碳纖維管--PAN基碳纖維的制備介紹

聚丙烯腈碳纖維是以聚丙烯腈纖維為原料制成的碳纖維，主要作復合材料用增強體。無論均聚或共聚的聚丙烯腈纖維都能制備出碳纖維。為了制造出高性能碳纖維并提高生產率，工業上常采用共聚聚丙烯腈纖維為原料。對原料的要求是:雜質、缺陷少;細度均勻，并越細越好;強度高，毛絲少;纖維中鏈狀分子沿纖維軸取向度越高越好，通常大于80%;熱轉化性能好。
生產中制取聚丙烯腈纖維的過程是:先由丙烯腈和其他少量第二、第三單體(丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等)共聚生成共聚聚丙烯腈樹脂(分子量高于 6到8萬)，然后樹脂經溶劑(硫氰酸鈉、二甲基亞礬、硝酸和氯化鋅等)溶解，形成粘度適宜的紡絲液，經濕法、干法或干濕法進行紡絲，再經水洗、牽伸、干燥和熱定型即制成聚丙烯腈纖維。若將聚丙烯腈纖維直接加熱易熔化，不能保持其原來的纖維狀態。制備碳纖維時，首先要將聚丙烯腈纖維放在空氣中或其他氧化性氣氛中進行低溫熱處理，即預氧化處理。預氧化處理是纖維碳化的預備階段。一般將纖維在空氣下加熱至約270℃，保溫0.5h到3h，聚丙烯腈纖維的顏色由白色逐漸變成黃色、棕色，最后形成黑色的預氧化纖維。是聚丙烯腈線性高分子受熱氧化后，發生氧化、熱解、交聯、環化等一系列化學反應形成耐熱梯型高分子的結果。再將預氧化纖維在氮氣中進行高溫處理1600℃的碳化處理，則纖維進一步產生交聯環化、芳構化及縮聚等反應，并脫除氫、氮、氧原子，最后形成二維碳環平面網狀結構和層片粗糙平行的亂層石墨結構的碳纖維。