碳化聚酰亚胺复合纤维的制作方法

本技术应用领域不限于航天、航空、汽车等多种领域的应用，本发明是将聚酰亚胺和其他材料复合之后经过碳化制备的一种新型纤维。特点是它拥有高温稳定性、优异的机械性能具备很好的刚性和韧性和抗拉强度能够承受住高温环境和高温环境下的机械振动。可在高温环境下保持结构稳定不易变形或破裂。拥有抵抗酸碱等化学腐蚀，适用于多种腐蚀环境下的应用。碳化聚酰亚胺纤维相对金属具有较低的密度拥有轻量化高强度。碳化聚酰亚胺复合纤维具有较高的导热率等等特点。

背景技术：

1、本发明名称叫做碳化聚酰亚胺复合纤维，它以高的性能超越传统的聚丙烯腈碳纤维。应用于航天、航空、汽车等多种领域的应用，本发明是将聚酰亚胺和石墨复合之纺丝后经过热处理碳化制备的一种新型创新型纤维。特点是它拥有高温稳定性、优异的机械性能具备很好的刚性和韧性和抗拉强度能够承受住高温环境和高温环境下的机械振动。可在高温环境下保持结构稳定不易变形或破裂。拥有抵抗酸碱等化学腐蚀，适用于多种腐蚀环境下的应用。碳化聚酰亚胺复合纤维，相对金属具有较低的密度拥有轻量化高强度。碳化聚酰亚胺复合纤维具有较高的导热率等等特点。

2、实现这一复合纤维材料的研发制造将应用复合材料技术、纤维技术、碳化技术、高分子材料技术等等。完成高性能纤维领域、复合材料领域，对其并进行创新和超越。本纤维一经生产会超越大多数高性能纤维，以解决我国对高性能纤维的需求推进技术和实现创新。也期待我国的科技发展蒸蒸日上领先。

技术实现思路

1、本发明名称叫做碳化聚酰亚胺复合纤维，对复合材料或高性能纤维等领域进行的创新和超越。制备需要的原料主要包括聚酰亚胺、石墨(c)为碳源和增强剂也是润滑剂、溶剂二甲亚砜(ch3)2so。

2、聚酰亚胺具有优异的高温稳性，能够在高温环境下长时间保持结构稳定性和性能不变。

3、聚酰亚胺具有良好的机械性能，包括高强度、高模量和良好的耐疲劳性能。这使得它成为许多高要求应用领域的理想选择。聚酰亚胺具有良好的化学稳定性，能够抵抗许多化学品的侵蚀。

4、聚酰亚胺也具有良好的耐磨性能，能够在高摩擦和高负荷的条件下保持较长的使用寿命。

5、聚酰亚胺具有优异的可加工性可以通过多种工艺对它进行加工。

6、石墨具有良好的强度和刚度，在碳化聚酰亚胺复合纤维中作为增强填料和碳源作用。能够提高纤维的抗拉强度和性能，使得最终的复合材料具有更好的机械性能。

7、石墨具有良好的导热性能，加入适量的石墨可以改善碳化聚酰亚胺复合纤维的导热性能，使其适用于需要良好热传导性能的应用场合。

8、在制造碳化聚酰亚胺复合纤维的碳化过程中，石墨作为碳源可以提供额外的碳原子，加速碳化反应的进行，有助于形成更稳定的碳结构，提高纤维的高温稳定性和耐热性能。

9、石墨可以改善流动性，使其更易于加工成纤维的形态，有利于制备出形貌均匀、性能稳定的碳化聚酰亚胺复合纤维。

10、二甲亚砜(ch3)2so是一种极性的溶剂拥有优异的溶解性，有助于帮助形成均匀的溶液，便于后续的纺丝加工。二甲亚砜(ch3)2so一般可以用作合成纤维使用。二甲亚砜(ch3)2so在纺丝过程中可以起到调节黏度和流动性的作用，有助于控制纤维的质量和性能。二甲亚砜(ch3)2so是一种无色无味透明液体，相对于其他的溶液相比它的毒性较低可以一定程度保障生产安全、人员的安全。

