碳纤维生产工艺流程1.pdf

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1、碳纤维工艺流程退丝预氧化炉集线卧式干燥炉低温炭化炉预氧化炉1高温炭化炉预氧化炉2表面处理31表面处理2收丝水洗卧式干燥炉上浆立式干燥炉退丝是把原丝分束送人下一步的工序。从退丝区出来的原丝经集线板一束束的进入干燥炉进行下面的工艺。退丝区中要注意原丝走完后，新丝与旧丝的连接。用耐热纤维把两丝连接在一起。通过集线板进入干燥炉。从退丝区过来的原丝含有大量的水分，经过卧式干燥炉能充分的干燥原丝，使其能够进入预氧化炉更好的进行一系列的反应。预氧化工艺是碳纤维生产中的关键步骤。原丝经过预氧化过程由线型分子链转化为耐热的梯型结构，为以后的碳化过程起固氧固碳的作用。在此过程中发生一系列的环化、氧化和脱氢等反应，

2、原先的 键为主的直链结构形成大量的离域 电子，形成生色的共轭结构。使得原丝由洁白色逐步变深：白色 淡黄色米黄色浅棕色棕色黑色。此过程中PAN 发生化学反应脱去大量小分子，发生结构变化，需施加一定的牵伸力保证丝的结构不发生解取向，保证预氧丝的强度。预氧化过程中温度在 200 300之间，在 240左右时，氧含量迅速上升，发生化学反应。此过程中炉膛内温度保持均匀，并有循环空气带走反应中产生的小分子等杂质及反应热，保证预氧化能连续进行。预氧化过程反应时间较长，需80100min，制约碳纤维生产效率。车间采用三台预氧化炉同时对丝进行预氧化，使得丝有足够的预氧化反应时间，并且能连续不断的走丝，进行流水化

3、生产。PAN 原丝经预氧化转化为含氧8%10%的预氧丝，然后进入碳化炉进行碳化。低温炭化炉温度在300 800之间，分为几个温度形成初级的区间，逐步对预氧丝在隔绝空气的条件下进行碳化反应，乱层石墨结构。在预氧化中，预氧丝发生热解和缩聚反应，会产生大量的废气和焦油，应通过排气口及时排出保证生产稳定。高温碳化温度在 1000 1600，一般可能在1400左右，此过程中预氧丝发生进一步的反应，形成乱层石墨结构，并脱出一些小分子。在碳化过程中发生分子结构的转变，应给予一定的牵伸力，保证结构的取向度。为碳纤维能更好的用于复合材料生产，需对碳纤维的表面进行处理，使其能形成更好的接触表面。使用阳极电极氧化法

4、，用脉冲通电的方法进行表面处理，使得碳纤维表面发生刻蚀和生产含氧官能团。表面处理中通一 10V 左右的电压，形成 25A 左右的电流。采用碳酸氢铵中性电解质进行表面处理。水洗过程用浸渍法对碳丝进行清洗，将碳丝表面的电解液等杂质清洗掉，为以后的上浆过程做准备。在水洗中水温设定在 50左右，之后在加以 100左右的干燥过程。碳纤维是脆性材料，在后续的深加工过程中容易出现起毛丝等不良的现象，经过上浆过程能很好的改良碳纤维的表面性质。上浆后，碳丝的表面形成一层皮膜，使得碳丝的集束性好，耐磨性提高，深加工中的起毛现象减少，并且碳纤维的吸水性会变小，开纤扩幅容易。稳定性更好，并能改善复合材料中的接触面性质，提高材料的强度。上浆过程采用浸渍的方法，使每根碳纤维的单丝上附着一层上浆剂，干燥后在碳丝上形成一层薄薄的皮层，完成上浆。过程中要使得碳纤维表面附着的上浆剂均匀，没有死区和富集区，保证上浆均匀。上浆后，经过干燥（180左右），收丝即可得到成品的碳纤维。