生产碳纤维的工艺
生 碳 产纤维 的 艺工
据 根所 使用 料的 原 同
天不然 纤 维 或 合 纤成维为 原
,料
可
把 碳 纤维 分。
k
g mc/
,
么
氢的 气 下 于 3压
。
0
。一 5 0 加热 ℃淤浆 安 排热 介溶 时间
,
・成
碳 维纤和 墨 纤维石 两个 主要类
,
型
者 以前
溶来介
。使
用氢气 压 是 促力 悬使浮 的 进煤
入 ,
如,聚丙 烯 睛或
溶 以 提剂高 煤 溶 介 度
的为了 使 淤浆 充分溶 介
同类化 合
物,
其价 格贵
.
昂
,且纤维 的 碳化
产其时 间的 长 短
可根、
。
率
也相 当
低
,后 者
以 油 石沥青 煤 和 油焦 青沥
煤 的种据 类而
异,
可为
1 一 024 0
分
不 等 不钟
原料为 的
。
,
・而 要
备 制性 能 一 均的碳纤 是维 困难 且 在 热 处 理时
,,
溶介 残的渣用 过滤法
离心
沉 降法或 类 似
,的
为 因 油石 沥青 和 煤 油 沥 焦青来原都 是 不,
方法 除去
。
然
后
,
釜 底温 在不度高 于 3 05 ℃便
可 得 到S Rc
C,
性。
均
代
的会
引起 热介 降和
缩。
.
减 的压 条 下件蒸 馏过 滤 液
合
聚 反合应
使 其
不 均一 性增
,加
,同 也时 收回 了溶 剂若 釜 底温 高 度 于 350 ℃
为
了克服 上述 困 忘 有必 要 对这 些 沥
进 青予行热 处
理 以 节 其性调能
,。
加会速 缩 合 反
应sR在1
,
而引 起 sR
质 不均
的但
是
。、
,
予
热C中
一
处理 会又 使青 在沥 成 上 组 不匀均
度芳香 的性 原
料
而 使 用高石 油 青
%
沥。
,
不
溶介 物 质的含 量 大不 于.
如
煤焦油 沥
最青 好 不大 于
05
%
。
在S
R。
C
中
,
不溶物
,
或
同 类物的
缺
点,
,
都
使有不 熔 维纤 制的造 时间 延长。
,
含 的 量高 于1 时%
会使 纺丝 发生 困
难
。并
因为 香芳环的 氧 速化 堵脂度 肪 族的于是
,
所使 形 的 成纤 维 碳 的度强 低
降 sRC 的化 软点 为1 60
链 环 或慢
油要沥 青
,
当使 时用 煤焦油 沥 青 石
或
,一2
5
0
。
当 软℃ 化点
用
引 入氢 办的法 促使 芳 香环转变 在 这用些沥 青为原 料 工 的 中艺
分
~ ℃/
1
6低 于
10
℃时;
,
纤 使维 成 为 熔不纤维 所需的 ,
成脂
环
必须 肪 。
以。
。
间要时长
。
当
软 化 点高于2 5 ℃0时 熔 融纺丝 ,
5 ℃
/
,分
的 率速 不 对 纤 熔维。
就
会发生 困 难
软
化 点最好 在2 0 0一2 0 ℃5
“
行 加进热 的熔化
,
到直纤 维 经 过 臭氧 处的理 为止
L
,的
围范
用 比当 上 述的 加热 速 率 时高。
・
会引纤维
起料原,
。
,一种 sR C
或 由 降解于条 件 不同 的 种
两Cs 的 合 物棍
,
或
多 不种同 s
R:
。
均 可
作为 丝 的
可 用纺 非芳香
族
溶。
本
发明 工的艺 程 如 下过用 用常的 煤作 为 原
料
、、。
,
其
包 中括烟煤
另
外一改良
,
提 炼 ,煤 溶的剂
次,煤 烟 棕色 煤褐 煤 泥和 煤等 而 棕色 煤和 揭 煤尤其 要先优 用 因选为 它可 大们 使量, 用 且 价格低廉 撑制 降 条介 可件 得 到 质化几 乎 同的 s相 Rc s 因此 不 会 原在 馋 料方学面 受 到 限 制
。
剂
取 提在 其 出中溶 解的 部 来分改 良 去除 低 软了化 点 部 分
的、
由于
这
,就易得
到
、,
软
化点 高的
性质 均 一的 。
、
改
良
:的
能性 优
,
,
良生 的产 碳纤 维的 原 料
。上
