专利名称：一种沥青基碳纤维的制备方法
技术领域：
本发明属于碳纤维制备技术领域，尤其涉及一种浙青基碳纤维的制备方法。
背景技术：
碳纤维由于具有优越的性能，被广泛用于民用和国防产品中。浙青基碳纤维同样具有独特的应用特性，主要表现在用于超高温保温材料，可耐3000摄氏度高温，在多晶硅及特种钢热处理炉的保温材料使用上无可替代；用于碳纤维复合材料的生产，利用它的导电/导热性能，使有机高分子树脂工程材料具有相应的导电/导热性能；用于特种隔热隔音材料，如利用其比重超轻及导电的特性，在航天器及高铁上应用，既减轻重量又有防雷击的 功能。目前，全球复合材料的重心正从欧美发达国家转向亚洲，亚洲复合材料产量高速增长是行业发展最明显的趋势之一，据华创证券分析报告指出世界碳纤维需求每年将以大约13%的速度增长，前景看好。进入二十一世纪，中国成为世界新兴经济体的领军国家，在各行各业，对于碳纤维的需求市场广泛，需求量巨大，而浙青基碳纤维因其浙青原料相对便宜并丰富，成本低产量大，利润可观。2010年，我国碳纤维的需求量达I万吨，而年产量实际只有I千吨左右，且以PAN基为主。每年8 9千吨缺口长期依赖进口。据预测，碳纤维的全球需求量到2014年将超过8万吨，2018年需求量将达到12万吨，全球产值达50亿美
J Li ο碳纤维的生产线路主要有PAN基、浙青基及粘胶基三种。粘胶基应用范围窄，产量极小；PAN基具有技术成熟、产量大的特点，但是该线路的生产存在成本较高、技术难度大、对设备精密度要求高并且排放剧毒氰化物等严重问题；浙青基线路具有原料丰富、质量好、产量大、安全环保等明显优势，是未来碳纤维的发展方向，但是，该浙青基线路由于对生产设备及工艺水平的要求较高，难以实现产业化生产，无法满足我国快速发展的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、工艺简单且生产效率高的浙青基碳纤维的制备方法。本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种浙青基碳纤维的制备方法，包括以下步骤⑴使用分子蒸馏方法对中温浙青进行蒸馏O. 5 2h制得低QI煤浙青；⑵在200 300°C条件下，利用空气做氧化剂对低QI煤浙青进行氧化处理，氧化时间为4 12h ;⑶在300 350°C、真空负压为O. 05 O. 09MPa条件下，对氧化后的浙青进行薄膜蒸馏，蒸馏时间为I 4h，脱除轻组分；⑷在300 350°C条件下，对脱除轻组分后的浙青进行熔融纺丝；(5)利用空气对初生纤维进行预氧化，氧化温度为150 450°C，氧化时间为I 3h ；(6)在600 1800°C、氮气保护条件下，对预氧化后的纤维进行碳化，碳化时间为O. 5 3h,制得浙青基碳纤维产品。而且，所述步骤⑴使用分子蒸馏方法对中温浙青进行蒸馏的具体方法为将中温浙青通过循环泵循环加入到分子蒸馏器中，循环速率为400 600ml/min，在真空负压为O. 01 O. IMPa、蒸馏初始温度为130 180°C、蒸馏与冷凝温差为40 80°C条件下进行蒸馏，蒸馏过程中不断升温，升温速率为2 6°C /min,当蒸馏温度上升至310 380°C，蒸馏器中无明显馏分产出，蒸馏停止，脱除残渣后得到低QI煤浙青
而且，所述中温浙青的QI值小于O. 3%，软化点为80 120°C，结焦值大于46%，TI值大于12%，无钠离子。而且，所述的浙青基碳纤维产品的直径为5 15μπι、碳含量彡97%、真密度为L 4 2. 3g/cm3。本发明的优点和积极效果是本发明采用分子蒸馏方法对中温浙青进行蒸馏制得低QI煤浙青，并使用该煤浙青进行随后的碳纤维纺丝处理最终制得直径为5 15 μ m、碳含量> 97%、真密度为I. 4 2. 3g/cm3的浙青基碳纤维产品,通过分子蒸懼方法制得的低QI煤浙青纯度高、QI值低、无钠离子，避免了后续的纺丝处理过程出现的线条断裂、喷丝孔易堵塞等问题，降低了生产设备的故障率，保证了后续碳纤维纺丝处理的正常进行，整个生产工艺具有原料丰富、加工工艺简单、成本低廉、产量质量好、产量大、安全环保等特点。
具体实施例方式以下结合实例对本发明做进一步描述。一种浙青基碳纤维的制备方法，包括以下步骤I、使用分子蒸馏方法对中温浙青进行蒸馏O. 5 2h制得低QI煤浙青。在本步骤中，以中温浙青为原料，该中温浙青的QI值小于O. 3%，软化点为80 120°C，结焦值大于46%，TI值大于12%，无钠离子。分子蒸馏方法的具体过程为将一定质量的中温浙青通过循环泵循环加入到分子蒸馏器中，循环速率为400 600ml/min，在真空负压为O. 01 O. IMPa、蒸馏初始温度为130 180°C、蒸馏与冷凝温差为40 80°C条件下进行蒸馏，蒸馏过程中不断升温，升温速率为2 6°C /min,当蒸馏温度上升至310 380°C，蒸馏器中无明显馏分产出，蒸馏停止，脱除残渣后得到低QI煤浙青。2、在200 300°C条件下，利用空气做氧化剂对低QI煤浙青进行氧化处理，氧化时间为4 12h ;3、在300 350°C、真空负压为O. 05 O. 09MPa条件下,对氧化后的浙青进行薄膜蒸馏，蒸馏时间为I 4h，脱除轻组分；4、在300 350°C条件下，对脱除轻组分后的浙青进行熔融纺丝；5、利用空气对初生纤维进行预氧化,氧化温度为150 450°C,氧化时间为I 3h ；6、在600 1800°C、氮气保护条件下，对预氧化后的纤维进行碳化，碳化时间为O. 5 3h，制得直径在5 15 μ m、碳含量彡97%、真密度在I. 4 2. 3g/cm3的碳纤维。
