一种碳纤维原丝的预氧化工艺及聚丙烯腈碳纤维预氧丝的制作方法

1.本发明属于纺织领域，具体地说，涉及一种碳纤维原丝的预氧化工艺及聚丙烯腈碳纤维预氧丝。

背景技术：

2.碳纤维是含碳量在90％以上的无机高分子纤维，是由有机纤维(如腈纶丝、沥青及粘胶纤维等)在惰性气体中经碳化和石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维具有诸多优异的力学性能，同钛、钢、铝等金属材料相比，既具有碳材料的固有本性，又具有纺织纤维的柔软可加工性，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、热膨胀系数小等诸多优异性能，广泛应用于飞机制造和航空航天及导弹火箭等军工领域，风力发电叶片、汽车制造等工业领域，还有高尔夫球棒、羽毛球拍及自行车等体育休闲领域。
3.碳纤维的生产工艺可分为聚丙烯腈纤维(原丝)、预氧化工艺及碳化工艺。预氧化是生产聚丙烯腈基碳纤维的一个重要的中间过程。它起到承前启后由原丝转化为碳纤维的桥梁，预氧化不仅控制着碳纤维的质量，而且也控制着碳纤维的产量。
4.同样预氧化阶段的预氧化炉也是碳纤维生产的关键装备，同时也是耗时最长、能耗最高的装备，运行温度为180-300℃，纤维在预氧化炉内的处理时间常规为70-120分钟。因此降低碳纤维成本、提升品质的关键在于碳化的预氧化阶段。
5.有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题在于克服目前碳纤维预氧化时间长，生产效率低，生产成本高的问题，提供一种碳纤维原丝的预氧化工艺，使得碳纤维预氧化时间短，生产效率高，生产成本低，且得到的碳纤维力学性能好。
7.为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
8.一种碳纤维原丝的预氧化工艺，碳纤维原丝在含氧量25-90％的氧化炉内预氧化。
9.进一步地，控制预氧化时间为22-36min。
10.优选的，控制氧化炉内含氧量增加至原来的120-360％，预氧化时间缩短7.7-38.9％。
11.进一步地，预氧化过程中向氧化炉内通入新风，新风由氧气和空气形成，且氧气与空气的流量比为0.053-6.9：1。
12.优选的，控制氧化炉内含氧量增加至原来的120-360％，氧气与空气流量的比值增加143-992％。
13.进一步地，在通入新风的过程中，将氧化炉内的废气排出，氧化炉内的新风进入量与废气排放量为2000-2800m3/h。
14.进一步地，预氧化过程中，控制氧化炉内含氧量增加至原来的120-360％，碳纤维原丝的运行速度增加80-120％；
15.优选的，碳纤维原丝的运行速度为5-12m/min；
16.优选的，碳纤维原丝的运行速度为10m/min。
17.进一步地，控制氧化炉内预氧化温度为240-280℃；
18.优选的，氧化炉内预氧化温度为250-270℃；
19.优选的，氧化炉内预氧化温度为260℃。
20.进一步地，预氧化过程中将原丝进行了多段牵伸；
21.优选的，所述多段牵伸包括一温区牵伸、二温区牵伸、三温区牵伸和四温区牵伸；
22.优选的，一温区的温度为220-240℃，牵伸倍数为1.01-1.15倍；二温区的温度为230-250℃，牵伸倍数为0.98-1.01倍；三温区的温度为240-260℃，牵伸倍数为0.97-0.99倍；四温区的温度为250-270℃，牵伸倍数为0.80-0.98倍；
