聚丙烯腈前体纱线的稳定化制造技术

本发明专利技术涉及一种借助化学稳定化反应将由聚丙烯腈制成的纱线稳定化的方法，该方法包括如下步骤：-提供聚丙烯腈前体纱线，提供用于使用高频电磁波处理前体纱线的施用装置，该装置包括具有施用室的施用器、产生高频电磁波的设备以及将高频电磁波供入施用室的设备，在施用室产生高频电磁波场，该高频电磁波场包括具有最小电场强度的区域和具有最大电场强度的区域，并将最大电场强度调节为3-150kV/m，连续使前体纱线通过施用空间和通过高频电磁波场，同时-使该工艺气体以相对于前体纱线为至少0.1m/s的流动速度通过施用室进料，其中工艺气体的温度设定为150-300℃，使得所述温度在临界最小温度以上且在最大温度以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚丙烯腈前体纱线的稳定化本专利技术涉及一种将由聚丙烯腈制成的纱线稳定化的方法。生产碳纤维需要稳定化的由聚丙烯腈制成的复丝纱线。现今的碳纤维主要由聚丙烯腈纤维，即聚丙烯腈前体纱线制成。聚丙烯腈前体纱线因此首先通过进行氧化处理而稳定化，然后将稳定化的前体纱线随后在至少1200°C的温度下在氮气氛围中碳化，并且需要的话，在另一步骤中在高达约2800°C的温度下石墨化而由此得到碳纤维。聚丙烯腈前体纱线的稳定化通常应理解为纱线经由化学稳定化反应，尤其是经由环化反应和脱氢反应由热塑性状态转化为氧化的、不可熔的且同时耐火的状态。现在，稳定化通常在常规对流烘箱中在200-300°C的温度下和含氧氛围中进行(例如参见 F. Fourne " Synthetische Fasern " , CarlHanser Verlag, Munich Vienna,1995,第 5.7章)。前体纱线由热塑性逐渐转化为氧化的不可熔纤维由此经由放热反应进行(J.-B. Donnet，R.C. Bansal Carbon Fibers”Marcel Dekker, Inc. , New York 和 Basel 1984,第 14-23页)。转化可通过起初的白色纱线至黄色至褐色最后至黑色的特征性变色而肉眼识别。稳定化还可以多个步骤进行，通过多个步骤实现稳定化程度的增加。在增加的稳定化下，纱线的密度也增加，例如由I. 19g/cm3增至I. 40g/cm3，其中密度的变化随着稳定化的增加而变得更明显。在转化或稳定化聚丙烯腈前体的放热化学反应过程中，可产生如此多的热使得纱线熔融或热降解。因此，在常规稳定化工艺中，使纱线在烘箱中经历不同的回火步骤，通过该方式可以调节纱线缓慢加热，由此可以使得由纱线材料放出的热充分地消散。用这种方法，稳定化可以例如在常规对流烘箱中以三个步骤进行，其中在第一步骤中通常要求在 200-3000C的温度下停留时间为至少20min，从而进行稳定化使得前体纱线的密度增加约O.03g/cm3。在烘箱的其余步骤中要求类似的停留时间，使得在常规工艺中，稳定化需要至少约I小时的总停留时间。同时稳定化要求较缓慢的工艺速度，由此稳定化在碳纤维的连续生产中变为速度决定型工艺。同时，由于缓慢的工艺速度和必要的长停留时间(这可取决于工艺控制总计为约2. 5小时)，要求大的稳定化烘箱。因此希望能够缩短停留时间和/ 或提高工艺速度的稳定化聚丙烯腈前体纱线的方法。因此本专利技术目的为提供一种稳定化由聚丙烯腈制成的纱线的方法，其中至少减小现有技术方法的缺点，且允许用于生产碳纤维的聚丙烯腈前体纱线以更高的工艺速度和/ 或更短的停留时间来稳定化。本专利技术目的通过一种使用化学稳定化反应稳定化由聚丙烯腈制成的纱线的方法实现，该方法包括如下步骤-提供基于聚丙烯腈聚合物的前体纱线，-提供用于使用高频电磁波处理前体纱线的施用装置，该装置包括具有施用空间的施用器、产生高频电磁波的设备以及将高频电磁波供应到施用空间的设备，-在施用空间广生闻频电磁波场，其具有具有最小电场强度的区域和具有最大电场强度的区域，并将施用空间中的最大电场强度调节为3-150kV/m，-连续供入前体纱线并使该前体纱线传送通过施用空间和通过高频电磁波场，由此-将工艺气体引入施用空间并使该工艺气体以相对于传送通过施用空间的前体纱线为至少O. lm/s的流动速率传送通过施用空间，其中该工艺气体的温度设定为 150-300°C，使得它在临界最小温度Trait以上并在最大温度Tmax以下，其中临界最小温度 Tcrit为如下温度在该温度以上高频电磁波耦合到传送通过施用空间的前体纱线且进行化学稳定化反应，且最大温度Tmax为比供应到施用空间的前体纱线的分解温度小20°C的温度。