本发明专利技术公开了一种湿法纺PAN基碳纤维用原丝的制备方法，包括以下步骤：(1)制备聚丙烯腈原液；(A)溶解原料；(B)聚合反应；(C)获得聚丙烯腈原液；(2)纺丝工艺；将制得的聚丙烯腈原液经过凝固成型工艺、水洗工艺、上油工艺、烘干致密化工艺、高压蒸汽牵伸工艺、二次上油、松弛热定型工艺后收丝获得原丝。该方法制得原液残单量和凝胶少，亲水性大，原液在纺丝凝固成型过程中所得初生纤维致密，透明度高，从而保证纺丝速度提高至125m/min以上时，纺丝过程中运行稳定，原丝溶剂残留量小，无毛丝和并丝，单线产能大幅度提高，原丝生产成本大幅降低，并能在高速纺丝情况下，满足T700和T800级别原丝的生产工艺。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米碳纤维制备领域，具体涉及一种湿法纺PAN基碳纤维用原丝的制 备方法。
技术介绍
聚丙烯腈（PAN)基碳纤维因其具有耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数小、尺寸稳定性 好、高比强度、高比模量和轻质化等优异特点，在航空航天、轨道交通、体育用品等方面得到 广泛应用。目前我国碳纤维已经突破T700和T800技术瓶颈，T300已经能大规模稳定生产， 但是由于国内碳纤维生产厂家普遍存在生产成本高现象，在国外碳纤维厂家对国内市场进 行大肆低价倾销的形式下，国产碳纤维在销售空间上受到挤压，在价格上失去竞争优势，市 场占有率低，资本回收困难，基本处于亏损状态。 据公开报道统计，国内碳纤维厂家达40家左右，除连云港中复神鹰实现干喷湿法 连续化稳定生产外，其他厂家均为湿法纺丝生产线，纺丝速度在60m/min左右，纺丝速度相 比干喷湿法偏低，该法生产原丝成本占碳纤维成本的30%以上。而有关报道显示，日本相关 碳纤维企业的湿法纺丝速度达到150m/min左右，生产成本大大降低，形成进一步的价格优 势。 因此，有必要开发一种湿法纺PAN基碳纤维用原丝的制备方法提高纺丝速度，降 低生产成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种纺丝速度高、生产成本低且稳定生产、适宜 大规模生产化的湿法纺PAN基碳纤维用原丝的制备方法。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：该湿法纺PAN基碳纤维用原丝 的制备方法，包括以下步骤： (1)制备聚丙烯腈原液： (A)溶解原料：以丙烯腈为主单体，以衣康酸和丙烯酸甲酯为共聚单体，将主单体 与共聚单体溶于溶剂并搅拌〇. 8~I. 5h使其充分溶解，得到原料溶液； (B)聚合反应：在步骤（A)的原料溶液中添加引发剂，通过聚合溶剂溶解并充分混 合后加入反应釜中进行聚合反应，获得反应后的原液； (C)获得聚丙烯腈原液：将步骤（B)的反应后的原液放置于脱单前的储罐中，且边 搅拌边通入氨气，再将其经过脱单、脱泡和三级过滤后，得到供仿丝的聚丙烯腈原液； (2)纺丝工艺：将步骤⑴中制得的供仿丝的聚丙烯腈原液经过凝固成型工艺、水 洗工艺、上油烘干致密化工艺、高压蒸汽牵伸工艺后收丝获得原丝。采用上述技术方案，首 先通过单体制备供纺聚合物原液，然后再通过纺丝工艺将所制得的聚合物原液，纺丝原液 固含量是一个影响纤维结构和形态的重要因素，因此通过优化了供纺聚合物原液的制备工 艺，提高了供纺聚合物原液的可纺性，进而可以提高纺丝工艺的速度，从而降低生产成本； 步骤（1)反应后所得聚合物粘度为35-55Pa · S，转化率< 95%，固含量为18-22%，原液特 性粘度在1. 7-2. 0。 本专利技术的进一步改进在于，所述步骤（1)的步骤（A)中丙烯腈主单体的重量占聚 合物总重量的95~99%;所述共聚单体衣康酸和丙烯酸甲酯的重量占聚合物总重量的1~ 3% ;所述溶剂为二甲基亚砜DMSO ;且所述溶剂的重量占聚合溶液总重量的78~85%。通 过优化聚合单体的配比，提高供纺原液的可纺性，减少原液中的残单量和凝胶成分，提高原 液的亲水性从而使初生纤维成型更致密，优化水洗工艺从而降低溶剂残留量，使纺丝运行 稳定性增加。 本专利技术的进一步改进在于，所述步骤（1)的步骤（B)中所述引发剂为偶氮二异丁 腈；且所述引发剂的重量占聚合物总重量的0. 02~0. 1%。采用偶氮二异丁腈为引发剂可 以更好地使单体聚合，可以减少聚合反应的时间，从而节约生产成本。 本专利技术的进一步改进在于，所述步骤（1)的步骤（B)中原料溶液与引发剂经过静 态混合器充分混合，混合时的反应温度控制在40~70°C，反应时间为20~40h。通过静态 混合器可以使原料溶液与引发剂实现充分混合，有利于聚合反应，提高聚合反应的效率。 