[其他]碳纖維的制造方法和所用裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 88100656
• 申請(qǐng)日: 1988-02-06
• 公開（公告）號(hào): CN88100656A
• 公開（公告）日: 1988-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯?shù)婪颉どw依;羅爾夫·喬恩特;威廉·沃爾沙伊德特;霍斯特·瑪?shù)侔＜翱?/a>;海因里希·帕特阿洛恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 迪迪爾工程有限公司
• 主分類號(hào): D01F9/12
• 分類號(hào): D01F9/12;C10C3/06
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利代理部
• 代理人: 樊衛(wèi)民

本發(fā)明涉及一種由煤焦油瀝青或褐煤瀝青，更具體地說(shuō)由煤焦油瀝青制造碳纖維的方法。該煤焦油瀝青在紡絲前先通過(guò)過(guò)濾除去其中的不熔成分，然后將瀝青濾液進(jìn)行蒸餾處理以除去揮發(fā)性成分，再將由所得的瀝青熔化物紡出的瀝青纖維在預(yù)定的氧化溫度下氧化和在預(yù)定的碳化溫度下碳化。本發(fā)明也涉及碳絲的制造。石墨纖維或石墨絲可用已知的方法由按照本發(fā)明制得的碳纖維或碳絲制造。

一種已知的由煤焦油瀝青制造碳纖維或石墨纖維或這兩種纖維絲的方法是由熔化物紡絲并將所得的瀝青纖維氧化，然后碳化，如要制造石墨纖維則還要石墨化。煤焦油瀝青的軟化點(diǎn)至多達(dá)190℃（按克雷默-薩諾法測(cè)定，以簡(jiǎn)寫為KS法測(cè)定），紡絲前將其加熱至軟化點(diǎn)以上100℃的溫度。所得的瀝青熔化物通過(guò)高壓過(guò)濾，在此溫度下基本上已不含固體成分。固體成分或不溶成分與不溶于喹啉的成分是一樣的。為了除去揮發(fā)性的或低分子量成分，將過(guò)濾后的瀝青熔化物在高達(dá)350℃的溫度下蒸餾或使其冷卻后研磨成瀝青細(xì)粒并使細(xì)粒與沸點(diǎn)高達(dá)70℃的脂族溶劑接觸。使溶解了瀝青成分的溶劑與瀝青的不溶成分分離。將用液態(tài)氧化輔助劑浸潤(rùn)的活性炭細(xì)粒噴灑在由瀝青熔化物紡出的碳纖維或紗上，并使其在氧化氣氛中加熱至400℃。接著使已氧化的碳絲在約1000℃下進(jìn)行碳化（參看DE-PS2419659）。這個(gè)已知方法的目的是由煤焦油瀝青制造能非常迅速地氧化和碳化的碳纖維或碳絲。令人遺憾的是進(jìn)行上述蒸餾時(shí)會(huì)重新生成干擾的、不溶于喹啉的成分或不熔成分，蒸餾的效率是有限的。實(shí)際上，紡出的瀝青纖維中揮發(fā)性瀝青成分的含量越少，瀝青纖維的熱后處理（即氧化和碳化）可進(jìn)行得越是簡(jiǎn)單而迅速。

在由石油基瀝青制造碳纖維或石墨纖維時(shí)采用薄膜式蒸發(fā)器進(jìn)行蒸餾的方法也是已知的，但這方法對(duì)于解決由煤基瀝青制造碳纖維或碳絲的問(wèn)題并沒(méi)有任何好的效果;的確，由煤基瀝青制造碳纖維或碳絲已不用這樣的方法（參看EP-OS0084237）。

本發(fā)明的目的是提供一種由煤焦油瀝青或褐煤瀝青，更具體地說(shuō)由煤焦油瀝青制造碳纖維的方法，在該方法中熱后處理是十分簡(jiǎn)單而迅速的，從而使碳纖維或碳絲的制造非常經(jīng)濟(jì)合理。

本發(fā)明的一種方法是將瀝青濾液置于薄膜式蒸發(fā)器中進(jìn)行蒸餾，以使其軟化點(diǎn)提高到200℃以上（KS方法測(cè)定）。最好是將瀝青濾液置于薄膜式蒸發(fā)器中在200℃以上的溫度和低達(dá)1毫毫微巴（mnbar）的負(fù)壓下進(jìn)行蒸餾，以使其軟化點(diǎn)達(dá)到260℃以上（KS方法測(cè)定）。本發(fā)明是基于這樣的了解，即如將煤基瀝青和煤焦油瀝青在薄膜式蒸發(fā)器中蒸餾，能使其軟化點(diǎn)出人意料地提高到260℃以上。軟化點(diǎn)高的煤焦油瀝青對(duì)于熱后處理時(shí)提高交聯(lián)程度（即機(jī)械強(qiáng)度）是有利的。揮發(fā)性瀝青成分也大大減少。由于在薄膜式蒸發(fā)器中的停留時(shí)間很短，不會(huì)產(chǎn)生干擾，即不會(huì)重新生成不熔的，不溶于喹啉的固體，從而獲得均勻的、很純的瀝青熔化物，它非常適合于用作制造碳纖維的原料，而且即使在軟化點(diǎn)高于200℃的情況下也能出人意料地紡絲。

在使瀝青纖維轉(zhuǎn)化為碳纖維的熱后處理過(guò)程中停留時(shí)間也是很短的，惰性氣體和能源的消耗量大大降低。實(shí)際上，熱后處理時(shí)間，更具體地說(shuō)氧化時(shí)間可大大縮短。本發(fā)明在這方面的另一貢獻(xiàn)是它還具有這樣的特點(diǎn)，即碳化后通過(guò)通入冷的惰性氣體（例如氮）使碳纖維冷卻至600℃以下，然后再用冷空氣進(jìn)一步冷卻。簡(jiǎn)單地說(shuō)，最終產(chǎn)品是合理地制得的高質(zhì)量的（更具體地說(shuō)高拉伸強(qiáng)度的）碳纖維或碳絲。

本發(fā)明也涉及一種實(shí)施所述的方法所采用的裝置，該裝置特別適用于瀝青纖維的熱后處理，它包括至少一個(gè)纖維夾持裝置，一個(gè)氧化爐和一個(gè)碳化爐。該裝置的特點(diǎn)是：

有一接受氧化爐、真空罐、碳化爐和冷卻罐（所有這些處理裝置都是敞口式貯器）的下轉(zhuǎn)臺(tái);

有一上轉(zhuǎn)臺(tái)，它與下轉(zhuǎn)臺(tái)是分別傳動(dòng)的，上轉(zhuǎn)臺(tái)有一轉(zhuǎn)換裝置以臨時(shí)接受纖維夾持裝置或每一含有要處理的瀝青纖維的纖維夾持裝置;

有一裝料臺(tái)面，該臺(tái)面安置在上轉(zhuǎn)臺(tái)之上，臺(tái)面上至少有一個(gè)裝料口和至少有一個(gè)適合于接受罐蓋的凹槽，罐蓋有接頭，供通入空氣和惰性氣體，供抽空產(chǎn)生負(fù)壓和排出空氣，