测试聚丙烯腈纺丝原液固含量的方法技术

本发明专利技术公开了测试聚丙烯腈纺丝原液固含量的方法，包括：(1)采用传统方法测出聚丙烯腈纺丝原液固含量，然后以二甲基亚砜为溶剂进行稀释，使稀释后聚丙烯腈纺丝原液中聚丙烯腈的质量分数为0.16％～2.80％，测试稀释后聚丙烯腈纺丝原液的最大吸收波长处的吸光度，构建聚丙烯腈质量分数

【技术实现步骤摘要】
测试聚丙烯腈纺丝原液固含量的方法


[0001]本专利技术属于碳纤维领域，具体涉及一种测试聚丙烯腈纺丝原液固含量的方法。

技术介绍

[0002]碳纤维是碳元素质量分数大于90％的纤维状材料，具有质轻、拉伸强度和弹性模量高等优点，被广泛应用于航空航天、风电、体育用品等领域。聚丙烯腈(PAN)原丝是被广泛应用于制备碳纤维的母体材料，是目前生产高性能碳纤维最理想的前躯体，其用量超过当前世界碳纤维总用量的90％。
[0003]PAN碳纤维的制备按照生产单元可分为聚合、纺丝、预氧化、碳化等过程。聚合是制备碳纤维纺丝原液的过程，国内大多数碳纤维生产企业采取二甲基亚砜为溶剂，通过溶液聚合制备聚合物溶液，经脱单、脱泡、过滤等过程输送到纺丝工段进行湿法或干湿法纺丝制备聚丙烯腈原丝。聚丙烯腈溶液固含量是评价聚合反应进程、影响溶液纺丝成形、原丝结构和性能的重要参数，因而成为碳纤维纺丝原液的重要中控指标。
[0004]现阶段通常定量称取聚丙烯腈纺丝原液质量(记为M)，借助适当工具在玻璃片上压成均匀薄膜，用纯水冲洗薄膜使其凝固完全，然后用沸水反复洗涤薄膜直至将溶剂二甲基亚砜完全洗净，然后将薄膜放入80～135℃的烘箱中，烘干1～3h后取出放入干燥皿中冷却直至恒重，称量薄膜质量(记为m)，根据公式计算聚丙烯腈纺丝原液的固含量。此方法测定时间较长，而且存在薄膜中二甲基亚砜不能完全洗净的可能，造成所测定聚丙烯腈纺丝原液固含量偏高问题。同时若某些因素引起聚丙烯腈纺丝原液固含量产生波动，一方面表明聚合工段出现问题，另一方面则影响碳纤维原丝纤度和碳纤维线密度，影响碳纤维质量稳定性。而目前聚丙烯腈纺丝原液固含量测定方法耗时长，不能及时反馈聚丙烯腈纺丝原液质量，因而不能及时提供调整纺丝工艺参数的依据。聚丙烯腈中的氰基官能团在紫外光区存在吸收，但采用国内厂家聚丙烯腈纺丝原液，以二甲基亚砜为参比液直接测定存在吸光度超出量程问题(如图1)，而采用某一质量分数聚丙烯腈溶液为参比溶液，存在最大吸收波长偏移和聚丙烯腈质量分数与吸光度不成线性关系问题(如图2、图3)，因此现阶段无法利用分光光度法进行定量测定聚丙烯腈碳纤维纺丝原液的固含量。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种测试聚丙烯腈纺丝原液固含量的方法，采用该方法解决了原来光谱法直接用于聚丙烯腈纺丝原液定量测定时遇到的吸光度超量程、最大吸收波长偏移以及聚丙烯腈质量分数与吸光度不呈线性关系等问题，并且解决了现有质量称重法测定固含量方法耗时长不能及时反馈测定结果，影响后续聚合和纺丝工艺参数调整和设定的技术问题。
[0006]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种测试聚丙烯腈纺丝原液固含量的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：(1)采用传统方法测出聚丙烯腈纺丝原液固含量，然
后以二甲基亚砜为溶剂，稀释所述聚丙烯腈纺丝原液使稀释后聚丙烯腈纺丝原液中聚丙烯腈的质量分数为0.16％～2.80％，并且采用紫外可见分光光度法测试所述稀释后聚丙烯腈纺丝原液的最大吸收波长处的吸光度，构建聚丙烯腈质量分数
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吸光度的标准线性方程；(2)定量称取经脱单后纺丝前的聚丙烯腈纺丝原液，然后稀释使得稀释后聚丙烯腈纺丝原液中聚丙烯腈质量分数为0.30％～2.00％；(3)伴随着搅拌，使步骤(2)得到的所述稀释后聚丙烯腈纺丝原液中聚丙烯腈完全溶解在二甲基亚砜中，然后以二甲基亚砜为参比，测定聚丙烯腈溶液在最大吸收波长处的吸光度；4)根据步骤(1)聚丙烯腈质量分数
