[發明專利]聚丙烯腈前體紗線的穩定化

有效

• 申請號: 201080039958.1
• 申請日: 2010-08-31
• 公開（公告）號: CN102612576A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: B·沃爾曼;M·韋爾基;C·胡尼亞爾;R·埃默利赫;M·凱澤;M·格拉夫;L·阿爾貝茨;K-D·諾恩博格
• 申請（專利權）人: 東邦泰納克絲歐洲有限公司
• 主分類號: D01F6/18
• 分類號: D01F6/18;D06M10/00;D01F9/22
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 林柏楠;劉金輝

本發明涉及一種將由聚丙烯腈制成的紗線穩定化的方法。

生產碳纖維需要穩定化的由聚丙烯腈制成的復絲紗線。現今的碳纖維主要由聚丙烯腈纖維，即聚丙烯腈前體紗線制成。聚丙烯腈前體紗線因此首先通過進行氧化處理而穩定化，然后將穩定化的前體紗線隨后在至少1200℃的溫度下在氮氣氛圍中碳化，并且需要的話，在另一步驟中在高達約2800℃的溫度下石墨化而由此得到碳纖維。

聚丙烯腈前體紗線的穩定化通常應理解為紗線經由化學穩定化反應，尤其是經由環化反應和脫氫反應由熱塑性狀態轉化為氧化的、不可熔的且同時耐火的狀態。現在，穩定化通常在常規對流烘箱中在200-300℃的溫度下和含氧氛圍中進行(例如參見F.Fourné：″Synthetische?Fasern″，CarlHanser?Verlag，Munich?Vienna，1995，第5.7章)。前體紗線由熱塑性逐漸轉化為氧化的不可熔纖維由此經由放熱反應進行(J.-B.Donnet，R.C.Bansal：“Carbon?Fibers”Marcel?Dekker，Inc.，New?York和Basel?1984，第14-23頁)。轉化可通過起初的白色紗線至黃色至褐色最后至黑色的特征性變色而肉眼識別。穩定化還可以多個步驟進行，通過多個步驟實現穩定化程度的增加。在增加的穩定化下，紗線的密度也增加，例如由1.19g/cm³增至1.40g/cm³，其中密度的變化隨著穩定化的增加而變得更明顯。

在轉化或穩定化聚丙烯腈前體的放熱化學反應過程中，可產生如此多的熱使得紗線熔融或熱降解。因此，在常規穩定化工藝中，使紗線在烘箱中經歷不同的回火步驟，通過該方式可以調節紗線緩慢加熱，由此可以使得由紗線材料放出的熱充分地消散。用這種方法，穩定化可以例如在常規對流烘箱中以三個步驟進行，其中在第一步驟中通常要求在200-300℃的溫度下停留時間為至少20min，從而進行穩定化使得前體紗線的密度增加約0.03g/cm³。在烘箱的其余步驟中要求類似的停留時間，使得在常規工藝中，穩定化需要至少約1小時的總停留時間。同時穩定化要求較緩慢的工藝速度，由此穩定化在碳纖維的連續生產中變為速度決定型工藝。同時，由于緩慢的工藝速度和必要的長停留時間(這可取決于工藝控制總計為約2.5小時)，要求大的穩定化烘箱。因此希望能夠縮短停留時間和/或提高工藝速度的穩定化聚丙烯腈前體紗線的方法。

因此本發明目的為提供一種穩定化由聚丙烯腈制成的紗線的方法，其中至少減小現有技術方法的缺點，且允許用于生產碳纖維的聚丙烯腈前體紗線以更高的工藝速度和/或更短的停留時間來穩定化。

本發明目的通過一種使用化學穩定化反應穩定化由聚丙烯腈制成的紗線的方法實現，該方法包括如下步驟：

-提供基于聚丙烯腈聚合物的前體紗線，

-提供用于使用高頻電磁波處理前體紗線的施用裝置，該裝置包括具有施用空間的施用器、產生高頻電磁波的設備以及將高頻電磁波供應到施用空間的設備，

-在施用空間產生高頻電磁波場，其具有具有最小電場強度的區域和具有最大電場強度的區域，并將施用空間中的最大電場強度調節為3-150kV/m，

-連續供入前體紗線并使該前體紗線傳送通過施用空間和通過高頻電磁波場，由此

-將工藝氣體引入施用空間并使該工藝氣體以相對于傳送通過施用空間的前體紗線為至少0.1m/s的流動速率傳送通過施用空間，其中該工藝氣體的溫度設定為150-300℃，使得它在臨界最小溫度T_crit以上并在最大溫度T_max以下，其中臨界最小溫度T_crit為如下溫度：在該溫度以上高頻電磁波耦合到傳送通過施用空間的前體紗線且進行化學穩定化反應，且最大溫度T_max為比供應到施用空間的前體紗線的分解溫度小20℃的溫度。

就本發明而言，提供用于本發明方法的基于聚丙烯腈聚合物的前體紗線為含有至少85％聚合的丙烯腈的紗線。聚丙烯腈聚合物還可以含有部分共聚單體，例如乙酸乙烯基酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、氯乙烯、偏二氯乙烯、苯乙烯或衣康酸(酯)。