一种T700级湿法大丝束碳纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种T700级湿法大丝束碳纤维及其制备方法和应用，涉及聚丙烯腈基碳纤维技术领域。该制备方法包括通过在聚合过程中加入链转移剂的加入，有效减少反应过程中大分子链的产生，进一步提高原液的可加工性能。同时对各个阶段的产品(例如纺丝原液、原丝和碳纤维)的性能指标进行限定，使得产品的均一性更佳，同时纺丝原液的旋转粘度的降低，可有效降低湿纺纺丝喷丝板压力，在纺丝过程中有效提高纺丝速度和提高生产效率。此外，本申请限定了喷丝板的孔数和孔径，可以获得强度≥4900MPa，模量≥255GPa，线密度≥2800g/km的T700级50K大丝束碳纤维，填补了国内50K大丝束的产品空白。白。

【技术实现步骤摘要】
一种T700级湿法大丝束碳纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及聚丙烯腈基碳纤维
，具体而言，涉及一种T700级湿法大丝束碳纤维及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]碳纤维根据原丝制备方法分为湿法和干喷湿法；根据行业惯例，单丝数量1000根(1K)
‑
50000根以下(50K)为小丝束，50000根及以上(50K)为大丝束，本专利技术为湿法50K大丝束碳纤维。
[0003]国内聚丙烯腈(PAN)基碳纤维尚属起步阶段，产品主要对标日本东丽、东邦以及美国卓尔泰克和德国SGL等企业。小丝束和大丝束因加工效率和成本等原因，其应用领域略有区别，其中小丝束主要应用领域是航空航天、军工、体育休闲等，而在风电发电领域，长尺寸风电叶片碳纤维将取代玻纤，随着国家双碳指标以及绿色能源的政策号召，风电行业发展迅速，50K以成本低，加工效率高等优点在迅速应用于风电领域。
[0004]但目前国内大丝束碳纤维处于研制阶段，鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种T700级湿法大丝束碳纤维及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种T700级湿法大丝束碳纤维的制备方法，其包括：
[0008]以二甲基亚砜为溶剂，向作为主要聚合单体的丙烯腈中加入第二单体和第三单体中的至少一种，以偶氮二异丁腈为引发剂，加入链转移剂进行共聚反应制得纺丝原液；所述纺丝原液的指标为：固含量为18wt％～23wt％，旋转粘度为32000cP～45000cP，重均分子量为18万～23万，数均分子量为6万～9万，分子量分布1.4～3.0，特性粘度1.7～2.1；
[0009]纺丝原液由喷丝板喷出，喷丝板浸入第一凝固浴浴液中，喷出瞬间成型成为初生纤维；其中，所述喷丝板为50K喷丝板，孔数为50001～50010孔，孔径为0.05mm～0.08mm；
[0010]所述初生纤维再经过第二凝固浴浴液、水洗、热水牵伸、上油、干燥致密化、蒸汽牵伸和干燥定型后收卷，得到原丝；所述原丝单丝纤度1.15～1.5dtex，原丝线密度为5.7
‑
7.5g/m，单丝强度6.5～8.0cN/dtex，单丝模量90～130cN/dtex，体密度1.17～1.19g/cm3；
[0011]所得原丝经退卷、氧化炉、低温碳化炉、高温碳化炉、水洗、表面处理、上浆、干燥制得碳纤维；所述碳纤维拉伸强度为4900～5100MPa，拉伸模量255～270GPa，断裂伸长1.8％～2.0％，线密度为2800～3700g/km，体密度1.75～1.83g/cm3。
[0012]在可选的实施方式中，所述丙烯腈的质量百分数和所述第二单体和所述第三单体之和的质量百分数为92％
‑
99％：1％～8％；
[0013]所述第二单体包括甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯苯磺酸钠、衣康酸和醋酸乙烯酯中的至少一种；
[0014]优选地，所述第三单体包括甲基丙烯酸甲脂、丙烯酸甲脂和丙烯酰胺中的至少一
种；
[0015]优选地，所述链转移剂加入量为聚合单体总质量的200
‑
3000ppm；
[0016]优选地，所述链转移剂包括二硫酯、正辛硫醇和异丙醇中至少一种。
[0017]在可选的实施方式中，所述喷丝板的孔间距为0.3
‑
0.5mm，喷丝孔长径比为2：1
‑
3：1；
[0018]优选地，所述喷丝板面径为95
‑
135mm，喷板分区6
‑
24区；
[0019]优选地，所述喷丝板为钽材的球面或平面板。
[0020]在可选的实施方式中，所述第一凝固浴浴液为二甲基亚砜水溶液，温度为30
‑
65℃，浓度为55％
‑
70％；
[0021]优选地，使用调节剂调节所述第一凝固浴浴液的pH值至7
‑
10；
[0022]优选地，所述调节剂包括碳酸氢钠、碳酸氢铵和氨水中的至少一种；
[0023]在可选的实施方式中，所述第二凝固浴浴液为二甲基亚砜水溶液，温度为55
‑
70℃，浓度为30％
‑
40％；
[0024]优选地，所述初生纤维在所述第二凝固浴浴液中的牵伸倍数为1.2
‑
1.8倍。
