本发明属于碳纤维生产技术领域，涉及一种提高碳纤维成品率的方法。
背景技术：
碳纤维是含碳量90％以上的纤维，利用有机纤维首先在氧化气氛中制成预氧化丝，然后在惰性气氛中加热到1000-3000℃时，逐步被除去有机纤维中的非碳元素。在这个过程中，纤维内部发生一系列脱氢、环化、交联等反应，得到成品碳纤维。碳纤维是在2000℃以上的高温惰性环境中唯一强度不下降的材料。
碳纤维具有高比强度、高比模量、耐烧蚀、耐磨、抗疲劳等优异性能。碳纤维既可作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用，因此碳纤维被推崇为三大高性能纤维之首。作为先进复合材料的增强纤维，已在卫星、运载火箭、战术导弹、飞机等航空航天领域大量使用。同时，在文体、交通、机械、建筑等民用领域也得到了不断地发展。
在碳纤维的加工过程中，除原丝生产阶段造成的原丝“缺陷”会对碳纤维的质量产生影响，在原丝的氧化和碳化阶段，丝束在炉内的横向扰动，也会对碳纤维的产品质量产生影响，产生断丝和毛丝，降低了碳纤维的成品率。
目前，大型化的碳纤维工厂采用的氧化炉和碳化炉长度超过15米，两端由辊轮提供张力，在炉体内部无任何对丝束的支撑，这就会造成丝束在炉内运行轨迹不稳定，在炉内沿丝束运行轨迹的垂直截面各方向上产生扰动。年生产能力500吨碳纤维的工厂，在氧化和碳化过程中，同时进入炉内的丝束约为180-280束，且每个丝束内根据生产品种的批次不同而含有500-24000根单丝不等。千吨级的碳纤维工厂，同时进入炉体内的丝束会更多，扰动更加剧烈。在氧化和碳化的过程中炉内需要通入大量的空气或氮气气氛，这必然会加强丝束的扰动，使相邻丝束相互搭接，在炉内高温下产生毛丝和断丝。
CN 20528790U公开了一种碳纤维布及其编织装置，所述碳纤维布包括经纱和纬纱，所述经纱采用碳纤维材料，所述纬纱采用熔融的热熔线，所述经纱和纬纱交叠编制成幅，且每幅碳纤维布的四个边缘均以所述热熔线固定。
CN 201506885U公开了一种超疏水性碳纤维织物，所述超疏水性碳纤维织物由聚丙烯腈制备的碳纤维经纱和碳纤维纬纱织成，碳纤维经纱和碳纤维纬纱由碳纤维组成，每根碳纤维表面具有网状粗糙结构的疏水层，每根碳纤维上涂覆有纳米二氧化硅。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种提高碳纤维成品率的方法，所述方法主要从降低纤维在氧化炉和碳化炉内的扰动出发，解决原丝在氧化和碳化过程中由于扰动产生的相邻丝束搭接，使得由于受热不均产生毛丝和断丝的问题，从而提高碳纤维的成品率。
本发明中如无特殊说明，所述原丝转化率是指原丝的质量与其转化得到的碳纤维的质量比，如转化率为2.5:1代表2.5kg原丝生产出1kg碳纤维。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种提高碳纤维成品率的方法，所述方法包括：以碳纤维原丝丝束为经纱，以氧化后的碳纤维原丝丝束为纬纱进行编织，再将编织后的碳纤维原丝丝束进行预氧化，碳化，去除纬纱和后处理，得到碳纤维。
本发明所述的编织是指经、纬编织工艺。
所述去除纬纱的工艺是现有技术，在此不作赘述。
碳纤维原丝丝束在氧化炉和碳化炉中横向扰动，进而会产生毛丝和断丝现象，降低碳纤维的成品率。本发明通过使用纬纱对进入氧化炉和碳化炉的所有原丝进行编织，使丝束不受扰动的影响，避免了毛丝和断丝，从而提高了碳纤维的成品率。
所述氧化后的碳纤维原丝丝束主要由氧化后的碳纤维原丝组成，所述氧化后的碳纤维原丝通过如下方法制备得到：将碳纤维原丝在氧化炉中氧化，氧化温度为180-380℃，如200℃、220℃、230℃、250℃、280℃、300℃、320℃、350℃或370℃等，停留时间为10-120min，如20min、30min、40min、50min、80min、100min、110min或115min等，优选为10-60min，氧化气氛为空气或含有氧气的惰性气氛，得到氧化后的碳纤维原丝。