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吸光度的标准线性方程计算步骤(3)所述的纺丝溶液中聚丙烯腈质量分数，再根据计算经脱单后纺丝前的聚丙烯腈纺丝原液的固含量，其中，C为聚丙烯腈纺丝原液的固含量，单位为％，X为聚丙烯腈质量分数，单位为％，M1为步骤(3)中聚丙烯腈纺丝原液质量，单位为g，M2为步骤(3)中加入二甲基亚砜质量，单位为g。
[0007]优选地，M1的质量为0.5～1g，M2的取值为6～40g。
[0008]与现有技术相比，本专利技术通过采用二甲基亚砜将聚丙烯腈纺丝原液的聚丙烯腈质量分数稀释到0.30％～2.00％，然后采用紫外可见分光光度法检测稀释后聚丙烯腈纺丝原液最大吸收波长处的吸光度，最大吸收波长不随聚丙烯腈质量分数改变而改变，并且稀释后聚丙烯腈纺丝原液最大吸收波长处的吸光度与聚丙烯腈质量分数具有良好线性关系，线性相关系数大于0.999。对于同一厂家或企业，不改变聚合配方和聚合工艺时，此标准线性方程每隔一段时间校正即可，日常聚丙烯腈纺丝原液固含量测定可基于此对脱单后纺丝前的聚丙烯腈纺丝原液定量稀释成适宜质量分数后测定最大波长处的吸光度，根据线性方程和稀释倍数即可计算聚丙烯腈纺丝原液的固含量。与现有聚丙烯腈溶液固含量测试方法相比，本专利技术利用二甲基亚砜将以往不能直接采用分光光度法测定的聚丙烯腈纺丝原液稀释为可以采用二甲基亚砜为参比溶液、在最大吸收波长处进行吸光度测定的聚丙烯腈溶液，即本专利技术只涉及称量、稀释搅拌溶解、光谱测定和计算环节，操作简便快速，避免了成膜、沸水多次洗涤、多次烘干恒重的费时操作，相比现有测试方法，本申请可以在少于30分钟给出测试结果，测定时间明显缩短，从而能及时得到聚丙烯腈纺丝原液固含量信息，可用于聚丙烯腈碳纤维纺丝原液质量监控，及时调整纺丝工艺，防止聚丙烯腈原丝和碳纤维线密度波动。由此，采用该方法解决了原来光谱法直接用于聚丙烯腈碳纤维纺丝原液定量测定时遇到的吸光度超量程、最大吸收波长偏移以及聚丙烯腈质量分数与吸光度不呈线性关系等问题，并且解决了现有质量称重法测定固含量方法耗时长不能及时反馈测定结果，影响后续聚合和纺丝工艺参数调整和设定的技术问题。
附图说明
[0009]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0010]图1是质量分数为18％的聚丙烯腈纺丝原液紫外可见吸收光谱，以二甲基亚砜为参比溶液，吸光度超量程；
[0011]图2是质量分数分别为18％、20％、21％、22％和25％的聚丙烯腈纺丝原液紫外可见吸收光谱，以质量分数为4％的聚丙烯腈溶液为参比溶液，最大吸收波长偏移；
[0012]图3是质量分数分别为18％、20％、21％、22％和25％的聚丙烯腈纺丝原液在紫外可见吸收光谱中的吸光度和最大吸收波长与聚丙烯腈质量分数的关系(以质量分数为4％的聚丙烯腈溶液为参比溶液)，此质量分数范围聚丙烯腈溶液吸光度与质量分数不成线性关系，最大吸收波长偏移；
[0013]图4是实施例1不同质量分数聚丙烯腈纺丝原液的紫外可见吸收光谱；
[0014]图5是实施例1聚丙烯腈溶液吸光度与质量分数标准曲线；
[0015]图6是实施例2不同质量分数聚丙烯腈纺丝原液的紫外可见吸收光谱；
[0016]图7是实施例2聚丙烯腈溶液吸光度与质量分数标准曲线。
[0017]图8是验证例中不同固含量的聚丙烯腈溶液的紫外可见吸收光谱；
[0018]图9是验证例中聚丙烯腈溶液吸光度与质量分数(固含量)标准曲线。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测试聚丙烯腈纺丝原液固含量的方法，其中，包括：(1)采用传统方法测出聚丙烯腈纺丝原液固含量，然后以二甲基亚砜为溶剂，稀释所述聚丙烯腈纺丝原液使稀释后聚丙烯腈纺丝原液中聚丙烯腈的质量分数为0.16％～2.80％，并且采用紫外可见分光光度法测试所述稀释后聚丙烯腈纺丝原液的最大吸收波长处的吸光度，构建聚丙烯腈质量分数
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吸光度的标准线性方程；(2)定量称取经脱单后纺丝前的聚丙烯腈纺丝原液，然后稀释使得稀释后聚丙烯腈纺丝原液中聚丙烯腈质量分数为0.30％～2.00％；(3)伴随着搅拌，使步骤(2)得到的所述稀释后聚丙烯腈纺丝原液...

【专利技术属性】
技术研发人员：李常清，周铮钰，徐樑华，童元建，赵振文，王宇，王梦梵，曹维宇，高爱君，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：