[0026]聚丙烯腈原丝开卷后，经饱和蒸汽装置和干燥炉进行前处理，蒸汽压力为0.4MPa，停留时间为3min，牵伸倍数为5%。干燥炉温度为120°C，干燥时间5min。然后依次在空气气氛下180-300°C中梯度升温进行预氧化，在惰性气体下300-800°C中进行低温碳化，900-1500°C中进行高温碳化。最后经收卷得到碳纤维，碳纤维的拉伸强度为4850MPa，拉伸强度的离散系数为2.58% ;拉伸模量为264GPa，拉伸模量的离散系数为2.56%。
[0027]【实施例5】
[0028]聚丙烯腈原丝开卷后，经饱和蒸汽装置和干燥炉进行前处理，蒸汽压力为0.3MPa，停留时间为3min，牵伸倍数为5%。干燥炉温度为110°C，干燥时间5min。然后依次在空气气氛下180-300°C中梯度升温进行预氧化，在惰性气体下300-800°C中进行低温碳化，900-1500°C中进行高温碳化。最后经收卷得到碳纤维，碳纤维的拉伸强度为4920MPa，拉伸强度的离散系数为1.65% ;拉伸模量为272GPa，拉伸模量的离散系数为1.21%。
[0029]【实施例6】
[0030]聚丙烯腈原丝开卷后，经饱和蒸汽装置和干燥炉进行前处理，蒸汽压力为0.3MPa，停留时间为3min，牵伸倍数为5%。干燥炉温度为140°C，干燥时间5min。然后依次在空气气氛下180-300°C中梯度升温进行预氧化，在惰性气体下300-800°C中进行低温碳化，900-1500°C中进行高温碳化。最后经收卷得到碳纤维，碳纤维的拉伸强度为4360MPa，拉伸强度的离散系数为3.25% ;拉伸模量为259GPa，拉伸模量的离散系数为3.66%。
[0031]【实施例7】
[0032]聚丙烯腈原丝开卷后，经饱和蒸汽装置和干燥炉进行前处理，蒸汽压力为0.3MPa，停留时间为3min，牵伸倍数为8%。干燥炉温度为120°C，干燥时间5min。然后依次在空气气氛下180-300°C中梯度升温进行预氧化，在惰性气体下300-800°C中进行低温碳化，900-1500°C中进行高温碳化。最后经收卷得到碳纤维，碳纤维的拉伸强度为4970MPa，拉伸强度的离散系数为1.82% ;拉伸模量为280GPa，拉伸模量的离散系数为1.02%。
[0033]【比较例I】
[0034]聚丙烯腈原丝开卷后，依次在空气气氛下180-300°C中梯度升温进行预氧化，在惰性气体下300-80(TC中进行低温碳化，900-150(TC中进行高温碳化。最后经收卷得到碳纤维，碳纤维的拉伸强度为3510MPa，拉伸强度的离散系数为6.09% ;拉伸模量为224GPa，拉伸模量的离散系数为5.08%。
[0035]【比较例2】
[0036]聚丙烯腈原丝开卷后，经饱和蒸汽装置前处理，蒸汽压力为0.3MPa，停留时间为3min，牵伸倍数为5%。然后依次在空气气氛下180_30(TC中梯度升温进行预氧化，在惰性气体下300-800°C中进行低温碳化，900-1500°C中进行高温碳化。最后经收卷得到碳纤维，碳纤维的拉伸强度为3160MPa，拉伸强度的离散系数为9.85% ;拉伸模量为210GPa，拉伸模量的尚散系数为6.81%。
[0037]【比较例3】
[0038]聚丙烯腈原丝开卷后，经干燥炉进行前处理，干燥炉温度为120°C，干燥时间5min。然后依次在空气气氛下180-30(TC中梯度升温进行预氧化，在惰性气体下300-800°C中进行低温碳化，900-150(TC中进行高温碳化。最后经收卷得到碳纤维，碳纤维的拉伸强度为4250MPa，拉伸强度的离散系数为5.29% ;拉伸模量为251GPa，拉伸模量的离散系数为
4.66%ο