23.优选的，所述一温区的温度为230℃，牵伸倍数为1.1倍；二温区的温度为240℃，牵伸倍数为1倍；三温区的温度为250℃，牵伸倍数为0.98倍；四温区的温度为260℃，牵伸倍数为0.97倍。
24.原丝预氧化过程中，高取向原丝会发生物理收缩，构象增多；此外，原丝经过分子内环化和分子间交联，使原丝的线型大分子链转化为耐热的梯形结构，产生化学收缩。因此，在原丝预氧化过程中，为了控制原丝物理收缩和化学收缩，对原丝进行了牵伸，牵伸可有效控制原丝的化学收缩和物理收缩程度
25.进一步地，预氧化过程中，通过牵伸辊对碳纤维原丝进行牵伸，控制牵伸辊的辊速精准度为0.0005-0.0015m/min；
26.优选的，控制牵伸辊的辊速精准度为0.001m/min。
27.进一步地，预氧化过程中，向氧化炉内通入在氧化炉内循环的循环风，循环风的风速为1.3-1.8m/s。
28.优选的，控制循环风的风速与氧化炉内的含氧量成正相关关系；
29.优选的，所述循环风的风速为1.5m/s。
30.本发明还公开一种聚丙烯腈碳纤维预氧丝，预氧丝的体密度为1.362-1.368g/cm3，预氧丝的含氧量为10.1-11.5％，预氧丝的芯部截面积与预氧丝总截面积之比为0.05-0.2:1，
31.优选的，预氧丝的体密度为1.365g/cm3；
32.优选的，预氧丝的含氧量为11％；
33.优选的，预氧丝芯部截面积与预氧丝总截面积之比为0.05:1；
34.优选的，所述预氧丝采用上述技术方案中任一所述的碳纤维原丝的预氧化工艺生产得到。
35.具体地，碳纤维的制备方法，具体包括以下步骤：
36.1)丙烯腈、丙烯酸甲酯和衣康酸经水相悬浮聚合反应得到聚合物，聚合物经螯合反应终止，再经过滤、烘干得到粉状聚合物；
37.2)将粉状聚合物溶解于dmac(指二甲基乙酰胺)中，经升温、过滤、调温得到纺丝原液；
38.3)纺丝原液通过特殊设计的喷丝板喷出，进入凝固浴经成型得到初生纤维；
39.4)初生纤维经超生波震荡波浪水洗、上油、烘干、迷宫蒸汽、牵伸、定型得到原丝；
40.5)原丝经预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、干燥、上浆、干燥得到碳纤维。
41.进一步地，步骤5中的原丝采用上述技术方案中任一所述的预氧化工艺进行预氧化。
42.采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
43.本发明通过将碳纤维原丝在含氧量为25-90％的氧化炉内预氧化，提升了碳纤维原丝的运行速度，缩短了碳纤维原丝的预氧化时间，在预氧丝体密度和力学性能保持不变或者增大的前提下，有效提升了碳纤维原丝的预氧化效率，降低了生产成本；此外，由该预氧化工艺制备得到预氧丝的皮芯结构较少，进一步地，由皮芯结构较少的预氧丝制备得到的碳纤维表面毛丝量大幅度减少，且内外性能均匀，力学性能得到了很大的提升。
44.本发明通过将氧化炉新风进入量和排废量均调整为2000-2800m3/h，保证了氧化炉内的气氛平衡，使得氧化炉内的含氧量保持在25-90％，有效缩短预氧化时间。
45.本发明通过控制碳化线运行速度为5-12m/min，保证了碳纤维原丝的预氧化效果好，有效缩短了碳纤维原丝的预氧化停留时间，提高了碳纤维原丝的预氧化效率。
46.本发明通过在预氧化过程中，向氧化炉内通入在氧化炉内循环的循环风，使得氧气能够在氧化炉内均匀分散，进一步使得原丝的预氧化更加均匀和充分，有助于提升预氧化效果。
47.本发明中通过在预氧化过程中将原丝进行多段牵伸，保持了碳纤维原丝大分子链对纤维轴的取向度，控制碳纤维原丝化学收缩和物理收缩，以使得碳纤维原丝能够满足不同温区的物理、化学变化。
