PAN基碳纤维原丝油剂制造技术

本发明专利技术涉及PAN基碳纤维原丝油剂，主要解决现有技术中存在的碳纤维油剂硅油含量高、粘度大、乳化困难、均一性差、油剂粒径较大等问题。本发明专利技术采用PAN基碳纤维原丝油剂，以重量份计，包括如下有效组分：烷基酚聚氧乙烯醚，6～25份；季铵盐抗静电剂，10～25份；侧链氨基改性聚硅氧烷，30～50份；侧链聚醚改性聚硅氧烷，5～20份；侧链环氧改性聚硅氧烷，5～15份；酸，0.01～2份的技术方案，较好地解决了该问题，同时具有优秀的耐热性、抱合性、平滑性和抗静电性能，可用于PAN基碳纤维原丝的生产。可用于PAN基碳纤维原丝的生产。可用于PAN基碳纤维原丝的生产。

【技术实现步骤摘要】
PAN基碳纤维原丝油剂


[0001]本专利技术涉及PAN基碳纤维原丝油剂及其生产方法。

技术介绍

[0002]碳纤维属于脆性材料，缺陷是制约其拉伸强度的主要因素。在各类缺陷中其表面缺陷约占90％，是断裂之源，且同样大小的缺陷，表面缺陷对抗拉强度的影响也要大于内部。
[0003]碳纤维油剂是碳纤维制造必不可少的一种重要助剂，是抑制碳纤维表面缺陷形成的最有效的技术。它的主要作用是在纤维表面形成一层厚度均匀的薄膜，防止在纺丝过程中因丝束的粘连和并丝而造成表面缺陷，同时也可以大大减轻丝束与辊筒之间的摩擦磨损，在预氧化和低温碳化过程中也可以防止纤维表面因为局部过热或焦油的产生而导致热粘连或热并丝，保护纤维表面免受损伤。碳纤维油剂对提高碳纤维强度的贡献率约为0.5～1.0GPa，是高性能碳纤维卡脖子关键技术之一，长年被国外垄断。
[0004]优质的油剂是保证上油质量的关键，碳纤维的制造，特别是高性能碳纤维的制造，对纺丝油剂有着严格的要求。尤其是油剂乳化后的平均粒径，它不仅影响油剂乳液的稳定性也与上油后碳纤维原丝及碳丝的性能息息相关。如果如果过大，会导致乳液稳定性变差，也会导致附着在纤维表面的油膜稳定性变差，出现油剂附着不均匀的现象；而平均粒径过小，油剂则容易渗透入原丝表面微孔缺陷，难以挥发出来，造成原丝内部缺陷，影响碳纤维性能。
[0005]如中国专利文件CN107503157A，采用自行设计的含异丙醇和聚醚胺结构的改性硅油为主要成分，配合加入聚醚改性硅油、抗氧剂、聚季铵盐及非离子表面活性剂，成功制备出适合于干喷湿纺工艺的碳纤维油剂，解决了传统干喷湿纺碳纤维制备过程中油剂存在的粘棍、高温下变脆等问题，但是该方法中改性硅油使用量较大，乳化困难，部分油剂粒径甚至达到0.5um，影响了乳液的稳定性。