[0025]在可选的实施方式中，所述水洗为5
‑
12段水洗，水洗温度为50
‑
99℃，牵伸比为5
‑
8倍，所述水洗时水流和所述初生纤维逆向运行；
[0026]优选地，所述干燥致密化使用饱和蒸汽，压力为1.2
‑
7bar，压力为阶梯式设置，干燥辊数量16
‑
32个；
[0027]优选地，将所述干燥辊分为四组，依次为第一辊组、第二辊组、第三辊组和第四辊组；阶梯式的设置为：所述第一辊组压力为1.2
‑
3bar、所述第二辊组压力为2.5
‑
4.5bar，所述第三辊组压力为4
‑
5.5bar，所述第四辊组压力为5
‑
7bar；
[0028]优选地，所述蒸汽牵伸箱使用饱和蒸汽，压力为1.5～4bar，对应温度为120～144℃，蒸汽牵伸比为1.3～2.0。
[0029]在可选的实施方式中，所述氧化炉中起始温度为200
‑
240℃，终止温度为250
‑
280℃，3
‑
6个氧化区，预氧丝体密度为1.37
‑
1.38g/cm3；
[0030]所述低温碳化炉的起始温度为380℃
‑
450℃，终止温度为720℃
‑
800℃；
[0031]所述高温碳化炉的起始温度为900
‑
1000℃，终止温度为1150
‑
1350℃。
[0032]在可选的实施方式中，制得所述纺丝原液后，在检测所述纺丝原液的指标前，还包括对所述纺丝原液进行脱单和脱泡：所述纺丝原液从上至下流进脱单脱泡塔中填料，二甲基亚砜从下至上逆流，从塔顶抽真空，塔内压力为绝对压力0
‑
2KPa，脱单后原液单体含量为0
‑
100ppm，脱泡后无肉眼可见气泡。
[0033]第二方面，本专利技术提供一种T700级湿法大丝束碳纤维，其采用如前述实施方式任一项所述的T700级湿法大丝束碳纤维的制备方法制备而成。
[0034]第三方面，本专利技术提供如前述实施方式所述的T700级湿法大丝束碳纤维在制备风电叶片中的应用。
[0035]本专利技术具有以下有益效果：
[0036]本申请提供的T700级湿法大丝束碳纤维的制备方法，通过在聚合过程中加入链转移剂的加入，有效减本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种T700级湿法大丝束碳纤维的制备方法，其特征在于，其包括：以二甲基亚砜为溶剂，向作为主要聚合单体的丙烯腈中加入第二单体和第三单体中的至少一种，以偶氮二异丁腈为引发剂，加入链转移剂进行共聚反应制得纺丝原液；所述纺丝原液的指标为：固含量为18wt％～23wt％，旋转粘度为32000cP～45000cP，重均分子量为18万～23万，数均分子量为6万～9万，分子量分布1.4～3.0，特性粘度1.7～2.1；纺丝原液由喷丝板喷出，喷丝板浸入第一凝固浴浴液中，喷出瞬间成型成为初生纤维；其中，所述喷丝板为50K喷丝板，孔数为50001～50010孔，孔径为0.05mm～0.08mm；所述初生纤维再经过第二凝固浴浴液、水洗、热水牵伸、上油、干燥致密化、蒸汽牵伸和干燥定型后收卷，得到原丝；所述原丝的单丝纤度1.15～1.5dtex，原丝线密度为5.7
‑
7.5g/m，单丝强度6.5～8.0cN/dtex，单丝模量90～130cN/dtex，体密度1.17～1.19g/cm3；所得原丝经退卷、氧化炉、低温碳化炉、高温碳化炉、水洗、表面处理、上浆、干燥制得碳纤维；所述碳纤维的拉伸强度为4900～5100MPa，拉伸模量255～270GPa，断裂伸长1.8％～2.0％，线密度为2800～3700g/km，体密度1.75～1.83g/cm3。2.根据权利要求1所述的T700级湿法大丝束碳纤维的制备方法，其特征在于，所述丙烯腈的质量百分数和所述第二单体和所述第三单体之和的质量百分数为92％
‑
99％：1％～8％；所述第二单体包括甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯苯磺酸钠、衣康酸和醋酸乙烯酯中的至少一种；优选地，所述第三单体包括甲基丙烯酸甲脂、丙烯酸甲脂和丙烯酰胺中的至少一种；优选地，所述链转移剂加入量为聚合单体总质量的200
‑
3000ppm；优选地，所述链转移剂包括二硫酯、正辛硫醇和异丙醇中至少一种。3.根据权利要求1所述的T700级湿法大丝束碳纤维的制备方法，其特征在于，所述喷丝板的孔间距为0.3
‑
0.5mm，喷丝孔长径比为2：1
‑
3：1；优选地，所述喷丝板面径为95
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135mm，喷板分区6
‑
24区；优选地，所述喷丝板为钽材的球面或平面板。4.根据权利要求1所述的T700级湿法大丝束碳纤维的制备方法，其特征在于，所述第一凝固浴浴液为二甲基亚砜水溶液，温度为30
‑
65℃，浓度为55％
‑
70％；优选地，使用调节剂调节所述第一凝固浴浴液的pH值至7
‑
10；优选地，所述调节剂包括碳酸氢钠、碳酸氢铵和氨水中的至少一种。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：石金，殷伟涛，徐盼盼，钱鸿川，蔡涛，莫凎传，姜万峰，
申请(专利权)人：江苏恒神股份有限公司，
类型：发明
国别省市：