一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺制造技术

本发明专利技术涉及聚丙烯腈基聚合工艺，尤其涉及一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺。其技术要点如下，向聚合釜中加入共聚单体、引发剂体系、复配分子量调节剂和酸化的去离子水，加热保温并搅拌，反应结束后得到聚合液；将聚合液经脱除残留单体、洗涤、烘干得到聚丙烯腈粉末；复配分子量调节剂由多元酚类分子量调节剂和缓释型分子量调节剂组成。本发明专利技术提供的制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺，通过对分子量调节剂进行复配使用，获得分子量分布窄、分子量高的聚合物。分子量高的聚合物。

【技术实现步骤摘要】
一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺


[0001]本专利技术涉及聚丙烯腈基聚合工艺，尤其涉及一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺。

技术介绍

[0002]碳纤维是一种含碳量为90％以上的纤维材料，既具有碳材料固有的特性，又兼具纤维的柔软性。广泛应用已经渗透到体育器材、娱乐休闲、旅游设施、汽车轻量化、轨道交通、飞机制造、风力发电、石油、化工、航海、生物医学、建筑、战略导弹、防弹装甲等多个领域，是我国重点发展的战略型新兴材料。聚丙烯腈基碳纤维是以丙烯腈为主要原料，经过聚合、纺丝生产出聚丙烯腈基原丝，原丝在经过预氧化、碳化及表面处理后制得的高性能纤维材料，是目前发展最快、应用最广泛的高性能纤维材料之一。
[0003]结合国内外的聚丙烯腈基碳纤维的工艺技术现状进行分析，生产高比强度、高比模量的碳纤维必须从其前驱体—聚丙烯腈基(PAN)原丝来不断优化，聚丙烯腈基原丝的性能和结构在很大程度上决定着碳纤维的质量。研究发现，分子量分布指数越窄的丙烯腈共聚物经脱单脱泡后可以制得高性能的碳纤维原丝，然而，怎样控制丙烯腈共聚物的分子量分布指数是一个技术难点。
[0004]有鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺，通过对分子量调节剂进行复配使用，获得分子量分布窄、分子量高的聚合物。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺，通过对分子量调节剂进行复配使用，获得分子量分布窄、分子量高的聚合物。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]本专利技术提供的一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺，向聚合釜中加入共聚单体、引发剂体系、复配分子量调节剂和酸化的去离子水，加热保温并搅拌，反应结束后得到聚合液；将聚合液经脱除残留单体、洗涤、烘干得到聚丙烯腈粉末；复配分子量调节剂由多元酚类分子量调节剂和缓释型分子量调节剂组成。多元酚类分子量调节剂在前期能够温和的控制调节共聚物的重均分子量，而缓释型分子量调节剂能够使分子量调节剂缓慢释放，进一步调控共聚物的分子量分布，使分子量分布更窄的同时，减少分子量调节剂对共聚物的不良影响，保证共聚物的高结晶度。
[0008]进一步的，缓释型分子量调节剂是核壳结构，壳层是水解明胶，核层是硫醇类分子量调节剂。核壳结构较为稳定，而水解明胶在酸化的去离子水中降解，可分解为小分子氨基酸，羧酸基和衣康酸可以共同接入大分子链的端基，氨基起到中和羧酸基，同样起到分子量
调节的作用，在与多元酚类分子量调节剂的协同作用下，进一步缩窄分子量分布，同时保证共聚物的高结晶度。
[0009]进一步的，水解明胶和缓释型分子量调节剂的质量比为2:1。
[0010]进一步的，多元酚类分子量调节剂和缓释型分子量调节剂的质量比为1～3：1。此种比例能够获得最窄的分子量分布。
[0011]进一步的，多元酚类分子量调节剂是苯酚或丁香酚。
[0012]进一步的，硫醇类分子量调节剂是s,s
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二(α,α
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二甲基
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α
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乙酸)三硫代碳酸酯。该分子量调节剂能够与水解明胶更好的结合。
[0013]进一步的，共聚单体包括第一聚合单体丙烯腈、第二聚合单体丙烯酸甲酯和第三聚合单体衣康酸。
[0014]进一步的，按照质量百分数计算，聚合釜中物料加入量如下：第一聚合单体丙烯腈15～35wt％、第二聚合单体丙烯酸1.0～5.0wt％，第三聚合单体衣康酸0.5～3.0wt％，引发剂体系1.0～2.0wt％，复配分子量调节剂2.5～3.0wt％，余量为酸化的去离子水；其中，共聚单体+引发剂体系+复配分子量调节剂+酸化的去离子水＝100wt％。
[0015]进一步的，加热保温的温度为60～63℃，搅拌速度为30～100rpm，反应时间为3.5～5小时。
[0016]进一步的，引发剂体系包括过硫酸铵和亚硫酸氢铵，质量比为1.5:1。
