[发明专利]一种单槽多丝碳纤维生产工艺

说明书

本发明公开了一种单槽多丝碳纤维生产工艺，该工艺包括：一、将PAN碳纤维原丝按纤度进行组批生产后依次经退丝、集束、加湿；二、一次干燥；三、采用单槽多丝的方式进行阶梯预氧化；四、低温碳化；五、高温碳化；六、电解；七、二次干燥；八、上浆后三次干燥，得到PAN碳纤维。本发明采用单槽多丝的方式引入PAN碳纤维原丝进行预氧化，通过选择较高的起始预氧化温度并采用阶梯温度，提高了PAN纤维环化反应的速率，避免了碳纤维丝束聚热、导致断丝甚至起火现象，在保证预氧化效果的前提下提高了处理量，保证了碳纤维生产工艺稳定进行，提高了生产效率，节约了能耗，制备的PAN碳纤维满足航空航天、汽车工业、环保、风电领域的要求。

技术领域

本发明属于碳纤维技术领域，具体涉及一种单槽多丝碳纤维生产工艺。

背景技术

碳纤维具有质轻、高比强度、高比模量、耐高温、易编织、优良的导电导热等特性，在航空航天、体育用品、风电叶片、电子封装等众多领域有着广泛的应用，而随着科技的迅猛发展，对高性能材料的需求越来越高，而碳纤维作为核心战略材料，应用领域和市场需求将迎来巨大的消费量。

目前得到广泛应用的有聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维三种，而PAN碳纤维凭借其优异的综合性能及工程化技术水平，其碳纤维市场占有率可达90％。PAN碳纤维制备工艺包括：PAN溶液的制备、原丝纺丝、预氧化、碳化、(石墨化)等。

由于聚丙烯腈碳纤维成本原因，主要应用局限在航空航天、高级体育用品、风电叶片等领域，高成本依然严重阻碍着碳纤维在其它领域的应用。市场的需求和科研技术学者的研究推动着碳纤维技术的创新发展，低成本化越来越被重视，高效的聚合工艺、碳化工艺逐渐成为众多科研院所、企业的发展方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种单槽多丝碳纤维生产工艺。该工艺采用单槽多丝的方式引入PAN碳纤维原丝进行预氧化，通过选择较高的起始预氧化温度并采用阶梯温度，提高了PAN纤维发生环化反应的速率，避免了预氧化过程中发生剧烈反应引起碳纤维丝束聚热、导致断丝甚至起火现象，在保证预氧化效果的前提下提高了处理量，保证了预氧化过程平稳进行，提高了生产工艺效率，节约了能耗。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种单槽多丝碳纤维生产工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

步骤一、将PAN碳纤维原丝按纤度进行组批生产，然后依次进行退丝、集束，再开启退丝间的超声波雾化器进行加湿后引出退丝间；

步骤二、将步骤一中引出退丝间的PAN碳纤维原丝进行一次干燥；

步骤三、将步骤二中经干燥后的PAN碳纤维原丝采用单槽多丝的方式经过槽辊依次引入1#氧化炉、2#氧化炉、3#氧化炉和4#氧化炉中分别进行阶梯预氧化，得到预氧化碳纤维丝；所述单槽多丝的方式为槽辊的每个槽中引入2束以上的PAN碳纤维原丝；

所述阶梯预氧化的具体过程为：先以-5％～5％的牵伸比引入1#氧化炉中在180℃～230℃下预氧化8min～40min，然后以-3％～6％的牵伸比引入2#氧化炉中在200℃～250℃下预氧化8min～40min，继续以-5％～5％的牵伸比引入3#氧化炉中在230℃～270℃下预氧化8min～40min，再以-3％～6％的牵伸比引入4#氧化炉中在240℃～290℃下预氧化8min～40min；

步骤四、将步骤三中得到的预氧化碳纤维丝引入到低碳炉中，在氮气气氛保护下进行低温碳化，得到低温碳化碳纤维丝；所述低温碳化的温度为350℃～900℃；

步骤五、将步骤四中得到的低温碳化碳纤维丝引入到高碳炉中，在氮气气氛保护下进行高温碳化，得到高温碳化碳纤维丝；所述高温碳化的温度为900℃～1500℃；

步骤六、将步骤五中得到的高温碳化碳纤维丝引入到电解槽中进行电解；