一种聚丙烯腈纺丝液的氨化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种聚丙烯腈纺丝液的氨化方法及装置，所述氨化方法包括如下步骤：(1)将氨化试剂与溶剂定量混合得到氨含量可控的混合液；(2)将聚丙烯腈粉料分散于步骤(1)制得的氨含量可控的混合液中，搅拌均匀得到聚丙烯腈淤浆液；(3)将步骤(2)制得的聚丙烯腈淤浆液加热溶解得到透明均匀的聚丙烯腈溶液；(4)对步骤(3)制得进行脱泡处理，制得聚丙烯腈纺丝液。与现有技术中常采用的氨气鼓泡法和溶液聚合法相比，本申请将含氨溶液与聚丙烯腈粉料混合后加热的氨化方法可灵活调节纺丝液中的聚丙烯腈含量，满足纺丝工艺对纺前压力的要求，降低由于氨化导致的黏度增加给纺丝的压力；采用氨水进行氨化处理则可在保证氨化反应充分的同时使氨化度可控，适合推广使用。适合推广使用。适合推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种聚丙烯腈纺丝液的氨化方法及装置


[0001]本专利技术属于聚丙烯腈纺丝领域，具体地说，涉及一种聚丙烯腈纺丝液的氨化方法及装置。

技术介绍

[0002]现如今，碳纤维材料已经被广泛应用在航空航天、国防军事等军事领域以及一些体育用品、医疗器材等民用领域。其中聚丙烯腈(PAN)基碳纤维凭借其具有的高强度、高模量、低密度、耐高温、抗摩擦、导电性能良好、导热性好以及特别耐化学腐蚀等特性，在上述领域具有较为广泛的应用前景。
[0003]目前，制备PAN原丝的按制备流程可分为一步法和两步法，一步法是采用均相溶液聚合制得纺丝液进行纺丝，而两步法则是先采用非均相沉淀聚合制得PAN聚合物粉料，而后采用适当溶剂溶解粉料制得纺丝液。其中，两步法的纺丝灵活性更大。
[0004]由于PAN原丝具有的部分结构在之后的预氧化和碳化过程中会有一定程度的保留，因此，原丝的结构在很大程度上决定了最终碳纤维的性能。想要提高碳纤维的性能，稳定连续制备高品质的PAN原丝是关键。在PAN原丝的生产过程中，纺丝液在凝固浴中的凝固成型过程对PAN原丝的结构和性能的影响极大。纺丝液凝固成型是通过溶剂和沉淀剂进行双扩散以及PAN分子发生沉淀的完成。由于湿法纺丝过程中的凝固双扩散的速率比较快，极易造成PAN纤维形成大孔、皮芯结构和不规则纤维结构等结构缺陷，并将遗传至PAN纤维和碳纤维，严重削弱碳纤维的性能和应用领域。而凝固双扩散的过程和纺丝液的亲水性的性质有很大关系，提高纺丝液的亲水性可以减缓纺丝液凝固成型速度，减缓大孔、皮芯结构和不规则纤维结构等结构缺陷。因此，改善纺丝液的亲水性是生产高品质PAN原丝的关键技术之一。
[0005]目前，专利报道中主要有两种提高PAN纺丝液亲水性的方法：一是采用含有亲水性基团的共聚单体与丙烯腈进行均相溶液聚合反应，制备高亲水性的PAN纺丝液，中国专利CN201310514441.9、CN201210239630.5等进行了相关报道；二是采用均相溶液聚合制备PAN纺丝液后对其采用氨气进行氨化处理，中国专利CN201310132151.8、CN201110180192.5等进行了报道。上述方法均能提高纺丝液的亲水性，但也存在一些缺点，主要如下：一是采用均相溶液聚合制备的纺丝液固含量可调性差，氨化后黏度不易调控；二是纺丝液氨化度不易控制，批次间差距较大，影响了产品的质量稳定性；三是氨气不易与高粘度纺丝液均匀混合、反应；四是氨化会对溶液聚合反应产生阻碍作用，同时对聚合过程中的传质、传热产生不利影响。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种采用两步法纺丝的聚丙烯腈纺丝液氨化技术，将配制好的含氨混合液与聚丙烯腈粉料混合，在形成淤浆的过
程中完成氨化过程，并通过加热制得纺丝液，提高PAN纺丝液的亲水性，实现圆形截面、致密的PAN原丝的稳定生产。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：
[0009]本专利技术提供了一种聚丙烯腈纺丝液的氨化方法，包括如下步骤：
[0010](1)将氨化试剂与溶剂定量混合得到氨含量可控的混合液；
[0011](2)将聚丙烯腈粉料分散于步骤(1)制得的氨含量可控的混合液中，搅拌均匀得到聚丙烯腈淤浆液；
[0012](3)将步骤(2)制得的聚丙烯腈淤浆液加热溶解得到透明均匀的聚丙烯腈溶液；
[0013](4)对步骤(3)制得的聚丙烯腈溶液进行脱泡处理，制得聚丙烯腈纺丝液。
[0014]上述方案中，本专利技术所提供的二步法纺丝的氨化方法可根据纺丝工艺的要求灵活选择溶剂种类和纺丝液的配制浓度，避免出现一步法溶液聚合纺丝中氨化过程不稳定、工艺可调节性差的缺陷。具体的，本专利技术采用的方案将聚合成的聚丙烯腈粉料分散于氨含量可控的混合液中形成淤浆，一方面可以确保氨化试剂的含量稳定，避免了一步法聚合过程中氨含量发生损失的情况，另一方面采用氨含量可控的混合液而非直接加入氨水，可防止氨水与聚丙烯腈粉料形成的粘稠体系影响二者的混合效果，从而获得较好的氨化效果。