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乳化后乳液不稳定、油剂粒径大的问题，提供了PAN基碳纤维原丝油剂，该油剂不仅具有较好的抗氧化性能和耐热性能，而且油剂乳液稳定性高、油剂平均粒径小，油剂在纤维表面的分散更加均匀，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生产方法。
[0008]本专利技术要解决的技术问题之三是上述油剂的应用。
[0009]为解决上述技术问题之一，本专利技术技术方案如下：
[0010]PAN基碳纤维原丝油剂，其中有效成分按重量份计包括以下组份：
[0011]烷基酚聚氧乙烯醚，6～25份；
[0012]季铵盐抗静电剂，10～25份；
[0013]侧链氨基改性聚硅氧烷，30～50份；
[0014]侧链聚醚改性聚硅氧烷，5～20份；
[0015]侧链环氧改性聚硅氧烷，5～15份；
[0016]酸，0.01～2份。
[0017]PAN基碳纤维原丝油剂中酸的加入，油剂乳液更稳定，油剂平均粒径大幅度降低。
[0018]作为非限制性举例，烷基酚聚氧乙烯醚可以是7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份等等。
[0019]作为非限制性举例，季铵盐抗静电剂可以是11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份等等。
[0020]作为非限制性举例，侧链氨基改性聚硅氧烷可以是31份、32份、33份、34份、35份、36份、37份、38份、39份、40份、41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份等等。
[0021]作为非限制性举例，侧链聚醚改性聚硅氧烷可以是6份、7份、9份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份等等。
[0022]作为非限制性举例，侧链环氧改性聚硅氧烷可以是6份、7份、9份、9份、10份、11份、12份、13份、14份等等。
[0023]作为非限制性举例，酸可以是0.02份、0.05份、0.08份、0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1.0份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份等等。
[0024]上述技术方案中，可选所述的酸是无机酸或有机酸，所述的无机酸优选硫酸，所述的有机酸优选羧酸或有机磺酸。有机磺酸优选芳香有机磺酸。芳香有机磺酸优选烷基苯磺酸，更进一步优选所述烷基苯磺酸的烷基为C1～C4的烷基。例如但不限于醋酸、对甲苯磺酸、2
‑
甲基苯磺酸，4
‑
异丙基苯磺酸等。
[0025]上述技术方案中，优选所述烷基酚聚氧乙烯醚选自辛基酚聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。
[0026]上述技术方案中，优选烷基酚聚氧乙烯醚中氧乙烯的重复单元数为2～8。例如但不限于烷基酚聚氧乙烯醚中氧乙烯的重复单元数为3、4、5、6、7等等。
[0027]上述技术方案中，优选所述季铵盐结构中含有具有如下结构式1所述的季铵阳离子基团：
[0028][0029]其中R为C10～C20的烃基(例如但不限于C11的烃基、C12的烃基、C13的烃基、C14的烃基、C15的烃基、C16的烃基、C17的烃基、C18的烃基、C19的烃基等等)，优选直连烃基，优选烷基，优选伯烷基；R1～R3独立选自C1～C3的烃基，且R1、R2和R3三个基团碳数的总和为6以下(例如但不限于R1、R2和R3三个基团碳数的总和为4、5或6)。
[0030]上述技术方案中，优选季铵盐结构中的阴离子为X
‑
、CH3SO3‑
、CH3OSO3‑
、NO3‑
或SO
42
‑
，X为卤原子。
[0031]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或结构式3所示的侧链部分双氨基改性聚硅氧烷中的至少一种：
[0032][0033]其中R4选自碳原子数为2～10的亚烷基(例如但不限于R4选自碳原子数为2的亚烷基、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、碳原子数为10的亚烷基等等)，b/(a+b+c)＝0.1～0.8(例如但不限于b/(a+b+c)为0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75等等)；
[0034][0035]其中R5和R6独立选自碳原子数为2～10的亚烷基(例如但不限于R5和R6独立选自碳原子数为3的亚烷基、R5和R6独立选自碳原子数为4的亚烷基、R5和R6独立选自碳原子数为5的亚烷基、R5和R6独立选自碳原子数为6的亚烷基、R5和R6独立选自碳原子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.PAN基碳纤维原丝油剂，其中有效成分按重量份计包括以下组份：烷基酚聚氧乙烯醚，6～25份；季铵盐抗静电剂，10～25份；侧链氨基改性聚硅氧烷，30～50份；侧链聚醚改性聚硅氧烷，5～20份；侧链环氧改性聚硅氧烷，5～15份；酸，0.01～2份。2.根据权利要求1所述的原丝油剂，其特征是所述的酸是无机酸或有机酸，所述的无机酸优选硫酸，所述的有机酸优选羧酸或有机磺酸。优选芳香有机磺酸。进一步优选烷基苯磺酸，更进一步优选所述烷基苯磺酸的烷基为C1～C4的烷基。3.根据权利要求1所述的原丝油剂，其特征是所述烷基酚聚氧乙烯醚选自辛基酚聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。4.根据权利要求3所述的原丝油剂，其特征是烷基酚聚氧乙烯醚中氧乙烯的重复单元数为2～8。5.根据权利要求1所述的原丝油剂，其特征是所述季铵盐结构中含有具有如下结构式1所述的季铵阳离子基团：其中R为C10～C20的烃基，优选直连烃基，优选烷基，优选伯烷基；R1～R3独立选自C1～C3的烃基，且R1、R2和R3三个基团碳数的总和为6以下。6.根据权利要求1所述的原丝油剂，其特征是所述季铵盐结构中的阴离子为X
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、CH3SO3‑
、CH3OSO3‑
、NO3‑
或SO
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,X为卤原子。7.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2所示的侧链部分单氨基改性聚硅氧烷或结构式3所示的侧链部分双氨基改性...

【专利技术属性】
技术研发人员：干丰丰，陈燕鑫，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：