所述含有氧气的惰性气氛的含氧量为10-40％，如15％、20％、25％、30％、35％或38％等。
优选地，所述惰性气氛选自氮气。
惰性气氛的含氧量决定纬纱制备过程中原丝在氧化炉中的停留时间，在相同条件下，含氧量越高停留时间越短，反之亦然。
用氧化后的碳纤维原丝丝束编织可避免碳纤维原丝在氧化过程中编织点局部过热问题；另外，采用编织的方式固定碳纤维原丝较其它固定方法的优点在于丝束在行进过程中更加平稳、减少震荡。由于纤维是经纱方向连续行进，而编织纬纱是在出碳化炉后去除。
每束氧化后的碳纤维原丝丝束中碳纤维原丝的根数少于每束碳纤维原丝丝束中的碳纤维原丝的根数。优选地，每束氧化后的碳纤维原丝丝束中包含500-24000根氧化后的碳纤维原丝，如600根、800根、1000根、2000根、3000根、5000根、8000根、10000根、12000根、15000根、18000根或22000根等。这样可以减少纬纱与碳纤维原丝丝束在编织过程中的接触点的面积，降低接触点受热不均一性，并且使纬纱能够在氧化和碳化过程保持一定的强度，把原丝固定在所处的运行轨迹上。
所述编织采用一束氧化后的碳纤维原丝丝束作为纬纱。编织过程中碳纤维原丝丝束的束数没有严格的限制。可多可少。
所述编织即：纬纱穿插在碳纤维原丝丝束中，将碳纤维原丝丝束固定。
优选地，所述纬纱上下往复穿插在碳纤维原丝丝束中。
优选地，纬纱在碳纤维原丝幅面上的往复次数不小于1.5次，如2次、3次、5次、8次、10次、15次、20次、30次、40次、50次、100次或200次等。，所述幅面为氧化炉或炭化炉中碳纤维原丝丝束幅面。
在碳纤维原丝丝束进入氧化炉前使用纬纱对来自纱架的多束碳纤维原丝丝束进行编织，纬纱在碳纤维原丝丝束幅面上的间距为10-1500mm，如20mm、30mm、50mm、60mm、80mm、100mm、150mm、200mm、500mm、800mm、1000mm、1200mm或1400mm等。
所述预氧化和碳化分别在氧化炉和炭化炉中进行。
所述去除纬纱采用纬纱去除机，本领域技术人员可将纬纱去除。
所述后处理包括表面处理。所述表面处理为制备碳纤维过程中常规的处理，为本领域技术人员公知的内容。所述后处理还包括制备碳纤维的过程中碳化后的其它工序。
作为优选的技术方案，所述提高碳纤维成品率的方法包括：以碳纤维原丝丝束为经纱，以一束含有500-24000根氧化后的碳纤维原丝的丝束为纬纱进行编织，之后，将编织后的产物进行预氧化，碳化，去除纬纱和后处理，得到碳纤维；
其中，氧化后的碳纤维原丝通过如下方法制备得到：将碳纤维原丝在氧化炉中氧化，氧化温度为180-380℃，停留时间为10-120min，氧化气氛为空气或含氧量为10-40％的含有氧气的惰性气氛；所述编织即纬纱上下往复穿插在碳纤维原丝丝束中，纬纱在碳纤维原丝幅面上的往复次数不小于1.5次，纬纱在碳纤维原丝丝束幅面上的间距为10-1500mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的提高碳纤维成品率的方法通过使用纬纱对进入氧化炉和碳化炉的所有碳纤维原丝进行编织，降低了碳纤维原丝在氧化炉和碳化炉内的扰动，解决了相邻碳纤维原丝在氧化和碳化过程中由于扰动产生的搭接和受热不均产生毛丝和断丝的问题，原丝的转化率可由2.5:1提高到2.23:1，即碳纤维的成品率得到提高(原丝转化率提高就代表碳纤维成品率提高，转化率是原料聚丙烯腈原丝和得到的产物碳纤维的质量比，成品率也是指原料聚丙烯腈得到最后产物碳纤维的情况，只有转化率提高了(碳化过程中损耗小)，碳纤维成品率才可能提高)。
附图说明
图1为利用纬纱编织后的碳纤维原丝丝束的结构示意图，其中，L表示纬纱在碳纤维原丝丝束幅面上的间距。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种提高碳纤维成品率的方法，所述方法具体如下：
采用丝束根数为500的原丝进入氧化炉进行部分氧化，氧化温度235℃，停留时间50min，氧化炉内通入洁净的空气作为氧化气氛，制得的纬纱经过卷绕成卷，以供原丝编织使用。
