农作物秸秆活性碳纤维生产方法.pdf

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1、10申请公布号CN104131364A43申请公布日20141105CN104131364A21申请号201410335224822申请日20140715D01F9/1720060171申请人李文军地址010011内蒙古自治区呼和浩特市新城区波士名人国际B座2025室72发明人李文军74专利代理机构北京市商泰律师事务所11255代理人邹芳德54发明名称农作物秸秆活性碳纤维生产方法57摘要本发明涉及一种农作物秸秆利用技术，即农作物秸秆活性碳纤维生产方法，包括熔融抽丝、氧化稳定、绝氧碳化过程，其特点是所述熔融抽丝过程是把农作物秸秆粉碎成细粉再放入捣缸，加入粘合剂，在捣缸中加热捣烂成粘稠流体，再加热。

2、抽丝制成原丝，待原丝干燥后放入蒸压釜中，在100120下蒸煮8090分钟，取出干燥定型，再送入炉内在绝氧条件下加温到11001200，碳化90120分钟，即成为碳纤维。其有益效果是生产的碳纤维强度及弹性模量适中，内部空隙度高，比表面积大，吸附性能、杀菌功能以及红外发射功能非常突出，可与和棉、毛、绒混纺，制成具有吸附、杀菌、除味、发射红外等功能的高档服装面料，可大幅增加玉米秸秆的附加值，增加农民收入，促进碳纤维产业的发展。51INTCL权利要求书1页说明书4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页10申请公布号CN104131364ACN104131364A1/。

3、1页21一种农作物秸秆活性碳纤维生产方法，包括熔融抽丝、氧化稳定、绝氧碳化过程，其特征在于所述熔融抽丝过程是把农作物秸秆粉碎成细粉再放入捣缸，加入粘合剂，在捣缸中加热捣烂成粘稠流体，再加热抽丝制成原丝，待原丝干燥后放入蒸压釜中，在100120下蒸煮8090分钟，取出干燥定型，再送入炉内在绝氧条件下加温到11001200，碳化90120分钟，即成为碳纤维。2根据权利要求1所述的农作物秸秆活性碳纤维生产方法，其特征在于所述农作物秸秆是玉米、高粱、水稻、麦类、豆类的秸秆中的一种或多种。3根据权利要求1所述的农作物秸秆活性碳纤维生产方法，其特征在于所述的粘合剂是煤焦油、沥青、羧甲基纤维素、淀粉胶之一，。

4、各种粘合剂的用法是所述煤焦油与乙醇按重量的10508稀释后，以秸秆重量的58与秸秆混合；所述羧甲基纤维素与水按重量的123混合，取秸秆重量的710与秸秆混合；所述沥青与二硫化碳按10204混合，取秸秆重量的46与秸秆混合；所述淀粉胶与35的聚乙烯醇溶液调成糊状，取秸秆重量的1015与秸秆混合。4根据权利要求1所述的农作物秸秆活性碳纤维生产方法，其特征在于所述玉米秸秆粉碎的细粉，在放入捣缸前，先与液化剂混合液化，所述液化剂是由氯苯和30的火碱溶液以134的重量比在0508MPA及120150下合成，再以硫酸液调PH值354配成，秸秆细粉液化剂34115，搅拌均匀，120蒸汽熏蒸30分钟后再放入捣。

5、缸。5根据权利要求1所述的农作物秸秆活性碳纤维生产方法，其特征在于所述加热抽丝的同时，向抽出的原丝喷雾防粘剂，防粘剂是按重量份由蒸馏水4550份、乳化硅油12份、甘油34份、丙酮68份，在6070下混合而成。6根据权利要求1所述的农作物秸秆活性碳纤维生产方法，其特征在于所述碳纤维在绝氧条件下继续升温到20002300，保持6080分钟，即成为活性碳纤维。7根据权利要求6所述的农作物秸秆活性碳纤维生产方法，其特征在于S所述活性碳纤维在冷浴下浸入30的硫酸溶液处理1020秒，送入高压釜，打入氢气，蒸汽加压0508MPA下处理6080分钟，减压后加入胶凝剂及润滑酯搅拌加压081MPA在80110下保。

