[发明专利]一种碳纤维前驱体纤维的制备方法及碳纤维前驱体纤维的应用

权利要求书

1.一种碳纤维前驱体纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1) 利用溶剂对丙烯腈类聚合物进行溶解，获得均匀的纺丝液，纺丝液特征是在20℃时零剪切粘度为30-300Pa.s之间，凝胶温度点在-30～20℃之间，凝胶化温度区间小于或等于10℃，纺丝液中的固含量为5～30wt%，纺丝液中丙烯腈类聚合物的重均分子量Mw为7万～100万之间，纺丝液中丙烯腈类聚合物的分子量分布系数Mw/Mn为1.5～6； 其中，所述溶剂是二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、离子液体、N-甲基吗啉氧化物、硫氰酸钠水溶液中一种或几种混合物；

(2)将上述纺丝液通过喷丝孔喷出，所形成的纺丝液细流直接进入到温度不高于纺丝液凝胶温度点的第一气室中，形成凝胶态纺丝液细流，凝胶态纺丝液细流后续经过多个气室和/或多个凝固槽成型，获得初生纤维；

(3) 上述初生纤维经过牵伸、洗涤、干燥、上油后处理工序，得到碳纤维前驱体纤维；

其中，步骤(2)从喷丝孔出来直接进入的第一气室后，进入凝固浴中继续凝胶或凝固形成初生纤维；或再经过多个相对独立的气室后形成初生纤维；或经过多个相对独立的气室后再经过凝固浴后形成初生纤维；

当纺丝液从喷丝孔出来直接进入的第一气室后，进入凝固浴中继续凝胶或凝固形成初生纤维，第一气室温度T1，T溶剂是纺丝液所用溶剂的沸点温度，第m个凝固槽温度Tm满足以下关系：T1≤Tm-1≤TmT溶剂，同时，凝固槽温度要大于凝固浴组份的熔点温度；其中，m为凝固槽数量，m≤3；

当纺丝液从喷丝孔喷出直接进入的第一气室后，纺丝液细流再经过多个相对独立的气室后形成初生纤维时，所有气室的介质组分要求与第一气室相同，第K个气室温度T_K与前一个气室的温度T_K-1的关系满足：T_K-1≤T_K，同时，最后一个气室中的温度T_末尾满足关系式：10℃+T_溶剂≤T_末尾≤ T_PAN分解，其中，T_溶剂是纺丝液所用溶剂的沸点温度，T_PAN分解是丙烯腈的分解温度；其中，K为总气室数量， K≤4；

当纺丝液从喷丝孔喷入第一气室后，经过多个相对独立的气室后再经过凝固浴后形成初生纤维时，第一气室温度T₁、第K个气室温度T_K、T_溶剂是纺丝液所用溶剂的沸点温度，第m个凝固槽温度T_m满足以下关系式：T₁≤T_K-1≤T_K≤T_m-1≤T_mT_溶剂，同时，凝固槽温度要大于凝固浴组份的熔点温度，其中，第K个气室中介质要求与第一气室相同；其中，K为总气室数量，K≤4； m为凝固槽数量，m≤3；

当纺丝液从喷丝孔喷入第一气室后，再经过多个相对独立的气室后再经过凝固浴后形成初生纤维时，第m个凝固槽中凝固浴组份凝固值小于或第m-1个凝固槽中凝固浴组份的凝固值，凝固浴组份凝固值为20∼150；其中，m为凝固槽数量，m≤3；K为总气室数量，K≤4。

2.如权利要求1所述的一种碳纤维前驱体纤维的制备方法，其特征在于步骤(1)

丙烯腈类聚合物是指丙烯腈与共聚单体的共聚物；共聚单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、衣康酸及它们的碱金属盐、铵盐及低级烷基酯类、丙烯酰胺及其衍生物、烯丙基磺酸、甲基丙烯磺酸及它们的盐类或烷基酯类中的一种或几种；丙烯腈类聚合物中共聚单体的摩尔比为0.01～8%。

3.如权利要求2所述的一种碳纤维前驱体纤维的制备方法，其特征在于丙烯腈类聚合物中共聚单体的摩尔比为0.5～5%。

4.如权利要求3所述的一种碳纤维前驱体纤维的制备方法，其特征在于丙烯腈类聚合物中共聚单体的摩尔比为2～3 %之间。

5.如权利要求2所述的一种碳纤维前驱体纤维的制备方法，其特征在于步骤(1)中丙烯腈类聚合物的制备方法是溶液聚合法、悬浮聚合法、乳化聚合法或本体聚合中的一种。