11、实例制备一：碳化聚酰亚胺复合纤维干法纺丝制备的碳化聚酰亚胺复合纤维。选择合适制备纤维的聚酰亚胺颗粒或者特定大小的粉末、石墨粉作为原料即可是增强剂也是碳源也是润滑剂，聚酰亚胺颗粒需要具有适合制备纤维的分子量和分子结构，因为干法不使用溶剂由实例二湿法纺丝使用。

12、选择聚酰亚胺颗粒、石墨粉进行预处理，挑选准备好这些原料进行检测确保高纯度，进行预备。

13、将预处理后的聚酰亚胺颗粒、石墨粉通过设备机械搅拌或者磨球机搅拌。搅拌好确保均匀混合。石墨粉会吸附或者混合，保障均匀之后放入干法纺丝机，干法纺丝机会将颗粒或者颗粒粉末加热至可纺丝的熔融状态，同时混合着石墨粉。石墨粉末通常具有较好的表面活性，因此在混合过程中可以与聚酰亚胺颗粒相互吸附。这种吸附现象有助于石墨粉末与聚酰亚胺颗粒之间形成较好的接触，并促进二者之间的混合与结合。当石墨粉末与聚酰亚胺颗粒混合时，它们之间可能发生物理吸附，即石墨表面的一些化学官能团与聚酰亚胺颗粒表面的一些官能团之间相互吸引，从而使石墨粉未在一定程度上与聚酰亚胺颗粒结合在一起。这种吸附作用有助于石墨粉末与聚酰亚胺颗粒在机械混合过程中和其他混合中更好地混合均匀，从而提高混合物的稳定性。此外，吸附效应还有助于后续的干法纺丝过程中，石墨粉末与聚酰亚胺颗粒之间形成更好的结合，从而提高纤维的性能。所以干法只要将聚酰亚胺颗粒和石墨粉未直接混合，并通过机械搅拌或其他混合方法，确保二者充分混合均匀。然后，将混合物置于干法纺丝设备中，通过控制纺丝温度和速度，将混合物纺成纤维。如果聚酰亚胺颗粒较硬或者粘度较高，如果导致混合效果不佳，此时可以考虑轻微加热以提高可塑性，但如果加热至聚酰亚胺颗粒熔化或溶解，会一定程度上影响后续的干法纺丝工艺。

14、经过干法纺丝机加热可纺丝状态的聚酰亚胺和石墨混合从纺丝喷嘴中挤出，形成连续的纤维。在纺丝过程中，可以通过控制喷嘴的温度、压力和拉伸速度等参数，调节纤维的直径、结构和形态。

15、将纺制出的纤维进行拉伸处理，以增强其拉伸性能和强度(备注：可以是根据不同需求进行选择是否拉伸)。在拉伸过程中，纤维的直径会变细，并且分子链会发生定向排列，从而提高其力学性能。随后，可以对纤维进行固化处理，使其结构稳定，确保其性能持久。

16、进行热处理和碳化。将纺制出的纤维进行热处理，将纺丝好的纤维置于热处理炉中，逐渐升温（解释：在预热中逐渐升温是为了以避免纤维因温度变化太快而产生影响）。预热的目的和优点是消除纤维中的残余水分和挥发性物质，提高后来碳化过程的效率。减少氧化，预热过程中添加惰性气体(氮气或氩气)。添加惰性气体可以减少氧气的影响降低纤维被氧化的风险，提高碳化的效率有助于实现高质量高效率碳化。然后热处理的开始。 在预热200℃至300℃左右之后(备注：预热时间根据实际预热效果设定，因为纤维的尺寸、形态不同经过实际来设定。一般预热情况下在几分钟至几十分钟之间，由权利要求书1中所述的根据需求和实际情况设定改变)。热处理完成之后将纤维取出，然后继续再将炉温进一步升至碳化温度。碳化温度通常在800°c至1200°c左右，(备注：具体温度取决于所使用的聚酰亚胺类型和碳化条件效果。具体碳化时间应当根据实际碳化效率设定，由权利要求书内所述的根据需求实际情况设定改变)。在碳化过程中，聚酰亚胺分子链中的氧、氢等元素会被去除，同时碳原子重新排列形成碳结构。这个过程在惰性气氛下进行，氮气或氩气，以避免氧化反应。在达到碳化温度后，保持一定时间的保温，以确保碳化聚酰亚胺复合纤维分子链充分碳化并形成稳定的碳结构。保温时间(保持温度)通常在数小时到数十小时不等，具体时间根据实际需求和实际性能设定。进行冷却，碳化过程结束后，取出碳化纤维。在室温下冷却过程中，要避免突然冷却，以免产生热应力影纤维的性能。最后可以对不同的需要需求，对碳化聚酰亚胺复合纤维进行后处理，表面处理、机械加工等，以改善其特性和应用性能。