6、持2530分钟，在经7080下水洗烘干制成柔软绒状活性碳纤维。8根据权利要求7所述的农作物秸秆活性碳纤维生产方法，其特征在于所述加入的胶凝剂是碳纤维质量的055，加入的润滑酯是碳纤维质量的13。9根据权利要求8所述的农作物秸秆活性碳纤维生产方法，其特征在于所述胶凝剂是羧甲基纤维素、淀粉胶、尿醛树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂之一。10根据权利要求8所述的农作物秸秆活性碳纤维生产方法，其特征在于所述润滑脂是按照重量份由乳化硅油23份，十二羟基硬脂酸45份，乙醇56份混合而成。权利要求书CN104131364A1/4页3农作物秸秆活性碳纤维生产方法技术领域0001本发明涉及一种农作物秸秆利。

7、用技术，即农作物秸秆活性碳纤维生产方法。背景技术0002碳纤维是含碳量高于90的无机高分子纤维。其中含碳量高于99的称石墨纤维。碳纤维比重小，强度高，不锈蚀，是替代钢铁以及多种矿物质纤维的新型材料。可是，由于目前人类还没有完全掌握碳纤维的形成规律，还不能用纯碳直接生产碳纤维，只能以含碳有机物如聚丙烯晴、沥青、煤焦油等少数化工产品或石油产品为原料生产碳纤维。由于资源有限，碳纤维产品造价昂贵，仅能在飞机、导弹、高尔夫球杆等高附加值产品上应用，难以普及推广。因此，开发新的廉价原料，成为碳纤维研发的主攻方向。据有关资料证明玉米、高粱、水稻、麦类秸秆含木质素和碳纤维的总量达70以上，是一种产量大、成本低。

8、且可再生的碳源材料。目前，农作物秸秆除了少量用于饲料、燃料之外，还有相当部分被废弃或集中焚烧，成为污染环境、引发火灾及航空事故的安全隐患。如果能把农作物秸秆用于碳纤维的制造，意义十分重大。可是，按照目前碳纤维的生产方法，必须把原料通过熔融制取原丝，再经氧化稳定、绝氧高温碳化及石墨化，才能制成碳纤维。而农作物秸秆的燃点很低，且不易液化，不能像聚丙烯晴、沥青、煤焦油那样熔融造丝，不能为碳化及石墨化提供原丝材料，因而还没有采用农作物秸秆制取碳纤维的报道。发明内容0003本发明的目的是提供一种以农作物秸秆为原料制取碳纤维的方法。0004上述目的是由以下技术方案实现的研制一种农作物秸秆碳纤维生产方法，包。

9、括熔融抽丝、氧化稳定、绝氧碳化过程，其特点是所述熔融抽丝过程是把农作物秸秆粉碎成细粉再放入捣缸，加入粘合剂，在捣缸中加热捣烂成粘稠流体，再加热抽丝制成原丝，待原丝干燥后放入蒸压釜中，在100120下蒸煮8090分钟，取出干燥定型，再送入炉内在绝氧条件下加温到11001200，碳化90120分钟，即成为碳纤维。0005所述农作物秸秆是玉米、高粱、水稻、麦类、豆类的秸秆中的一种或多种。0006所述的粘合剂是煤焦油、沥青、羧甲基纤维素、淀粉胶之一。各种粘合剂的用法是所述煤焦油与乙醇按重量的10508稀释后，以秸秆重量的58与秸秆混合；所述羧甲基纤维素与水按重量的123混合，取秸秆重量的710与秸秆混。

10、合；所述沥青与二硫化碳按10204混合，取秸秆重量的46与秸秆混合；所述淀粉胶与35的聚乙烯醇溶液调成糊状，取秸秆重量的1015与秸秆混合。0007所述玉米秸秆粉碎的细粉，在放入捣缸前，先与液化剂混合液化，所述液化剂是由氯苯和30的火碱溶液以134的重量比在0508MPA及120150下合成，再以硫酸液调PH值354配成，秸秆细粉液化剂34115，搅拌均匀，120蒸汽熏蒸30分钟后再放入捣缸。0008所述加热抽丝的同时，向抽出的原丝喷雾防粘剂，防粘剂是按重量份由蒸馏水说明书CN104131364A2/4页44550份、乳化硅油12份、甘油34份、丙酮68份，在6070下混合而成。0009所述碳。

