高断裂强度及断裂伸长率的活性碳纤维布的连续制备方法技术

本发明专利技术公开一种高断裂强力及断裂伸长率的活性碳纤维布的连续制备方法，所述方法包括如下步骤：ａ）提供聚丙烯腈系氧化纤维布；ｂ）提供具有至少四个反应区域的热处理炉，所述热处理炉设置有进料机构和出料机构；ｃ）提供活化气体水蒸气和二氧化碳；ｄ）使聚丙烯腈系氧化纤维布进行碳活化反应；其特征在于，使用进料机构和出料机构控制聚丙烯腈系氧化纤维布在碳活化过程中的经向超喂量为１５至４０％。

Continuous preparation method of active carbon fiber cloth with high breaking strength and elongation at break

Continuous preparation method of activated carbon fiber of the invention discloses a high tensile strength and elongation, and the method comprises the following steps: a) with acrylic oxide fiber; b) providing heat treatment furnace with at least four reaction zone, the heat treatment furnace is provided with a feeding mechanism and discharging mechanism; c) provide activation of water vapor and carbon dioxide gases; d) the oxidation of acrylic fiber cloth carbon activation reaction; characterized by using a feed mechanism and a feeding mechanism of polyacrylonitrile fiber cloth to oxidation over feeding of 15 to 40% carbon in the activation process by control.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改进的活性碳纤维布的连续制备方法，具体说，本专利技术涉及一种高断裂强力及断裂伸长率的活性碳纤维布的连续制备方法。
技术介绍
活性碳是一种很细小的碳粒，有很大的表面积，而且碳粒中还有更细小的孔——毛细管。这种毛细管具有很强的吸附能力，由于碳粒的表面积很大，所以能与气体(杂质)充分接触。当这些气体(杂质)碰到毛细管被吸附，起净化作用。因此，活性碳被产泛地应用于化学防护及环境保护等各方面。传统的活性碳的形态都以粉末或颗粒为主，在应用时，常受其形态的限制。因此，近年来，以纤维材料作为前躯体制成纤维状或织物状的活性碳的开发研究应运而生，因为这种形态的活性碳具有易于成形并保持各种形状的特性，因而得以适用于各种用途，如应用于化学、医疗或军事防护、防毒衣、防毒面具等等。纤维状活性碳较脆，伸长率低于3%，若采用梳棉、纺纱或织布等过程，容易断裂，因此，仅适用于纤维束成型、无纺布及制纸等方式，而不适合编织成布；因而，有人直接用纤维织物为前驱体加以处理成为织物状活性碳即活性碳纤维布。活性碳纤维布可分为木质素系、酚树脂系、沥青系及聚丙烯腈系等，然而，木质素系、酚树脂系、沥青系等活性碳纤维布，因为其本身断裂强度及断裂伸长率不佳，导致活性碳纤维布耐洗性、抗拉强力、弹性度很差，长久以来一直无法接近一般纺织品的特性，如棉布等，始终无法满足军用防毒服、民用衣着服装类及寝具类等纺织品用途要求，然而，聚丙烯腈系的活性碳纤维布，因具有良好的纺织品特性、成本也居中，因此最适合开发应用。此外20世纪90年代末期至今，具有负离子、远红外线功能的整理剂，采用后整理工艺添加到纺织品布料上，在市场上已被广泛的应用，国内外研究证实其具有保健功效，然而，传统的负离子、远红外线型纺织品一般在没有负离子、或低远红外线发射功能的普通织物中，利用适当的纺丝工艺或后整理工艺添加具有负离子、远红外线发射功能的添加剂，如电气石、蛋白石、硅藻土粉末等，起到一定负离子、远红外线的发射功能，因此，传统的负离子、远红外线型纺织品的负离子、远红外线效果与添加剂的含量以及添加剂在织物中的附着程度有很大关系，如果添加剂在织物的多次洗涤中有所损失，则相应的功能就会大大下降，如据文献才艮道，水洗20次到30次后，传统负离子、远红外线型纺织品的性能均降到了原来指标的1/3以下，水洗50次后，则基本失去了原有的性能，因此，开发具有永久性负离子、远红外线功效的聚丙烯腈系活性碳纤维布，能使其在纺织品市场应用更加广泛。美国专利6156287公开了一种聚丙烯腈系活性碳纤维布的制备方法，该方法以聚丙烯腈系氧化纤维布作为原料，在700-1000。