The invention relates to a preparation method of polyacrylonitrile based high strength and high modulus carbon fiber. When polyacrylonitrile (PAN) precursor is regularly preoxidized and carbonized at low temperature, the carbon microcrystalline orientation can be controlled effectively by increasing the temperature of carbonization at high temperature and matching a certain stretch, or by increasing the tensile ratio of high temperature carbonization. The high temperature carbonized fiber with a orientation angle of less than 17.5 degrees is obtained, and then at a relatively low temperature graphitization temperature. The high strength and high modulus carbon fibers with tensile strength of 3.8 ~ 5.0GPa and tensile modulus of 500 ~ 600GPa were prepared by high temperature graphitization hot stretching treatment. The preparation method of the invention reduces the requirement of high temperature graphitization to equipment, is beneficial to saving energy and reducing consumption, and is simple and easy to operate.
【技术实现步骤摘要】
一种聚丙烯腈基高强高模碳纤维的制备方法
本专利技术涉及一种聚丙烯腈基高强高模碳纤维制备方法
技术介绍
聚丙烯腈基碳纤维因其具有轻质、高强、高模、导电、导热、耐高温、耐腐蚀等一系列优异的性能,而被广泛应用于航天航空、国防军工、建筑补强、石油化工和休闲体育等领域。随着碳纤维复合材料应用技术的不断进步和发展,高强高模型碳纤维因其兼具高强度和高模量的特性,成为航空航天特殊领域不可或缺的关键材料。高模量碳纤维通常是由高强型碳纤维进行高温石墨化处理而制得,聚丙烯腈(PAN)基碳纤维经过高于2000℃的高温处理,可以获得碳元素含量99%以上、纤维中碳微晶晶粒尺寸更大且排列更加规整有序的高模量碳纤维。有文献报道,随着高温石墨化处理温度的升高,碳纤维的拉伸模量逐渐升高,而拉伸强度却逐渐下降,单纯靠升高石墨化处理温度很难实现强度和模量的同时提升。当前,在石墨化阶段提高碳纤维性能的工艺有:提高热处理温度、高温热牵伸、渗碳补强、催化石墨化等。科研工作者试图通过改变工艺路线的方法保持强度而提高模量,有一定的效果,但增加了工艺的复杂性。日本东丽公司是全球最重要的聚丙烯腈基碳纤维研发和生产厂家,该公司高强高模(MJ)系列碳纤维包括M35J、M40J、M46J、M50J、M55J和M60J等品种,其强度为3.82~4.70GPa,模量为343~588GPa,牌号越高其模量越高,相应的强度越低。张洪波等,在2001年高科技纤维与应用杂志第三期《制备聚丙烯腈基高模量碳纤维的高温热处理技术》一文中报道,东丽公司采用高温热拉伸处理的方法制备高强高模型碳纤维,即在高温石墨化过程中对高温碳化纤维进行 ...
【技术保护点】
1.一种聚丙烯腈基高强高模碳纤维的制备方法,由聚丙烯腈原丝经预氧化、低温碳化、高温碳化和高温石墨化制得,其特征在于:所述的高温碳化是将低温碳化纤维在一定的温度下进行拉伸碳微晶预取向处理,使得高温碳化纤维碳微晶的取向角不大于17.5°。
【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯腈基高强高模碳纤维的制备方法,由聚丙烯腈原丝经预氧化、低温碳化、高温碳化和高温石墨化制得,其特征在于:所述的高温碳化是将低温碳化纤维在一定的温度下进行拉伸碳微晶预取向处理,使得高温碳化纤维碳微晶的取向角不大于17.5°。2.根据权利要求1的制备方法,其特征在于:所述的高温石墨化是在高纯氮气保护下进行高温石墨化拉伸,高温石墨化温度为2400~2490℃,时间为2~3分钟,相对拉伸倍率为107~120%。3.根据权利要求1的制备方法,其特征在于:所述的高温碳化采用高纯氮气保护,高温碳化温度为1400~1500℃,时间为0.5~3分钟,相对拉伸倍率为97.5~98.5%。4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员:王宇,赵振文,高爱君,李常清,徐樑华,童元建,曹维宇,
申请(专利权)人:北京化工大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。