一种35-50K碳纤维及其制备方法及用于生产35-50K碳纤维的预氧炉技术

本发明专利技术属于碳纤维技术领域，本发明专利技术公开了一种35

【技术实现步骤摘要】
一种35
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50K碳纤维及其制备方法及用于生产35
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50K碳纤维的预氧炉


[0001]本专利技术属于碳纤维
，具体地说，涉及一种35
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50K碳纤维及其制备方法及用于生产35
‑
50K碳纤维的预氧炉。

技术介绍

[0002]碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物。由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及碳等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。
[0003]聚丙烯腈纤维是生产碳纤维的主要原料，也是一种广泛应用于服装、装饰、建筑以及阻燃纤维制备等领域的高分子纤维材料。用于碳纤维生产的聚丙烯腈纤维有两大类，以每一束纤维内含有名义单根纤维数量来确定，其中1K品种一束纤维名义单根纤维数量为1000根，6K品种一束纤维名义单根纤维数量为6000根，24K品种一束纤维名义单根纤维数量为24000根；1K～3K品种属于小丝束领域范畴，主要用途在航空航天、军工等领域，12K～24K品种向工业民用领域延伸。 12K品种和24K、25K品种在民用领域应用过程中，主要体现出在预浸料铺制生产过程中铺放根数多，效率低的问题。
[0004]在风电主要领域使用过程中，主要是拉挤板制品工艺中，迫切需要研究更大的丝束K数，需求增加整束内单丝根数增加40～50%以上，同时解决因单丝纤度不均匀，造成的力学性能下降问题。因此开发力学性能更好的大丝束产品，满足市场的迫切需要，成为中国碳纤维工业化发展首要任务和客观要求。
[0005]目前，在大丝束产品的生产制备过程中，由于大丝束产品丝束大，在预氧化处理过程中，集中放热更加剧烈，丝束释放出的热量如不能及时带走容易产生丝束烧断现象，给生产稳定性和操作安全性带来很大影响。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种35
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50K碳纤维的制备方法，以实现提高大丝束纤维的伸长率，保证原丝预氧化均一性好的目的。
[0008]本专利技术的再一目的在于提供一种预氧炉，以实现对大丝束纤维进行预氧化，且预氧化效果好的目的。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：一种35
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50K碳纤维的制备方法，包括预氧化阶段，预氧化阶段包括：碳纤维原丝进入预氧炉后，先利用湿热蒸汽对碳纤维原丝 进行湿热处理，再利用热空气对湿热处理后的碳纤维原丝进行热处理。
[0010]本专利技术中，碳纤维原丝进入预氧炉后，先利用湿热蒸汽对碳纤维原丝进行湿热处理，提高了纤维的伸长率，缓解了35
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50K大丝束碳纤维在生产中反应热的集中释放，湿热处理后再利用热空气对碳纤维原丝进行热处理，提高了碳纤维原丝的预氧化均一性。
[0011]进一步地，湿热处理过程中，控制湿热蒸汽的通入量与预氧炉内的进丝量成正相关关系；优选的，湿热处理过程中，控制湿热蒸汽的通入量与碳纤维原丝的运行速度成正相关关系；优选的，进丝量为0.45～1.015吨/小时，运行速度为10～17米/分钟，湿热蒸汽的通入量为1.0～2.5吨/小时；优选的，制备35K碳纤维时，进丝量为0.45～0.765吨/小时，湿热蒸汽的通入量为1.0～1.8吨/小时；制备50K碳纤维时，进丝量为0.597～1.015吨/小时，湿热蒸汽的通入量为1.8～2.5吨/小时；优选的，湿热处理过程中，控制湿热蒸汽的温度为140
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170℃；优选的，制备35K碳纤维时，控制湿热蒸汽的温度为140
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160℃；制备50K碳纤维时，控制湿热蒸汽的温度为150
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170℃。
[0012]进一步地，湿热处理过程中对碳纤维原丝进行牵伸；优选的，所述牵伸包括：牵伸倍数为1～3倍的一级正牵伸，和牵伸倍数为
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0.2～1倍的二级负牵伸；优选的，控制牵伸倍数与湿热蒸汽的通入量成正相关关系。
