[发明专利]非硅油类的碳纤维原丝油剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种非硅油类的碳纤维原丝油剂。

背景技术

碳纤维原丝油剂是碳纤维生产过程中不可或缺的一种重要助剂，是确保碳纤维制造（如纺丝、预氧化和碳化）过程顺利进行，减少或消除因纤维与生产设备摩擦而产生的毛丝、断头与并丝，以及由此引起的碳纤维的表面缺陷和内部缺陷，是提高碳纤维的品质的关键技术之一。

目前国内碳纤维发展非常迅猛，主要以PAN基生产碳纤维为主，生产高性能碳纤维所用油剂全部依赖进口，国内还没有高性能碳纤维制造专用纺丝油剂的生产，油剂的研制工作近几年才刚起步。

高性能的碳纤维制造对纺丝油剂有着严格的要求，如优良的耐高温性，以确保在高温预氧化和碳化时既能集束又能防止丝束粘连的作用；优良的抗静电性，赋予原丝良好的集束性，保证纺丝和预氧化过程顺利进行；优良的平滑性和润湿性，在纺丝、预氧化与碳化时起到良好的防止单丝粘连使其易于开纤，消除毛丝、并丝及断头，对纤维有良好的润湿，使纤维上油均匀，提高纤维质量。

高性能的碳纤维油剂主要有二大类：一类是以高粘度改性氨基硅油为主的有机硅油剂；另一类是以长链脂肪酸与多元醇的聚酯和长链脂肪酰胺的环氧乙烷加成物等为主要组分的非硅油剂。目前国内生产的碳纤维所用油剂都为有机硅油剂，它存在着如下缺点：由于硅油不溶于水，而纤维是以乳液形式上油，所以有机硅油剂稳定性较差，其次，硅油乳液上到原丝后，在碳化高温过程中，硅油会分解成二氧化硅粉尘，吸附在碳纤维上，影响碳纤维质量，同时二氧化硅粉尘会堵塞炭化炉出风口。另外，在纤维上油时，油剂会浸润到纤维内部，在高温碳化时也会产生二氧化硅粉尘，影响纤维的强度。国际上生产碳纤维质量最好的是日本公司，其中日本能生产T-1000以上的高强度碳纤维只有东丽一家，其所用油剂为非硅油类碳纤维原丝油剂，因难度较高，世界上只有日本少数几家能生产非硅油类的碳纤维原丝油剂，国内还未见此类油剂的报道。

经资料检索，日本三菱人造丝公司的酰胺类化合物的烷氧基附加物与双酚A化合物的混合油剂，专利号为JK.平9-78340，A为将己二酸1摩尔和聚氧乙烯（2）双酚A单月桂酸酯2摩尔，在200-220℃反应5小时而得到的酯化物；B为二乙烯三胺1摩尔和硬脂酸2摩尔反应而得酰胺化合物的乙烯氧化物10摩尔附加物。将60（重量）份A和40（重量）份B混合后，分散于水中乳化而得油剂。日本松本油脂制药公司的碳纤维用原丝油剂组成物，专利号为JK.平8-260254，B为二乙烯三胺1摩尔和硬脂酸2摩尔反应而得酰胺化合物的乙烯氧化物10摩尔附加物；C为在乙二酸1.5摩尔和固化蓖麻油酯的聚氧乙烯20摩尔附加物（酸值30）中，将油酸二乙醇酰胺0.8摩尔反应而得的末端酰胺化合物。将30（重量）份B和70（重量）份C混合后得到在水中均一分散的浮液。碳纤维原丝用油剂，首先配制成20-40%高浓度乳液的原油形式，在使用之前用纯水分散成含原油1-5%（重量）的乳液形式。经此油剂乳液处理过的碳纤维原丝，加工性能良好，纤维品质优良。

虽然日本三菱人造丝公司的酰胺类化合物的烷氧基附加物与双酚A化合物的混合油剂和日本松本油脂制药公司的碳纤维用原丝油剂，在碳纤维生产过程具有许多优点，但是，它们有一个共同的问题：在原油配制成1-5%（重量）的乳液后，在碳纤维原丝上油过程中，存在着乳液稳定性差问题，乳液使用时间不能太长，否则会出现乳液分层，造成原丝上油不匀，在碳纤维制造过程中易产生毛丝、并丝及断头，严重影响碳纤维强度。

发明内容

本发明要解决的是现有技术中存在的原油油剂中的其他组分相容性差导致原油配制成乳液不稳定，在碳纤维原丝上油过程中乳液使用时间不长的问题。提供一种非硅油类的碳纤维原丝油剂，该油剂原油配制成乳液具有乳液稳定的特点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：非硅油类的碳纤维原丝油剂，以重量份数计包括：

酯化物a，10-20份；

酰胺乙氧基化物b，40-60份；更优选45～60份；

酯化物c，10-20份；

乳化剂，10-20份；

所述的酯化物a是通过己二酸与式（I）所示的双酚A聚氧乙烯醚单脂肪酸酯以1:(1.8～2.2)的摩尔比在200～220℃反应4～6小时得到；其中R₁选自C₁₀～C₁₂的烷基；m1≥1，m2≥1，且m1+m2≤4；