11、纤维在绝氧条件下继续升温到20002300，保持6080分钟，即成为活性碳纤维。0010把活性碳纤维在冷浴下浸入30的硫酸溶液处理1020秒，送入高压釜，打入氢气，蒸汽加压0508MPA下处理6080分钟，减压后加入胶凝剂及润滑酯搅拌加压081MPA在80110下保持2530分钟，在经7080下水洗烘干制成柔软绒状活性碳纤维。0011所述加入的胶凝剂是碳纤维质量的055，加入的润滑酯是碳纤维质量的13。0012所述胶凝剂是羧甲基纤维素、淀粉胶、尿醛树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂之一。0013所述润滑脂是按照重量份由乳化硅油23份，十二羟基硬脂酸45份，乙醇56份混合而成。0014本发。

12、明的有益效果是生产的碳纤维强度及弹性模量适中，内部空隙度高，比表面积大，吸附性能、杀菌功能以及红外发射功能非常突出，可与和棉、毛、绒混纺，制成具有吸附、杀菌、除味、发射红外等功能的高档服装面料，可大幅增加玉米秸秆的附加值，增加农民收入，促进碳纤维产业的发展。0015实施方式0016本发明总的构思是把玉米秸秆经粉碎缩合制成原丝，再经稳定、碳化制成碳纤维。下面围绕这一构思介绍四种实施例0017第一种实施例选用干燥秸秆，可以选用玉米、高粱、水稻、麦类的秸秆中的一种，也可以选用两种或两种以上进行混合。之所以选料范围这样宽泛，是因为作为碳纤维的原料主要看其含碳的木质素、纤维素和半纤维素的含量。据测定，上。

13、述农作物秸秆的木质素、纤维素及半纤维素含量均在总干重的70以上，而且上述成分的差异性不大，即使存在着某种差异，在本方法中也不会有所影响，因而具备了单一使用或任何比例混合使用的条件。显然，这一问题是不需要证明的。为了叙述方便，下面对于上述原料以下均称为秸秆。0018首先，把秸秆粉碎成细粉，过40目筛，放入捣缸，加入粘合剂溶液，粘合剂可选用煤焦油、羧甲基纤维素、沥青、淀粉胶之一。其中煤焦油与乙醇按重量的10508稀释后，以秸秆重量的58与秸秆混合。用羧甲基纤维素与水按重量的123混合，取秸秆重量的710与秸秆混合。沥青与二硫化碳按10204混合，取秸秆重量的46与秸秆混合。淀粉胶与35的聚乙烯醇溶。

14、液调成糊状，取秸秆重量的1015。在捣缸中边捣边加热到5060，捣烂成粘稠流体状，再送入漏孔直径为081MM的抽丝炉，温度在80100下抽丝，抽丝经过烘干即成原丝。把原丝放入蒸压釜中，在100120下蒸煮8090分钟，取出干燥定型。再送入碳化炉内，在绝氧或充氮排氧的条件下，以05/分钟的升温速率缓慢加热，加温到11001200，碳化90120分钟，即成为碳纤维。其拉伸强度达700800MPA，弹性模量达6169GPA。0019将制成的碳纤维在绝氧条件下继续升温到20002300，保持6080分钟，即成为活性碳纤维。纤维的单丝直径为1030UM，抗张强度为9001200MPA，弹性模量为8010。

15、0GPA。比表面积达到25003000M2/G。说明书CN104131364A3/4页50020上述方法制成的活性碳纤维，强度指标能够满足纺织业的要求，生产成本显著降低，特别适于和棉、毛、绒混纺，制作高档服装。其中与羊绒以11148689的比例混纺，织成的羊绒衫即保持了羊绒衫的柔软、滑顺、保温的特色以外，还增加了挺实、蓬松的特点，避免了原有的羊绒衫容易松懈的弊端。特别是保持了活性碳的吸附、净化、杀菌、消毒、除味等优点，其微孔结构还是红外线的良好发生体，具有明显的保温保健效果。由于活性碳纤维织入了面料，不会脱落，不怕清洗，可以长期保持活性碳的性能，这与活性碳颗粒纺入面料的现有技术相比，显示出独特。

