[發明專利]凝固液的配制裝置及配制方法和應用

在審

• 申請號: 201410582251.5
• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN105597580A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 王賀團;顧松園;李磊;沈志剛;屠曉萍
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: B01F3/08
• 分類號: B01F3/08;B01F15/04;D01D5/06
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技術領域

本發明涉及一種凝固液的配制裝置及配制方法和應用，具體來說是一種用于濕法紡絲生產聚丙烯腈原絲的二甲基亞砜/水溶液的配制方法。

背景技術

二甲基亞砜(DimethylSulfoxide)作為一種重要的化工原料以及性能優良的溶劑，對聚合物有很好的溶解作用，大量用于碳纖維生產過程的紡絲階段。二甲基亞砜味略苦，無色無臭，毒性低，且具有較強的分子締合作用，是一種極為重要的非質子極性溶劑。二甲基亞砜的化學性質穩定，在100℃下的酸性、堿性或中性條件下能穩定存在。但在常壓高溫下會導致其分解，生成微量的醛、硫醚和硫醇，并有強烈的不愉快氣味。二甲基亞砜呈弱堿性，在酸性條件下，由于可與酸形成氫鍵從而結合成鹽，能促進二甲基亞砜溶液的分解。而在堿性條件下，則可以減緩二甲基亞砜的分解速率。

PAN基碳纖維是一種人工合成的無機纖維。它是由丙烯腈和共聚單體，經過聚合、紡絲、預氧化和碳化等一系列工藝處理后得到的纖維狀聚合物。紡絲過程中PAN分子主要發生物理變化，形成白色的纖維狀原絲，預氧化過程中，PAN原絲逐漸演變成某種耐熱的含氧結構，經碳化后，得到含碳量極高的碳纖維。由于碳纖維具有高比強度、高比模量、耐高溫和耐化學腐蝕等性能，因此它的應用領域及其廣泛。

聚丙烯腈原絲的制備涉及原液的制備和原液的紡絲兩個大過程，其中原液的制備包括聚合，脫單和脫泡三道道工序，原液的紡絲包括原液的過濾、計量、凝固、熱水牽伸、水洗、上油、干燥致密化、蒸汽牽伸、熱定型和卷繞等十幾道工序。凝固對纖維成形非常重要，它是由原液細流向初生纖維轉變的關鍵步驟。原液細流進入凝固液(二甲基亞砜/水溶液)中，由于原液細流內的二甲基亞砜濃度比凝固液高，原液細流內的二甲基亞砜向外擴散進入凝固液內；又由于原液細流內的水濃度比凝固液低，凝固液內的水向內擴散進入原液細流內。雙擴散作用使得原液細流內的聚合物相分離，形成初生纖維。

原液細流發生雙擴散，相分離后形成初生纖維，這一過程是在凝固液中進行的。凝固液的濃度和溫度會影響雙擴散的速度，進一步影響初生纖維的形態結構。提高凝固液的濃度，或者降低凝固液的溫度，都會減緩雙擴散過程的速度，這樣有利于初生纖維形成致密的結構，從而提高最終原絲的力學性能。提高凝固液的濃度，或者提高凝固液的溫度，均有利于初生纖維的截面向圓形轉變。

聚丙烯腈基碳纖維原絲的制備路線，采用不同的依據，有不同的分類方法。根據紡絲使用的溶劑不同，可以分為二甲基亞砜法、硫氰酸鈉水溶液法、硝酸法等，根據原絲成型工藝的不同，可以分為濕法和干噴濕法。目前采用二甲基亞砜作為溶劑的濕法紡絲工藝生產的聚丙烯腈原絲占產量的絕大多數。傳統濕法紡絲用到的凝固液，由于配制量大，操作粗放，混合劇烈，以及設備設計方面的缺陷，因此造成凝固液的實際濃度往往比理論計算濃度低，并且凝固液渾濁，表面有少許類似油污的分解物漂浮。

專利CN201210160024公開了一種聚丙烯腈基原絲凝固浴溶液及制備方法和應用，一種聚丙烯腈基原絲凝固浴溶液是由二甲基亞砜、水和第三組分組成，其組成為：二甲基亞砜和水按體積比為二甲基亞砜：水＝(120-230)：100，第三組分在二甲基亞砜水溶液中的含量為0.02mol/L～0.08mol/L。采用如下制備方法將二甲基亞砜和水按體積比二甲基亞砜：水為(120-230)：100混合，于45～60℃混合均勻，得到二甲基亞砜水溶液；向二甲基亞砜水溶液中加入第三組分，第三組分在二甲基亞砜水溶液中的含量為0.02mol/L～0.08mol/L，混合均勻得到聚丙烯腈基原絲凝固浴溶液。仍具有配制量大，操作粗放，混合劇烈的缺陷，造成凝固液的實際濃度往往比理論計算濃度低，并且凝固液渾濁，表面有少許類似油污的分解物漂浮。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一是現有技術中存在的凝固液配制的實際濃度和理論濃度偏差大、凝固液穩定性差的問題。提供了一種配制凝固液的循環裝置，該裝置用于配制凝固液具有提高配制凝固液濃度的準確性，抑制二甲基亞砜熱分解的優點。

本發明所要解決的技術問題之二是提供一種應用解決技術問題之一所述循環裝置的凝固液的配制方法。

本發明所要解決的技術問題之三是提供一種解決技術問題之一所述的凝固液的循環裝置在紡絲工藝中的應用。