專利名稱：一種新型生產(chǎn)高模量碳纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，涉及一種新型生產(chǎn)高模量碳纖維的方法，尤其是指一種在低溫下生產(chǎn)含硅的高模量碳纖維的方法。
背景技術(shù)：
目前，我國碳纖維研發(fā)尚存一些技術(shù)難題。第一，高端碳纖維產(chǎn)業(yè)落后。國產(chǎn)碳纖維目前規(guī)模雖達(dá)萬噸級，產(chǎn)量也有數(shù)千噸，但只能用在飛機(jī)非承力件和次承力件上，而飛機(jī)最關(guān)鍵的承力件所需T800級碳纖還停留在實(shí)驗(yàn)室數(shù)十千克的水平，大飛機(jī)應(yīng)用尚需依靠進(jìn)口。國內(nèi)碳纖維應(yīng)用技術(shù)和解決方案與國外相比差距較大，比如碳纖維設(shè)計(jì)載荷的合理取法落后，不能體現(xiàn)碳纖維特性。第二，碳纖維復(fù)合材料部件的一體化成型技術(shù)相對落后， 難以制造大尺寸部件。第三，我國自動(dòng)化工藝如自動(dòng)鋪絲技術(shù)等更為落后。第四，國產(chǎn)高性能碳纖維因設(shè)備靠進(jìn)口、生產(chǎn)效率低而價(jià)格太高。正常生產(chǎn)高模量碳纖維(或石墨纖維)， 是在2500°C左右的高溫下進(jìn)行的，而在2500°C的高溫下生產(chǎn)出來的碳纖維其強(qiáng)度將降低約1 / 3-1 / 2，伸長率約降低1 / 2-2 / 3，使之成為高模量碳纖維。在2500°C左右的高溫條件下生產(chǎn)碳纖維，發(fā)熱體及碳纖維的氧化問題非常突出，同時(shí)對高溫碳化爐的密封要求苛克，對發(fā)熱體的抗氧化要求嚴(yán)格，因此造成生產(chǎn)成本高，批量生產(chǎn)困難等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)缺欠，提供了一種在低溫下生產(chǎn)含硅的高模量碳纖維的方法，以降低碳纖維的生產(chǎn)成本，提高碳纖維的生產(chǎn)量以滿足我國對碳纖維需求量的需求。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明包括以下步驟首先，在高溫碳化爐外設(shè)置一盛裝四氯化硅液體的密封容器，該密封容器具有一進(jìn)氣口和一出氣口 ；其次，將高溫碳化爐內(nèi)的生產(chǎn)溫度控制在1430—1445°C之間；向密封容器的進(jìn)氣口通入氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w，使密封容器中的液體在0. 12Mpa的微正壓下自出氣口沿高溫碳化爐進(jìn)絲一端將氣化后的氣體導(dǎo)入高溫碳化爐，通入氮?dú)獾牧髁繛?60— 270CL / h。運(yùn)用上述方法生產(chǎn)高模量碳纖維，可將高溫碳化爐的生產(chǎn)溫度較傳統(tǒng)的生產(chǎn)溫度(2500°C)降低很多，降低了對高溫碳化爐的密封要求，同時(shí)對發(fā)熱體的抗氧化性能的要求也降低，從而降低了碳纖維的生產(chǎn)成本，提高了碳纖維的生產(chǎn)量。而通入高溫碳化爐中的四氯化硅氣體在1430-1445°C的溫度條件下迅速分解，分解后的硅沉漬在碳纖維表面后熔化，隨后與碳纖維中的碳化合，使碳纖維轉(zhuǎn)變?yōu)楹杼祭w維，使碳纖維性能改變，伸率變小。 而通入高溫碳化爐中的氮?dú)鈩t可以防止碳纖維氧化，在生產(chǎn)過程中起保護(hù)作用。
具體實(shí)施例方式在高溫碳化爐外設(shè)置一盛裝四氯化硅液體的密封容器，該密封容器具有一進(jìn)氣口和一出氣口，進(jìn)氣口與出氣口大小一致，四氯化硅常溫時(shí)為無色透明液體。將高溫碳化爐內(nèi)的生產(chǎn)溫度控制1430—1445°C之間；然后通過進(jìn)氣管向密封容器的進(jìn)氣口通入氮?dú)?，使密封容器中的液體在0. 12Mpa的微正壓下自出氣口通過出氣管沿高溫碳化爐進(jìn)絲一端將氣化后的氣體導(dǎo)入高溫碳化爐，由于四氯化硅自身具有強(qiáng)揮性，向四氯化硅液體中通入氮?dú)?，使四氯化硅的液體產(chǎn)生氣泡，加速了四氯化硅的揮發(fā)。通入高溫碳化爐的四氯化硅氣體在1430—1445°C的溫度條件下迅速分解，分解后的硅沉漬在碳纖維表面后熔化，隨后與碳纖維中的碳化合，從而完成滲硅，使碳纖維改性變?yōu)楹杼祭w維，使碳纖維性能改變，拉伸率變小。而通入高溫碳化爐中的氮?dú)鈩t可以防止碳纖維被氧化，通入氮?dú)獾牧髁繛?60— 270CL / h，在生產(chǎn)過程中起保護(hù)緩和作用。
本發(fā)明中的的碳纖維，碳纖維的模量為275Gpa，抗拉強(qiáng)度在3. 1-3. 4Gpa之間，斷裂伸長率在1. 1% -1.4%之間，碳纖維的含碳量> 93%。
權(quán)利要求
1. 一種新型生產(chǎn)高模量碳纖維的方法，其特征是包括在高溫碳化爐外設(shè)置一盛裝四氯化硅液體的密封容器，該密封容器具有一進(jìn)氣口和一出氣口 ；將高溫碳化爐內(nèi)的生產(chǎn)溫度控制在1430-1445°C之間；向密封容器的進(jìn)氣口通入氮?dú)?，氮?dú)獾牧髁繛?60-270C1 / h，使密封容器中的混合液體在0. 12Mpa的微正壓下自出氣口沿高溫碳化爐進(jìn)絲一端將氣化后的混合氣體導(dǎo)入高溫碳化爐。
全文摘要
一種新型生產(chǎn)高模量碳纖維的方法，其特征是包括在高溫碳化爐外設(shè)置一盛裝四氯化硅液體的密封容器，該密封容器具有一進(jìn)氣口和一出氣口；將高溫碳化爐內(nèi)的生產(chǎn)溫度控制在1430-1445℃之間；向密封容器的進(jìn)氣口通入氮?dú)?，氮?dú)獾牧髁繛?60-270Cl／h，使密封容器中的混合液體在0.12MPa的微正壓下自出氣口沿高溫碳化爐進(jìn)絲一端將氣化后的混合氣體導(dǎo)入高溫碳化爐。
文檔編號D01F11/12GK102465359SQ20101054873
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者欒曉健 申請人:大連兆陽軟件科技有限公司