[發明專利]低含硅聚丙烯腈原絲的上油方法

有效

• 申請號: 201811234877.1
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN111088535B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 沈志剛;王賀團;李磊;張靜
• 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: D01D5/096
• 分類號: D01D5/096
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種低含硅聚丙烯腈原絲的上油方法，主要解決現有技術中存在的原絲毛絲多、并絲和上油不均勻的問題。通過采用一種聚丙烯腈原絲的上油方法，包括至少兩道上油和干燥致密化的步驟；其中，第一道上油采用的是超低硅油劑或者無硅油劑；第二道上油采用的是通用含硅油劑的技術方案，較好地解決了該問題，可用于聚丙烯腈原絲的紡絲過程中。

技術領域

本發明涉及一種上油方法，具體來說是一種用于低含硅聚丙烯腈原絲的上油方法。

背景技術

從上個世紀50年代開始，發達國家為研發大型火箭和人造衛星以及全面提高飛機性能，急需新型結構材料及耐腐蝕材料，使碳纖維重新出現在新材料的舞臺上，并逐步形成了PAN基碳纖維、黏膠基碳纖維和瀝青基碳纖維的三大原料體系。由于PAN基碳纖維原絲生產工藝較其他方法簡單，產品的力學性能良好，因此得到了迅速發展，成為當前生產碳纖維原絲的主流。

PAN基碳纖維原絲具有高強度、高模量、耐高溫和耐腐蝕等優異性能，被廣泛應用于航空航天、國防軍事等領域。此外，在飛機工業、汽車行業、船舶制造、醫療器械、體育運動器材和新型建材等領域亦有廣闊的應用前景。制備PAN基碳纖維原絲主要包括以下環節：聚合紡絲、PAN原絲的熱穩定化以及PAN穩定化纖維原絲的碳化或進一步的石墨化。聚合紡絲過程主要包括單體聚合、脫單脫跑和紡絲。紡絲工藝有濕法、干濕法和熔融法三種，濕法紡絲是目前應用最廣泛的工藝。濕法紡絲中容易控制原絲質量，得到原絲纖度離散較小、溶劑殘留較少，其工藝相對較為成熟。

PAN基碳纖維原絲是一種人工合成的無機纖維原絲。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原絲狀聚合物。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原絲。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。

優質PAN原絲是制造高性能碳纖維的首要必備條件，也是影響碳纖維質量最關鍵的因素之一。所制備的原絲要實現高純化、高強化、細旦化和致密化；單絲之間分線性好，原絲表面不能有明顯缺陷。制備高品質碳纖維的前提條件是必須使用優質的聚丙烯腈原絲，這是多年經驗的總結，只有好的紡絲原液才能紡制出優質的聚丙烯腈原絲。

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。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。

上油是碳纖維原絲制備工藝中一個關鍵的步驟。上油就是在聚丙烯腈原絲表面均勻涂上一層油劑薄膜，油劑可以滲透到原絲內，但大部分的油劑仍然停留在原絲表面，油劑可以保護原絲不被刮傷，還可以提高原絲的集束性和抗靜電性，避免原絲在進一步的后處理過程中發生并絲和斷絲。原絲的上油量要適當，上油劑量過多，引起硅污染；油劑量過少，引起單絲之間的粘連或并絲。

對于聚丙烯腈基碳纖維原絲來講，一般采用兩道上油的方法。第一道上油均勻涂覆在原絲表面，提高原絲的集束形和抗靜電性，保護現為表面，并提高其后道的可紡性；第二道上油主要針對原絲的耐濕熱性能，避免其在后道的高溫處理中熔并。

國內專利CN101876096A是一種碳纖維生產過程中所用原絲油劑的生產方法，該原絲油劑的工藝合理，操作簡單。該油劑使用時滲透快，潤滑性好，可以提高原絲集束性，可以在單絲表面成膜，耐高溫，在干燥致密化輥過程中不黏輥，可以再整個預氧化過程中以及低溫碳化初期很好地保護原絲，大大降低了單絲粘連和并絲現象，減少了原絲的表面缺陷，提高了原絲的性能。