[0015]根据上述氨化方法，步骤(1)中所述氨化试剂选自质量浓度为25～28％的氨水。
[0016]根据上述氨化方法，步骤(1)中所述氨含量可控的混合液中，氨的质量浓度为0.01～1％，优选为0.02～0.4％。
[0017]上述方案中，由于本专利技术所提供方案的氨化过程较为稳定，可普遍采用低于一步法纺丝时所用氨化试剂中氨质量浓度的溶液，也可实现较好的氨化效果。此外还可使最终形成的聚丙烯腈纺丝液在短时间内不会产生凝胶、颜色变深等现象，延长了聚丙烯腈纺丝液的可使用时间。
[0018]根据上述氨化方法，步骤(2)中所述聚丙烯腈淤浆液中含有质量分数为18～22％的聚丙烯腈。
[0019]根据上述氨化方法，步骤(3)所述加热的温度为90～130℃，加热时间为0.3～5min；优选的，所述加热的温度为100～120℃，加热时间为1～3min；更优选的，所述加热过程在管式换热器中进行，所述加热时间为聚丙烯腈淤浆液在管式换热器中的停留时间。
[0020]根据上述氨化方法，步骤(4)中所述脱泡处理的温度为65～80℃，优选温度为70～75℃。
[0021]根据上述氨化方法，步骤(4)中经脱泡处理后的聚丙烯腈纺丝液的pH为7～10，优选为8～9。
[0022]根据上述氨化方法，步骤(1)中所述溶剂选自N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、硫氰酸钠水溶液中的一种或几种；优选为N,N
‑
二甲基乙酰胺。
[0023]具体的，本专利技术所提供聚丙烯腈纺丝液的氨化方法包括如下步骤：
[0024](1)将质量浓度为25～28％的氨水与溶剂定量混合得到氨含量可控的混合液，所述混合液中氨的质量浓度为0.01～1％，所述混合液的储存温度为
‑
15～5℃；
[0025](2)将聚丙烯腈粉料分散于步骤(1)制得的氨含量可控的混合液中，搅拌均匀得到聚丙烯腈淤浆液，所述淤浆液中聚丙烯腈的质量分数为18～22％；
[0026](3)将步骤(2)制得的聚丙烯腈淤浆液在管式换热器中以90～130℃的温度加热
0.3～5min，溶解制得透明均匀的聚丙烯腈溶液；
[0027](4)对步骤(3)制得的聚丙烯腈溶液在65～80℃条件下进行脱泡处理，制得聚丙烯腈纺丝液，所述聚丙烯腈纺丝液的pH为7～10。
[0028]本专利技术还提供了一种实现如上所述聚丙烯腈纺丝液氨化方法的装置，所述装置包括按重力方向自上而下分层设置的若干储料罐，其中氨水储料罐与溶剂储料罐设于顶层并通过失重称量系统与设于中层的混合液储料罐相连，所述混合液储料罐与同设于中层的聚丙烯腈粉料储料罐通过失重称量系统与设于底层的淤浆釜相连，所述淤浆釜与同设于底层的列管式换热器和脱泡釜依次相连。
[0029]上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯腈纺丝液的氨化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氨化试剂与溶剂定量混合得到氨含量可控的混合液；(2)将聚丙烯腈粉料分散于步骤(1)制得的氨含量可控的混合液中，搅拌均匀得到聚丙烯腈淤浆液；(3)将步骤(2)制得的聚丙烯腈淤浆液加热溶解得到透明均匀的聚丙烯腈溶液；(4)对步骤(3)制得的聚丙烯腈溶液进行脱泡处理，制得聚丙烯腈纺丝液。2.根据权利要求1所述聚丙烯腈纺丝液的氨化方法，其特征在于，步骤(1)中所述氨化试剂选自质量浓度为25～28％的氨水。3.根据权利要求1所述聚丙烯腈纺丝液的氨化方法，其特征在于，步骤(1)中所述氨含量可控的混合液中，氨的质量浓度为0.01～1％，优选为0.02～0.4％。4.根据权利要求1所述聚丙烯腈纺丝液的氨化方法，其特征在于，步骤(2)中所述聚丙烯腈淤浆液中含有质量分数为18～22％的聚丙烯腈。5.根据权利要求1所述聚丙烯腈纺丝液的氨化方法，其特征在于，步骤(3)所述加热的温度为90～130℃，加热时间为0.3～5min；优选的，所述加热的温度为100～120℃，加热时间为1～3min；更优选的，所述加热过程在管式换热器中进行，所述加热时间为聚丙烯腈淤浆液在管式换热器中的停留时间。6.根据权利要求1所述聚丙烯腈纺丝液的氨化方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彦波，张海鸥，李凯，宋德武，陈浩，付中禹，张会轩，吕红宇，郭甲东，毛炳琪，陈海军，赵云峰，王辉，鲁明，王立伟，高旭，郎健慧，孙振峰，
申请(专利权)人：吉林化纤集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：