一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法和聚丙烯腈纤维的制备方法技术

本发明专利技术涉及纺织化学品技术领域，具体涉及一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法和聚丙烯腈纤维的制备方法。本发明专利技术提供的聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈树脂与溶剂混合，得到聚丙烯腈淤浆液；(2)将所述聚丙烯腈淤浆液输入双螺杆挤出机中，进行溶解和脱泡，得到聚丙烯腈纺丝原液；所述双螺杆挤出机的温度为65～120℃；所述聚丙烯腈淤浆液在双螺杆挤出机中的停留时间为1～30min。通过本发明专利技术提供的制备方法能够制备得到分子量高达1×10

A preparation method of polyacrylonitrile spinning solution and polyacrylonitrile fiber

【技术实现步骤摘要】
一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法和聚丙烯腈纤维的制备方法
本专利技术涉及纺织化学品
，具体涉及一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法和聚丙烯腈纤维的制备方法。
技术介绍
由于聚丙烯腈纤维具有光泽好、刚性强、蓬松性好、手感柔软等优点，被广泛用于制作人造毛皮的底毛和立毛、毛绒玩具、室内装饰品和立绒服装等。碳纤维因其拥有高强、高模、密度小等极优越的机械性能和化学稳定性被广泛应用于工业、航空航天、体育休闲等领域。目前，经过分子结构设计的聚丙烯腈类共聚物是制备碳纤维最重要的前驱体之一。通常，由聚丙烯腈类聚合物制备碳纤维可采用两种方式：均相溶液聚合一步法和非均相聚合两步法。其中，非均相聚合两步法制备的聚丙烯腈类聚合物多为粉料形式，具有成本低、单釜产能大、聚合工艺要求低、聚合物结构可调范围大以及纺丝液配制灵活等优点，使其在碳纤维领域得到了广泛应用。采用非均相聚合两步法制备碳纤维时，首先是选择适当的溶剂将聚丙烯腈粉料配制成适合纺丝工艺要求的均相溶液，而后经静置脱泡、过滤后进入纺丝工序制得聚丙烯腈纤维；其中，聚丙烯腈粉料的粒径范围在几微米到几十甚至数百微米不等。众所周知，高聚物的溶解经历先溶胀后溶解的过程，因此，聚丙烯腈颗粒尺寸大小极大地影响着聚丙烯腈树脂的均匀溶解，甚至某些大的聚丙烯腈颗粒在经过了长时间高温后依旧不能溶解，这会给纺前过滤造成巨大的压力，也会严重影响纺丝连续性。脱泡效果不佳将会导致纺丝过程中出现断丝、毛丝、细丝，导致纺丝过程不稳定，严重影响纤维质量；另外，现行的原液配制和脱泡工艺流程长、能耗高、时间长。r>对于制备碳纤维的聚丙烯腈树脂，从分子结构来看，高分子量、高固含量的聚丙烯腈更适于制备高强度的聚丙烯腈纤维，尤其是采用干喷-湿法纺丝制备聚丙烯腈基碳纤维原丝。但是高分子量聚丙烯腈树脂的高浓度纺丝原液配制困难，也极易形成微凝胶，使过滤操作困难，生产稳定性差，断头率高。因此，高效制备高分子量、高固含量的高质量聚丙烯腈纺丝原液是提高聚丙烯腈纤维以及碳纤维性能和生产效率的有效途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法和聚丙烯腈纤维的制备方法。采用本专利技术制备方法制备的聚丙烯腈纺丝原液固含量高、无气泡、无凝胶；而且生产稳定性好，效率高，成本低。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈树脂与溶剂混合，得到聚丙烯腈淤浆液；(2)将所述聚丙烯腈淤浆液输入双螺杆挤出机中，进行溶解和脱泡，得到聚丙烯腈纺丝原液；所述双螺杆挤出机的温度为65～120℃；所述聚丙烯腈淤浆液在双螺杆挤出机中的停留时间为1～30min。优选地，步骤(1)所述聚丙烯腈树脂的数均分子量为1×104～1×106g/mol；所述溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、硫氰酸钠水溶液或氯化锌水溶液。优选地，步骤(1)所述混合在搅拌条件下进行，所述搅拌的温度为-15～10℃，所述搅拌的速度为10～1000r/min。优选地，所述聚丙烯腈淤浆液中聚丙烯腈树脂的含量为5～50wt.％。优选地，步骤(2)所述溶解在真空条件下进行，真空度为0.1～100kPa。本专利技术还提供了一种聚丙烯腈纤维的制备方法，采用上述技术方案所述制备方法制备得到的聚丙烯腈纺丝原液经湿法纺丝或干喷-湿法纺丝制备得到。优选地，所述湿法纺丝包括依次进行的凝固浴、牵伸浴、水洗、上油、蒸汽牵伸和干燥。优选地，所述凝固浴的温度为40～75℃；所述牵伸浴的温度为40～85℃；所述水洗的温度为85～98℃；所述干燥的温度为110～180℃。优选地，所述干喷-湿法纺丝包括依次进行的干喷、凝固浴、牵伸浴、水洗、蒸汽牵伸和干燥。优选地，所述干喷的空间距离为5～50mm；所述凝固浴的温度为-20～75℃；所述牵伸浴的温度为40～85℃；所述水洗的温度为55～98℃；所述蒸汽牵伸的温度为120～160℃；所述干燥的温度为110～180℃。