The invention discloses a preparation system and a method for high strength and high modulus carbon fibers, wherein the preparation system for high strength and high modulus carbon fibers comprises a low temperature graphitizing device and a high temperature graphitizing device in which carbon fiber tows enter sequentially, and a low temperature graphitizing device and a high temperature graphitizing device both have tow channels along the tow channels. Graphite heater is arranged in the direction; graphite heater length in low temperature graphitization device is 50 100 cm, graphitization temperature for carbon fiber tow is 2000 2300 C; graphite heater length in high temperature graphitization device is 100 200 cm, graphitization temperature for carbon fiber tow is 2400 200 C. Using the invention, carbon fibers are graphitized by two systems of low temperature and high temperature graphitization. By designing and adjusting the technological parameters of low temperature and high temperature graphitization, the tensile modulus of carbon fibers is stabilized and the strength retention rate of the fibers in graphitization treatment is guaranteed to be high, so as to obtain high tensile strength and high tensile strength. Tensile modulus of carbon fiber.
【技术实现步骤摘要】
一种高强度高模量碳纤维的制备系统及方法
本专利技术属于碳纤维生产
,具体涉及一种高强度高模量碳纤维的制备系统及方法。
技术介绍
高强度高模量碳纤维具有拉伸强度高、拉伸模量高、热膨胀系数小、耐腐蚀、抗疲劳、导电等一系列优点,因此在航空、航天、民用等各个领域均获得广泛应用。高强度高模量碳纤维是在碳纤维基础上经过高温石墨化处理制备得到,因而石墨化处理成为制备高强度高模量碳纤维关键工艺之一。目前国内外的现有技术中,高强度高模量碳纤维的石墨化处理过程往往是由单温区的高温石墨化系统组成,采用石墨化炉对碳纤维直接进行高温石墨化处理一段时间。申请人通过大量的调查研究发现,碳纤维在石墨化处理过程中经历了破坏-重构-增长过程,即碳纤维在低于一定温度(通常2300℃)时,碳纤维乱层石墨结构首先发生破坏,纤维体密度大幅下降,当石墨化温度继续提高时,纤维破坏结构会发生重构,纤维体密度逐渐上升,而随石墨化温度进一步升高,重构后的石墨化结构出现有序增长,其纤维体密度也大幅提高。由于目前国内外的现有技术在制备高强度高模量碳纤维时只采用单温区的高温石墨化处理,高温石墨化处理会显著缩短碳纤维的破坏-重构-增长整个过程的时间,导致纤维内部结构未完全重构,进而导致碳纤维力学性能尤其是拉伸强度显著下降。专利号为4301136的美国专利文献公开了一种利用前、后炉生产高品质高强度高模量碳纤维方法,但其前炉温度较低,仅为1700-1900℃,而且其前炉处理时间显著高于后炉处理时间,导致制备得到纤维性能较低,制备得到纤维拉伸模量最高427GPa,且同时其拉伸强度仅为2.58GPa。若要在稳定提升碳纤 ...
【技术保护点】
1.一种高强度高模量碳纤维的制备系统,其特征在于,包括碳纤维丝束依次进入的低温石墨化装置与高温石墨化装置;所述低温石墨化装置与高温石墨化装置均设有丝束通道,沿丝束通道方向设有石墨发热体;所述低温石墨化装置中的石墨发热体长度为50‑100cm,对碳纤维丝束的石墨化温度为2000‑2300℃;所述高温石墨化装置中的石墨发热体长度为100‑200cm,对碳纤维丝束的石墨化温度为2400‑2800℃。
【技术特征摘要】
1.一种高强度高模量碳纤维的制备系统,其特征在于,包括碳纤维丝束依次进入的低温石墨化装置与高温石墨化装置;所述低温石墨化装置与高温石墨化装置均设有丝束通道,沿丝束通道方向设有石墨发热体;所述低温石墨化装置中的石墨发热体长度为50-100cm,对碳纤维丝束的石墨化温度为2000-2300℃;所述高温石墨化装置中的石墨发热体长度为100-200cm,对碳纤维丝束的石墨化温度为2400-2800℃。2.根据权利要求1所述的高强度高模量碳纤维的制备系统,其特征在于,所述低温石墨化装置与高温石墨化装置中的石墨发热体均有两个,对称固定于丝束通道外。3.根据权利要求1或2所述的高强度高模量碳纤维的制备系统,其特征在于,所述低温石墨化装置与高温石墨化装置的石墨发热体外设有保温层。4.根据权利要求1所述的高强度高模量碳纤维的制备系统,其特征在于,所述低温石墨化装置与高温石墨化装置在丝束通道的进、出口处设有保护气入口。5.一种高强度高模量碳纤维的制备方法,其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员:钱鑫,张永刚,王雪飞,宋书林,
申请(专利权)人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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。