[0039]显然，采用本发明的装置和方法，可以达到降低碳纤维力学性能离散系数的目的，具有较大的技术优势，可用于碳纤维的工业生产中。
【主权项】
1.一种生产低离散系数碳纤维的装置，包括以下设备:放丝机(I)、预处理设备、预氧化炉(4)、低温碳化炉(5)、高温碳化炉(6)、表面处理和上浆干燥设备(7)以及收丝机(8)，其中预处理设备由饱和蒸汽牵伸设备(2)和干燥炉(3)组成。2.根据权利要求1所述的生产低离散系数碳纤维的装置，其特征在于饱和蒸汽牵伸设备(2)内部采用无缝不锈钢管(15)，无缝不锈钢管外层具有保温层(11)，保温层采用岩棉，保温层上外包不锈钢板(10)。3.根据权利要求1所述的生产低离散系数碳纤维的装置，其特征在于饱和蒸汽牵伸设备(2)中，蒸汽管(12)焊接在无缝不锈钢管内部，走丝腔体(14)内的蒸汽管道(13)下侧上开有大量圆孔(16)，其中蒸汽管道(13)为不锈钢软管。4.根据权利要求1所述的生产低离散系数碳纤维的装置，其特征在于饱和蒸汽牵伸设备(2)中，蒸汽管道进口(12)在设备上方中央，蒸汽进入管道后经多孔不锈钢金属软管进入走丝腔体(14)，设备左右两边的端头密封装置(9)确保腔体(14)内保持密封状态。5.根据权利要求1所述的生产低离散系数碳纤维的装置，干燥炉(3)使用电加热式管式干燥炉，内部为不锈钢炉膛，炉膛上缠绕镍铬合金丝。6.一种生产低离散系数碳纤维的方法，采用权利要求1?5所述的装置，依次经过以下步骤:原丝经放丝后，经过饱和蒸汽牵伸、干燥、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理和上浆干燥，最后收卷得到碳纤维，其特征在于，饱和蒸汽牵伸工序中蒸汽压力控制范围为0.1-0.6MPa，温度范围为 100-160。。。7.根据权利要求6所述的生产低离散系数碳纤维的方法，干燥炉(3)中温度控制范围为100-180°C，温度均匀性为±1.5°C，炉膛内通新鲜空气。8.根据权利要求6所述的生产低离散系数碳纤维的方法，饱和蒸汽牵伸设备(2)和干燥炉⑶通过装置前后传动系统中罗拉的线速度控制牵伸倍数，控制牵伸倍率为-5% -15%。9.根据权利要求6所述的生产低离散系数碳纤维的方法，纤维在饱和蒸汽牵伸设备(2)中处理时间为2-10min，在干燥炉(3)中的处理时间为5_10min。10.根据权利要求6所述的生产低离散系数碳纤维的方法，经预处理后的纤维，依次经预氧化空气气氛下180-28(TC、低温碳化惰性气氛下300-80(TC、高温碳化惰性气氛下900-140(TC、表面处理和上浆干燥，最终制备离散系数极低的高性能碳纤维。
【专利摘要】本发明涉及一种生产低离散系数碳纤维的装置和方法，主要解决现有工艺和设备制取的碳纤维力学性能离散系数大、稳定性差的技术问题。本发明通过在原丝开卷(1)、预氧化(4)、低温碳化(5)、高温碳化(6)、表面处理和上浆干燥(7)和收卷(8)之间，增加饱和蒸汽牵伸(2)和干燥(3)工序，同时通过各工序前后传动系统中罗拉的线速度对纤维张力进行调控。使得聚丙烯腈原丝在预氧化前取向度得到最大程度的提高，从而使纤维在后续处理过程中更加均质化。该技术能有效降低碳纤维力学参数的离散系数，较好的解决了上述技术问题，可应用在碳纤维工业化生产领域中。
【IPC分类】D01F9/32, D01F9/22
【公开号】CN105568432
【申请号】CN201410541508
【发明人】昌志龙, 张琨, 吴历斌, 吴粮华
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2014年10月14日