[發明專利]一種連續淺溝槽聚丙烯腈碳纖維原絲的凝固成型方法

有效

• 申請號: 201710312853.2
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN106939439B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 張國良;夏新強;金亮;姚亮;王芬;張克勤
• 申請（專利權）人: 中復神鷹碳纖維有限責任公司
• 主分類號: D01D5/06
• 分類號: D01D5/06
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

本發明公開了一種連續淺溝槽聚丙烯腈碳纖維原絲的凝固成型方法。所述方法采用濕法紡絲技術，紡絲原液在保溫下進入凝固浴，控制凝固浴溫度在35?65℃，凝固浴濃度在50?75％，調節凝固浴pH值為5～6.8，負牽伸率在?30～?65％，凝固成型，制得初生纖維絲。本發明采用酸化處理凝固浴的方法，通過控制凝固浴的pH在弱酸性條件下，減緩了凝固成型過程中雙擴散，實現了纖維成型的均質化，原絲表面為連續淺溝槽，絲束通過后續水洗、水牽、上油、烘干、蒸牽工段的處理，原絲的牽伸倍數可達15?25倍。利用本發明方法可以制備出高性能的原絲和碳絲，在濕法生產中具有廣泛的使用前景。

技術領域

本發明涉及聚丙烯腈碳纖維原絲制備技術領域，具體涉及一種連續淺溝槽聚丙烯腈碳纖維原絲的濕法紡絲方法。

背景技術

聚丙烯腈基碳纖維是生產高性能碳纖維最有前途的前驅體。利用聚丙烯腈原絲為出發原料，經過預氧化和碳化過程得到的碳纖維的綜合性能最好。在聚丙烯腈原絲制備過程中，凝固成型是生產的關鍵環節，因此初生纖維的成型好壞直接影響著原絲和碳絲的綜合性能。在濕法紡絲中，由于凝固成型主要依靠雙擴散為成型動力，這種成型方式會形成很嚴重的結構缺陷，從而影響絲束在后續的可牽伸性能，大大降低了原絲的取向度。

中國專利申請201610105479.4公開了一種聚丙烯腈基碳纖維原絲的濕法紡絲制備方法，通過調控凝固浴溫度60℃～80℃，濃度為30％～50％，pH值為7.0～9.0，負牽伸為-80％至-25％，凝固浴循環量為1000L/h-2000L/h，在高溫、低濃度凝固浴成型條件下，減少了聚丙烯腈基碳纖維表面缺陷并提高了紡絲速度。中國專利申請201110180907.7公開了一種聚丙烯腈原絲的均質化凝固成型方法，通過在凝固浴中加入作為第三組分的含氨化合物，減緩聚丙烯腈紡絲液凝固過程中的雙擴散速度，實現了凝固成型的均質化，獲得了高性能的聚丙烯腈原絲及碳纖維。上述凝固成型方法均是在堿性條件下進行，然而高堿性條件下成型的纖維的牽伸性能不佳。

發明內容

本發明的目的是提供一種連續淺溝槽聚丙烯腈碳纖維原絲的凝固成型方法。所述方法通過控制凝固浴在弱酸性環境下，凝固浴溫度在35-65℃，凝固浴濃度在50-75％條件下，實現了單絲凝固成型的均質化和連續化，制得的聚丙烯腈碳纖維原絲能夠實現高倍拉伸，進而獲得高品質PAN原絲和碳纖維。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種連續淺溝槽聚丙烯腈碳纖維原絲的凝固成型方法，采用濕法紡絲技術，紡絲原液在保溫下進入凝固浴，控制凝固浴溫度在35-65℃，凝固浴濃度在50-75％，調節凝固浴pH值為5～6.8，負牽伸率在-30～-65％，凝固成型，具體步驟如下：

將聚丙烯腈碳纖維原絲的紡絲原液保溫在65-85℃，增壓后計量，經噴絲頭噴出后進入凝固浴中，控制凝固浴的pH為5-6.8，凝固浴溫度為35-65℃，凝固浴濃度為50-75％，負牽伸率為-30～-65％，凝固成型得到初生纖維絲。

優選地，所述的聚丙烯腈碳纖維原絲的紡絲原液的pH為7.5-10.5，固含量為17-28％。

優選地，所述的凝固浴溶液中溶質選自二甲基亞砜、二甲基甲酰胺或者二甲基乙酰胺，更優選為二甲基亞砜；溶劑選自水、丙酮或者乙醇，更優選為水。

優選地，所述的凝固浴循環量為150-450L/h。

優選地，噴絲速度為5-15m/min。

上述凝固成型方法中，凝固浴的pH通過加酸調節，可以是醋酸、鹽酸或者硝酸。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：