就本专利技术而言，提供用于本专利技术方法的基于聚丙烯腈聚合物的前体纱线为含有至少85%聚合的丙烯腈的纱线。聚丙烯腈聚合物还可以含有部分共聚单体，例如乙酸乙烯基酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、氯乙烯、偏二氯乙烯、苯乙烯或衣康酸(酯)。提供的热塑性聚丙烯腈前体纱线可以为尚未进行任何类型的稳定化的纱线。然而，提供的前体纱线还可以为已进行部分稳定化的聚丙烯腈纱线，其中稳定化在本专利技术方法中继续。另一方面，不限制本专利技术方法使得提供的前体纱线完全借助本专利技术方法稳定化， 而是它还可以以使得纱线仅在一定程度上稳定化的方式进行。本专利技术方法因此适合用于部分或完全稳定化未处理的由聚丙烯腈制成的前体纱线。本专利技术方法同样包括进一步部分或完全稳定化已部分稳定化的前体纱线。因此，以前的部分稳定化和/或下游的完全稳定化同样可以使用本专利技术方法进行或还可以根据已知方法在常规对流烘箱中进行。当进行本专利技术方法时，在例如磁控管中产生高频电磁波，将该高频电磁波经由合适方式，优选经由波导或共轴导体供入施用空间。施用器通常具有通道形施用空间与由传导性材料制成的壁，其中传输要稳定化的前体纱线并将电磁波供应到其中。围绕施用空间的壁可例如为连续的金属壁。然而，还可以由传导性栅格形材料形成该壁。优选地，施用空间在前体纱线的传送方向上具有圆形、椭圆形或矩形横断面，由此横切电磁波的传播方向。 在尤其优选的实施方案中，施用器为矩形波导。在同样优选的实施方案中，施用空间额外在由壁包围的内部空间包括传导性元件，该传导性元件优选为金属杆。这里有利地是如果传导性元件共轴延伸至施用空间的纵向轴，即电磁波的传播方向，通过该方式形成共轴导体。尤其优选传导性元件由此设置在施用空间中心。对该类型的共轴导体来说，有利地是施用空间具有电磁波的传播方向上的圆形横断面。施用空间可以在前体纱线进入施用器的入口端和/或在前体纱线离开施用器的出口端具有孔，通过该孔传送前体纱线。高频电磁波通过这些孔保持在施用空间中。高频电磁波经由其从例如磁控管供入施用器的波导可以为例如经由弯管与施用空间连接的管，其中将要稳定化的前体纱线供入弯管区域通过壁进入施用空间。在施用器中，即在施用空间中，其中供应的高频电磁波形成具有最大波和最小波， 即具有电场强度最大的区域和电场强度最小的区域的由施用空间的几何形状限定的场结构。根据本专利技术，在施用空间中，将高频电磁波的最大电场强度调节至3-150kV/m的水平。 场强水平因此是指施用器的未负载状态，即要稳定化的前体纱线没有传送通过施用器的状态。在各测试中，从在稳定化过程中前体纱线中进行的转化反应的角度来看，已证明有利地是在施用空间中产生的高频电磁波的最大电场强度为5-50kV/m。同时显不对于已部分稳定化的前体纱线来说，可设定场强处于较高范围，而对于尚未(部分)稳定化的纱线来说，相反应设定较低的场强以避免放热转化反应太强并可能导致前体纱线的破坏。为了进行本专利技术方法，优选频率为300MHz至300GHz的高频电磁波，其通常称为微波。特别优选300MHz至45GHz的微波，并且在一个具体实施方案中，微波为900MHz至5.8GHz ο标准为频率为915MHz至2. 45GHz的微波，其最适合用于进行本专利技术方法。对于进行本专利技术方法来说必要的是使工艺气体供应到施用空间并流过该空间，并且工艺气体在施用空间中的温度设定为150-300°C，使得它在临界最小温度Trait以上且在最大温度Tniax以下。在本专利技术方法的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·沃尔曼，M·韦尔基，C·胡尼亚尔，R·埃默利赫，M·凯泽，M·格拉夫，L·阿尔贝茨，KD·诺恩博格，
申请(专利权)人：东邦泰纳克丝欧洲有限公司，
类型：发明
国别省市：