[發明專利]制備聚丙烯腈基碳纖維的方法

有效

• 申請號: 201110244692.0
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102953152A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 顧文蘭;陸正鳴;王平;黃翔宇;張捷;吳嵩義;馮林明;袁玉紅;鄭鵬
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石化上海石油化工股份有限公司
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22;D01F6/38;D01F11/06;D01D5/14;D01D10/06;C08F220/44;C08F220/14;C08F220/18;C08F218/08;C08F222/02
• 代理公司: 上海東方易知識產權事務所 31121
• 代理人: 沈原

1.一種制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，碳纖維原絲的紡絲原料聚丙烯腈樹脂為三種單體的共聚物，第一單體為丙烯腈；第二單體取自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯或醋酸乙烯酯中的一種；第三單體為衣糠酸，聚丙烯腈樹脂中第三單體的含量為0.5～2.0wt％，且第二和第三單體的總含量為1.0～7.0wt％，其特征在于該制備方法依次包括以下步驟：

1)聚丙烯腈樹脂以DMSO或DMAc為紡絲溶劑配制成紡絲溶液，以濃度為30～50wt％的紡絲溶劑的水溶液為凝固浴采用溶液紡絲工藝經噴絲及凝固成形制得初生纖維；

2)初生纖維在濃度為20～30wt％的紡絲溶劑的水溶液中進行水浴牽伸，水浴溫度控制為85～100℃，牽伸倍數控制為3.5～5.0；

3)初生纖維用去離子水淋洗，水溫控制為45～60℃，淋洗時間控制為2～20min；

4)初生纖維置于含有酸A和鹽B的緩沖溶液中浸漬，A為硝酸、硫酸或鹽酸，B為A的鈉鹽或鉀鹽，緩沖溶液的pH值為2.0～4.0，鈉離子或鉀離子的濃度為200～800mg/L，緩沖溶液的溫度控制為45～60℃，以重量比計，浴比控制為初生纖維∶緩沖溶液＝1∶(15～25)，浸漬時間控制為2～10min；

5)初生纖維在純水中進行水浴牽伸，水浴溫度控制為95～100℃，牽伸倍數控制為1.3～2.0；

6)初生纖維置于酸性水溶液中浸漬，酸采用硝酸、硫酸或鹽酸，酸性水溶液的pH值為3.0～5.0，溫度控制為45～60℃，以重量比計，浴比控制為初生纖維∶溶液＝1∶(15～25)，浸漬時間控制為2～8min；

7)初生纖維用溫度為90～100℃的去離子水進行熱水浴漂洗，直至漂洗液呈中性；

8)初生纖維經后處理過程制得碳纖維原絲，后處理過程包括上油和干燥致密化；

9)碳纖維原絲在施以牽伸的狀態下，在有氧氣氛中進行預氧化，得到預氧化絲；

10)預氧化絲在施以牽伸的狀態下，在無氧氣氛中進行碳化，得到聚丙烯腈基碳纖維成品。

2.根據權利要求1所述的制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，其特征在于步驟4)所述的A為硝酸，B為硝酸鈉。

3.根據權利要求1所述的制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，其特征在于步驟4)所述的緩沖溶液的pH值為2.5～3.5。

4.根據權利要求1所述的制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，其特征在于步驟4)所述的鈉離子或鉀離子的濃度為300～500mg/L。

5.根據權利要求1所述的制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，其特征在于步驟4)所述的緩沖溶液的溫度為45～55℃。

6.根據權利要求1所述的制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，其特征在于步驟4)所述的浴比控制為初生纖維∶緩沖溶液＝1∶(18～23)。

7.根據權利要求1所述的制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，其特征在于步驟4)所述的浸漬時間控制為4～8min。

8.根據權利要求1所述的制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，其特征在于步驟6)所述的酸性水溶液的pH值為3.5～4.5。

9.根據權利要求1所述的制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，其特征在于步驟6)所述的酸性水溶液的溫度控制為50～55℃。

10.根據權利要求1所述的制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，其特征在于步驟6)所述的浴比控制為初生纖維∶溶液＝1∶(18～23)。

11.根據權利要求1所述的制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，其特征在于步驟6)所述的浸漬時間控制為3～5min。

12.根據權利要求1所述的制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，其特征在于所述的聚丙烯腈樹脂的分子量為50000～200000。

13.根據權利要求1所述的制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，其特征在于步驟1)所述的聚丙烯腈樹脂以DMSO為紡絲溶劑配制成紡絲溶液，以濃度為30～50wt％的DMSO的水溶液為凝固浴采用溶液紡絲工藝經噴絲及凝固成形制得初生纖維。

14.根據權利要求1所述的制備聚丙烯腈基碳纖維的方法，其特征在于步驟1)所述的紡絲溶液中聚丙烯腈樹脂含量為18～25wt％。