一种制备高性能碳纤维的方法

摘要

一种制备高强度高模量碳纤维的方法，属于碳纤维技术领域。将聚丙烯腈共聚纤维置于热处理炉内进行热氧稳定化，温度设定为180~280℃，总牵伸率设定为5~12%，并在265~280℃的温区内控制纤维停留时间为17~22分钟，得到氧化纤维，进行低温和高温碳化处理，制备出碳纤维，以氧化纤维中的氧化反应指数I_O作为化学结构的控制指标，选择I_O值在33~50%范围内的纤维进行低温碳化和高温碳化处理，制备出碳纤维。本发明制得的碳纤维的拉伸强度高于3.5GPa，杨氏模量高于250GPa。

主权项

一种高性能碳纤维的制备方法，其特征在于，以聚丙烯腈共聚纤维为前躯体，包括以下步骤：(1)将含有丙烯腈质量分数高于90％的聚丙烯腈共聚纤维置于热处理炉内进行热氧稳定化，牵伸率设定为5～12％，其中纤维在180～250℃的温区内停留时间为60分钟，在265～280℃的温区内对纤维进行气固相化学改性处理，控制纤维停留时间为17～22分钟，制取氧化纤维，在180～250℃的温区内指的是在180～250℃温度范围内分出多个温区，初始温度180℃，最终温度为250℃；(2)气固相化学改性处理后的氧化纤维进行350～680℃和1300℃的低温和高温碳化处理，制备出碳纤维；步骤(1)中以氧化纤维的氧化反应指数I_O作为上述经过气固相化学改性处理的纤维的化学结构控制指标，选择I_O值在33～50％范围内的氧化纤维；I_O＝A_C＝O/(A_C＝O+A_C＝C+A_CH2)，其中A_C＝O、A_C＝C和A_CH2分别为氧化纤维中C＝O、C＝C和CH₂三种官能团的红外吸光度，通过傅里叶变换红外光谱分析获得，C＝O、C＝C分别为氧化反应和脱氢反应的生成物官能团，CH₂为发生氧化反应的反应物官能团和脱氢反应的反应物官能团的总和。