实施例I :(I)将一定量中温浙青通过循环泵把中温浙青循环加入到分子蒸馏器中，循环速率450ml/min，在O. 099MPa的真空负压下蒸馏，蒸馏开始温度140°C，升温速率2V /min,蒸馏与冷凝温差为70V，当温度上升至310°C时，大概85min后无明显馏分蒸出，蒸馏停止并脱除残渣后得到低QI煤浙青。(2)在220°C条件下，利用空气做氧化剂对低QI煤浙青进行氧化处理，氧化时间5h ；(3)在280°C、0. 08MPa条件下对氧化后的浙青进行薄膜蒸馏，蒸馏时间2h，脱除轻组分；(4)在310°C条件下，对脱除轻组分后的浙青进行熔融纺丝；(5)利用空气对初生纤维在280°C条件下进行预氧化，氧化时间Ih ；(6)在1100°C，氮气保护条件下，对预氧化后的纤维进行碳化，碳化时间O. 5h，制得直径为5 15 μ m、碳含量为97. 2%、真密度为I. 56g/cm3的碳纤维。实施例2 (I)将一定量中温浙青通过循环泵把中温浙青循环加入到分子蒸馏器中，循环速率450ml/min，在O. 099MPa的真空负压下蒸馏，蒸馏开始温度140°C，升温速率2V /min,蒸馏与冷凝温差为70V，当温度上升至310°C时，大概85min后无明显馏分蒸出，蒸馏停止并脱除残渣后得到低QI煤浙青。(2)在240°C条件下，利用空气做氧化剂对浙青进行氧化处理，氧化时间6h ；(3)在290°C、0. 09MPa条件下对氧化后的浙青进行薄膜蒸馏，蒸馏时间2. 5h，脱除轻组分；(4)在320°C条件下，对脱除轻组分后的浙青进行熔融纺丝；(5)利用空气对初生纤维在300°C条件下进行预氧化，氧化时间I. 5h ；(6)在1200°C，氮气保护条件下，对预氧化后的纤维进行碳化，碳化时间lh，制得直径为5 15 μ m、碳含量为97. 9%、真密度为I. 61g/cm3的碳纤维。需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。权利要求
1.一种浙青基碳纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤 ⑴使用分子蒸馏方法对中温浙青进行蒸馏0. 5 2h制得低QI煤浙青； ⑵在200 300°C条件下，利用空气做氧化剂对低QI煤浙青进行氧化处理，氧化时间为4 12h ; ⑶在300 350°C、真空负压为0. 05 0. 09MPa条件下，对氧化后的浙青进行薄膜蒸馏，蒸馏时间为I 4h，脱除轻组分； ⑷在300 350°C条件下，对脱除轻组分后的浙青进行熔融纺丝； (5)利用空气对初生纤维进行预氧化，氧化温度为150 450°C，氧化时间为I 3h; (6)在600 1800°C、氮气保护条件下,对预氧化后的纤维进行碳化,碳化时间为0.5 3h，制得浙青基碳纤维产品。
2.根据权利要求I所述的一种浙青基碳纤维的制备方法，其特征在于所述步骤⑴使用分子蒸馏方法对中温浙青进行蒸馏的具体方法为将中温浙青通过循环泵循环加入到分子蒸馏器中，循环速率为400 600ml/min，在真空负压为0. 01 0. IMPa、蒸馏初始温度为130 180°C、蒸馏与冷凝温差为40 80°C条件下进行蒸馏，蒸馏过程中不断升温，升温速率为2 6°C /min,当蒸馏温度上升至310 380°C，蒸馏器中无明显馏分产出，蒸馏停止，脱除残渣后得到低QI煤浙青。
3.根据权利要求2所述的一种浙青基碳纤维的制备方法，其特征在于所述中温浙青的QI值小于0. 3%，软化点为80 120°C，结焦值大于46%，TI值大于12%，无钠离子。
4.根据权利要求I所述的一种浙青基碳纤维的制备方法，其特征在于所述的浙青基碳纤维产品的直径为5 15 ii m、碳含量≥97%、真密度为I. 4 2. 3g/cm3。
全文摘要
本发明涉及一种沥青基碳纤维的制备方法，其技术特点是包括⑴使用分子蒸馏方法对中温沥青进行蒸馏0.5～2h制得低QI煤沥青；⑵在200～300℃条件下，利用空气做氧化剂对低QI煤沥青进行氧化处理；⑶在300～350℃、真空负压为0.05～0.09MPa条件下，对氧化后的沥青进行薄膜蒸馏，脱除轻组分；⑷在300～350℃条件下，对脱除轻组分后的沥青进行熔融纺丝；⑸利用空气对初生纤维进行预氧化，氧化温度为150～450℃，氧化时间为1～3h；⑹在600～1800℃、氮气保护条件下，对预氧化后的纤维进行碳化，制得沥青基碳纤维产品。本发明设计合理，具有原料丰富、加工工艺简单、成本低廉、产量质量好、产量大、安全环保等特点。
文档编号D01F9/15GK102704042SQ20121023457
公开日2012年10月3日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者遇秉武 申请人:遇秉武