[发明专利]具有高机械性能的碳纤维的制造

权利要求书

1.一种制造碳纤维的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)在密封容器中熔化沥青质固体；

(b)将熔化的沥青质纺丝以制造生纤维；

(c)在液体环境或气体环境中稳定所述生纤维；以及

(d)使稳定的生纤维碳化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在空气或蒸汽中稳定所述生纤维。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤(a)中，所述沥青质固体在环境诸如氮气、氢气或蒸汽或其混合物中在约150℃至约550℃熔化。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中步骤(a)持续最高达约6小时。

5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤(a)持续0.5小时至2小时。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在步骤(a)中，所述密封容器在加热期间被加压至零至约1000kPa的水平。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中纺丝步骤包括将熔化的沥青质牵引通过喷丝头以生产所述生纤维，以及将所述生纤维缠绕在旋转线轴上。

8.根据权利要求7所述的方法，其中将纺丝时沥青质的温度控制在约150℃至约350℃。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中将纺丝时密封容器的压力控制在约100kPa至约1000kPa，优选地约200kPa至约700kPa。

10.根据权利要求7、8或9所述的方法，其中控制旋转线轴的速度以实现50至1000米/分钟、优选100至300米/分钟的纤维牵引速率。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中将喷丝头的直径选择为范围为约50至约300μm、优选约100至约200μm的尺寸。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中将生纤维的直径制造为范围为约1至约15μm、优选约7至约10μm的尺寸。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中通过浸泡在水溶液中来稳定所述生纤维，所述水溶液涂覆所述生纤维并防止相邻生纤维之间的内聚。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述水溶液包括盐酸、硝酸、硫酸、植酸、硝酸钾、氯化钾、它们的衍生物和/或其混合物。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述水溶液可以是浓缩或稀释的，稀释度可以在浓缩溶液的1wt.％至100wt.％的范围内。

16.根据权利要求13、14或15所述的方法，其中浸泡时间为1秒至100分钟，优选5秒至50分钟。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的方法，其中稳定步骤包括在空气或蒸汽环境中在100℃至400℃的温度下的至少一个热处理阶段。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述稳定步骤包括至少两个温度阶段步骤，诸如2至5个阶段，优选2至3个阶段。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中每个温度阶段持续0.5小时至24小时。

20.根据权利要求1-19中任一项所述的方法，其中碳化步骤包括在惰性环境诸如氮气中在约400℃至约1600℃的温度下的至少一个热处理阶段。