[发明专利]一种连续浅沟槽聚丙烯腈碳纤维原丝的凝固成型方法

说明书

本发明公开了一种连续浅沟槽聚丙烯腈碳纤维原丝的凝固成型方法。所述方法采用湿法纺丝技术，纺丝原液在保温下进入凝固浴，控制凝固浴温度在35‑65℃，凝固浴浓度在50‑75％，调节凝固浴pH值为5～6.8，负牵伸率在‑30～‑65％，凝固成型，制得初生纤维丝。本发明采用酸化处理凝固浴的方法，通过控制凝固浴的pH在弱酸性条件下，减缓了凝固成型过程中双扩散，实现了纤维成型的均质化，原丝表面为连续浅沟槽，丝束通过后续水洗、水牵、上油、烘干、蒸牵工段的处理，原丝的牵伸倍数可达15‑25倍。利用本发明方法可以制备出高性能的原丝和碳丝，在湿法生产中具有广泛的使用前景。

技术领域

本发明涉及聚丙烯腈碳纤维原丝制备技术领域，具体涉及一种连续浅沟槽聚丙烯腈碳纤维原丝的湿法纺丝方法。

背景技术

聚丙烯腈基碳纤维是生产高性能碳纤维最有前途的前驱体。利用聚丙烯腈原丝为出发原料，经过预氧化和碳化过程得到的碳纤维的综合性能最好。在聚丙烯腈原丝制备过程中，凝固成型是生产的关键环节，因此初生纤维的成型好坏直接影响着原丝和碳丝的综合性能。在湿法纺丝中，由于凝固成型主要依靠双扩散为成型动力，这种成型方式会形成很严重的结构缺陷，从而影响丝束在后续的可牵伸性能，大大降低了原丝的取向度。

中国专利申请201610105479.4公开了一种聚丙烯腈基碳纤维原丝的湿法纺丝制备方法，通过调控凝固浴温度60℃～80℃，浓度为30％～50％，pH值为7.0～9.0，负牵伸为-80％至-25％，凝固浴循环量为1000L/h-2000L/h，在高温、低浓度凝固浴成型条件下，减少了聚丙烯腈基碳纤维表面缺陷并提高了纺丝速度。中国专利申请201110180907.7公开了一种聚丙烯腈原丝的均质化凝固成型方法，通过在凝固浴中加入作为第三组分的含氨化合物，减缓聚丙烯腈纺丝液凝固过程中的双扩散速度，实现了凝固成型的均质化，获得了高性能的聚丙烯腈原丝及碳纤维。上述凝固成型方法均是在碱性条件下进行，然而高碱性条件下成型的纤维的牵伸性能不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续浅沟槽聚丙烯腈碳纤维原丝的凝固成型方法。所述方法通过控制凝固浴在弱酸性环境下，凝固浴温度在35-65℃，凝固浴浓度在50-75％条件下，实现了单丝凝固成型的均质化和连续化，制得的聚丙烯腈碳纤维原丝能够实现高倍拉伸，进而获得高品质PAN原丝和碳纤维。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种连续浅沟槽聚丙烯腈碳纤维原丝的凝固成型方法，采用湿法纺丝技术，纺丝原液在保温下进入凝固浴，控制凝固浴温度在35-65℃，凝固浴浓度在50-75％，调节凝固浴pH值为5～6.8，负牵伸率在-30～-65％，凝固成型，具体步骤如下：

将聚丙烯腈碳纤维原丝的纺丝原液保温在65-85℃，增压后计量，经喷丝头喷出后进入凝固浴中，控制凝固浴的pH为5-6.8，凝固浴温度为35-65℃，凝固浴浓度为50-75％，负牵伸率为-30～-65％，凝固成型得到初生纤维丝。

优选地，所述的聚丙烯腈碳纤维原丝的纺丝原液的pH为7.5-10.5，固含量为17-28％。

优选地，所述的凝固浴溶液中溶质选自二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或者二甲基乙酰胺，更优选为二甲基亚砜；溶剂选自水、丙酮或者乙醇，更优选为水。

优选地，所述的凝固浴循环量为150-450L/h。

优选地，喷丝速度为5-15m/min。

上述凝固成型方法中，凝固浴的pH通过加酸调节，可以是醋酸、盐酸或者硝酸。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：