[发明专利]大丝束PAN基碳纤维原丝的上油方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大丝束PAN基碳纤维原丝的上油方法。

背景技术

碳纤维作为新一代复合材料的增强纤维，以其优异的性能在航天、航空以及汽车、建筑、轻工行业等得到广泛应用。小丝束聚丙烯腈基碳纤维(以下简称小丝束PAN基碳纤维)是众多碳纤维中性能优良的一种，是战略导弹、卫星、航天飞行器、大型飞机等所需的关键材料。随着高架公路的飞速发展，大丝束(大于24K)PAN基碳纤维的需求量得到了迅猛提高。

工业上以下列工序制备PAN基碳纤维：对作为PAN聚合物进行一步法或两步法纺丝得到碳纤维原丝的纺丝工序；在温度为200～400℃的氧化性氛围中原丝进行预氧化，得到预氧化丝；以及在温度为400～2000℃惰性气体中碳化该预氧化丝，转化成碳纤维的碳化工序。在上述纺丝工艺中，为了防止单纤维之间发热粘合、纤维与机械表面的摩擦，造成纤维起毛、断丝和表面缺损，需要使用PAN基碳纤维原丝用油剂。

中国专利ZL200580044949.0实施例2公开了一种碳纤维原丝的上油方法，将组成为100重量份的氨基改性硅油和30重量份的烷基酚聚氧乙烯醚以及8.8重量份KM902(信越化学工业(株)制)油剂，用4000份水配成油剂乳化液，碳纤维原丝在70℃的温水中拉伸3倍后，再使其通过由上述配制的油剂组成的油剂浴中，通过浸渍法上油。其上油方法中采用的油剂组成中烷基酚聚氧乙烯醚为非离子表面活性剂，可起到乳化剂的作用，其用量较大，在使用过程中会造成油剂耐热性差的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的采用的碳纤维原丝用油剂中乳化剂用量大，造成油剂在使用过程中耐热性差的问题，提供一种新的大丝束PAN基碳纤维原丝的上油方法油剂。该方法所采用的油剂具有乳化剂用量少，使用过程中油剂耐热性好的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种大丝束PAN基碳纤维原丝的上油方法，在30-50℃、常压条件下，将0.5～3.0wt％油剂乳液浸渍经致密化后丝束大于24K的PAN基碳纤维原丝，其中所用的油剂以重量份数计包括以下组份：

a)5-20份氨基改性聚二甲基硅氧烷A；

b)40-60份氨基改性聚二甲基硅氧烷B；

c)10-30份聚醚改性聚二甲基硅氧烷；

d)5-20份乳化剂；

其中所述的氨基改性聚二甲基硅氧烷A在25℃时的粘度为50mm²/s～250mm²/s，氨基当量为4000～8000；氨基改性聚二甲基硅氧烷B在25℃的粘度为500mm2/s～4000mm2/s，氨基当量为1000～3000；所述的聚醚改性聚二甲基硅氧烷在25℃的粘度为400mm²/s～1000mm²/s，HLB为4.0～10.0；所述乳化剂取自由脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、烷基苯酚聚氧乙烯醚组成的物质组中的至少一种，其环氧乙烷加成数为3～8，其脂肪醇、脂肪酸或烷基苯酚中的碳原子数为12～16。

上述技术方案中，所述氨基改性聚二甲基硅氧烷A和氨基改性聚二甲基硅氧烷B为末端具有甲基的二甲基硅的一部分侧链被下述化学式(I)表示的氨基取代得到的化合物；所述聚醚改性聚二甲基硅氧烷为末端具有甲基的二甲基硅的一部分侧链被下述化学式(II)表示的聚醚基取代得到的化合物：

-CH₂-CH₂-NH-CH₂-CH₂-NH₂(I)

上述技术方案中所述聚醚改性聚二甲基硅氧烷优选HLB值为4-5；所述氨基改性聚二甲基硅氧烷A优选范围为在25℃时的粘度为60mm²/s～150mm²/s，氨基当量为4500～6000；所述氨基改性聚二甲基硅氧烷B优选范围为在25℃时的粘度为1000mm²/s～3000mm²/s，氨基当量为1500～2000；所述乳化剂优选脂肪醇聚氧乙烯醚；所述乳化剂用量以重量份数计优选范围为10-15份。