来自原丝纱架上的245束(每束原丝1000根单丝)在进入氧化炉前与纬纱进行往复编织，纬纱在所有原丝丝束幅面上间距L为300mm，编织后的原丝丝束顺序进入3台氧化炉进行氧化，在单台氧化炉体内，纬纱在垂直于原丝前进的幅面上的往复次数28次。原丝通过氧化后成为预氧化丝，预氧化丝顺序进入两台碳化炉，在氮气气氛中进行碳化，在单台碳化炉体内，纬纱在垂直于预氧化丝前进的幅面上的往复次数25次。出碳化炉后去除纬纱，碳纤维进入后续工序继续进行加工。在同等的碳化的工艺条件下，进行纬纱编织的原丝转化率由原来的2.5:1提高到2.25:1，碳纤维的成品率明显提高。
所述的原丝转化率为2.5:1是通过如下方法得到的：
不对碳纤维原丝进行编织，其余步骤与上述方法相同。
实施例2
一种提高碳纤维成品率的方法，所述方法具体如下：
采用丝束根数为1000的原丝进入氧化炉进行部分氧化，氧化温度245℃，停留时间45min，氧化炉内通入洁净的空气作为氧化气氛，制得的纬纱经过卷绕成卷，以供原丝编织使用。
来自原丝纱架上的245束(每束原丝3000根单丝)在进入氧化炉前与纬纱进行往复编织，纬纱在所有原丝丝束幅面上间距L为330mm，编织后的原丝丝束顺序进入3台氧化炉进行氧化，在单台氧化炉体内，纬纱在垂直于原丝前进的幅面上的往复次数25次。原丝通过氧化后成为预氧化丝，预氧化丝顺序进入两台碳化炉，在氮气气氛中进行碳化，在单台碳化炉体内，纬纱在垂直于预氧化丝前进的幅面上的往复次数22次。出碳化炉后去除纬纱，碳纤维进入后续工序继续进行加工。在同等的碳化的工艺条件下，进行纬纱编织的原丝转化率由原来的2.5:1提高到2.38:1。
所述的原丝转化率为2.5:1是通过如下方法得到的：
不对碳纤维原丝进行编织，其余步骤与上述方法相同。
实施例3
一种提高碳纤维成品率的方法，所述方法具体如下：
采用丝束根数为2000的原丝进入氧化炉进行部分氧化，氧化温度255℃，停留时间40min，氧化炉内通入洁净的空气作为氧化气氛，制得的纬纱经过卷绕成卷，以供原丝编织使用。
来自原丝纱架上的245束(每束原丝6000根单丝)在进入氧化炉前与纬纱进行往复编织，纬纱在所有原丝丝束幅面上间距L为345mm，编织后的原丝丝束顺序进入3台氧化炉进行氧化，在单台氧化炉体内，纬纱在垂直于原丝前进的幅面上的往复次数23次。原丝通过氧化后成为预氧化丝，预氧化丝顺序进入两台碳化炉，在氮气气氛中进行碳化，在单台碳化炉体内，纬纱在垂直于预氧化丝前进的幅面上的往复次数20次。出碳化炉后去除纬纱，碳纤维进入后续工序继续进行加工。在同等的碳化的工艺条件下，进行纬纱编织的原丝转化率由原来的2.5:1提高到2.4:1。
所述的原丝转化率为2.5:1是通过如下方法得到的：
不对碳纤维原丝进行编织，其余步骤与上述方法相同。
实施例4
一种提高碳纤维成品率的方法，所述方法具体如下：
采用丝束根数为3000的原丝进入氧化炉进行部分氧化，氧化温度255℃，停留时间35min，氧化炉内通入洁净的空气作为氧化气氛，制得的纬纱经过卷绕成卷，以供原丝编织使用。
来自原丝纱架上的245束(每束原丝12000根单丝)在进入氧化炉前与纬纱进行往复编织，纬纱在所有原丝丝束幅面上间距L为270mm，编织后的原丝丝束顺序进入3台氧化炉进行氧化，在单台氧化炉体内，纬纱在垂直于原丝前进的幅面上的往复次数31次。原丝通过氧化后成为预氧化丝，预氧化丝顺序进入两台碳化炉，在氮气气氛中进行碳化，在单台碳化炉体内，纬纱在垂直于预氧化丝前进的幅面上的往复次数28次。出碳化炉后去除纬纱，碳纤维进入后续工序继续进行加工。在同等的碳化的工艺条件下，进行纬纱编织的原丝转化率由原来的2.5:1提高到2.23:1。
所述的原丝转化率为2.5:1是通过如下方法得到的：
不对碳纤维原丝进行编织，其余步骤与上述方法相同。
实施例5
一种提高碳纤维成品率的方法，所述方法具体如下：
采用丝束根数为6000的原丝进入氧化炉进行部分氧化，氧化温度275℃，停留时间30min，氧化炉内通入洁净的空气作为氧化气氛，制得的纬纱经过卷绕成卷，以供原丝编织使用。