述 改 的良程 是 序样这的 0 目 或以 下 的 粉末 6,
s把R C 磨成3
用、众 周 所知 的方法 来制 备溶 剂 精 馏 煤
S R
。
C
同 一种或 多 种 芳非香 族
具体来 说 是就 煤把磨成 当 适的 度粒
,
,
溶 剂混
合
0
烷
、
,
这 些
非 香 族芳 溶的剂 为 有具,
一
丁和
点沸 为 0 02
一
4加℃ 的 碳 化氢合 物 剂溶 混
:
10 个 碳 原 的子烷 类 氢化 合碳
物如
丙烷 壬
烷
煤和 、 剂 的溶比 例大 约 为1 形 淤成 桨煤 可中溶 的 介物质
,
合
。
1 一1
:
0 1
戍烷
、,
己烷
、庚
烷、
辛
烷、
癸
烷
,
在可3 3
及 同一 物类
;
者 具或 1有 6一个 碳 原子 脂的 肪醇
25
一
一类
,
如甲
、醇
乙醇
;
、
醇
、丙
丁
醇、
戍
醇、
己
品
,
具有芳 结 构香或 带有 脂 侧 肪 的链 环 状
结
,
。
醇和同 类化 物
合或
者沸 点在 20或
。者
℃。及
以下
构氧 化相 当 容易
。
因此容 易把产品 变 成不
,,
非 芳 香
的馏 分 ;
可为族1
2 0 0一
,2
,
两种 多或 这种些非
SR C和 溶剂 的 重 量比
。
熔 维纤 而 本 发是 明 碳化 以率产 高为特点 的
强 度 用芳 香 族非 剂溶 提炼S
R。
香 族溶芳 的剂 混 物合5
1一,
所获
得 的 碳 纤 维 具均有 的匀性 质 卓和越 的
C
0,的 围 范
,2
在
SRC 除
中、
去了
5
获得性 能
均
C。
低 软
化点 部的
分 0℃的 S R5 良 的 SR C,
得
到改 良的 ,
软
化点
为
。
的一改 良
的
sR
C
,
中 其 几 不乎含 有低软
的纺 化 性
丝C
灰 分含 量 大 放不O , ;
%
。
点成的分 能
,
,
从而
兽改 改 了良s 的
R
改
的
软 点在化2
0℃ 以 下 使
,纤
简 了化不熔 纤 维 处的理 过程 例二
0 g k 把/ 澳 大利 亚煤褐在 6 c m
成 维 不为熔 纤 维的 时间 长
2 要50 ℃ 时,
。于5
当
化软点 高
于
会 使熔 融 纺 丝 难
困
,,
分灰含 量 高
,
“
G
的氢气 压
,
%时
会
使纤维 中的 空 隙率 增 加从 甚而 至会 使 R
s
,
,
于 4下 20 ℃加热
1
,
小
时,
煤 焦 油中在油
的
3
降低碳 纤维 的 强 度
碳 纤为 维的原料
青 沥的 质物混
、合。
。C
不
适合
作
总 相量 当于溶 介 溶剂 可 溶 介 物 重 量
的
倍。
果 的溶结液 经 过 滤
可和 高度 芳香 性 含的
。
后然 在 8m ma
。
.
H
。g
bs a
0℃下,
R C S或改 良 S CR
,,
于2 8 ℃0进 行真 蒸馏空
以
回 收 溶 剂S R 的
Cf
)
,这
些物质 如游 离 的 固 体 煤
C
1
产 为 6率
。
%2( d
。・
软
化点 是 23
焦石 沥 青 石 沥油青 等 含 沥 青 质物和 SR
5 重量比 好最在 。
0S RC
、的
不 溶物 含 量为
5 O5 ℃/。
3
%
RSC在 9 25 ℃熔 纺融丝
,
。
1~ ,1
:
1
的
范
。
围将所得 纤的 于 维炉子 中 的速 分
率
。,
在 气 空质介 中
,
以
30
改
良
s的 R C 或 SR C
的 合混物或者
,
把
纤维从 温室加热
,到
改
良的
S C 和
,R
。
.高度
芳 香性 的 沥 青的 物含质一
,℃
起
混 合 用 般一 熔的 纺 丝融工 艺 纺成纤 在维
当炉
子加 热 到 3 0℃ 时 进 氮气行 炉 洗 后 然在 气氮 中碳纤维 。
。参 考
文 献 u
点化
sP 橄
。3
62
9
3”,,中
对
这 一艺
,
以工 7 5℃/ 分速的率 纤将 加维.
