直于丝束的运行方向向下吹送。本发明采用热风循环处理，大幅度缩短预氧化时间，将传统的＞６０ｍｉｎ的预
法。
专利申请号：ＣＮ２０１６１０１０５４７９．４公开号：ＣＮ１０５７５５５８１Ａ
一
种聚丙烯腈基碳纤维原丝
快速预氧化工艺
本发明公开了一种聚丙烯腈基碳纤维原丝快速预氧化工艺。所述工艺为将聚丙烯腈基碳纤维原丝在２４０￣２６０℃的较高的起始温度下，以ｌ０～
温碳化纤维体放入高温碳化炉中进行高温碳化处
明在保障碳纤维质量的情况下实现低成本高产量的快速预氧化，减少工业生产成本，在碳纤维生产领域具有广泛的应用价值。
专利申请号：ＣＮ２０１７１０５５０７８５．３公开号：ＣＮ１０７２８７６９９Ａ