【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及無機(jī)材料，尤其涉及一種超倍牽伸碳纖維制備方法及碳纖維。
技術(shù)介紹
1、公開該
技術(shù)介紹
部分的信息僅僅旨在增加對本專利技術(shù)的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。
2、隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，高性能材料的需求日益增長。在這種背景下，碳纖維材料因其密度小、高強(qiáng)高模、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱等特性，在航空航天、汽車制造、體育器材等領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的碳纖維生產(chǎn)技術(shù)存在諸多限制，如生產(chǎn)成本高、工藝復(fù)雜等問題，這些問題嚴(yán)重制約了碳纖維材料的大規(guī)模應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展。碳纖維的生產(chǎn)主要以聚丙烯腈為前驅(qū)體，通過干法/濕法/干濕法紡絲、預(yù)氧化、碳化等工序制成最終的碳纖維產(chǎn)品。在生產(chǎn)中，紡絲過程的牽伸工藝是影響最終碳纖維性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)的牽伸技術(shù)存在牽伸倍數(shù)有限、纖維結(jié)構(gòu)不均勻、生產(chǎn)效率低等問題。
3、近年來，凝膠紡絲技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢逐漸受到關(guān)注。凝膠紡絲技術(shù)通過將聚合物溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲行纬杉徑z原液，然后低溫凝固浴導(dǎo)致紡絲原液凝膠化形成凝膠纖維。凝膠化狀態(tài)下纖維可以承受較高的牽伸倍數(shù)，進(jìn)而使生產(chǎn)出的原絲均勻結(jié)構(gòu)、性能優(yōu)異。
4、更為高效的纖維牽伸技術(shù)仍是研究人員不斷鉆研的技術(shù)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本專利技術(shù)的目的是提供一種超倍牽伸碳纖維制備方法及碳纖維，通過在聚丙烯腈紡絲原液中添加超分子凝膠促進(jìn)劑，促使紡絲原液在凝固浴中的快速凝膠化，進(jìn)而在凝
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
3、本專利技術(shù)第一方面提供了一種超倍牽伸碳纖維制備方法，包括以下步驟：
4、s1、制備聚丙烯腈為10～40wt％的紡絲溶液；
5、s2、向紡絲溶液中添加2,4,6-三氨基嘧啶和巴比妥酸，2,4,6-三氨基嘧啶和巴比妥酸的質(zhì)量比為1:(0.5～2)，二者總量占聚丙烯腈的1～20wt％，獲得紡絲原液；
6、s3、將紡絲原液干噴預(yù)成型后，在0～10℃下，進(jìn)入凝固浴溶液中，以1～10的牽伸比進(jìn)行低溫凝固浴處理，制得初生纖維；
7、s4、將初生纖維制成原絲，將原絲通過預(yù)氧化和碳化工藝制成碳纖維。
8、可選的，s1中，紡絲溶液的溶劑為二甲基亞砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一種。
9、可選的，s2中，在紡絲原液中添加封端劑，封端劑包括：鄰苯二胺、間苯二胺和對苯二胺中的一種或多種。
10、可選的，封端劑的添加量為：2,4,6-三氨基嘧啶和巴比妥酸二者總量的1～50wt％。
11、可選的，s3中，凝固浴溶液中的溶質(zhì)為二甲基亞砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一種，凝固浴溶液中的溶劑為水、甲醇、乙醇和二甘醇中的一種或多種。
12、可選的，s3中，凝固浴溶液中的溶質(zhì)與紡絲溶液中的溶劑成分一致。
13、可選的，s3中，凝固浴溶液中的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～95％。
14、可選的，s3中，牽伸比為5～8。
15、可選的，s4中，預(yù)氧化在空氣介質(zhì)中進(jìn)行，預(yù)氧化溫度為150-350℃。
16、可選的，s4中，碳化在惰性氣氛或者真空環(huán)境中進(jìn)行，碳化溫度為1000～1600℃。
17、第二方面，一種上述超倍牽伸碳纖維制備方法制備獲得的碳纖維。
18、第三方面，上述的碳纖維在航空航天或交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用。
19、本專利技術(shù)的有益效果如下：
20、1.本專利技術(shù)開發(fā)了一種用于紡制碳纖維的新型超倍牽伸凝膠紡絲技術(shù)，通過超分子凝膠促進(jìn)劑的加入使紡絲原液在凝固浴中可以快速凝膠化，進(jìn)而可以對初生纖維施加高倍數(shù)的牽伸，這有效改善了牽伸效果，使得初生纖維中分子鏈取向得到明顯改善，裂紋、孔洞等缺陷減少。經(jīng)超倍牽伸凝膠紡絲技術(shù)制備的碳纖維內(nèi)部石墨結(jié)構(gòu)完善、取向良好、缺陷減少，纖維強(qiáng)度得到提升，可作為增強(qiáng)材料廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。
21、2.本專利技術(shù)的制備方法中，由于凝膠紡絲過程的超倍牽伸特征，能夠?qū)崿F(xiàn)1-10倍的牽伸倍數(shù)，可適用于較高的紡絲速度，因此紡絲生產(chǎn)效率獲得顯著提升。
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1.一種超倍牽伸碳纖維制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超倍牽伸碳纖維制備方法，其特征在于，S1中，紡絲溶液的溶劑為二甲基亞砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超倍牽伸碳纖維制備方法，其特征在于，S2中，在紡絲原液中添加封端劑，封端劑包括：鄰苯二胺、間苯二胺和對苯二胺中的一種或多種；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超倍牽伸碳纖維制備方法，其特征在于，S3中，凝固浴溶液中的溶質(zhì)為二甲基亞砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一種，凝固浴溶液中的溶劑為水、甲醇、乙醇和二甘醇中的一種或多種；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超倍牽伸碳纖維制備方法，其特征在于，S3中，凝固浴溶液中的溶質(zhì)與紡絲溶液中的溶劑成分一致；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超倍牽伸碳纖維制備方法，其特征在于，S4中，初生纖維通過水洗、牽伸、上油、干燥致密化和蒸汽牽伸工序制成原絲。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超倍牽伸碳纖維制備方法，其特征在于，S4中，預(yù)氧化在空氣介質(zhì)中進(jìn)行，預(yù)氧化溫度為150-350℃；
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1.一種超倍牽伸碳纖維制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超倍牽伸碳纖維制備方法，其特征在于，s1中，紡絲溶液的溶劑為二甲基亞砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超倍牽伸碳纖維制備方法，其特征在于，s2中，在紡絲原液中添加封端劑，封端劑包括：鄰苯二胺、間苯二胺和對苯二胺中的一種或多種；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超倍牽伸碳纖維制備方法，其特征在于，s3中，凝固浴溶液中的溶質(zhì)為二甲基亞砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一種，凝固浴溶液中的溶劑為水、甲醇、乙醇和二甘醇中的一種或多種；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超倍牽伸碳纖維制備...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱波，張燁，李楠，朱安平，王永偉，
申請(專利權(quán))人：山東大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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