48.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
49.附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
50.图1是本发明实施例一对应的聚丙烯腈碳纤维预氧丝的截面图；
51.图2是本发明实施例二对应的聚丙烯腈碳纤维预氧丝的截面图；
52.图3是本发明对比例的聚丙烯腈碳纤维预氧丝的截面图。
53.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
54.实施例一
55.碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
56.1)丙烯腈、丙烯酸甲酯和衣康酸三种单体按一定的质量比混合得到混合物，在水中连续加入丙烯腈、丙烯酸甲酯和衣康酸的混合物，经水相悬浮聚合反应得到聚合物。
57.2)聚合物中加入对羟基苯甲醚进行螯合反应终止；然后采用汽提塔脱出未反应的单体，经水洗过滤机过滤后进行烘干，得到的粉状聚合物。
58.2)将粉状聚合物溶解于dmac中形成纺丝原液。
59.3)纺丝原液经过计量泵计量后通过喷丝板进入凝固浴，经双扩散成型得到初生纤维，凝固浴为dmac水溶液；
60.4)初生纤维进行水洗，水洗温度范围为90℃，水洗量5吨/小时；水洗过程中同时进行牵伸；然后上油形成上油纤维；
61.5)上油纤维烘干，烘干过程中同时进行牵伸，得到烘干后的纤维；
62.6)烘干后的纤维再进行迷宫蒸汽牵伸，蒸汽牵伸倍数为2.5倍；然后进行蒸汽定型，最后得到原丝，所述牵伸过程的总牵伸倍数控制在15倍，原丝干燥后收丝卷绕成筒，最终形成碳纤维原丝。
63.7)碳纤维原丝经在含氧量为30％的氧化炉内预氧化，并在预氧化过程中进行二次牵伸得到预氧丝；
64.预氧化过程中向氧化炉内通入新风，在通入新风的过程中，将氧化炉内的废气排出，氧化炉内的新风进入量与废气排放量为2800m3/h；
65.其中，新风由氧气和空气形成，且氧气与空气的流量比为0.129:1，即氧气的通入量为319m3/h，空气的通入量为2418m3/h；
66.预氧化过程中，碳纤维原丝的运行速度为9m/min；氧化炉内预氧化温度为240℃；
67.预氧化过程中将碳纤维原丝进行了多段牵伸，包括一温区牵伸、二温区牵伸、三温区牵伸和四温区牵伸；其中，一温区温度为230℃，牵伸倍数为1.1倍；二温区温度为240℃，牵伸倍数为1倍；三温区的温度为250℃，牵伸倍数为0.98倍；四温区的温度为260℃，牵伸倍数为0.97倍。
68.预氧化过程中通过牵伸辊对碳纤维原丝进行牵伸，调整变频器参数，如通过电流输入值与量程输出值相匹配，控制牵伸辊的辊速精准度为0.001m/min；
69.预氧化过程中，向氧化炉内通入在氧化炉内循环的循环风，循环风的风速为1.5m/s；
70.预氧化的时间为33.2min。
71.8)预氧化后的预氧丝进行经低温碳化，低温碳化的温度为500℃，低温碳化过程中发生热分解反应，施加1.00-1.05倍的牵伸力，再经高温碳化，高温碳化的温度为1500℃，高温碳化过程中发生热缩聚反应，施加0.03-0.05倍的牵伸力，以控制纤维的收缩。再经表面处理、上浆、烘干、收卷得到碳纤维。
72.实施例二：
73.本实施例与实施例一的区别仅在于：碳纤维原丝经在含氧量为50％的氧化炉内预氧化；氧气与空气的流量比为0.58:1，即氧气的通入量为1028m3/h，空气的通入量为1772m3/h；预氧化的时间为28.4min。