本专利技术的进一步改进在于，所述步骤（1)的步骤（B)中所述反应釜为3级串联的 聚合釜，且带有夹套和外循环装置，；所述聚合反应的反应时间为25~35h。所述夹套内通 < 25°C纯水对釜内聚合液进行冷却；所述外循环装置管线上装有散热器，原液通过时可以 将热量带走，外循环管线流量为1~4倍聚合釜体积/h。 本专利技术的进一步改进在于，所述步骤（1)的步骤（C)中所述氨气的通入量为所述 原料中衣康酸的摩尔比的10~40%。通入氨气主要是为了调节原液的pH值和对反应后 的原液进行碱化处理，能够有效去除包含在共聚体系中的其他金属离子等杂质，从而提高 了 PAN聚合物原液的纯度，提高供纺原液的可纺性，减少原液中的残单量和凝胶成分，提高 原液的亲水性从而使初生纤维成型更致密，优化水洗工艺从而降低溶剂残留量，使纺丝运 行稳定性增加。 本专利技术的进一步改进在于，所述步骤（2)中所述凝固成型工艺中，所述凝固浴的 温度为40~60°C，浓度为50~70%，总牵伸比为10~12倍；且凝固浴液的pH值通过氨 水调节保持在8. 0~9. 5。凝固浴浓度、凝固浴温度、拉伸比、纺丝原液固含量等主要影响扩 散系数及扩散速率；经过大量实验筛选，获得该凝固条件为最优的条件。 本专利技术的进一步改进在于，所述步骤（2)中所述水洗工艺分为9段槽水洗，采用先 牵后洗工艺，水洗槽辅以超声波和喷淋装置，丝束展幅调整均匀，其中水洗7#、9#槽补水， 8#槽溢流水排地沟；总补水量为丝束产量的15~25倍。 本专利技术的进一步改进在于，所述步骤（2)中所述上油烘干致密化工艺中第一上油 槽中设置5辊不锈钢导辊，第二上油槽中设置3辊不锈钢导辊，丝束交错通过导辊装置，导 辊镜面抛光；所采用的油剂的主要成分为氨基改性硅油。 本专利技术的进一步改进在于，所述步骤（2)中所述高压蒸汽牵伸工艺通过高压蒸汽 牵伸箱高倍牵伸，所述蒸汽牵伸箱压力为1. 5~2. 5bar，温度在120~140°C，牵伸倍数为 2. 0 ~2. 5 倍。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：采用该湿法纺PAN基碳纤维用原丝的制 备方法制得原液残单量和凝胶少，亲水性大，原液在纺丝凝固成型过程中所得初生纤维致 密，透明度高，从而保证纺丝速度提高至125m/min以上时，纺丝过程中运行稳定，原丝溶剂 残留量小，无毛丝和并丝，单线产能大幅度提高，原丝生产成本大幅降低，并能在高速纺丝 情况下，满足T700和T800级别原丝的生产工艺。【具体实施方式】 实施例1 : 该湿法纺PAN基碳纤维用原丝的制备方法，包括以下步骤： (1)制备聚丙烯腈原液： ⑷溶解原料：将占聚合物总重量98 %的丙烯腈（AN)、占聚合物总重量I. 0 %的衣 康酸，占聚合物总重量1.0%的丙烯酸甲醋，常温下溶于占聚合溶液总重的80%的二甲基 亚砜（DMSO)中，搅拌Ih ; ⑶聚合反应：将占聚合物总重量0.05%的偶氮引发剂，通过溶剂充分溶解后常 温下加入到3级串联的聚合釜中聚合，聚合釜带有夹套和釜外循环装置，入聚合釜之前，弓丨 发剂和混单料经过一个静态混合器充分混合，反应温度控制在65°C，反应30h ; (C)获得聚丙烯腈原液：三釜后的原液放置于脱单前储罐中，边搅拌情况下，通入 占进料量中衣康酸摩尔比150L/h的氨气；再将其经过脱单、脱泡和三级过滤后，获得聚丙 烯腈原液，其粘度为40Pa · S，转化率< 95 %，固含量为20 %，原液本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种湿法纺PAN基碳纤维用原丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备聚丙烯腈原液：(A)溶解原料：以丙烯腈为主单体，以衣康酸和丙烯酸甲酯为共聚单体，将主单体与共聚单体溶于溶剂并搅拌0.8～1.5h使其充分溶解，得到原料溶液；(B)聚合反应：在步骤(A)的原料溶液中添加引发剂，通过聚合溶剂溶解并充分混合后加入反应釜中进行聚合反应，获得反应后的原液；(C)获得聚丙烯腈原液：将步骤(B)的反应后的原液放置于脱单前的储罐中，且边搅拌边通入氨气，再将其经过脱单、脱泡和三级过滤后，得到供仿丝的聚丙烯腈原液；(2)纺丝工艺：将步骤(1)中制得的供仿丝的聚丙烯腈原液经过凝固成型工艺、水洗工艺、上油烘干致密化工艺、高压蒸汽牵伸工艺、二次上油工艺、松弛热定型工艺后收丝获得原丝。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐国庆，钱鸿川，程世锋，唐俊鑫，霍清锋，
申请(专利权)人：江苏恒神股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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