[發(fā)明專利]一種碳纖維用聚丙烯腈聚合物高效聚合制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010764262.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-02
• 公開（公告）號(hào): CN111662407B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 敖琪;莊晗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 敖琪;莊晗
• 主分類號(hào): C08F220/46
• 分類號(hào): C08F220/46;C08F2/06;C08F2/00;D01F9/22
• 代理公司: 長(zhǎng)春市四環(huán)專利事務(wù)所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

本發(fā)明公開了一種碳纖維用聚丙烯腈聚合物高效聚合制備方法，該聚合反應(yīng)的組合物包括一種含丙烯腈的二元共聚體系或多元共聚體系，其聚合反應(yīng)條件為，反應(yīng)溫度為78?150℃，反應(yīng)壓力為1.5?50個(gè)大氣壓，反應(yīng)時(shí)間為10min?120min，經(jīng)脫除殘留單體和氣泡，得到聚丙烯腈紡絲原液，將所得聚合物進(jìn)行紡絲，將所得的碳纖維原絲進(jìn)行預(yù)氧化碳化，得到聚丙烯腈基碳纖維。本發(fā)明的丙烯腈溶劑聚合反應(yīng)中提高了聚合反應(yīng)的溫度，本發(fā)明的丙烯腈聚合反應(yīng)在保證聚合物高性能的前提，大大縮短了聚合反應(yīng)的時(shí)間，因此大大提升了聚合反應(yīng)的速率，進(jìn)而大大提高了生產(chǎn)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聚丙烯腈基原絲聚合物的制備方法，具體而言，本發(fā)明涉及聚丙烯腈一種溶液高效聚合方法，以及由該聚合物制備碳纖維原絲及碳纖維的制備方法。

背景技術(shù)

碳纖維是由碳元素組成的，含碳量在90％以上的高比強(qiáng)度、高比模量的一種特種高性能纖維。其具有密度低、耐高溫、抗摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕、抗輻射、良好阻尼等一系列綜合性能。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍民各個(gè)領(lǐng)域例如：航天、航空器、以及運(yùn)動(dòng)器材的制造。

聚丙烯腈基碳纖維具有優(yōu)良的綜合性能，是碳纖維領(lǐng)域研究和工業(yè)化的熱點(diǎn)，并在碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域應(yīng)用也在加強(qiáng)。應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，碳纖維的市場(chǎng)需求得到空前提升。因此在保證聚丙烯腈基碳纖維高性能的前提下，進(jìn)行碳纖維的高效生產(chǎn)是非常有必要的。聚丙烯腈基原絲以及碳絲的制備工藝基本確定，很難進(jìn)行改進(jìn)縮短制備時(shí)間，進(jìn)行高效生產(chǎn)，因此從聚丙烯腈合成著手，為了得到優(yōu)異聚丙烯腈原絲以及聚丙烯腈基碳纖維，就要選擇優(yōu)異性能(適中的分子量、窄分子量分布、良好的可紡性等)的紡絲原液，我們?cè)诒ＷC紡絲原液優(yōu)異性能的前提，我們需要對(duì)聚丙烯腈進(jìn)行高效高性能聚合。中國(guó)專利CN101280041A公開了一種含有丙烯腈和堿性化合物的聚合反應(yīng)組合物，由該聚合反應(yīng)組合物制備的碳纖維原絲及碳纖維，以及原絲及碳纖維的制備方法，其中聚合反應(yīng)條件為：以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑溶液共聚，反應(yīng)溫度為50-70℃，反應(yīng)時(shí)間為20-28小時(shí)。

中國(guó)專利CN102102235B公開了一種含乙烯基硅烷結(jié)構(gòu)單元的聚丙烯腈基高性能碳纖維紡絲原液及其制備方法，聚合反應(yīng)條件為：以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑溶液共聚，反應(yīng)溫度為50-70℃，反應(yīng)時(shí)間為12-30小時(shí)。

中國(guó)專利CN103422187A公開了一種低粘度、高性能碳纖維紡絲原液的制備方法。其聚合反應(yīng)條件為：以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑溶液共聚，反應(yīng)溫度為50-70℃，反應(yīng)時(shí)間為20-40小時(shí)。

多年來，研究人員一直關(guān)注嘗試選擇不同的共聚單體或嘗試不同的聚合方法對(duì)聚丙烯腈樹脂進(jìn)行改性，期望得到性能優(yōu)異的紡絲原液，但是我們發(fā)現(xiàn)聚合反應(yīng)時(shí)間多數(shù)在10小時(shí)以上，在碳纖維需求如此龐大的情況下，提高聚合反應(yīng)效率是必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種在高溫下碳纖維用聚丙烯腈聚合物高效聚合制備方法，該制備方法能使聚合反應(yīng)速度大大加快，反應(yīng)時(shí)間大幅度降低，高效聚合，同時(shí)保持共聚物分子量分布窄，分子排列順序整齊的優(yōu)點(diǎn)。

一種碳纖維用聚丙烯腈聚合物高效聚合制備方法，該聚合反應(yīng)的組合物包括一種含丙烯腈的二元共聚體系或多元共聚體系，其反應(yīng)條件為，反應(yīng)溫度為78-150℃，反應(yīng)壓力為1.5-50個(gè)大氣壓，反應(yīng)時(shí)間為10min-120min，經(jīng)脫除殘留單體和氣泡，得到聚丙烯腈紡絲原液，將所得聚合物進(jìn)行紡絲，將所得的碳纖維原絲進(jìn)行預(yù)氧化碳化，得到聚丙烯腈基碳纖維。

所述的二元共聚體系或例如三元的多元共聚體系中重量百分比含量，丙烯腈90-99wt％，第二單體為0.2-7wt％，第三單體為0.1-5wt％，引發(fā)劑偶氮二異丁腈的量為0.3-2.0％。