74.实施例三：
75.本实施例与实施例一的区别仅在于：碳纤维原丝经在含氧量为90％的氧化炉内预氧化；氧气与空气的流量比为6.9:1，即氧气的通入量为2446m3/h，空气的通入量为354m3/h；预氧化的时间为22min。
76.实施例四：
77.本实施例与实施例一的区别仅在于：碳纤维原丝经在含氧量为25％的氧化炉内预
氧化；氧气与空气的流量比为0.053:1，即氧气的通入量为142m3/h，空气的通入量为2658m3/h；预氧化的时间为36min。
78.实施例五：
79.本实施例与实施例一仅步骤7)不同。本实施例的步骤7)为：
80.碳纤维原丝经在含氧量为60.5％的氧化炉内预氧化，并在预氧化过程中进行二次牵伸得到预氧丝；
81.预氧化过程中向氧化炉内通入新风，在通入新风的过程中，将氧化炉内的废气排出，氧化炉内的新风进入量与废气排放量为2000m3/h；
82.其中，新风由氧气和空气形成，且氧气与空气的流量比为1:1，即氧气的通入量为1000m3/h，空气的通入量为1000m3/h；
83.预氧化过程中，碳纤维原丝的运行速度为11m/min；氧化炉内预氧化温度为280℃；
84.预氧化过程中将碳纤维原丝进行了多段牵伸，包括一温区牵伸、二温区牵伸、三温区牵伸和四温区牵伸；其中，一温区温度为240℃，牵伸倍数为1.15倍；二温区温度为250℃，牵伸倍数为1.01倍；三温区的温度为260℃，牵伸倍数为0.99倍；四温区的温度为270℃，牵伸倍数为0.98倍。
85.预氧化过程中通过牵伸辊对碳纤维原丝进行牵伸，调整变频器参数，如通过电流输入值与量程输出值相匹配，控制牵伸辊的辊速精准度为0.0015m/min；
86.预氧化过程中，向氧化炉内通入在氧化炉内循环的循环风，循环风的风速为1.7m/s；
87.预氧化的时间为27min。
88.实施例六：
89.本实施例与实施例一仅步骤7)不同。本实施例的步骤7)为：
90.碳纤维原丝经在含氧量为90％的氧化炉内预氧化，并在预氧化过程中进行二次牵伸得到预氧丝；
91.预氧化过程中向氧化炉内通入新风，在通入新风的过程中，将氧化炉内的废气排出，氧化炉内的新风进入量与废气排放量为2500m3/h；
92.其中，新风由氧气和空气形成，且氧气与空气的流量比为6.9:1，即氧气的通入量为1000m3/h，空气的通入量为1000m3/h；
93.预氧化过程中，碳纤维原丝的运行速度为12m/min；氧化炉内预氧化温度为260℃；
94.预氧化过程中将碳纤维原丝进行了多段牵伸，包括一温区牵伸、二温区牵伸、三温区牵伸和四温区牵伸；其中，一温区温度为220℃，牵伸倍数为1.01倍；二温区温度为230℃，牵伸倍数为0.98倍；三温区的温度为240℃，牵伸倍数为0.97倍；四温区的温度为250℃，牵伸倍数为0.80倍。
95.预氧化过程中通过牵伸辊对碳纤维原丝进行牵伸，调整变频器参数，如通过电流输入值与量程输出值相匹配，控制牵伸辊的辊速精准度为0.0005m/min；
96.预氧化过程中，向氧化炉内通入在氧化炉内循环的循环风，循环风的风速为1.8m/s。
97.实施例七：
98.本实施例与实施例一仅步骤7)不同。本实施例的步骤7)为：
99.碳纤维原丝经在含氧量为90％的氧化炉内预氧化，并在预氧化过程中进行二次牵伸得到预氧丝；
100.预氧化过程中向氧化炉内通入新风，在通入新风的过程中，将氧化炉内的废气排出，氧化炉内的新风进入量与废气排放量为2500m3/h；
101.其中，新风由氧气和空气形成，且氧气与空气的流量比为6.9:1，即氧气的通入量为1000m3/h，空气的通入量为1000m3/h；
