聚丙烯腈基碳纤维原丝的工艺研究

第4期　　　　　　　　　　　　　　　　　金　山　油　化　纤

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科研与开发

聚丙烯腈基碳纤维原丝的工艺研究

郁铭芳

(上海合成纤维研究所,200336)

　　介绍上海合成纤维研究所研制聚丙烯腈基碳纤维原丝的工艺过程、工艺路线的选择及原丝化学组成的选择。聚丙烯腈长丝经预氧化、碳化工序制成的碳纤维质量达到我国高强I型碳纤维的水平。

关键词:　碳纤维　聚丙烯腈长丝　工艺路线　研制

1　前言

碳纤维是20世纪60年代就已研制成功的高性能纤维材料,它具有高强度、高模量、低比重、耐高温等优良性能。通常和树脂、金属、陶瓷、碳复合而成增强复合材料,是宇航、火箭、飞机、建筑、工业、体育用品等领域有广泛应用的结构材料。

在20世纪80年代末和90年代中,碳纤维在技术上和应用上取得了巨大的进展。1998年碳纤维的断裂强度最高已达7GPa左右,模量达650GPa。在体育用品、交通、建筑等领域找到了新的

的溶剂很多,主要有二甲基甲酰胺、二甲基乙酰

胺、二甲基亚砜(DMSO)、硫氰酸钠(NaSCN)、Zn2Cl2、HNO3等。归纳起来可分为有机溶剂和无机溶剂两类。我们对目前世界上纺制碳纤维原丝采用的DMSO(日本)和NaSCN(英国)两种主要溶剂作了对比和选择。211　两种溶剂制备的原丝结构性能的比较

用差热分析、X射线衍射法、Instron强伸仪等方法测定DMSO和NaSCN两种溶剂制备的原丝结构性能见表1。从表1看出:

1)DMSO原丝结晶度较高,晶粒较大而完整;2)DMSO原丝结晶取向明显大于NaSCN原丝;

3)DMSO原丝密度较高,比NaSCN原丝致密,

用途,90年代末,年需求量已超过10kt,预测到2005年将达到20kt以上。日本已在研究碳纤维

和木材的复合工艺,在建筑工业中开发用途。

制造碳纤维的原料主要是:聚丙烯腈纤维、粘胶纤维和沥青,其中以聚丙烯腈纤维最重要。

含孔洞量较少;

4)DMSO原丝起始氧化反应温度均比NaSCN原丝高;

5)DMSO原丝在常温和较高温度下的强度比NaSCN大,伸长则较小;

6)DMSO原丝放热峰尖锐,放热集中,重量损失较大。

收稿日期:2001-06-22。

作者简介:郁铭芳,男,1927年出生,1995年当选中国工程院院士,主要从事合成纤维的科研工作。

2　聚丙烯腈(PAN)长丝工艺路线的选择

PAN纤维可以由不同纺丝方法(干法和湿法)

和不同溶剂的工艺路线制得。干法纺丝只能采用能挥发的有机溶剂。由于在成型后溶剂残留量较多,在预氧化和碳化时容易产生并丝等疵点,影响碳纤维的强度。目前一般均采用湿法纺丝。PAN