[发明专利]一种低表面缺陷碳纤维的制备方法

权利要求书

1.一种低表面缺陷碳纤维的制备方法，驱体采用的是干喷湿纺聚丙烯腈原丝，其特征在于，包括：

预氧化阶段：原料聚丙烯腈原丝在180~300℃的条件下在预氧化炉中进行预氧化反应，采用梯度预氧化温度设置，温区数量在2~30个之间，预氧化反应时间为30~80min，牵伸率为-20~10%，牵伸量为-20~10%，聚丙烯腈丝束张力为5~30N之间；

（2）预碳化阶段：步骤（1）中获得的预氧化聚丙烯腈丝束发生热解反应，分子链上的O以CO、CO2、H2O等小分子形式脱除，分子链末端为环化的-CN以低聚物形式脱除，纤维发生约45%的失重；在此阶段，纤维结构由梯形结构转变为网状结构，发生收缩，纤维结构转变，此时预碳化时间为45~180S，牵伸量为-10~10%，丝束张力为5~20N之间；

（3）碳化阶段：将步骤（2）中预碳化聚丙烯腈丝束，即纤维，置于1000~1400℃的条件下，采用梯度升温方式，分子链上残留的N部分以NH3等脱除，纤维结构由网状结构转变为乱层石墨结构，碳化时间为45~180S，牵伸量为-10~0%，张力为10~50N之间；

（4）碳化阶段获得的纤维经过表面处理、上浆、干燥、卷绕制得碳纤维成品。

2.根据权利要求1所述的一种低表面缺陷碳纤维的制备方法，其特征在于：所述干喷湿纺聚丙烯腈原丝，纤度为0.9~1.2dtex，一束为12000根单丝，原丝表面光滑、无明显沟槽。

3.根据权利要求1所述的一种低表面缺陷碳纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中预氧化反应温度优选为200~270℃。

4.根据权利要求1所述的一种低表面缺陷碳纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中预氧化反应时间优选为30~50min。

5.根据权利要求1所述的一种低表面缺陷碳纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，在预氧化过程中，对丝束施加一定量的负牵伸，并控制丝束张力，牵伸量优选为-20~-10%，丝束张力优选为10~20N。

6.根据权利要求1所述的一种低表面缺陷碳纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，在预碳化过程中，对丝束施加一定量的负牵伸，并控制丝束张力，牵伸量优选为-5~5%，丝束张力优选为5~15N。

7.根据权利要求1所述的一种低表面缺陷碳纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中碳化反应时间优选为60~90S。

8.根据权利要求1所述的一种低表面缺陷碳纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中所制得的碳纤维截面为标准圆形。

9.根据权利要求8所述的一种低表面缺陷碳纤维的制备方法，其特征在于：所述碳纤维含碳量94%以上，碳纤维直径6~8μm。

10.根据权利要求8、9所述的一种低表面缺陷碳纤维的制备方法，其特征在于：所述碳纤维拉伸强度4.9GPa以上，拉伸模量225~240GPa，断裂延伸率2.0%以上。