102.预氧化过程中，碳纤维原丝的运行速度为12m/min；氧化炉内预氧化温度为250℃；
103.预氧化过程中将碳纤维原丝进行了多段牵伸，包括一温区牵伸、二温区牵伸、三温区牵伸和四温区牵伸；其中，一温区温度为220℃，牵伸倍数为1.01倍；二温区温度为230℃，牵伸倍数为0.98倍；三温区的温度为240℃，牵伸倍数为0.97倍；四温区的温度为250℃，牵伸倍数为0.80倍。
104.预氧化过程中通过牵伸辊对碳纤维原丝进行牵伸，调整变频器参数，如通过电流输入值与量程输出值相匹配，控制牵伸辊的辊速精准度为0.0005m/min；
105.预氧化过程中，向氧化炉内通入在氧化炉内循环的循环风，循环风的风速为1.3m/s。
106.对比例：
107.本对比例与实施例一的区别在于仅向氧化炉内通入空气，空气中含氧量21％。
108.通过对实施例一、实施例二、实施例三、对比例得到的预氧丝进行氧化时间、体密度、预氧丝含氧量、强度测试，得到的对比表如下表1所示：
109.表1：预氧丝性能特征对比表：
[0110][0111][0112]
由表1可知，氧化炉内含氧量增加至原来的120-360％，预氧化时间缩短7.7-38.9％，碳纤维原丝的运行速度增加80-120％，即随着氧化炉内含氧量的增加，碳纤维原丝的运行速度增大，预氧化时间缩短，在预氧丝体密度保持不变或者增大的前提下，有效提升了原丝的预氧化效率，极大地降低了生产成本。此外，在缩短预氧化时间的同时，还增加了预氧丝的含氧量，有效改善了预氧化效果。
[0113]
此外，由表1、图1和图2可知，经本发明的预氧化工艺制备得到的预氧丝芯部截面积与预氧丝总截面积之比为0.25-0.05:1，也即得到的预氧丝皮芯结构较少，甚至几乎不存在皮芯结构；而由图3并结合表1中的数据可知，对比例中的皮芯结构明显，导致对比例最终
得到的碳纤维性能较差。
[0114]
试验例1：
[0115]
控制其他条件与实施例1相同，区别仅在于氧化炉内含氧量为21％，氧化炉内的预氧化温度为200℃。
[0116]
试验例2：
[0117]
控制其他条件与实施例1相同，区别仅在于氧化炉内含氧量为25％，氧化炉内的预氧化温度为200℃。
[0118]
试验例3：
[0119]
控制其他条件与实施例1相同，区别仅在于氧化炉内含氧量为30％，氧化炉内的预氧化温度为200℃。
[0120]
试验例4：
[0121]
控制其他条件与实施例1相同，区别仅在于氧化炉内含氧量21％，氧化炉内的预氧化温度为210℃。
[0122]
试验例5：
[0123]
控制其他条件与实施例1相同，区别在于氧化炉内含氧量25％，氧化炉内的预氧化温度为210℃。
[0124]
试验例6：
[0125]
控制其他条件与实施例1相同，区别仅在于氧化炉内含氧量30％，氧化炉内的预氧化温度为210℃。
[0126]
通过对上述试验例1至试验例6得到的预氧丝的体密度和颜进行检测，得到检测数据如下表2所示：
[0127]
表2：
[0128][0129]
由表2可知，氧化炉内含氧量不同，不会对预氧丝的泽造成不良影响，因此，可直接通过控制氧化炉内的含氧量控制预氧化时间。
[0130]
此外，由表2可知，氧化炉内含氧量越高，预氧丝的体密度越大，即通过合理控制氧化炉内的含氧量，能够更好地控制预氧丝的体密度。在实际工业生产中不易出现原丝烧断、开丝、缠辊等现象，有效提高了企业生产效率。
[0131]
在含氧量不变的条件下，温度升高，预氧丝的颜变深，表明预氧化的速率高，也
即合理的提高氧化炉内的预氧化温度，有利于提升预氧化效率。