进
行 了 述描高5
0:
熔“融 纺 温丝度 最 好 比原 料 的 软
。。℃ 在该。温 度 下维 热持 到 。1
1小
,时
得 便
一7到0 ℃
一0 21 该 碳 维纤 直径的为 1
.
“,
抗张
力
把
所获 得 纤 的 维变 成不 熔纤 维 是 这 样
来行进
,
的强
度 为1 3
t7/ 0 cm
Z在气空
中,
以3 ℃ / 分一 1 。℃/ 分
。
的
例
三在份例 二 得中 到的 S
RC
,0 速 率
纤 把 从 维室温加 到热 其 软比 化 点高6 。
氮在 气 下
于,
0
/ ℃分时 会 引 起 8 一0℃ 当 加 热速 率 高 于
,
21 50 ℃同 1
份 的 乙
下 烯 脚和
,
,2
份喳 的 琳可溶
。。
一部分 纤维的 熔化
。
使纤
维 为成不熔 维纤所
。
物
的 焦煤油沥 青 混 合 得 到 了 一 种新的 沥 青2
℃不 溶含 物 量 2。 %该 沥青的软 化 点 为2 1
需要的 时间
,
可 用 氧臭 氧的化 来 缩
,短
纤
成维 为不熔 纤维 以后
,可 在力张( 或
。
该 青沥 2 在 5 ℃ 纺 丝 所得 7 纤维放 炉 于
中
。
,
在
张无力 ) 下于惰性 气氛 中 以 0 2℃/ 或 分 更低的
加 热 速 率进 碳行化 度
降下,
,
空 介气质 中 以 6℃/ 分 的 度速 从室温 热 到加,
,
直到约 010 0 ℃
,。
当
2加
, 0 ℃
当炉 达子 2 88 ℃。 时用 氮气 炉洗 在 氮
,
。热
速 度高 于 02 ℃/ 分 时 引 起会 纤碳 维的强
增加 或纤维表 面 空 的隙
,率
气
中以 8 ℃/ 分的速 率把 纤维 加热到 1 0 0。 七
,在该 温度维持 1小 时 便得 到碳 纤 维纤 维
直 ,,
这
样纤维
得。 的到碳 纤
,维
可2 0
,
。℃在或
径 为
更2
一 224林
,
抗 张力强 度 为 1
2“
G.