[0017]本专利技术的第二个目的是提供一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的纺丝工艺，旨在提供一种拉伸强度大，避免毛刺、断裂的原丝。
[0018]本专利技术的上述技术效果是由下述技术方案实现的：
[0019]一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的纺丝工艺，将聚丙烯腈在低温下与二甲基乙酰胺混合配制成固含量的淤浆，并抽真空，加热溶解后，获得纺丝原液，然后将纺丝液升高温度，输送到纺丝计量泵，进行湿法纺丝成型。
[0020]综上所述，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术提供的一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺，通过对分子量调节剂进行复配使用，获得分子量分布窄、分子量高的聚合物。
具体实施方式
[0022]为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，对依据本专利技术提出的一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
[0023]本实施例所采用的材料均为市售。
[0024]来源如下：
[0025]丙烯腈：吉林石化公司丙烯腈厂生产，76～78℃馏分；
[0026]丙烯酸甲酯：扬子石化巴斯夫有限公司生产，纯度：99.9％；
[0027]衣康酸：浙江国光生化股份有限公司生产，纯度：99.7％；
[0028]过硫酸铵：分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产，纯度：98％；
[0029]亚硫酸氢铵：分析纯，广东翁江化学试剂有限公司生产，纯度：54％；
[0030]水解明胶：济南岱罡生物技术有限公司；
[0031]苯酚：山东鸿程化学股份有限公司；
[0032]丁香酚：山东鸿程化学股份有限公司；
[0033]s,s
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二(α，α
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二甲基
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α
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乙酸)三硫代碳酸酯：上海源叶生物科技有限公司；
[0034]酸化的去离子水：自制，pH值为2.0～3.0。
[0035]实施例1
[0036]一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺，按照质量百分比计算，具体包括如下操作步骤：
[0037]向聚合釜中加入第一聚合单体丙烯腈35wt％、第二聚合单体丙烯酸5.0wt％，第三聚合单体衣康酸3.0wt％，引发剂体系2.0wt％，复配分子量调节剂3.0wt％，余量为酸化的去离子水；其中，共聚单体+引发剂体系+复配分子量调节剂+酸化的去离子水＝100wt％。加热保温的温度为62℃，搅拌速度为70rpm，反应时间为3.5小时；将聚合液经脱除残留单体、洗涤、烘干得到聚丙烯腈粉末；复配分子量调节剂由丁香酚分子量调节剂和水解明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺，其特征在于，向聚合釜中加入共聚单体、引发剂体系、复配分子量调节剂和酸化的去离子水，加热保温并搅拌，反应结束后得到聚合液；将所述聚合液经脱除残留单体、洗涤、烘干得到聚丙烯腈粉末；所述复配分子量调节剂由多元酚类分子量调节剂和缓释型分子量调节剂组成。2.根据权利要求1所述的一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺，其特征在于，所述缓释型分子量调节剂是核壳结构，壳层是水解明胶，核层是硫醇类分子量调节剂。3.根据权利要求2所述的一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺，其特征在于，所述多元酚类分子量调节剂和缓释型分子量调节剂的质量比为1~3：1。4.根据权利要求2所述的一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺，其特征在于，所述多元酚类分子量调节剂是苯酚或丁香酚。5.根据权利要求2所述的一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺，其特征在于，所述硫醇类分子量调节剂是s,s
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二（α，α
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二甲基
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α
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乙酸）三硫代碳酸酯。6.根据权利要求1所述的一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈昆伦，季小强，张兆坤，任春生，
申请(专利权)人：常州市宏发纵横新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：