本發(fā)明屬于機(jī)高分子材料，具體涉及一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法。

背景技術(shù)：

1、纏繞成型工藝是將經(jīng)過(guò)樹(shù)脂膠液的連續(xù)纖維按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后經(jīng)過(guò)固化、脫模，獲得制品。分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種，三種方法中，以濕法纏繞應(yīng)用最為普遍。纏繞成型的原材料主要是纖維增強(qiáng)材料、樹(shù)脂和填料。碳纖維紗就是纖維增強(qiáng)材料的一種。要滿足纏繞成型的使用要求，除了提出本身性能指標(biāo)外，對(duì)碳纖維耐磨性等也提出了相應(yīng)的要求，而現(xiàn)有技術(shù)中的碳纖維耐磨性較低，無(wú)法滿足現(xiàn)有的技術(shù)需求。

2、公開(kāi)于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，其能夠。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一具體實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下：

3、一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，包括下述步驟；

4、s1、聚合：采用丙烯腈和共聚單體在二甲基亞砜溶液中聚合；

5、s2、脫單、脫泡：在真空條件下，使聚合液中的殘余的丙烯腈單體從系統(tǒng)中分離，得到穩(wěn)紡絲溶液；

6、s3、凝固成型：紡絲液經(jīng)紡絲計(jì)量泵輸出，流經(jīng)緩沖器，進(jìn)入噴絲板組件后噴出，采用干濕法紡絲工藝，進(jìn)入凝固液凝固成型為凝固絲條；

7、s4、水洗：將凝固絲條水洗，水洗采用花輥拍打式水洗；

8、s5、熱水牽伸：將水洗后的絲條在熱水中進(jìn)行1.2～4倍牽伸；

9、s6、上油及干燥致密化：使用改性硅油或非硅油劑對(duì)水洗牽引后的凝固絲條上油，并使用熱輥進(jìn)行干燥致密化，干燥致密化溫度為100-190℃；

10、s7、蒸汽牽伸：使用飽和水蒸汽進(jìn)行1.5～6倍牽伸；

11、s8、熱定型：使用飽和水蒸汽對(duì)纖維進(jìn)行熱定型；

12、s9、原絲收集：采用卷繞機(jī)對(duì)原絲進(jìn)行收集，得到成品原絲；

13、s10、預(yù)氧化：將原絲在200～300℃的環(huán)境中進(jìn)行氧化處理；

14、s11、低溫碳化：將預(yù)氧化后的絲條在300～800℃進(jìn)行低溫碳化處理；

15、s12、高溫碳化：將低溫碳化處理后的絲條在1000～1600℃進(jìn)行高溫碳化處理；

16、s13、表面處理：將經(jīng)過(guò)高溫碳化處理的絲條在電解溶液中施加電流進(jìn)行表面處理，再進(jìn)行水洗，水洗后電解液濃度≤0.1％；

17、s14、上漿：上漿前纖維在羅拉上均勻排列，再浸入上漿槽上漿后，上漿后使用烘干機(jī)將絲條烘干；

18、s15、碳纖維收卷：采用卷繞機(jī)對(duì)碳纖維進(jìn)行收集，得到成品碳纖維。

19、在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述共聚單體為丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、衣康酸、衣康酸銨、甲基丙烯酸異丁酯中的其中一種或多種組合。

20、在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述s3步驟中進(jìn)入凝固液凝固成型時(shí)，控制凝固浴濃度20-40％，凝固浴溫度0-10℃，凝固浴ph值9.5-11.5。

21、在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述s4步驟中的水洗水流方向?yàn)槟媪?，水洗共分?-5段，每段由3個(gè)水洗槽組成，水洗中浸入水洗槽的羅拉均為花輥，每段水洗出口羅拉組由7支羅拉組成，并為主動(dòng)羅拉組，其余羅拉組為3支羅拉組成，并為被動(dòng)羅拉組，水洗的水溫控制在30～70℃，從第一個(gè)水洗槽開(kāi)始，水洗二甲基亞砜濃度相比前一段濃度逐漸降低，最后一個(gè)水洗槽纖維的二甲基亞砜殘留≤100ppm5。

22、在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述s10步驟中，進(jìn)行預(yù)氧化使用的預(yù)氧化爐共計(jì)由6-8個(gè)溫度區(qū)組成，每個(gè)溫度區(qū)的長(zhǎng)度為5-10m。

23、在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述s13步驟中的電流范圍為0.1-0.4a/g，電解級(jí)數(shù)≥3級(jí)，纖維距離槽底電極≤100mm，電解槽有效長(zhǎng)度1m-2m。

24、在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)所述羅拉組生產(chǎn)過(guò)程中之間若沒(méi)有其他設(shè)備，其張力要小于前一段和后一段張力的20％，但要求≥0.25cn/dtex。

25、在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述卷繞機(jī)殼體包括有多個(gè)卷筒、防火裝置和烘干裝置，所述防火裝置設(shè)置在卷繞機(jī)殼體的多個(gè)端面，所述烘干裝置與卷筒相匹配，所述烘干裝置對(duì)纏繞在卷筒上的碳纖維絲進(jìn)行烘干。

