預氧化工藝是碳纖維生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟。原絲經(jīng)過預氧化過程由線型分子鏈轉(zhuǎn)化為耐熱的梯型結(jié)構(gòu)，為以后的碳化過程起固氧固碳的作用。在此過程中發(fā)生一系列的環(huán)化、氧化和脫氫等反應，原先的σ鍵為主的直鏈結(jié)構(gòu)形成大量的離域TT電子，形成生色的共扼結(jié)構(gòu)。使得原絲由潔白色逐步變深：白色→淡黃色→米黃色→淺棕色→棕色→黑色。此過程中PAN發(fā)生化學反應脫去大量小分子，發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，需施加一定的牽伸力保證絲的結(jié)構(gòu)不發(fā)生解取向，保證預氧絲的強度。預氧化過程中溫度在200℃~300℃之間，在240℃左右時，氧含量迅速上升，發(fā)生化學反應。此過程中爐膛內(nèi)溫度保持均勻，并有循環(huán)空氣帶走反應中產(chǎn)生的小分子等雜質(zhì)及反應熱，保證預氧化能連續(xù)進行。預氧化過程反應時間較長，需80~100min，制約碳纖維生產(chǎn)效率。車間采用三臺預氧化爐同時對絲進行預氧化，使得絲有足夠的預氧化反應時間，并且能連續(xù)不斷的走絲，進行流水化生產(chǎn)。
PAN原絲經(jīng)預氧化轉(zhuǎn)化為含氧8%~10%的預氧絲，然后進入碳化爐進行碳化。低溫炭化爐溫度在300℃~800℃之間，分為幾個溫度區(qū)間，逐步對預氧絲在隔絕空氣的條件下進行碳化反應，形成初級的亂層石墨結(jié)構(gòu)。在預氧化中，預氧絲發(fā)生熱解和縮聚反應，會產(chǎn)生大量的廢氣和焦油，應通過排氣口及時排出保證生產(chǎn)穩(wěn)定。高溫碳化溫度在1000℃~1600℃，一般可能在1400℃左右，此過程中預氧絲發(fā)生進一步的反應，形成亂層石墨結(jié)構(gòu)，并脫出一些小分子。在碳化過程中發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，應給予一定的牽伸力，保證結(jié)構(gòu)的取向度。
為碳纖維能更好的用于復合材料生產(chǎn)，需對碳纖維的表面進行處理，使其能形成更好的接觸表面。使用陽極電極氧化法，用脈沖通電的方法進行表面處理，使得碳纖維表面發(fā)生刻蝕和生產(chǎn)含氧官能團。表面處理中通一10V左右的電壓，形成25A左右的電流。采用碳酸氫銨中性電解質(zhì)進行表面處理。
水洗過程用浸漬法對碳絲進行清洗，將碳絲表面的電解液等雜質(zhì)清洗掉，為以后的上漿過程做準備。在水洗中水溫設(shè)定在50℃左右，之后在加以100℃左右的干燥過程。
碳纖維是脆性材料，在后續(xù)的深加工過程中容易出現(xiàn)起毛絲等不良的現(xiàn)象，經(jīng)過上漿過程能很好的改良碳纖維的表面性質(zhì)。上漿后，碳絲的表面形成一層皮膜，使得碳絲的集束性好，耐磨性提高，深加工中的起毛現(xiàn)象減少，并且碳纖維的吸水性會變小，開纖擴幅容易。穩(wěn)定性更好，并能改善復合材料中的接觸面性質(zhì)，提高材料的強度。上漿過程采用浸漬的方法，使每根碳纖維的單絲上附著一層上漿劑，干燥后在碳絲上形成一層薄薄的皮層，完成上漿。過程中要使得碳纖維表面附著的上漿劑均勻，沒有死區(qū)和富集區(qū)，保證上漿均勻。上漿后，經(jīng)過干燥（180℃左右），收絲即可得到成品的碳纖維。
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