聚丙烯腈基碳纤维低灰分原丝油剂制造技术

本发明专利技术涉及聚丙烯腈基碳纤维低灰分原丝油剂，主要解决现有技术中存在的碳纤维油剂现有技术原丝油剂灰分残留高的问题。本发明专利技术采用聚丙烯腈基碳纤维低灰分原丝油剂，以重量份计，包括如下有效组分：高碳脂肪醇聚氧乙烯醚，10

【技术实现步骤摘要】
聚丙烯腈基碳纤维低灰分原丝油剂


[0001]本专利技术涉及聚丙烯腈基碳纤维低灰分原丝油剂。

技术介绍

[0002]碳纤维是一种由碳元素组成的特种纤维，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，在航空航天、汽车、建筑、日常生活的方方面面等都有广泛应用。根据原料的不同，碳纤维主要有聚丙烯腈基、沥青基及黏胶基3大类，这其中尤以聚丙烯腈基碳纤维性能最优，产能最大，占全球碳纤维总产量的90％以上。
[0003]油剂是生产碳纤维的一种重要助剂，是确保碳纤维制造过程顺利进行，减少毛丝、断丝、并丝等问题，有效降低碳纤维原丝微观缺陷，提高碳纤维质量的关键技术之一。目前碳纤维油剂主要分为两大类，一类是以聚二甲基硅氧烷为主要成份的有机硅油剂，另一类是以长链脂肪酸和多元醇的聚酯或长链脂肪酰胺的环氧乙烷加成物为主要成分的有机油剂。
[0004]相比较普通民用纺丝油剂而言，碳纤维制造条件十分苛刻，在成为碳纤维前，原丝首先要在空气氛围下经历200～300℃的预氧化过程，随后在惰性气体保护下经历300～800℃的低温碳化以及800℃以上的高温碳化等过程，因此要求碳纤维原丝油剂不仅需要具备常规油剂在平滑性、抗静电性和集束性方面的性能，还要求其具有足够的抗氧化性能(在空气氛围下)和耐高温性能(在惰性气体氛围下)，以便在预氧化和低温碳化过程中避免单丝之间因局部热而发生黏连或并丝，除此之外还要求油剂在高温碳化后尽可能少的残留，这就要求油剂800℃以后灰分残留要尽可能少，以避免油剂残留表面造成碳纤维表面缺陷。
[0005]目前工业上用于碳纤维生产的油剂主要采用的是有机硅油剂，相比较于非硅的有机油剂，具有更好的平滑性和耐热性。如中国专利文件CN200910234655.4和CN201410420266.1分别采用不同粘度的氨基硅油作为主要成分，配合加入聚醚改性和环氧改性硅油以提高体系的均一性和耐热性，上油后纺丝顺畅，无毛丝、断丝、并丝等现象，但是油剂耐热性不是有所欠缺就是耐热性太好，造成一部分硅油残留于纤维表面，形成硅的碳化物，造成纤维表面缺陷，影响碳纤维原丝强度。该油剂灰分较高，容易出现设备散热孔堵塞等现象。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题之一是现有技术原丝油剂灰分残留高的问题，提供了新的聚丙烯腈基碳纤维低灰分原丝油剂，该油剂不仅具有较好的抗氧化性能和耐热性能，而且具有很低的灰分残留，所得油剂同时具有优秀的抱合性、平滑性和抗静电性能，可以很好的满足聚丙烯腈基碳纤维原丝生产的需要。
[0007]本专利技术要解决的技术问题之二是上述油剂的应用。
[0008]为解决上述技术问题之一，本专利技术的技术方案如下：
[0009]聚丙烯腈基碳纤维低灰分原丝油剂，以重量份计，包括如下有效组分：
[0010]高碳脂肪醇聚氧乙烯醚，10-20份；
[0011]脂肪族多羟基甲基铵硫酸甲酯，10-20份；
[0012]聚醚多元醇，10-20份；
[0013]侧链氨基改性聚硅氧烷，40-60份；
[0014]所述脂肪族多羟基甲基胺硫酸甲酯如下结构式1所示：
[0015]结构式1；
[0016]R1、R2独立选自碳原子数为1-6的亚烷基，R3选自碳原子数为1-6的烷基，R4选自碳原子数为8-23的脂肪基。
[0017]本专利技术的技术关键是，油剂组分中由于包括如上结构式1所示的化合物以及聚醚多元醇，油剂的灰分少。现有技术采用与上述结构相关的阳离子表面活性剂，油剂灰分多。
[0018]上述技术方案中，作为非限制性举例，高碳脂肪醇聚氧乙烯醚的重量份是11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份等等。
[0019]上述技术方案中，作为非限制性举例，脂肪族多羟基甲基铵硫酸甲酯的重量份是11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份等等。