26、在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述防火裝置包括有滅火罐、旋轉(zhuǎn)滅火頭和滅火噴頭，所述滅火罐固定連接在卷繞機(jī)殼體的一側(cè)端面；所述旋轉(zhuǎn)滅火頭設(shè)置在卷繞機(jī)殼體的多個(gè)端面，所述滅火噴頭設(shè)置在卷繞機(jī)殼體的多個(gè)端面，所述滅火噴頭的位置與多個(gè)卷筒的位置相匹配，所述旋轉(zhuǎn)滅火頭和滅火噴頭均與滅火罐相連通。

27、在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述烘干裝置包括有防護(hù)板、真空泵、烘干管和過(guò)濾盒，所述防護(hù)板接觸卷筒的端面設(shè)置有多個(gè)熱量輸送管和吸塵管，所述熱量輸送管連接烘干管，所述真空泵包括負(fù)壓管，所述負(fù)壓管連接吸塵管，所述烘干管連接熱源，所述熱源為s14步驟中使用的烘干機(jī)中熱量，所述烘干管連接烘干機(jī)，所述負(fù)壓管與吸塵管之間連接有過(guò)濾盒，所述過(guò)濾盒包括有多個(gè)過(guò)濾板，所述過(guò)濾板固定連接在過(guò)濾盒的內(nèi)壁端面，所述過(guò)濾盒的內(nèi)壁端面設(shè)置有儲(chǔ)灰抽屜。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，通過(guò)碳纖維生產(chǎn)過(guò)程工藝進(jìn)行控制，形成毛絲少，抗磨性好的碳纖維，有利于纏繞工藝的生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，其特征在于，包括下述步驟；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，其特征在于，所述共聚單體為丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、衣康酸、衣康酸銨、甲基丙烯酸異丁酯中的其中一種或多種組合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，其特征在于，所述s3步驟中進(jìn)入凝固液凝固成型時(shí)，控制凝固浴濃度20-40％，凝固浴溫度0-10℃，凝固浴ph值9.5-11.5。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，其特征在于，所述s4步驟中的水洗水流方向?yàn)槟媪?，水洗共分?-5段，每段由3個(gè)水洗槽組成，水洗中浸入水洗槽的羅拉均為花輥，每段水洗出口羅拉組由7支羅拉組成，并為主動(dòng)羅拉組，其余羅拉組為3支羅拉組成，并為被動(dòng)羅拉組，水洗的水溫控制在30～70℃，從第一個(gè)水洗槽開(kāi)始，水洗二甲基亞砜濃度相比前一段濃度逐漸降低，最后一個(gè)水洗槽纖維的二甲基亞砜殘留≤100ppm5。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，其特征在于，所述s10步驟中，進(jìn)行預(yù)氧化使用的預(yù)氧化爐共計(jì)由6-8個(gè)溫度區(qū)組成，每個(gè)溫度區(qū)的長(zhǎng)度為5-10m。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，其特征在于，所述s13步驟中的電流范圍為0.1-0.4a/g，電解級(jí)數(shù)≥3級(jí)，纖維距離槽底電極≤100mm，電解槽有效長(zhǎng)度1m-2m。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，其特征在于，兩個(gè)所述羅拉組生產(chǎn)過(guò)程中之間若沒(méi)有其他設(shè)備，其張力要小于前一段和后一段張力的20％，但要求≥0.25cn/dtex。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，其特征在于，所述卷繞機(jī)殼體包括有多個(gè)卷筒、防火裝置和烘干裝置，所述防火裝置設(shè)置在卷繞機(jī)殼體的多個(gè)端面，所述烘干裝置與卷筒相匹配，所述烘干裝置對(duì)纏繞在卷筒上的碳纖維絲進(jìn)行烘干。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，其特征在于，所述防火裝置包括有；

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，其特征在于，所述烘干裝置包括有；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于纏繞工藝的碳纖維的制備方法，包括下述步驟；S1、聚合：采用丙烯腈和共聚單體在二甲基亞砜溶液中聚合；S2、脫單、脫泡：在真空條件下，使聚合液中的殘余的丙烯腈單體從系統(tǒng)中分離，得到穩(wěn)紡絲溶液；S3、凝固成型：紡絲液經(jīng)紡絲計(jì)量泵輸出，流經(jīng)緩沖器，進(jìn)入噴絲板組件后噴出，采用干濕法紡絲工藝，進(jìn)入凝固液凝固成型為凝固絲條；S4、水洗：S5、熱水牽伸：S6、上油及干燥致密化：S7、蒸汽牽伸：S8、熱定型：S9、原絲收集：S10、預(yù)氧化：S11、低溫碳化：S12、高溫碳化：S13、表面處理：S14、上漿：S15、碳纖維收卷。本發(fā)明通過(guò)碳纖維生產(chǎn)過(guò)程工藝進(jìn)行控制，形成毛絲少，抗磨性好的碳纖維，有利于纏繞工藝的生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：黃大明,唐立鑫,孫軍濤,邱偉峰,劉艷艷,于良松,王賀偉,叢宗杰,張?jiān)铝x,李日濱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：威海拓展纖維有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9