本技术介绍了一种利用超倍牵伸技术制备高性能碳纤维的方法,属于无机材料技术领域。该方法包括:1) 制备含10~40wt%聚丙烯腈的纺丝溶液;2) 向纺丝溶液中添加2,4,6-三氨基嘧啶和巴比妥酸,总量占聚丙烯腈的1~20wt%,形成纺丝原液;3) 将纺丝原液干喷预成型后,在0~10℃下进行低温凝固浴处理,以1~10的牵伸比制得初生纤维;4) 将初生纤维制成原丝,再通过预氧化和碳化工艺制成碳纤维。该方法通过添加超分子凝胶促进剂,使纺丝原液快速凝胶化,实现对初生纤维的高倍数牵伸。制备出的碳纤维内部石墨结构完善、取向良好、缺陷减少,显著提高了纤维强度。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着现代工业的快速发展,高性能材料的需求日益增长。在这种背景下,碳纤维材料因其密度小、高强高模、高导电、高导热等特性,在航空航天、汽车制造、体育器材等领域有着越来越广泛的应用。然而,传统的碳纤维生产技术存在诸多限制,如生产成本高、工艺复杂等问题,这些问题严重制约了碳纤维材料的大规模应用和进一步发展。碳纤维的生产主要以聚丙烯腈为前驱体,通过干法/湿法/干湿法纺丝、预氧化、碳化等工序制成最终的碳纤维产品。在生产中,纺丝过程的牵伸工艺是影响最终碳纤维性能的关键环节。然而,传统的牵伸技术存在牵伸倍数有限、纤维结构不均匀、生产效率低等问题。
近年来,凝胶纺丝技术因其独特的优势逐渐受到关注。凝胶纺丝技术通过将聚合物溶解在适当的溶剂中形成纺丝原液,然后低温凝固浴导致纺丝原液凝胶化形成凝胶纤维。凝胶化状态下纤维可以承受较高的牵伸倍数,进而使生产出的原丝均匀结构、性能优异。
更为高效的纤维牵伸技术仍是研究人员不断钻研的技术难题。
实现思路