[0132]
试验例7：
[0133]
控制其他条件与实施例1相同，区别在于氧化炉内含氧量50％，预氧化时间58min。
[0134]
试验例8：
[0135]
控制其他条件与实施例1相同，区别在于氧化炉内含氧量21％，预氧化时间58min。
[0136]
将试验例7和试验例8得到的预氧丝进行纤度、强度和伸长率的力学性能测试，并对预氧丝的元素进行分析，具体如下表3所示：
[0137]
表3：
[0138][0139][0140]
由表3可知，在预氧化时间相同的条件下，氧化炉内含氧量越高，对应的预氧丝伸长率越大，有利于预氧丝的牵伸，且牵伸过程中不容易发生断裂，在实际工业生产中不易出现原丝烧断、开丝等现象，有利于提高企业生产效率。此外，氧化炉内含氧量越高，生产得到的预氧丝的氧含量较高，也即预氧化效果更好。
[0141]
试验例9：
[0142]
控制其他条件与实施例1相同，区别在于氧化炉内含氧量21％，预氧化时间82min。
[0143]
试验例10：
[0144]
控制其他条件与实施例1相同，区别在于氧化炉内含氧量21％，预氧化时间70min。
[0145]
试验例11：
[0146]
控制其他条件与实施例1相同，区别在于氧化炉内含氧量30％，预氧化时间58min。
[0147]
试验例12：
[0148]
控制其他条件与实施例1相同，区别在于氧化炉内含氧量50％，预氧化时间58min。
[0149]
试验例13：
[0150]
控制其他条件与实施例1相同，区别在于氧化炉内含氧量21％，预氧化时间94min。
[0151]
试验例14：
[0152]
控制其他条件与实施例1相同，区别在于氧化炉内含氧量90％，预氧化时间58min。
[0153]
通过对实施例9至实施例14得到的预氧丝的体密度进行检测，具体如下表4所示：
[0154]
表4：
[0155]
编号氧化炉内含氧量预氧化时间体密度g/cm3试验例921％82min1.368试验例1021％70min1.360试验例1130％58min1.357试验例1250％58min1.368试验例1321％94min1.386试验例1490％58min1.387
[0156]
由上表4可知，试验例9与试验例12的体密度相同，但是预氧化时间缩短了24min，
即节省时间29.3％；试验例10与试验例12的体密度接近，但是预氧化时间缩短了12min，即节省时间17.1％；试验例13与试验例14的体密度接近，但是预氧化时间缩短了36min，即节省时间38.3％；因此，通过提升氧化炉内含氧量，能够有效缩短预氧化时间，进而达到预期的预氧丝体密度。
[0157]
即本发明通过调整氧化炉内的含氧量，能够极大地缩短预氧化时间，且制备出的预氧丝的体密度与预氧化时间较长的预氧丝的体密度相近，保障了原丝的预氧化程度。通过调整氧化炉内的含氧量，能够在一定程度上明显降低原丝的接头断裂的问题，避免在氧化炉内发生缠辊，有效提高了生产效率。
[0158]
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

技术特征：

