77的芳烃合成沥青与碳九馏分按质量比10:1混合加热至380°C热聚合6h，并在380°C温度下以0.1MPa真空气氛闪蒸脱除低分子产物与不稳定化合物，制得中间相含量100%，软化点220°C的中间相沥青，热稳定性(惰性气氛下380°C恒温30min)失重1.1%,粘度(32(TC、600s bOOOcp。
[0077](2)改性与减粘:将步骤1所得中间相沥青原料投入螺杆挤出机，充分挤压并加热至300°C形成熔融状态，并在螺杆挤出机末端加入聚丙烯酰胺，充分混合，中间相沥青与聚丙烯酰胺质量比为100:10，混合物料从螺杆挤出机挤出后进入配备有加热器和超声波振荡器的高速剪切混合器，混合器加热温度300°C，超声波振荡器频率120KHZ，强度400W/cm2，剪切转速14000rpm，物料在氮气保护下混合停留时间30s，获得软化点170°C，粘度(320°C、600s ') 1600cp的纺丝原料。
[0078](3)离心纺丝:纺丝原料经混合器挤出，进入离心纺丝设备，离心盘配备有加热器和超声波振荡器，离心盘纺丝温度360 °C，离心转速12000rpm，超声波振荡器频率100KHZ，强度600W/cm2，获得平均直径2 μ m，长径比15000:1的沥青纤维。
[0079](4)热喷吹牵伸:打开热喷吹系统，离心纺丝所得沥青纤维直接甩入热喷吹气流中，热喷吹气体为氮气与水蒸气按体积比100:50混合气体，喷吹气体温度400°C，喷吹速度40m/s，获得平均直径240nm的二次牵伸沥青纤维。
[0080](5)氧化:将热喷吹牵伸的沥青纤维平铺在网带式氧化炉内，氧化气体是空气:氧气:水蒸气体积比100:5:8的混合物。纤维铺层密度0.5kg/m2，氧化温度270°C，氧化气流从网带底部或顶部以0.5m/min速度穿透纤维层，氧化2h，获得沥青氧化纤维。
[0081](6)炭化:将沥青氧化纤维传送至网带式连续炭化炉，在氮气气氛保护下，加热至1200°C，恒温0.5h，获得沥青炭化纤维。
[0082](7)石墨化:将沥青炭化纤维装入石墨化炉，在氩气气氛保护下，加热至3000°C，恒温lh，获得沥青石墨化纤维。
[0083]通过以上方法制得的中间相沥青基碳纤维直径为180nm、长径比为10000:1、抗拉强度为2.4GPa、抗拉模量为350GPa、电阻率为0.10 X 10 4 Ω.cm、热导率为650ff/m.k (轴向)。
[0084]如上所述，本发明提供了一种中间相沥青基碳纤维及其制备方法，本发明通过以上步骤制得的中间相沥青基碳纤维直径为120-2000nm、长径比为500-20000:1、抗拉强度为 1.5-4.0GPa、抗拉模量为 300_600GPa、电阻率 <0.2X10 4Ω.cm、热导率 500-800W/m?k(轴向)，且生产成本低廉，该中间相沥青基碳纤维可广泛应用于防静电、散热、电磁屏蔽、热屏蔽等领域。
[0085]本发明具有如下有益效果:
[0086]1.采用减粘剂配合辅助非100%低软化点中间相沥青原料，使的纺丝原料的粘度有一定幅度的降低，这有利于纤维的细化，保证了碳纤维的性能；
[0087]2.物料在高速剪切下，并通过超声波的作用使沥青分子得到舒展，使得纺丝原料的粘度得到进一步的降低；
[0088]3.所得纤维配合开放式离心盘以及气流热牵伸，在牵伸的同时，物料中易挥发组分得到有效脱除并不至于留下缺陷；
[0089]4.对物料纤维的牵伸力由离心盘和气流喷吹提供，有利于纤维的超细化，且水蒸气与其他气体混合喷吹，提高了气流对纤维的牵伸作用，尤其是使高粘度物料的超细化纺丝成为可能；
[0090]5.不熔化采用气流贯穿的方式，并采用一定量的水蒸气或氮气，大幅度降低了过度不熔化而着火的危险。
[0091]应当理解的是，本发明的上述【具体实施方式】仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
【主权项】
1.一种中间相沥青基碳纤维制备方法，其特征在于，包括: 步骤S1，中间相沥青聚合:将煤沥青、石油沥青或芳烃合成沥青与碳九馏分、聚苯乙烯、四氢萘或软化点<60°c的乙烯焦油沥青混合加热聚合，经惰性气体吹扫处理或真空气氛下闪蒸，获得中间相含量>70%，软化点>220°C的中间相沥青； 步骤S2，改性和减粘:将所述中间相沥青放入螺杆挤出机，充分挤压并加热至熔融状态，加入沥青减粘剂，充分混合后得到混合物料，将所述混合物料放入剪切混合器，在惰性气氛下进行超声剪切处理，获得软化点160-240°C，粘度(320°C、600s 'XlOOOOcp的减粘纺丝原料； 步骤S3，离心纺丝:将所述减粘纺丝原料放入离心纺丝设备进行离心纺丝处理，获得沥青纤维； 步骤S4，热气流喷吹:将所述沥青纤维放入热气流中进行热气流喷吹处理，获得直径为2-10 μ m，长径比1000-50000:1的沥青纤维； 步骤S5，氧化、炭化和石墨化:将所述二次牵伸沥青纤维依次经过氧化、炭化和石墨化处理，获得所述中间相沥青基碳纤维。