聚丙烯腈碳纖維的制備

　　碳纖維原絲是由聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠基纖維、酚醛纖維等原料加工而成的，其中，聚丙烯腈纖維制取碳纖維主要包括以下幾個工序：①聚丙烯睛原絲的制備;②原絲的預(yù)氧化;③預(yù)氧化絲的炭化;④碳纖維的后期處理。下面就來具體講講。
 

（圖示：碳纖維）

 

　　1、聚丙烯腈精原絲的制備。聚丙烯腈纖維本身是一種服用纖維，其分子結(jié)構(gòu)是含有強(qiáng)極性側(cè)基的線形大分子。用于制備碳纖維的聚丙烯腈原絲與服用聚丙烯腈纖維相比，生產(chǎn)流程基本相同，大分子組成的主體也基本相同。但由于用途不同，因而具體工藝參數(shù)的選擇和控制、共聚組分的種類和用量等都略有差異，原絲的要求更高。

 

　　2、聚丙烯腈原絲的預(yù)氧化。由于聚丙烯腈是含強(qiáng)極性側(cè)基的線形大分子，為了使之轉(zhuǎn)化為耐熱的環(huán)狀(或梯形)結(jié)構(gòu)，以便在高溫炭化時不熔不燃，保持纖維形態(tài)，必須先將原絲在200一300℃的空氣中進(jìn)行預(yù)氧化處理。隨著預(yù)氧化的進(jìn)行，體系不發(fā)生環(huán)化反應(yīng)、脫氧反應(yīng)、氧化反應(yīng)，纖維外觀由經(jīng)黃、棕，然后變黑，同時發(fā)生收縮。

 

　　3、預(yù)氧化絲的炭化。預(yù)氧化絲在惰性氣體保護(hù)下，于800-1500℃進(jìn)行炭化反應(yīng)，此時纖維中的各種非碳原子因反應(yīng)而被排出體系，纖維的含碳量由預(yù)氧化絲的60%提高到92%以上。預(yù)氧化絲在炭化前應(yīng)在100-280℃條件下進(jìn)行烘干，以除去物理吸附的氧氣和水分。炭化時必須嚴(yán)防氧化性氣體的存在，所用高純氮的含氧量需在百萬分之十以下，同時嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，如升溫速奉、處理溫度、處理時間、拉伸倍數(shù)、炭化后的冷卻速率等。

 

　　4、碳纖維的后處理。上述炭化得到的碳纖維由于表面缺少活性官能團(tuán)，且不夠粗糙，因而作為增強(qiáng)材料，其特性發(fā)揮不充分，需對其進(jìn)行后處理。就是通過采用適當(dāng)?shù)姆椒�，增加表面的含氧官能團(tuán)和粗糙度，提高碳纖維與其基體樹脂之間的粘結(jié)力。

 

　　這個就是聚丙烯腈碳纖維的制備過程了，比起瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維等其它種類的碳纖維，它的使用范圍更廣，達(dá)到90%左右，在 、軍事安全、醫(yī)療衛(wèi)生、汽車制造等很多領(lǐng)域都有應(yīng)用。推薦閱讀：生產(chǎn)聚丙烯腈碳纖維時要注意什么