1.一种碳纤维原丝的预氧化工艺，其特征在于：碳纤维原丝在含氧量为25-90％的氧化炉内预氧化。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维原丝的预氧化工艺，其特征在于，控制预氧化时间为22-36min；优选的，控制氧化炉内含氧量增加至原来的120-360％，预氧化时间缩短7.7-38.9％。3.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维原丝的预氧化工艺，其特征在于：预氧化过程中向氧化炉内通入新风，新风由氧气和空气形成，且氧气与空气流量的比值为0.053-6.9；优选的，控制氧化炉内含氧量增加至原来的120-360％，氧气与空气流量的比值增加143-992％。4.根据权利要求3所述的一种碳纤维原丝的预氧化工艺，其特征在于：在通入新风的过程中，将氧化炉内的废气排出，氧化炉内的新风进入量与废气排放量为2000-2800m3/h。5.根据权利要求1-4任一所述的一种碳纤维原丝的预氧化工艺，其特征在于，预氧化过程中，控制氧化炉内含氧量增加至原来的120-360％，碳纤维原丝的运行速度增加80-120％；优选的，碳纤维原丝的运行速度为5-12m/min；优选的，碳纤维原丝的运行速度为10m/min。6.根据权利要求1-5任一所述的一种碳纤维原丝的预氧化工艺，其特征在于，控制氧化炉内预氧化温度为240-280℃；优选的，氧化炉内预氧化温度为250-270℃；优选的，氧化炉内预氧化温度为260℃。7.根据权利要求1-6任一所述的一种碳纤维原丝的预氧化工艺，其特征在于，预氧化过程中将原丝进行多段牵伸；优选的，所述多段牵伸包括一温区牵伸、二温区牵伸、三温区牵伸和四温区牵伸；优选的，一温区的温度为220-240℃，牵伸倍数为1.01-1.15倍；二温区的温度为230-250℃，牵伸倍数为0.98-1.01倍；三温区的温度为240-260℃，牵伸倍数为0.97-0.99倍；四温区的温度为250-270℃，牵伸倍数为0.80-0.98倍；优选的，所述一温区的温度为230℃，牵伸倍数为1.1倍；二温区的温度为240℃，牵伸倍数为1倍；三温区的温度为250℃，牵伸倍数为0.98倍；四温区的温度为260℃，牵伸倍数为0.97倍。8.根据权利要求1-7任一所述的一种碳纤维原丝的预氧化工艺，其特征在于，预氧化过程中，通过牵伸辊对碳纤维原丝进行牵伸，控制牵伸辊的辊速精准度为0.0005-0.0015m/min；优选的，控制牵伸辊的辊速精准度为0.001m/min。9.根据权利要求1-8任一所述的一种碳纤维原丝的预氧化工艺，其特征在于，预氧化过程中，向氧化炉内通入在氧化炉内循环的循环风，循环风的风速为1.3-1.8m/s；优选的，控制循环风的风速与氧化炉内的含氧量成正相关关系；优选的，所述循环风的风速为1.5m/s。10.一种聚丙烯腈碳纤维预氧丝，其特征在于：预氧丝的体密度为1.362-1.368g/cm3，预氧丝的含氧量为10.1-11.5％，预氧丝的芯部截面积与预氧丝总截面积之比为0.05-0.25:
1；优选的，预氧丝的体密度为1.365g/cm3；优选的，预氧丝的含氧量为11％；优选的，预氧丝芯部截面积与预氧丝总截面积之比为0.05:1；优选的，所述预氧丝采用权利要求1-9任一所述的碳纤维原丝的预氧化工艺生产得到。

技术总结

本发明公开了一种碳纤维原丝的预氧化工艺及聚丙烯腈碳纤维预氧丝，碳纤维原丝在含氧量为25-90％的氧化炉内预氧化。本发明通过将碳纤维原丝在含氧量为25-90％的氧化炉内预氧化，提升了碳纤维原丝的运行速度，缩短了碳纤维原丝的预氧化时间，在预氧丝体密度和力学性能保持不变或者增大的前提下，有效提升了碳纤维原丝的预氧化效率，降低了生产成本；此外，由该预氧化工艺制备得到预氧丝的皮芯结构较少，进一步地，由皮芯结构较少的预氧丝制备得到的碳纤维表面毛丝量大幅度减少，且内外性能均匀，力学性能得到了很大的提升。力学性能得到了很大的提升。力学性能得到了很大的提升。