本专利技术提供了一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈树脂与溶剂混合，得到聚丙烯腈淤浆液；(2)将所述聚丙烯腈淤浆液输入双螺杆挤出机中，进行溶解和脱泡，得到聚丙烯腈纺丝原液；所述双螺杆挤出机的温度为65～120℃；所述聚丙烯腈淤浆液在双螺杆挤出机中的停留时间为1～30min。本专利技术将配制好的聚丙烯腈淤浆通入双螺杆挤出机中，通过调控聚丙烯腈淤浆液在双螺杆挤出机中的停留时间，配合温度控制，实现高品质聚丙烯腈纺丝原液的连续快速制备；通过本专利技术提供的制备方法能够制备得到分子量高达1×106g/mol，或固含量高达50wt.％的聚丙烯腈纺丝原液，且得到的聚丙烯腈纺丝原液无气泡、无凝胶；本专利技术提供的制备方法生产稳定性好、工艺操作简单，适宜规模化生产。本专利技术还提供了一种聚丙烯腈纤维的制备方法，采用上述技术方案所述制备方法制备得到的聚丙烯腈纺丝原液经湿法纺丝或干喷-湿法纺丝制备得到。采用本专利技术提供的制备方法能够得到高强度聚丙烯腈纤维，实施例结果表明，本专利技术制备的聚丙烯腈纤维的单丝纤度为0.8～1.0dtex，强度为9.0～11.3cN/dtex。具体实施方式本专利技术提供了一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈树脂与溶剂混合，得到聚丙烯腈淤浆液；(2)将所述聚丙烯腈淤浆液输入双螺杆挤出机中，进行溶解和脱泡，得到聚丙烯腈纺丝原液；所述双螺杆挤出机的温度为65～120℃；所述聚丙烯腈淤浆液在双螺杆挤出机中的停留时间为1～30min。本专利技术将聚丙烯腈树脂与溶剂混合，得到聚丙烯腈淤浆液。在本专利技术中，所述聚丙烯腈树脂的数均分子量优选为1×104～1×106g/mol；粘均分子量优选为13×104g/mol。通常聚丙烯腈树脂的分子量越大，相同条件下能够溶解的聚丙烯腈树脂越低，采用本专利技术提供的方法能够溶解高分子量的聚丙烯腈树脂，得到高品质的聚丙烯腈纺丝原液。在本专利技术中，所述溶剂优选包括N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、硫氰酸钠水溶液或氯化锌水溶液，更优选为N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或硫氰酸钠水溶液。在本专利技术中，所述硫氰酸钠水溶液中硫氰酸钠的质量浓度优选为45～58.6wt.％，更优选为48～55.0wt.％；所述氯化锌水溶液中氯化锌的质量浓度优选为55～70wt.％，更优选为58～64wt.％。在本专利技术中，所述混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的温度优选为-15～10℃，更优选为-10℃；所述搅拌的速度优选为10～1000r/min，更优选为60r/min。本专利技术限定在低温条件下混合的作用是使聚丙烯腈粉料与所用溶剂充分混和并适当溶胀。在本专利技术中，所述聚丙烯腈淤浆液中聚丙烯腈树脂的含量优选为5～50wt.％，更优选为15～35wt.％。本专利技术得到的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将聚丙烯腈树脂与溶剂混合，得到聚丙烯腈淤浆液；/n(2)将所述聚丙烯腈淤浆液输入双螺杆挤出机中，进行溶解和脱泡，得到聚丙烯腈纺丝原液；/n所述双螺杆挤出机的温度为65～120℃；所述聚丙烯腈淤浆液在双螺杆挤出机中的停留时间为1～30min。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯腈树脂与溶剂混合，得到聚丙烯腈淤浆液；
(2)将所述聚丙烯腈淤浆液输入双螺杆挤出机中，进行溶解和脱泡，得到聚丙烯腈纺丝原液；
所述双螺杆挤出机的温度为65～120℃；所述聚丙烯腈淤浆液在双螺杆挤出机中的停留时间为1～30min。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述聚丙烯腈树脂的数均分子量为1×104～1×106g/mol；所述溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、硫氰酸钠水溶液或氯化锌水溶液。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合在搅拌条件下进行，所述搅拌的温度为-15～10℃，所述搅拌的速度为10～1000r/min。


4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈淤浆液中聚丙烯腈树脂的含量为5～50wt.％。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：付中禹，张会轩，刘士禹，刘霜，邢洋洋，敖玉辉，张明耀，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22