一种聚丙烯腈基石墨毡及其制备方法与流程

本发明属于石墨毡及其制备工艺领域，具体涉及一种以聚丙烯腈基腈纶为主原料生产石墨毡的制备工艺。背景技术：1、石墨毡以其良好的耐高温隔热性、导电性、摩擦性能而被广泛应用于制作高温隔热材料、导电材料、吸波材料、摩擦材料等领域，用以制作真空电阻炉、感应炉、烧结炉等高温加热设备的炉膛及外部保温隔热，航空航天器的壳体隔热，高温气体、熔融金属的过滤，吸波材料以及复合材料等高新领域。另外在化学工业中可以作为高纯度腐蚀性化学试剂的过滤材料。伴随着其应用范围的不断扩大，对高性能碳毡材料的需求也不断加大。2、石墨毡因选用原毡的不同分为沥青基石墨毡、聚丙烯腈基石墨毡和黏胶基石墨毡三种。本技术结合本公司自有的聚丙烯腈基腈纶原料和聚丙烯腈基碳纤维原料，生产聚丙烯腈基石墨毡，确保了从原料到产品的全流程质量控制。结合本公司腈纶生产线连续化的流程，在腈纶纤维切短丝后的流程增加了成套的石墨毡生产流程，保证了两段生产线的高效结合，连续化生产石墨毡，降低了原料的转运储存等环节，降低了生产成本。3、本技术提供了聚丙烯腈基石墨毡三元共聚物的组成范围，石墨毡的制作过程，石墨毡的基本参数。该技术制作的石墨毡具有较高的质量，且清除了石墨毡中附着的微粒、灰尘等杂质，杜绝了石墨毡后续使用中可能产生的微粒脱落、灰尘污染等现象。4、有关石墨毡方面的生产，中国专利cn104512888a、cn102704227a、cn101886332a、cn111354952a等进行了报道。5、目前，尚未见聚丙烯腈基腈纶生产厂家制备石墨毡的相关文献报道。中国石化上海石油化工股份有限公司生产的腈纶和碳纤维，年生产能力分别达到万吨级和千吨级。本发明直接运用自主公司的产品为原料。技术实现思路1、本发明的目的是提供一种聚丙烯腈基石墨毡及其制备方法。本发明的聚丙烯腈基石墨毡具有热容量低、保温性能好节约能源、温度改变速度快、可任意折叠、易裁剪、耐高温隔热性、导电性、摩擦性能，导热系数小等优点。该制备方法能提高聚丙烯腈基石墨毡的强度，柔韧性，减少杂质,能使石墨毡表面收缩均匀，表面平整。2、本发明的技术方案具体如下：3、本发明提供了一种聚丙烯腈基石墨毡的制备方法，包括：4、(1)聚丙烯腈基腈纶纤维和聚丙烯腈基碳纤维切短丝5、将聚丙烯腈基碳纤维剪切成130-180mm的碳纤维短纤维，将聚丙烯腈基腈纶纤维剪切成140-200mm的腈纶短纤维，备用；6、(2)针刺编织：7、以连续化生产的腈纶短纤维为生产线主体，在线将步骤(1)中所述的碳纤维短纤维、腈纶短纤维以及毡体，进行针刺加工得到纤维毡；8、(3)纤维毡预氧化：9、将步骤(2)得到的纤维毡送入至预氧化炉中进行热处理，热处理温度为150-260℃，根据生产负荷调节纤维毡的运行速度，纤维毡的预处理时间为10-20分钟；10、(4)预氧化纤维毡碳化处理：11、将预氧化后的纤维毡送至炭化炉中碳化处理，在惰性气体保护下，升温至330-1600℃，处理5-20分钟；然后将碳化毡剪切成需求的规格，送入石墨磨具中进行石墨化处理，温度1600-2200℃，制得聚丙烯腈基石墨毡。12、进一步的，所述步骤(1)中的聚丙烯腈基腈纶纤维的纤度为3.33dtex或6.67dtex。13、进一步的，所述聚丙烯腈基腈纶纤维为三元共聚丙烯腈基腈纶纤维，由第一单体丙烯腈含量88-92wt％、第二种单体丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯含量7-10wt％和第三种单体衣康酸钠或甲基丙烯磺酸钠含量0.5-1wt％组成。14、进一步的，所述三元共聚丙烯腈基腈纶纤维，由第一单体丙烯腈含量90.5wt％、第二种单体丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯含量9wt％和第三种单体衣康酸钠或甲基丙烯磺酸钠含量0.5wt％组成。15、进一步的，所述三元共聚丙烯腈基腈纶纤维，由第一单体丙烯腈含量89.5wt％、第二种单体丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯含量10wt％和第三种单体衣康酸钠或甲基丙烯磺酸钠含量0.5wt％组成。16、进一步的，所述三元共聚丙烯腈基腈纶纤维，纤维纤度偏差≤6％，强度≥2.0cn/dtex，伸长≥35％，长度偏差≤6％。17、进一步的，所述步骤(2)针刺编织，针刺加工得到纤维毡，毡体厚度为6-8mm，体积密度为0.099g-0.109g/cm3。18、进一步的，所述步骤(3)纤维毡预氧化，热处理温度为180-220℃，处理时间为12-18分钟。19、进一步的，所述步骤(4)预氧化纤维毡的碳化，升温至900-1100℃，处理时间为10-17分钟；送入石墨磨具中进行石墨化处理，温度1800-2100℃。20、进一步的，所述制备方法，还包括步骤(5)碳化纤维毡后处理：采用20-30khz的声波波段对碳化纤维毡进行振动清洗，然后进行烘干处理，干燥温度为40-60℃，干燥时间为30-70分钟，即得含水率≤0.5％的聚丙烯腈基石墨毡。21、本发明还提供了一种由上述制备方法制备得到的聚丙烯腈基石墨毡。22、进一步的，所述聚丙烯腈基石墨毡的体积密度为0.09-0.103g/cm3，碳含量为98-99.2wt％，石墨毡收率为45-47％，导热系数0.08-0.11w/m。