[0020]上述技术方案中，作为非限制性举例，聚醚多元醇的重量份是11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份等等。
[0021]上述技术方案中，作为非限制性举例，侧链氨基改性聚硅氧烷的重量份是41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份等等。
[0022]上述技术方案中，作为非限制性举例：R1、R2独立是原子数为2的亚烷基、R1、R2独立是原子数为3的亚烷基、R1、R2独立是原子数为4的亚烷基、R1、R2独立是原子数为5的亚烷基等等。
[0023]上述技术方案中，作为非限制性举例：R3为2的烷基、R3为3的烷基、R3为4的烷基、R3为5的烷基等等。
[0024]上述技术方案中，作为非限制性举例：R4是碳原子数为9的脂肪基、R4是碳原子数为10的脂肪基、R4是碳原子数为11的脂肪基、R4是碳原子数为12的脂肪基、R4是碳原子数为13的脂肪基、R4是碳原子数为14的脂肪基、R4是碳原子数为15的脂肪基、R4是碳原子数为16的脂肪基、R4是碳原子数为17的脂肪基、R4是碳原子数为18的脂肪基、R4是碳原子数为19的脂肪基、R4是碳原子数为20的脂肪基、R4是碳原子数为21的脂肪基、R4是碳原子数为22的脂肪基等等。
[0025]上述技术方案中，优选所述高碳脂肪醇聚氧乙烯醚的结构为R5(OCH2CH2)n1OH，其中R5选自C12-C22的烷基，n1＝10-40。R5例如但不限于是C13的烷基、C14的烷基、C15的烷基、
C16的烷基、C17的烷基、C18的烷基、C19的烷基、C20的烷基、C21的烷基。n1例如但不限于是12、15、17、20、22、25、27、30、32、35、37等等。
[0026]上述技术方案中，优选所述聚醚多元醇选自甘油聚氧乙烯醚或三羟基甲烷聚氧乙烯醚。
[0027]上述技术方案中，优选所述聚醚多元醇的环氧加成总数为20-40。例如但不限于聚醚多元醇的环氧加成总数是22、25、27、30、32、35、37等等。
[0028]上述技术方案中，优选所述侧链氨基改性聚硅氧烷选自如下结构式2所示的侧链部分单氨基改性聚硅氧烷：
[0029]结构式2；
[0030]其中R6选自碳原子数为2～10的亚烷基，b/(a+b+c)＝0.1～1。R6例如但不限于是：碳原子数为3的亚烷基、碳原子数为4的亚烷基、碳原子数为5的亚烷基、碳原子数为6的亚烷基、碳原子数为7的亚烷基、碳原子数为8的亚烷基、碳原子数为9的亚烷基等等。b/(a+b+c)例如但不限于是：0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95等等。
[0031]上述技术方案中，优选25℃时结构式2的侧链氨基改性聚硅氧烷具有的运动粘度为300-2000cP。例如但不限于25℃时结构式2的侧链氨基改性聚硅氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.聚丙烯腈基碳纤维低灰分原丝油剂，以重量份计，包括如下有效组分：高碳脂肪醇聚氧乙烯醚，10-20份；脂肪族多羟基甲基铵硫酸甲酯，10-20份；聚醚多元醇，10-20份；侧链氨基改性聚硅氧烷，40-60份；所述脂肪族多羟基甲基胺硫酸甲酯如下结构式1所示：R1、R2独立选自碳原子数为1-6的亚烷基，R3选自碳原子数为1-6的烷基，R4选自碳原子数为8-23的脂肪基。2.根据权利要求1所述的原丝油剂，其特征是所述高碳脂肪醇聚氧乙烯醚的结构为R5(OCH2CH2)n1OH，其中R5选自C12-C22的烷基，n1＝10-40。3.根据权利要求1所述的原丝油剂，其特征是所述聚醚多元醇选自甘油聚氧乙烯醚或三羟基甲烷聚氧乙烯醚。4.根据权利要求3所述的原丝油剂，其特征是所述聚醚多元醇的环氧加成总数为20-40。5.根据权利要求1所述的原丝油剂，其特征是所述侧链氨基改性聚硅氧烷选自如下结构式...

【专利技术属性】
技术研发人员：干丰丰，陈燕鑫，刘燕，杨运信，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：