来自原丝纱架上的245束(每束原丝24000根单丝)在进入氧化炉前与纬纱进行往复编织，纬纱在所有原丝丝束幅面上间距L为255mm，编织后的原丝丝束顺序进入3台氧化炉进行氧化，在单台氧化炉体内，纬纱在垂直于原丝前进的幅面上的往复次数32次。原丝通过氧化后成为预氧化丝，预氧化丝顺序进入两台碳化炉，在氮气气氛中进行碳化，在单台碳化炉体内，纬纱在垂直于预氧化丝前进的幅面上的往复次数29次。出碳化炉后去除纬纱，碳纤维进入后续工序继续进行加工。在同等的碳化的工艺条件下，进行纬纱编织的原丝转化率由原来的2.5:1提高到2.32:1。
所述的原丝转化率为2.5:1是通过如下方法得到的：
不对碳纤维原丝进行编织，其余步骤与上述方法相同。
实施例6
一种提高碳纤维成品率的方法，所述方法具体如下：
采用丝束根数为500的原丝进入氧化炉进行部分氧化，氧化温度180℃，停留时间120min，氧化炉内通入含氧量为40％的含有氧气的惰性气氛作为氧化气氛，制得的纬纱经过卷绕成卷，以供原丝编织使用。
来自原丝纱架上的245束(每束原丝6000根单丝)在进入氧化炉前与纬纱进行往复编织，纬纱在所有原丝丝束幅面上间距L为10mm，编织后的原丝丝束顺序进入3台氧化炉进行氧化，在单台氧化炉体内，纬纱在垂直于原丝前进的幅面上的往复次数1.5次。原丝通过氧化后成为预氧化丝，预氧化丝顺序进入两台碳化炉，在氮气气氛中进行碳化，在单台碳化炉体内，纬纱在垂直于预氧化丝前进的幅面上的往复次数1.5次。出碳化炉后去除纬纱，碳纤维进入后续工序继续进行加工。在同等的碳化的工艺条件下，进行纬纱编织的原丝转化率由原来的2.5:1提高到2.45:1。
所述的原丝转化率为2.5:1是通过如下方法得到的：
不对碳纤维原丝进行编织，其余步骤与上述方法相同。
实施例7
一种提高碳纤维成品率的方法，所述方法具体如下：
采用丝束根数为24000的原丝进入氧化炉进行部分氧化，氧化温度380℃，停留时间10min，氧化炉内通入含氧量为10％的含有氧气的惰性气氛作为氧化气氛，制得的纬纱经过卷绕成卷，以供原丝编织使用。
来自原丝纱架上的245束(每束原丝24000根单丝)在进入氧化炉前与纬纱进行往复编织，纬纱在所有原丝丝束幅面上间距L为1500mm，编织后的原丝丝束顺序进入3台氧化炉进行氧化，在单台氧化炉体内，纬纱在垂直于原丝前进的幅面上的往复次数5次。原丝通过氧化后成为预氧化丝，预氧化丝顺序进入两台碳化炉，在氮气气氛中进行碳化，在单台碳化炉体内，纬纱在垂直于预氧化丝前进的幅面上的往复次数10次。出碳化炉后去除纬纱，碳纤维进入后续工序继续进行加工。在同等的碳化的工艺条件下，进行纬纱编织的原丝转化率由原来的2.5:1提高到2.46:1。
所述的原丝转化率为2.5:1是通过如下方法得到的：
不对碳纤维原丝进行编织，其余步骤与上述方法相同。
实施例8
一种提高碳纤维成品率的方法，所述方法具体如下：
采用丝束根数为12000的原丝进入氧化炉进行部分氧化，氧化温度280℃，停留时间60min，氧化炉内通入含氧量为30％的含有氧气的惰性气氛作为氧化气氛，制得的纬纱经过卷绕成卷，以供原丝编织使用。
来自原丝纱架上的245束(每束原丝12000根单丝)在进入氧化炉前与纬纱进行往复编织，纬纱在所有原丝丝束幅面上间距L为1000mm，编织后的原丝丝束顺序进入3台氧化炉进行氧化，在单台氧化炉体内，纬纱在垂直于原丝前进的幅面上的往复次数15次。原丝通过氧化后成为预氧化丝，预氧化丝顺序进入两台碳化炉，在氮气气氛中进行碳化，在单台碳化炉体内，纬纱在垂直于预氧化丝前进的幅面上的往复次数8次。出碳化炉后去除纬纱，碳纤维进入后续工序继续进行加工。在同等的碳化的工艺条件下，进行纬纱编织的原丝转化率由原来的2.5:1提高到2.43:1。
所述的原丝转化率为2.5:1是通过如下方法得到的：
不对碳纤维原丝进行编织，其余步骤与上述方法相同。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。