石墨毡中微粒、灰尘占比0.1-0.5％。23、有益效果：24、与现有技术相比，本发明的聚丙烯腈基石墨毡具有热容量低、保温性能好节约能源、温度改变速度快、可任意折叠、易裁剪、耐高温隔热性、导电性、摩擦性能，导热系数小等优点。该制备方法能提高聚丙烯腈基石墨毡的强度，柔韧性，减少杂质,能使石墨毡表面收缩均匀，表面平整。25、本发明结合了申请人自有的中国石化上海石油化工股份有限公司腈纶短纤维和中国石化上海石油化工股份有限公司pan基碳纤维(均为市售产品)，生产聚丙烯腈基石墨毡，确保了从原料到产品的全流程质量控制。结合申请人腈纶生产线连续化的流程，在腈纶纤维切短丝后的流程增加了成套的石墨毡生产流程，保证了两段生产线的高效结合，连续化生产石墨毡，降低了原料的转运储存等环节，降低了生产成本。26、腈纶纤维用于生产石墨毡时，腈纶纤维的质量和石墨毡的质量具有正相关性，这对腈纶生产厂家拓宽产品链有指导性。三元共聚组成中，丙烯酸甲酯的含量要在合理范围内，含量高，石墨毡的弹性较好，但时容易产生微粒、粉尘。在碳化、石墨化过程中容易产生大量的微粒、灰尘，通过超声波高频振动清洗和热风干燥等能显著降低微粒、灰尘。技术特征：1.一种聚丙烯腈基石墨毡的制备方法，包括：2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的聚丙烯腈基腈纶纤维的纤度为3.33dtex或6.67dtex。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯腈基腈纶纤维为三元共聚丙烯腈基腈纶纤维，由第一单体丙烯腈含量88-92wt％、第二种单体丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯含量7-10wt％和第三种单体衣康酸钠或甲基丙烯磺酸钠含量0.5-1wt％组成。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述三元共聚丙烯腈基腈纶纤维，由第一单体丙烯腈含量90.5wt％、第二种单体丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯含量9wt％和第三种单体衣康酸钠或甲基丙烯磺酸钠含量0.5wt％组成。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述三元共聚丙烯腈基腈纶纤维，由第一单体丙烯腈含量89.5wt％、第二种单体丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯含量10wt％和第三种单体衣康酸钠或甲基丙烯磺酸钠含量0.5wt％组成。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述三元共聚丙烯腈基腈纶纤维，纤维纤度偏差≤6％，强度≥2.0cn/dtex，伸长≥35％，长度偏差≤6％。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)针刺编织，针刺加工得到纤维毡，毡体厚度为6-8mm，体积密度为0.099g-0.109g/cm3。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)纤维毡预氧化，热处理温度为180-220℃，处理时间为12-18分钟。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)预氧化纤维毡的碳化，升温至900-1100℃，处理时间为10-17分钟；送入石墨磨具中进行石墨化处理，温度1800-2100℃。10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法，还包括步骤(5)碳化纤维毡后处理：采用20-30khz的声波波段对碳化纤维毡进行振动清洗，然后进行烘干处理，干燥温度为40-60℃，干燥时间为30-70分钟，即得含水率≤0.5％的聚丙烯腈基石墨毡。11.一种由权利要求1-10任一项所述制备方法制备得到的聚丙烯腈基石墨毡。12.根据权利要求11所述的聚丙烯腈基石墨毡，其特征在于：所述聚丙烯腈基石墨毡的体积密度为0.09-0.103g/cm3，碳含量为98-99.2wt％，石墨毡收率为45-47％，导热系数0.08-0.11w/m。石墨毡中微粒、灰尘占比0.1-0.5％。技术总结本发明提供了一种聚丙烯腈基石墨毡的制备方法，包括：聚丙烯腈基腈纶纤维和聚丙烯腈基碳纤维切短丝；将碳纤维短纤维、腈纶短纤维以及毡体，进行针刺加工得到纤维毡；将纤维毡送入至预氧化炉中进行热处理，热处理温度为150‑260℃，纤维毡的预处理时间为10‑20分钟；将预氧化后的纤维毡送至炭化炉中碳化处理，再送入石墨磨具中进行石墨化处理，制得聚丙烯腈基石墨毡。本发明的聚丙烯腈基石墨毡具有热容量低、保温性能好节约能源、温度改变速度快、可任意折叠、易裁剪、耐高温隔热性、导电性、摩擦性能，导热系数小等优点。该制备方法能提高聚丙烯腈基石墨毡的强度，柔韧性，减少杂质,能使石墨毡表面收缩均匀，表面平整。技术研发人员：钱凯,姚志玮,陈旭辉,奚伟锋,金颖辉受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18