[發明專利]聚丙烯腈碳纖維原絲的制造方法

有效

• 申請號: 201811235278.1
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN111088561B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 李磊;沈志剛;繆金根;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: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種聚丙烯腈碳纖維原絲的制造方法，主要解決現有技術中存在的預氧化過程易產生毛絲、碳纖維力學性能差的問題。本發明通過采用一種聚丙烯腈碳纖維原絲的制造方法，采用濕法紡絲，包括蒸汽熱定型的步驟，其中，蒸汽熱定型過程中每根纖維承受張力為0.5?2.1mN的技術方案，較好的解決了該問題，可用聚丙烯腈碳纖維原絲的工業生產中。

技術領域

本發明涉及一種聚丙烯腈碳纖維原絲的制造方法，更具體的說，本發明涉及一種濕法紡絲制備聚丙烯腈碳纖維原絲的方法。

背景技術

碳纖維是一種含碳量在90％及以上的無機纖維，具有質量輕、比強度高、比模量高、耐高溫、耐腐蝕、耐磨、抗疲勞等一系列的優勢，碳纖維與各種基體經復合工藝制得的復合材料性能優異，在汽車輕量化、風力發電葉片、體育休閑用品等領域得到了廣泛的應用。

可制備碳纖維的前驅體有聚丙烯腈基、黏膠基和瀝青基等三大原料體系。其中聚丙烯腈基碳纖維因其制備過程簡單，碳纖維性能優異等優勢，得到了迅速的發展，產量最大。

聚丙烯腈基碳纖維的制備過程包括碳纖維原絲制備和原絲的氧化碳化處理。碳纖維原絲是制備碳纖維的關鍵，高質量的碳纖維原絲是制備高性能碳纖維的基礎，如何制備高質量的碳纖維原絲一直以來是碳纖維制備過程的重點和難點。碳纖維原絲的制備過程按其紡絲過程的不同可分為濕法紡絲和干噴濕法紡絲。濕法紡絲具有過程易控、纖維溶劑殘留量少、制備出的碳纖維與復合材料結合性能好等優勢，是制備碳纖維原絲的重要方法之一。

可通過濕法紡絲制備聚丙烯腈基碳纖維原絲的溶劑體系有多種，目前已實現工業生產的有硫氰酸鈉體系、二甲基亞砜體系、二甲基乙酰胺等，其中以二甲基亞砜作為溶劑制備聚丙烯腈基碳纖維原絲具有毒性較小、聚丙烯腈共聚物在溶劑中的溶解度大等特點，是濕法紡絲制備聚丙烯腈基碳纖維原絲的重要方法。

蒸汽熱定型是濕法紡絲制備聚丙烯腈基碳纖維原絲過程中重要的一個步驟，通常采用負牽伸，以緩解纖維表面結構引起的應力集中導致的纖維受損。專利JP1983214526A、JP2004076208A公開了一種聚丙烯腈基碳纖維原絲的制備方法，采用濕法紡絲方法，專利僅公布了初生纖維的張力，未公布蒸汽熱定型過程中適合纖維的張力。通過濕法紡絲制備的纖維在蒸汽熱定型前具有與干噴濕法紡絲顯著不同的表面結構，其具有明顯的“溝槽”結構，使其比表面積明顯大于干噴濕法紡絲纖維，在蒸汽熱定型過程中，蒸汽不可避免的沖擊絲束，使得絲束之間發生顯著的摩擦，更易使后續預氧化過程中產生較多的毛絲，最終導致碳纖維力學性能變差。同時，濕法紡絲制備纖維明顯的“溝槽”結構，使得纖維在蒸汽熱定型過程中易產生應力集中點，拉伸過程張力的控制較干噴濕法紡絲過程相比更為重要。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明主要解決的技術問題現有技術中存在的聚丙烯腈纖維作為碳纖維前驅體制備碳纖維過程中存在的預氧化過程易產生毛絲、碳纖維力學性能差的問題。提供一種聚丙烯腈碳纖維原絲的制造方法，較好的解決了該問題，具有預氧化過程中毛絲少、碳纖維力學性能好的特點。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：一種聚丙烯腈碳纖維原絲的制造方法，采用濕法紡絲，包括蒸汽熱定型的步驟，其中，蒸汽熱定型過程中每根纖維承受張力0.5-2.1mN。

上述技術方案中，所述蒸汽熱定型過程中每根纖維承受張力為1.5-2mN，纖維纖度大于等于0.8dtex。

上述技術方案中，所述制造方法還包括將聚丙烯腈紡絲原液通過濕法凝固成型、多級凝固牽伸、水洗、熱水牽伸、一次上油、干燥致密化、蒸汽牽伸、蒸汽熱定型、二次上油、二次干燥和收絲的步驟，得到聚丙烯腈碳纖維原絲。

上述技術方案中，所述聚丙烯腈紡絲原液中聚丙烯腈固含量17-22％，原液特性粘度1.7-2.5dL/g。

上述技術方案中，所述原絲制備時多級凝固牽伸為溫度20-70℃的多道牽伸，牽伸比為1-2。