16、的优势。0021第二种实施例抽丝前的过程与第一种实施例相同，在抽丝的同时，为了防止粘连，向抽出的原丝喷洒雾状的防粘剂，防粘剂是按重量份由蒸馏水4550份、乳化硅油12份、甘油34份、丙酮68份，在6070下混合而成。再把原丝放入蒸压釜中，在100120下蒸煮8090分钟，取出干燥定型。再送入碳化炉内，在绝氧或充氮排氧的条件下，以05/分钟的升温速率缓慢加热，加温到11001200，碳化90120分钟，即成为碳纤维。再把碳纤维在绝氧条件下继续升温到20002300，保持6080分钟，制成为活性碳纤维。0022为了使碳纤维更加柔软且具有更好的韧性和弹性，可对制取的活性碳纤维进行适度的还原反应，再把。

17、活性碳纤维在冷浴下浸入30的硫酸溶液处理1020秒，送入蒸压釜，打入还原剂。还原剂推荐采用氢气，也可以用硫化氢、溴化氢、碘化氢代替氢气。使用氢气应在加入蒸汽之前加入，压力止于03MPA以内，与碳纤维混合1520分钟后，再充入蒸汽，加压0508MPA，处理6080分钟。减压后加入碳纤维质量055的胶凝剂及13的润滑酯。胶凝剂采用羧甲基纤维素、淀粉胶、尿醛树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂之一。加入的润滑脂是由按重量份乳化硅油23份、十二羟基硬脂酸45份、乙醇56份混合而成。把胶凝剂、润滑脂与物料搅拌后蒸汽加压081MPA，减压降温在80110下保持2530分钟，在经7080下水洗烘干制成柔。

18、软绒状活性碳纤维。这里的碳纤维浸入硫酸的作用是使其发生还原反应，硫酸冷浴可将硫酸的容器置于冷水或其他循环的冷却介质当中，也可以采取其他的方式，其作用是把碳纤维与硫酸接触后产生的热量带走，使还原反应仅在碳纤维的表面轻微的进行。0023经过处理的碳纤维的内部构造发生了微妙的变化，碳纤维表面孔隙增大增多，纤维变得非常柔软，其物理性状接近羊绒，其抗张强度为8001000MPA，弹性模量为7090GPA，比表面积达到28003000M2/G。其强度虽比未经还原处理的产品有所下降，但用于纺织还是绰绰有余。实验中把这种绒状体活性碳纤维与羊绒混纺得到轻质高强绒纱，即保持了羊绒的手感及保温性能，又具有羊绒所没有。

19、的韧性和弹性，即依附于人体，又具有本身的蓬松造型，不像羊绒那样松懈无形。0024大量实验及有关专业部门检测结果证明这种活性碳纤维和羊毛、羊绒混纺制成的羊毛衫和羊绒衫，其吸附性能、杀菌性能及除味性能非常显著，其特殊的微孔结构透光性颇佳，在阳光照射下迅速灭杀或分解吸附细菌和异味分子。此外，活性碳纤维所发射的远红外波与人体发射的波长范围十分吻合，同比体温增幅可达09，且具有高温可散热，低温可保温的温度调节性功能。0025第三种实施例把前述活性碳纤维送入石墨炉，在绝氧条件下继续升温到30003200，保持120150分钟，所得碳纤维的得碳率进一步提高，各项指标均达到石墨化碳说明书CN104131364。

20、A4/4页6纤维的标准。在炉具性能许可的情况下，纤维的碳火、活化和石墨化过程也可在同一碳化炉内完成。0026第四种实施例选用木质素含量22以上、纤维素含量34以上，半纤维素含量37以上的干燥秸秆，粉碎成细粉，过40目筛，把筛选的秸秆细粉与液化剂混合液化。可用的液化剂的品种很多，但价格都比较高，为此，推荐以下方法制取液化剂按重量份取氯苯C6H5CI1份和30的火碱NAOH溶液34份混合，在高压釜内加热加压到0508MPA及120150反应2530分钟，再以硫酸液调PH值354配成。按重量份取秸秆细粉34份与液化剂115份，搅拌均匀，放入蒸锅，以120蒸汽熏蒸30分钟敞开存放6070分钟，此时秸秆物料中的木质素50以上被溶解，其余物料明显软化。再把被软化的物料连同溶解液一同放入捣缸。后续工艺与前述实施例相同。经过抽丝、氧化稳定、碳化、活化等工序，所制得的碳纤维、活性碳纤维、柔软活性碳纤维的各项指标均达到或略高于前述实施例的水平，而产品的得率却提高812。说明书CN104131364A。