[0013]对纤维进行牵伸倍数为1～3倍的一级正牵伸，增加了纤维大分子链的轴取向度，进而纤维中大分子沿纤维轴方向趋于优势，使得纤维的强度、模量较高。对纤维进行牵伸倍数为
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0.2～1倍的二级负牵伸，起到松弛纤维丝束的作用，有利于提高纤维质量的稳定性。
[0014]当湿热蒸汽量较大时，可以保证纤维的玻璃化温度稳定，此时控制牵伸倍数对应增大，能够在不破坏纤维结构的前提下，提升纤维的力学性能。
[0015]进一步地，碳纤维原丝自预氧炉的下部牵引进入预氧炉，并自下而上层层螺旋牵引，从预氧炉的上部牵引出去，至少利用湿热蒸汽对预氧炉内最下面两层碳纤维原丝进行湿热处理；进一步地，湿热处理过程中，控制向预氧炉内通入循环风；优选的，控制循环风的风速与碳纤维原丝数量呈正相关关系。
[0016]本专利技术还提供一种用于生产35
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50K碳纤维的预氧炉，预氧炉包括内部形成预氧腔的炉体，还包括蒸汽管道，设置在所述炉体内，用于向炉体内喷出湿热蒸汽。
[0017]进一步地，所述炉体的预氧腔内设置有与炉体底壁上下相对的隔板，所述隔板将预氧腔分隔为位于下部的湿热处理腔和位于上部的热空气处理腔，所述蒸汽管道设置在所述湿热处理腔内。
[0018]进一步地，所述湿热处理腔的腔壁上开设有进丝口和与进丝口相对设置的出丝口，所述蒸汽管道自进丝口端向出丝口端延伸设置。
[0019]进一步地，所述蒸汽管道上开设有若干用于喷出蒸汽的喷孔，若干所述喷孔沿着蒸汽管道的轴向间隔排布。
[0020]进一步地，所述蒸汽管道至少包括第一、二蒸汽管道，第一蒸汽管道靠近所述隔板
设置，且其喷孔朝向炉体底壁设置，第二蒸汽管道靠近所述炉体底壁设置，且其喷孔朝向所述隔板设置。
[0021]本专利技术提供一种35
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50K碳纤维，采用上述技术方案任一所述的制备方法制备，和/或，采用上述技术方案任一所述的预氧炉预氧化；优选的，35
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50K碳纤维的线密度为2.05～3.20g/m，拉伸强度大于4500MPa，模量为240～260GPa；优选的，35K碳纤维的线密度为2.05～2.15g/m；优选的，50K碳纤维的线密度为3.05～3.20g/m。
[0022]采用上述技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。
[0023]本专利技术中，碳纤维原丝进入预氧炉后，先利用湿热蒸汽对碳纤维原丝进行湿热处理，缓解了35
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50K大丝束碳纤维在生产中反应热的集中释放，湿热处理后进行再利用热空气对碳纤维原丝进行热处理，提高了碳纤维原丝的预氧化均一性。
[0024]本专利技术中，对纤维进行牵伸倍数为1～3倍的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种35
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50K碳纤维的制备方法，包括预氧化阶段，其特征在于：预氧化阶段包括：碳纤维原丝进入预氧炉后，先利用湿热蒸汽对碳纤维原丝进行湿热处理，再利用热空气对湿热处理后的碳纤维原丝进行热处理。2.根据权利要求1所述的一种35
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50K碳纤维的制备方法，其特征在于：湿热处理过程中，控制湿热蒸汽的通入量与预氧炉内的进丝量成正相关关系；控制湿热蒸汽的通入量与碳纤维原丝的运行速度成正相关关系。3.根据权利要求1或2所述的一种35
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50K碳纤维的制备方法，其特征在于：湿热处理过程中对碳纤维原丝进行牵伸，所述牵伸包括：牵伸倍数为1～3倍的一级正牵伸，和牵伸倍数为
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0.2～1倍的二级负牵伸。4.根据权利要求3所述的一种35
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50K碳纤维的制备方法，其特征在于：碳纤维原丝自预氧炉的下部牵引进入预氧炉，并自下而上层层螺旋牵引，从预氧炉的上部牵引出去，至少利用湿热蒸汽对预氧炉内最下面两层碳纤维原丝进行湿热处理。5.一种用于生产35
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50K碳纤维的预氧炉，包括内部形成预氧腔的炉体，其特征在于：还包括蒸汽管道，设置在所述炉体内，用于向炉体内喷出湿热蒸汽。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋德武，鲁明，孙小君，唐晓光，邱鸿元，丁夕哲，吕延军，李明轩，程明，段毛毛，
申请(专利权)人：吉林化纤集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：