碳纤维生产工艺流程.doc

碳纤维工艺流程
退丝 集线 卧式干燥炉 预氧化炉1 预氧化炉2 预氧化炉3 低温炭化炉 高温炭化炉 表面处理1 表面处理2 水洗 卧式干燥炉 上浆 立式干燥炉 收丝
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,原先的σ键为主的直链结构形成大量的离域π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80~100min，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，分为几个温度区间，逐步对预氧丝在隔绝空气的条件下进行碳化反应,形成初级的乱层石墨结构.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，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.