[发明专利]一种碳纤维用聚丙烯腈聚合物高效聚合制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维用聚丙烯腈聚合物高效聚合制备方法，该聚合反应的组合物包括一种含丙烯腈的二元共聚体系或多元共聚体系，其聚合反应条件为，反应温度为78‑150℃，反应压力为1.5‑50个大气压，反应时间为10min‑120min，经脱除残留单体和气泡，得到聚丙烯腈纺丝原液，将所得聚合物进行纺丝，将所得的碳纤维原丝进行预氧化碳化，得到聚丙烯腈基碳纤维。本发明的丙烯腈溶剂聚合反应中提高了聚合反应的温度，本发明的丙烯腈聚合反应在保证聚合物高性能的前提，大大缩短了聚合反应的时间，因此大大提升了聚合反应的速率，进而大大提高了生产效率。

技术领域

本发明涉及聚丙烯腈基原丝聚合物的制备方法，具体而言，本发明涉及聚丙烯腈一种溶液高效聚合方法，以及由该聚合物制备碳纤维原丝及碳纤维的制备方法。

背景技术

碳纤维是由碳元素组成的，含碳量在90％以上的高比强度、高比模量的一种特种高性能纤维。其具有密度低、耐高温、抗摩擦、导电、导热、耐腐蚀、抗辐射、良好阻尼等一系列综合性能。已经广泛应用于军民各个领域例如：航天、航空器、以及运动器材的制造。

聚丙烯腈基碳纤维具有优良的综合性能，是碳纤维领域研究和工业化的热点，并在碳纤维复合材料领域应用也在加强。应用领域广阔，碳纤维的市场需求得到空前提升。因此在保证聚丙烯腈基碳纤维高性能的前提下，进行碳纤维的高效生产是非常有必要的。聚丙烯腈基原丝以及碳丝的制备工艺基本确定，很难进行改进缩短制备时间，进行高效生产，因此从聚丙烯腈合成着手，为了得到优异聚丙烯腈原丝以及聚丙烯腈基碳纤维，就要选择优异性能(适中的分子量、窄分子量分布、良好的可纺性等)的纺丝原液，我们在保证纺丝原液优异性能的前提，我们需要对聚丙烯腈进行高效高性能聚合。中国专利CN101280041A公开了一种含有丙烯腈和碱性化合物的聚合反应组合物，由该聚合反应组合物制备的碳纤维原丝及碳纤维，以及原丝及碳纤维的制备方法，其中聚合反应条件为：以偶氮二异丁腈为引发剂溶液共聚，反应温度为50-70℃，反应时间为20-28小时。

中国专利CN102102235B公开了一种含乙烯基硅烷结构单元的聚丙烯腈基高性能碳纤维纺丝原液及其制备方法，聚合反应条件为：以偶氮二异丁腈为引发剂溶液共聚，反应温度为50-70℃，反应时间为12-30小时。

中国专利CN103422187A公开了一种低粘度、高性能碳纤维纺丝原液的制备方法。其聚合反应条件为：以偶氮二异丁腈为引发剂溶液共聚，反应温度为50-70℃，反应时间为20-40小时。

多年来，研究人员一直关注尝试选择不同的共聚单体或尝试不同的聚合方法对聚丙烯腈树脂进行改性，期望得到性能优异的纺丝原液，但是我们发现聚合反应时间多数在10小时以上，在碳纤维需求如此庞大的情况下，提高聚合反应效率是必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在高温下碳纤维用聚丙烯腈聚合物高效聚合制备方法，该制备方法能使聚合反应速度大大加快，反应时间大幅度降低，高效聚合，同时保持共聚物分子量分布窄，分子排列顺序整齐的优点。

一种碳纤维用聚丙烯腈聚合物高效聚合制备方法，该聚合反应的组合物包括一种含丙烯腈的二元共聚体系或多元共聚体系，其反应条件为，反应温度为78-150℃，反应压力为1.5-50个大气压，反应时间为10min-120min，经脱除残留单体和气泡，得到聚丙烯腈纺丝原液，将所得聚合物进行纺丝，将所得的碳纤维原丝进行预氧化碳化，得到聚丙烯腈基碳纤维。

所述的二元共聚体系或例如三元的多元共聚体系中重量百分比含量，丙烯腈90-99wt％，第二单体为0.2-7wt％，第三单体为0.1-5wt％，引发剂偶氮二异丁腈的量为0.3-2.0％。