17、干法纺丝的优点包括：不需要添加溶剂，生产效率高，成本较低。减少了对环境的污染和废物处理的成本；生产过程相对简单快速，易于操作；可以制备出高质量、纯度高的纤维；可以进行大批量生产，适用于工业化生产。然而，需要严格对一系列工艺做出控制。因此干法纺丝也存在一些挑战，需要对原料的均匀性控制、纤维的拉伸性能等。实例制备一完结，接着实例制备二。

18、实例制备二：这里制造碳化聚酰亚胺复合纤维采用湿法纺丝制备的碳化聚酰亚胺复合纤维。选择合适的聚酰亚胺树脂或聚酰亚胺颗粒、石墨粉、二甲亚砜溶剂作为原料，聚酰亚胺具有适合制备纤维的分子量和分子结构。

19、将聚酰亚胺树脂或者聚酰亚胺粉末等在溶剂中，在二甲亚砜当中，形成均匀的聚合物溶液。将适量的石墨粉未逐渐加入到聚酰亚胺溶液中，并进行充分搅拌均匀或者超声波搅拌，使石墨粉末均匀分散在溶液当中。将得到的聚酰亚胺/石墨溶液进行纺丝，这一实例制备二中是采用湿法纺丝方法将溶液纺成纤维。将纺丝得到的原始纤维进行初步热处理，将其加热至200°c至300°c左右加入惰性气体减少氧化(备注：预热时间一般在几分钟至几十分钟之间因为纤维尺寸因素、纤维形态因素不同。所以需要采取完美的措施和时间控制和设定，由权利要求1中所述热处理以及时间根据实际需求设定改变。预处理加热温度应当逐步加热在实例一括号内解释当中有说明是为了避免纤维因温度的快速变化而产生影响)。预热以去除残余溶剂和水分，并进行初步的固化。将初步固化的纤维置于碳化炉中，以合适的温度和惰性气氛（备注：氮气或氩气）。开始进行碳化处理。碳化温度应当设置在在800°c至1200°c之间，碳化时间约为数小时至数十小时之间（备注：实际时间、温度都必须按照实际碳化程度和碳化快慢效果设定，因为根据实际不同领域的需求纤维的尺寸和形态都不同所以如权利要求书中所述根据实际时间根据实际情况改变）。直至聚酰亚胺分子碳化成碳结构即可。在达到碳化温度后，保持一定时间的保温，以确保碳化聚酰亚胺复合纤维分子链充分碳化并形成稳定的碳结构。保温时间(保持温度)通常在数小时到数十小时不等，具体时间根据实际需求和实际性能设定。碳化过程结束之后后，将炉温降至室温，然后取出碳化纤维，进行自然冷却。最后可以对不同的需求和应用领域，对碳化聚酰亚胺复合纤维进行后处理，表面处理、机械加工等，以改善其特性和应用性能。（备注：在整个制备过程中，需要严格控制溶液的配比、溶液黏稠程度、流动性分析、纺丝工艺参数、碳化温度和时间等参数，以确保最终制备出的碳化聚酰亚胺纤维具有良好的结构和性能。添加石墨可以提高纤维的导热性能和力学强度，同时也有利于碳化过程中的碳源补充，进一步改善纤维的耐高温性能。这两个在一起互相各有所用混合形成了一个完美高性能的碳化聚酰亚胺复合纤维材料）。

20、这种湿法纺丝的特点在于湿法纺丝可以通过调节溶液浓度、喷丝速度等参数，控制纤维的形态、直径和结构。湿法纺丝在溶液中进行，有利于控制制备过程。

21、以上所述内容充分表达了技术领域背景技术以及非常详细的实例制备方法，本领域的技术人员和审查人员能够理解，在不脱离发明原理和宗旨的情况下进行的多种变化、修改都在本发明的权利要求保护范围内。综合以上两个实例制备，如权利要求以上实例选择哪种纺丝方法和工艺都在权利要求保护范围内。