C温度范围内，加热一分钟至一小时，并在加热过程中导入含水分的二氧化碳气体，使聚丙烯腈系氧化纤维布活化；在热处理炉处理时，聚丙烯腈系氧化纤维布的经纱，以张力滚筒组支撑，以能按照预定的数值，限制经纱的缩率，而聚丙烯腈系氧化纤维布的绰纱，以两个炜纱张力控制装置支撑，可变换间隔距离调整绰纱张力，以能按照预定的数值，限制绵纱的缩率，控制在期望值的范围内，比较优选的是，PAN系纤维布的经绰纱缩率，是浮皮控制在30%的范围以内。然而，该方法使用含水分的二氧化碳气体作为活化气体活化聚丙烯腈系氧化纤维布，并且在1000。C左右的高温碳活化反映环境过程中限制经绵纱的缩率，其绵纱张力控制装置的机械材料及传动才几构等组件在连续生产时，难以长时间承受如此高温碳活化的反应环境而产生变形或损坏，从而影响生产质量，因此该方法制得的聚丙烯腈系活性碳纤维布的断裂强度以及断裂伸长率并不令人满意，且很难达到连续生产，产品质量无法稳定。因此，需要一种长时间且连续大批量稳定生产活性碳纤维布的连续制备方法，并解决聚丙烯腈系活性碳纤维布的断裂强度以及断裂伸长率不好，从而影响在纺织品应用上的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的第 一个技术问题是提供一种高断裂强力及断裂伸长率的活性碳纤维布的连续制备方法，改善活性碳纤维布断裂强力以及断裂伸长率不好的缺点，该目的通过以下技术方案实现a)提供聚丙烯腈系氧化纤维布；b )提供具有至少四个反应区域的热处理炉，所述热处理炉设置有进料机构和出料机构；c) 提供活化气体水蒸气和二氧化碳；d) 使聚丙烯腈系氧化纤维布进行碳活化反应；其特征在于，使用进料机构和出料机构控制聚丙烯腈系氧化纤维布在碳活化过程中的经向超喂量为15至40% 。所述聚丙烯腈系氧化纤维布，使用市售大量生产的聚丙烯腈(Polyacrylonitrile， PAN)系氧化纤维束或短纤维，经过纺纱及织布等工艺步骤后，制成的聚丙烯腈系氧化纤维布。作为本专利技术的进 一 步改进，所述聚丙烯腈系氧化纤维布在碳活化过程中的经炜向自然收缩达到无张力状态。作为本专利技术的进一步改进，所述聚丙烯腈系氧化纤维布的纬向自然缩率控制在25至50%。作为本专利技术的进一步改进，在活碳化过程中，将水蒸气导入热处理炉的第一至第四区域内平均分布，将二氧化碳导入热处理炉的第四区域内作修正补偿。所述水蒸气/二氧化碳的重量比为5至35。所述碳活化反应的反应温度为800至110(TC，优选为卯0至1005。C;反应时间为5至50分钟。作为本专利技术的进一步改进，于炉内加装数个布面支撑架(可为架子、网、棒、线、板或其它形式的金属或非金属耐高温材料)来支撑布面，维持布面平整度。作为本专利技术的进一 步改进，所述热处理炉还设有进料口和出料口 。作为本专利技术的进一 步改进，所述进料口和出料口使用二氧化碳作为气封气体，所述气封气体流速优选为0.02至0.8m/s。作为本专利技术的进一步改进，热处理炉的进料口和出料口设有涤气装置，所述涤气装置的抽气流速优选为l至10m/s,将炉内碳活化反应所产生的副产物废气抽离。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种如上述连续制备方法得到的本专利技术得到的高断裂强力及断裂伸长率的活性碳纤维布，所述活性碳纤维布的远红外发射率85至89%,负离子浓度4010至5700个/cm3，甚至在 经数次酸(例如10重量％的氢氟酸)洗之后仍能保持相似的远红外发射率 82至86%和负离子浓度4730至6190个/cm3。本专利技术所提供的活性碳纤维布的比表面积为500至1500m2/g;经向断裂 强力为90至300N、经向断裂伸长率为20至50。/Q;玮向断裂强力为40至150N、 纟韦向断裂伸长率为3 0至60% 。本专利技术所提供的活性碳纤维布的碳含量>80重量％、氮含量为4至7重量 %、平均孔径〈30A、总孔体积X).08cmVg。本专利技术的上述特征及目标将在下文内完整说明，并以实施例具体描述 本专利技术。附图说明图l为本专利技术高断裂强力及断裂伸长率的活性碳纤维布的连续制备方 法的工艺示意图。具体实施例方式根据图1 ，制备本专利技术聚丙烯腈系氧化纤维布的设备包括热处理炉1 ， 其具有至少四个加热区域2 (为图l中虚线部分均分为四区域)，各区域具 有多个管路，活化气体经由这些管路通入热处理炉2中。热处理炉l设有进 料机构M1和出料机构M2。热处理炉1设有进料口3和出料口4，进料口3使 用二氧化碳作为气封气体并设有涤气装置，出料口 4使用二氧化碳作为气 封气体并设有涤气装置，所述涤气装置能定量排除炉内活化反应废气。热 处理炉1还设有数个布面支撑架5 (图l中为棒形式的金属或本文档来自技高网...

【技术保护点】
高断裂强度及断裂伸长率的活性碳纤维布的连续制备方法，所述方法包括如下步骤：　　ａ）提供聚丙烯腈系氧化纤维布；　　ｂ）提供具有至少四个反应区域的热处理炉，所述热处理炉设置有进料机构和出料机构；　　ｃ）提供活化气体水蒸气和二氧化碳；　　ｄ）使聚丙烯腈系氧化纤维布进行碳活化反应；　　其特征在于，使用进料机构和出料机构控制聚丙烯腈系氧化纤维布在碳活化过程中的经向超喂量为１５至４０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戈国忠，
申请(专利权)人：上海天翔纺织科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]