[发明专利]一种聚丙烯腈基高性能炭纤维原丝的制备方法

摘要

一种聚丙烯腈基高性能炭纤维原丝的制备方法是将丙烯腈，衣康酸，甲基丙烯酸甲酯按一定重量比反应得纺丝原液，之后经过滤、凝固成型、水洗、热水牵伸、一次上油剂、一次干燥致密化、二次上油剂、二次干燥致密化、蒸汽牵伸和干燥热定型制得高性能炭纤维原丝。本发明具有提高纺丝时丝条的牵伸倍率，原丝结构均匀，力学性能的变异系数小的优点。

主权项

1.一种聚丙烯腈基高性能炭纤维原丝的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)丝原液的制备丙稀腈，衣康酸，甲基丙烯酸甲酯按92～99∶0.1～2∶0.01～6的重量比共混后加入反应器，以二甲基亚砜为溶剂，聚合反应的温度控制在60～75℃之间，反应时间10～40小时，反应时间最好控制在20～25小时，聚合获得分子量为14～20万，分子量分布2.0～3.5的PAN树脂，纺丝原液中PAN树脂的重量含量为15～25％(2)纺丝原液的过滤纺丝原液通过0.5～5μm的过滤材料进行过滤。最好采用0.5～3μm的过滤材料进行过滤；(3)纺丝原液的凝固成型采用湿法或干喷湿纺法纺丝，纤维离开喷丝孔后，进入第一级凝固浴，第一级凝固浴温度为0～20℃，凝固浴中二甲基亚砜的含量为45～65wt％，凝固时间为0.5～2min；凝固丝条出第一级凝固浴后，进入第二级凝固浴，第二级凝固浴的温度为5～25℃，凝固浴中二甲基亚砜的含量为30～45wt％，凝固时间为10～60秒；凝固丝条出第二级凝固浴后，进入第三级凝固浴，凝固浴温度为10～30℃，凝固浴中二甲基亚砜的含量为10～25wt％，凝固时间为5～30秒，得到凝固丝条；(4)凝固丝条的水洗将凝固丝条进行水洗，水洗温度40～80℃。经过水洗后，得到水洗丝，水洗丝中的二甲基亚砜含量小于0.01wt％；(5)水洗丝的热水牵伸水洗丝条进行3～6级热水牵伸，热水牵伸的温度由低到高排列。第一个热水牵伸槽的温度为30～70℃，最后一个热水槽的温度为80～90℃，相邻热水牵伸槽之间的温度梯度为5～20℃，水洗丝条在热水槽中的总牵伸倍率为2～7倍；(6)一次上油剂经过热水牵伸后的丝条进行第一次上油，所上油剂是斯配抗静电剂或先进公司生产的AV2250平滑剂，油剂通过常规的乳化方法在水中配制成0.1～5wt％的乳化液；(7)一次干燥致密化上油剂后的丝条通过4～8个热辊进行干燥致密化。热辊的起始温度为80～120℃，最后一个热辊的温度为130～160℃，热辊之间的温度梯度为10～20℃，最后一个热辊的温度最好为130～140℃，经过第一次干燥致密化后，丝条上油剂的残留量为0.05～2wt％；(8)二次上油剂经过第一次干燥致密化的丝条进行第二次上油。第二次上油所采用的油剂是二甲基硅氧烷或经过醚改性和氨改性的二甲基硅氧烷通过乳化方法在水中配制的乳化液。该乳化液中的油剂含量为0.1～5wt％；(9)二次干燥致密化上油剂后的丝条通过4～8个热辊进行干燥致密化。热辊的起始温度为80～120℃，最后一个热辊的温度为130～160℃，热辊之间的温度梯度为10～20℃，最后一个热辊的温度最好为130～140℃，经过第二次干燥致密化后，丝条上硅系油剂的残留量为0.1～3wt％；(10)蒸汽牵伸经过第二次干燥致密化的丝条进行牵伸，丝条在130-180℃高温下牵伸1.5～5倍，所用牵伸介质是空气，也可以是过热水蒸气或饱和水蒸气，高温牵伸介质最好是饱和水蒸气，水蒸汽的压力为0.1～0.4Mpa；(11)干燥热定型经过蒸汽牵伸的丝条通过4～8级热辊进行干燥热定型，热辊的起始温度为100～130℃，最后一个热辊的温度为140～170℃，热辊之间的温度梯度为5～10℃。