[發明專利]聚丙烯腈基碳纖維原絲的紡絲方法

在審

• 申請號: 202110074258.6
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112921433A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 沙玉林;李日濱;勇國慶;申培芳
• 申請（專利權）人: 威海拓展纖維有限公司
• 主分類號: D01F6/18
• 分類號: D01F6/18;D01D5/12;D01D5/16;D01D10/02;D01D10/06
• 代理公司: 威海匯英橋知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 37320
• 代理人: 于保妹

本發明揭示了一種聚丙烯腈基碳纖維原絲的紡絲方法，包括以下步驟：步驟1：配制質量濃度為66～70％的二甲基亞砜水溶液，并使二甲基亞砜水溶液的溫度維持在38～42℃；步驟2：向二甲基亞砜水溶液中加入氨水，得到pH值為9.5～10的凝固液；步驟3：將聚丙烯腈紡絲原液經紡絲后噴入凝固液中，得到初生纖維；步驟4：將初生纖維水洗后，置于蒸汽熱輥干燥機中進行熱輥牽伸干燥致密化，然后再進行蒸汽牽伸熱定型，即制得聚丙烯腈基碳纖維原絲。本發明提供的聚丙烯腈基碳纖維原絲的紡絲方法，能夠提高制得的原絲的取向度和強度，從而用于制備高強度和高模量的碳纖維。

技術領域

本發明屬于碳纖維原絲紡絲技術領域，具體涉及一種具有高強度和高模量的聚丙烯腈基碳纖維原絲的紡絲方法。

背景技術

碳纖維是一種高性能的纖維材料，現在被廣泛的應用于航天航空、能源交通、化工建材等領域，是制造飛機、運載火箭、衛星等尖端設備中的關鍵材料，隨著碳纖維國產化的創新進步，我國對高質量的碳纖維需求越來越多，尤其是對高強度高模量的碳纖維要求越來越多。

然而，高模量是碳化工序在石墨爐中以超高溫的絕氧環境中產生，但是這會會對纖維的強度有一定的影響，這就需要盡可能大的提高原絲的強度來彌補高模量帶來的強度損失。

因此，針對上述技術問題，有必要提供一種具有高強度和高模量的聚丙烯腈基碳纖維原絲的紡絲方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有高強度和高模量的聚丙烯腈基碳纖維原絲的紡絲方法，以解決現有技術中的問題。

為了實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一種聚丙烯腈基碳纖維原絲的紡絲方法，包括以下步驟：

步驟1：配制質量濃度為66～70％的二甲基亞砜水溶液，并使所述二甲基亞砜水溶液的溫度維持在38～42℃；

步驟2：向所述二甲基亞砜水溶液中加入氨水，得到pH值為9.5～10的凝固液；

步驟3：將聚丙烯腈紡絲原液經紡絲后噴入所述凝固液中，得到初生纖維；

步驟4：將所述初生纖維水洗后，置于蒸汽熱輥干燥機中進行熱輥牽伸干燥致密化，然后再進行蒸汽牽伸熱定型，即制得所述聚丙烯腈基碳纖維原絲。

進一步地，所述二甲基亞砜水溶液由二甲基亞砜溶于去離子水中制得。

進一步地，所述蒸汽熱輥干燥機中充有保護氣體，所述保護氣體用于排除所述蒸汽熱輥干燥機中的氧氣。

進一步地，所述保護氣體為氮氣、氬氣和氦氣中的至少一種。

進一步地，所述蒸汽熱輥干燥機的干燥溫度維持在170～80℃。

進一步地，所述步驟4中的干燥致密化時間不低于120s。

進一步地，所述步驟4中的熱輥牽伸的起始時間為開始進行干燥致密化后的70～90s。

進一步地，所述熱輥牽伸的牽伸倍數為1.2～1.4倍。

進一步地，所述蒸汽牽伸的牽伸倍數為2～4倍。

本發明有益效果：

與現有技術相比，本發明提供的聚丙烯腈基碳纖維原絲的紡絲方法，向二甲基亞砜水溶液中加入氨水調節pH后制得的凝固液，能夠提高初生纖維的致密度，降低皮芯結構，從而提高原絲的取向度和強度；在充入保護氣體的環境下進行干燥致密化，防止干燥過程形成預氧絲導致牽伸后的毛絲增多，并有利于提高原絲的取向度和強度；通過熱輥牽伸細旦化搭配蒸汽牽伸細旦化，能夠明顯提高原絲的取向度和強度，并減少毛絲的產生。

具體實施方式