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括: 步骤SI 1，选用喹啉不溶物含量QI〈0.05 %、甲苯不溶物含量〈3 %、灰分<30ppm，软化点30-120°C、原子摩尔数比Η/C为0.65-0.85的煤沥青、石油沥青或芳烃合成沥青； 步骤S12，按质量比10:1-5，将所述沥青与碳九馏分、聚苯乙烯、四氢萘或软化点<60°C的乙烯焦油沥青混合，加热至350-400°C热聚合2-30h，惰性气体吹扫处理或真空气氛下闪蒸，脱除低分子产物与不稳定化合物，获得中间相含量>70%，软化点>220°C的中间相沥青。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S12中，在温度为380°C以0.05-10m3/ (hr.kg)氮气吹扫处理2_30h ;或在_0.1MPa真空气氛下闪蒸。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括: 步骤S21，按质量比100:0.5-20，将所述中间相沥青放入螺杆挤出机，充分挤压并加热至250-320°C呈熔融状态，加入沥青减粘剂，充分混合后得到混合物料； 其中，所述中间相沥青与沥青减粘剂的质量比为100:0.5-20 ; 步骤S22，将所述混合物料放入剪切混合器，在加热温度为300-350°C，超声波振荡频率为25-200KHZ，强度为200-1000W/cm2,剪切转速为10000-15000rpm的条件下，在氮气气氛下处理10-120S，获得软化点160-240°C，粘度(320°C、600s 'XlOOOOcp的减粘纺丝原料。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述纺丝离心设备的纺丝温度为320-380°C，离心转速为7000-15000rpm，超声波振荡频率为25-200KHZ，强度为400-1000W/cm2o6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述热气流的温度为300-450°C，喷吹速度为 10-100m/s ； 其中，所述热气流为空气与水蒸气的混合气体或氮气、一氧化碳与水蒸气的混合气体，混合比例为体积比100:5-200。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5进一步包括: 步骤S51，氧化:将所述二次牵伸沥青纤维放入氧化炉，铺层密度<lkg/m2，在氧化温度为250-400°C，氧化气体的速度为0.l-3m/min的氧化气体下，经过l_10h氧化处理，得到沥青氧化纤维； 其中，氧化气体是氮氧化合物、氧气、臭氧、空气、水蒸气、氮气的一种或几种的混合物； 步骤S52，炭化:将所述沥青氧化纤维放入炭化炉，在惰性气氛保护下，将所述沥青氧化纤维加热至600-1400°C，恒温处理0.25-2h，得到沥青炭化纤维； 步骤S53，石墨化:将所述沥青炭化纤维放入石墨化炉，在惰性气氛保护下，将所述沥青炭化纤维加热至2200-300(TC，恒温处理0.25-2h，获得沥青石墨化纤维。8.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述沥青减粘剂是萘、蒽、三乙醇胺、乙撑双硬质酰胺、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯中的一种或几种混合物。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离心纺丝设备是盘式离心纺丝设备，离心盘的直径大于等于300mm。10.一种由上述1-19中任一项制备方法制备得到的中间相沥青基碳纤维。
【专利摘要】本发明公开了一种中间相沥青基碳纤维及其制备方法，所述方法通过中间相沥青聚合，改性与减粘，离心纺丝，热喷吹牵伸，氧化、炭化和石墨化，获得所述中间相沥青基碳纤维。本发明制得的中间相沥青基碳纤维直径为120-2000nm、长径比为500-20000:1、抗拉强度为1.5-4.0GPa、抗拉模量为300-600GPa、电阻率<0.2×10-4Ω·cm、热导率为500-800W/m·k，该中间相沥青基碳纤维制作成本低廉，可广泛应用于防静电、散热、电磁屏蔽、热屏蔽等领域。
【IPC分类】D01F9/145, D01F9/15, D01F9/155, D01F9/32
【公开号】CN105256409
【申请号】CN201510795806
【发明人】陈新华, 柳睿
【申请人】安徽弘昌新材料有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月17日