氧化纤维结构制造技术

本实用新型专利技术有关于一种氧化纤维结构，该氧化纤维结构包含至少一氧化纤维，该氧化纤维更包含一氧化层及一芯部，该氧化层包覆于该芯部的外侧。本实用新型专利技术利用微波处理单元的微波聚焦对通过的纤维纱束施以超高速预氧化处理，将纤维纱束加工成为氧化纤维，不但可以有效缩减氧化纤维的氧化时间，且氧化纤维当中的纤维经微波聚焦氧化处理的氧化层至少占该氧化纤维的断面面积50％以上，有效降低氧化纤维的皮芯结构，甚至可让氧化纤维达到无明显皮芯结构，以相对更为积极、可靠的手段提升碳纤维性能。

【技术实现步骤摘要】
氧化纤维结构
本技术与碳纤维的预氧化技术有关，主要揭露一种有助于提升碳纤维性能的氧化纤维结构。
技术介绍
碳纤维是有机纤维经一系列热处理后转化而成的含碳量在90％以上的新型碳材料，其具有高比强度、高比模量、高导电性和导热性、低热膨胀系数、低密度、耐高温、耐疲劳、抗蠕变、自润滑等一系列的优异性能，是一种理想的功能材料和结构材料，广泛应用于航天、民用航空及运输等领域，并具有广阔的应用前景。聚丙烯腈(polyacrylonitrile，PAN)作为原丝的碳纤维制备工艺过程包括聚合、纺丝、预氧化和碳化，其中预氧化过程是碳纤维制备过程中结构转变的关键阶段，也是热处理过程中最耗时的阶段，其目的是使聚丙烯腈的线型大分子链转化为具耐热结构的氧化纤维，使其在后续的碳化时不熔不燃，而能够保持纤维形态。预氧化过程中原丝的结构转变在很大程度上决定着碳纤维的结构和性能，在工业化生产中，多采用梯度升温的预氧化方式，在此过程中合适的温度梯度范围是必要的，起始温度如果太低，对预氧化过程没有贡献，耗费时间增加成本，但起始温度太高，剧烈的反应放热会使没有耐热能力的PAN大分子链熔断；另外，终止温度如果太高，集中放热会破坏预氧丝的结构，并且造成过度预氧化，不利于制备高强度碳纤维，但终止温度太低，又可能使原丝得不到充分的预氧化。再者，以加热的方式进行预氧化反应时，随着预氧化反应的进行，由于热是由原丝的外层往内层传递，因此会先在原丝的外层形成了致密梯形结构的氧化层(皮部)，这反而阻碍了氧向原丝内层的芯部扩散，造成如图1所示的一氧化纤维10当中的一纤维11产生氧化的一氧化层111(皮部)和尚未氧化的一芯部112明显差异的一皮芯结构，该氧化层111与该芯部112之间存在一皮芯界面113。该皮芯结构的检验利用扫描式电子显微镜(SEM，ScanningElectronMicroscope)拍摄实体影像图以观测该氧化纤维的断面并分别计算该氧化层的断面面积与该芯部的断面面积以及该氧化纤维的断面面积，该皮芯结构的程度鉴定法为芯部比率(％)等于该芯部的断面面积除以该氧化层的断面面积与该芯部的断面面积之和，亦即芯部比率(％)等于该芯部的断面面积除以该氧化纤维的断面面积。另外，该氧化纤维10及其所制成的碳纤维的物性，例如拉伸强度及拉伸模数，还取决于该氧化纤维10或氧化层111的氧化程度及环化程度；该氧化纤维10或氧化层111的氧化程度及环化程度愈高则该氧化纤维10所制成的碳纤维的拉伸强度及拉伸模数也愈高。该氧化层111呈氧化状态所以结构致密并导致所制成的碳纤维的高拉伸强度及高拉伸模数，该芯部112呈氧化不完全或未氧化状态所以结构松散并导致所制成的碳纤维的低拉伸强度及低拉伸模数，因此该氧化层111与该芯部112的氧化程度不一致所导致的该皮芯结构即是导致碳纤维抗拉强度降低的主要原因之一。因此，在预氧化反应过程中如何缩短预氧化时间，以及如何提高预氧化程度同时降低甚至消除皮芯结构，对碳纤维生产成本的降低以及性能(拉伸强度及拉伸模数)的提高具有十分重要的意义。
技术实现思路
本技术所解决的技术问题即在有鉴于此，本技术即在提供一种可以有效缩短氧化纤维的氧化时间，且有效降低氧化纤维的皮芯结构，甚至让氧化纤维结构达到无明显皮芯结构的氧化纤维。本技术所采用的技术手段如下所述。本技术的氧化纤维结构利用一氧化纤维制造方法，该氧化纤维制造方法适用于将一纤维纱束预氧化为一氧化纤维纱束，该纤维纱束由一纤维或复数个该纤维集结成束所构成，该氧化纤维纱束由一氧化纤维或复数个该氧化纤维集结成束所构成，该氧化纤维制造方法包括下列步骤：一提供纱束步骤：准备该纤维纱束；一微波处理步骤：使该纤维纱束暴露于一微波条件中并成为该氧化纤维纱束。于某实施态样下，该氧化纤维制造方法，适用于将该纤维纱束预氧化为该氧化纤维纱束，该纤维纱束由一该纤维或复数个该纤维集结成束所构成，该氧化纤维纱束由一该氧化纤维或复数个该氧化纤维集结成束所构成，该氧化纤维制造方法包括下列步骤：a.