6t /
em
“
。
高
的温 下 经度 烧 而石 锻 墨
化之
,
总从 而
得 到 墨石,
例四
c把 次 煤烟 6 0在 gk/
m的
氢 压气下
,
,
于
根 据本 发 明
的工艺
使,纤维 的 不
4
0 ℃3
熔 化处
理 容 易进行
因 为原 料 为 低氢 化 的产
加热 1 小时 在 焦煤油 中 油 的 总 最 相 当 于溶 溶介剂 可 溶 介 物 重量的 3 倍某结
,,
今天 无 纺 织 布用 粘的 剂和 化 学合品 B
YB
rena
d
jr bOe ns i
k
。 多 采 用 湿很 法 或 者 法干生产 的 纺无织 布
,
湿
法 生 过程产中
,往
往 将热塑型 纤 或
,
,维
其 粘中 合剂 的 含量占 整到 个 布重 的 去 ~
,。
对者化 品敏学感 的纤 维 接直混 入 纤 维 网 中 然 后 行 热进 处 理 或 化学处 理
同其他 纤维 结粘 一 在
。
起告
因 最此好 将 纺无 织 布 称 作 粘合 布 更 合适 实 上 际粘 合剂对 纤 维的 比例 一般 位 5 ~于 30% 之
间
。 这使 部 分 维纤,
如 果
最 终 品不产需
可 通过
冷、
要
理 过处 程 所 中入 的加 学 化 品
时由
于这 些 合粘型无 纺 织 布 纺 织在品 市场 上
占很了大 一 的个部 分 因 此 化 学 品 制 厂造 时
有
却或, 者 洗 使 涤 逸 之出
。 产在 品剪裁
,卷成和
,
包
装 之 前 也 可 以进 行 各 种 理 整 加工
至甚 造 纸 厂 对都 它很 感 兴
洲
趣、
。
这
无 种 织纺布
、
单 纤 维种类 型的 纺无 织布可 用 以普通 的具 有 高
收 缩 率的变形 纤维 作 原为料 收
加缩 工时
表
1 ,
,。
是也纺 织 品 场市 上 计预八 十年 代 美 国在 迅 速续增 的长几 个 为数 不 的 产多品 之一 纤把维 絮 材 垫 料也 看作无 纺 布织化学 品
、
欧
在进
行、
中国 和 日 本及 以一 些发展 国中 里家 继
,
会这
种 维纤 会就 相互 绞合
。
结
缠在一 起 成 一形种 较 紧 的 密结构 统计在 内
很
多无 纺织布 传 和 纺 织品生统产 通 者常,
中没
有 纤把 絮 垫 材 维料用的粘 合剂
美 国1 9 81 年 用 在 方 面 的 粘 合
,
这 它也 用是。
树 脂
或 热 融者 粘法合 的 , ,
剂
,
、
如 果
括包 再生布 和 过滤 布 的
话0万 磅
5
大 。达
干约法 生产 程 中过、
粘
合 定 向式 者或 乱
杂有 粉 末状的
, 。
,到 1
1
纤 维 絮 材 垫料用的 合粘剂 价
。式 纤维 网 用 的粘 合所剂
状 的
液溶
格比传统无 纺 织 的布 便 宜
要 材 料垫 用的 5
40磅 (
万1
89
1年
纤 维
15 0絮
乳
液状 的或者 胶乳状 的
这
些 合粘剂生 产 中也
重湿) 醋酸 烯乙及
可
其施 加 在纤 维 网 一 而的或 者两 面 面 ,
聚共物 平 均 价格 约 为 /
磅
。2
美 8分/磅
。
万磅
常常 用 印
刷将 法粘合 剂 印 纤在维 的 整网个 表
或者印成 一 的定花 形纹 状。
(湿 )重 丙 烯酸胶 乳的 平 均 价格 约 是 3 2
分美
聚
氯 乙 和烯 其 它产 在纤品维 絮 垫 材料
0 m
m 的 溶 液经 过滤 于 1
Hg
。
,和釜
温 底度3 0 ℃2 得 s R所
,C
的
速 从度 室温 加 到 2热8 0
时℃,
,当炉 子达 2 80℃
,
进行 真 空 蒸馏 来 回 收 溶 剂
1 为点8
℃1
。的软 化分
,
散进行 氮
气 炉
洗
,
,纤
在 维气 氮中,
1以 0
把℃1
s C
R磨
成 06 目或 以 下,
/分 的
速率 1
时
小
加热到 1 00
。
在℃ 温度 该 维下
持
,
0 重 倍量 的正 烷庚中 在 总量 重 当相 于 它 的
1得
到碳 纤 维 以
4
良改的 S CR
.
基 准
在为室 温 下 摇动
烷的溶 介 产率 为 物 2
9 1
‘
O小
时
然后 滤
过,
,
除
正 去
庚
C碳
纤维的产 率 为 1
10一82卜1
,
,%
碳
纤维 的 直 为
s径 /
et
,
,以 S R C 基为准
良的 改sR
的
抗
张力 强 度 为 12武
阁光
;m
“。
。
6
%
,
软 化 为点 2 08℃
,
灰
分含 量
。
%改 良的 RSC 2于 0 6℃ 进行 熔 纺 丝融 所, 得 维纤 放于炉 子 中 空在气 介 质中以 3 ℃ / 分
。
,
周 征龙 校
摘 ,译 自U SP 4
3
2
0,
1
0 了