提供一传送单元及一微波处理单元；b.提供该纤维纱束，并将该纤维纱束安置于该传送单元，并使该传送单元能够带动该纤维纱束通过该微波处理单元；c.启动该微波处理单元，由该微波处理单元产生该微波条件；d.启动该传送单元，由该传送单元带动该纤维纱束于该微波条件之下持续一处理时间，使该纤维纱束成为该氧化纤维纱束。依据上述该氧化纤维制造方法，将该纤维纱束的该纤维以该氧化纤维制造方法预氧化为该氧化纤维。依据上述该氧化纤维制造方法，该微波条件包含：一微波频率，该微波频率介于300～300,000MHz；一微波功率，该微波功率介于1～1000kW/m2；一工作温度，该工作温度介于100～600℃；以及，一气体气氛，该气体气氛为氧气、空气、臭氧其中之一或其混合。依据上述该氧化纤维制造方法，该处理时间介于1～40分钟。依据上述该氧化纤维制造方法，该微波功率介于10～24kW/m2。依据上述该氧化纤维制造方法，该微波频率介于2000～3000MHz、该工作温度介于150～350℃、该处理时间介于5～20分钟。依据上述该氧化纤维制造方法，该纤维纱束为聚丙烯腈(PAN)纤维、沥青纤维或其他有机纤维其中之一。依据上述该氧化纤维制造方法，该传送单元设有提供该纤维纱束的一供料机组、拖曳该纤维纱束连续传送的一收卷机组、供该纤维纱束通过的一炉体；该微波处理单元于该炉体设有供产生该微波频率及该微波功率的一磁控管，以及设有供将该气体气氛通入该炉体的一供气机组。依据上述该氧化纤维制造方法，该收卷机组、该磁控管及该供气机组与一控制单元电气连接。依据上述该氧化纤维制造方法，该炉体的内部设有一保温单元。依据上述该氧化纤维制造方法，该保温单元为金属氧化物、碳化物、微波高感应材料其中之一或其组合。依据上述该氧化纤维制造方法，该纤维纱束于该炉体内以一叠绕方式持续接受该微波处理单元的照射。本技术揭露有一种氧化纤维结构，该氧化纤维结构包含至少一氧化纤维，其中该氧化纤维更包含一氧化层及一芯部，该氧化层包覆于该芯部的外侧，该氧化层的断面面积占该氧化纤维的断面面积为至少50％以上。其中，该氧化纤维由该纤维暴露于该微波条件中所制成。较佳地，该氧化纤维由一有机纤维暴露于该微波条件中所制成。依据上述结构特征，该氧化层的断面面积占该氧化纤维的断面面积为至少60％以上。依据上述结构特征，该氧化层的断面面积占该氧化纤维的断面面积为至少80％以上。依据上述结构特征，该氧化层的断面面积占该氧化纤维的断面面积为至少90％以上。依据上述结构特征，该氧化层的断面面积占该氧化纤维的断面面积为至少99％以上。本技术所产生的技术效果：本技术所揭露的氧化纤维结构，主要利用微波处理单元的微波聚焦对纤维纱束施以超高速预氧化处理，将纤维纱束加工成为氧化纤维，不但可以有效缩减氧化纤维的氧化时间，且氧化纤维当中的氧化层至少占该氧化纤维的断面面积50％以上，有效降低氧化纤维的皮芯结构；当氧化纤维当中的氧化层占该氧化纤维的断面面积至少80％以上时，甚至可让氧化纤维达到无明显皮芯结构。因此，本技术以相对更为积极、可靠的手段提升碳纤维性能。附图说明图1为习知氧化纤维的皮芯结构示意图。图2为本技术的氧化纤维制造方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化纤维结构，其特征在于，该氧化纤维结构包含至少一氧化纤维(21)，其中该氧化纤维(21)包含一氧化层(211)及一芯部(212)，该氧化层(211)包覆于该芯部(212)的外侧，该氧化层(211)的断面面积占该氧化纤维(21)的断面面积为至少50％以上。

【技术特征摘要】
2018.01.29 TW 1072014291.一种氧化纤维结构，其特征在于，该氧化纤维结构包含至少一氧化纤维(21)，其中该氧化纤维(21)包含一氧化层(211)及一芯部(212)，该氧化层(211)包覆于该芯部(212)的外侧，该氧化层(211)的断面面积占该氧化纤维(21)的断面面积为至少50％以上。2.如权利要求1所述的氧化纤维结构，其特征在于，该氧化层(211)的断面面积占该氧化纤维(21)的断面面积为至少60％以上。3.如权利要求1所述的氧化纤维结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智永，
申请(专利权)人：永虹先进材料股份有限公司，
类型：新型
国别省市：中国台湾,71