均质化聚丙烯腈原丝及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种均质化聚丙烯腈原丝及其制备方法。本发明专利技术公开一种均质化聚丙烯腈原丝的制备方法，该方法包括：(1)包含溶剂和聚丙烯腈的混合物于CO2气体氛围中升温，加压使CO2处于超临界状态进行反应，反应结束后降温、泄压得到聚丙烯腈纺丝溶液；(2)对步骤(1)制备的聚丙烯腈纺丝溶液进行纺丝、热牵伸处理，得到聚丙烯腈原丝。本发明专利技术所述的制备方法制备聚丙烯腈原丝的生产速率高，制备的均质化聚丙烯腈原丝力学性能优异，该均质化聚丙烯腈原丝单丝拉伸强度为5.14

【技术实现步骤摘要】
均质化聚丙烯腈原丝及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种均质化聚丙烯腈原丝及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚丙烯腈(PAN)基碳纤维由于生产工艺简单、综合性能优良，一直以来都是碳纤维研究和工业化的热点。聚丙烯腈基碳纤维的研发和生产起步于20世纪60年代，经过70～80年代的稳定，90年代得到飞速发展，到21世纪初其制备技术和工艺已基本成熟。现在已发展成为以美国为代表的大丝束碳纤维和以日本为代表的小丝束碳纤维两大种类。尽管国外PAN基碳纤维的制备技术和产品性能已经达到一定的程度，但是均对我国严加封锁。我国研制碳纤维已有40多年历史，至今碳纤维原丝的质量仍没有真正过关，聚丙烯腈原丝成为制约我国碳纤维工业发展的“瓶颈”。优质的聚丙烯腈原丝是制备高性能聚丙烯腈碳纤维的基础。
[0003]目前，PAN原丝具有毛丝和微缺陷，导致碳纤维在生产过程中其原丝的质量直接影响最终碳纤维的质量，只有高性能的PAN原丝才能制备得到高性能的PAN基碳纤维。
[0004]中国专利技术专利CN201810363255.2介绍了一种聚丙烯腈基高性能碳纤维的制备方法，但是该方法在对PAN粉末处理过程中引入了硅烷偶联剂水溶液，同时加入等离子体处理，首先，其他物质对PAN粉末进行浸泡可能会是一种杂质的引入，同时，等离子体处理在提高纤维性能的同时增加了制备流程和设备成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的PAN原丝具有毛丝和微缺陷的问题，提供一种均质化聚丙烯腈原丝及其制备方法，该均质化聚丙烯腈原丝力学性能优异，且采用本专利技术的制备方法具有环保、反应可控、减少化学试剂硫氰酸钠溶剂使用等优点。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种均质化聚丙烯腈原丝，该均质化聚丙烯腈原丝单丝拉伸强度为5.0
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7.5cN/dtex；拉伸模量为95
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115cN/dtex。
[0007]本专利技术第二方面提供一种本专利技术所述的均质化聚丙烯腈原丝的制备方法，该方法包括：
[0008](1)包含溶剂和聚丙烯腈的混合物于CO2气体氛围中升温，加压使CO2处于超临界状态进行反应,反应结束后降温、泄压得到聚丙烯腈纺丝溶液。
[0009](2)对步骤(1)制备的聚丙烯腈纺丝溶液进行纺丝、热牵伸处理，得到聚丙烯腈原丝。
[0010]本专利技术所述的均质化聚丙烯腈原丝的制备方法，利用超临界二氧化碳作为介质使聚丙烯腈溶解在溶剂(例如硫氰酸钠水溶液)中，超临界二氧化碳具有塑化和溶胀作用，利用其溶胀作用减弱强极性官能团(例如氰基官能团)的作用，同时减弱聚丙烯腈大分子链段的缠结作用，提高聚丙烯腈在溶剂中的溶解度，从而提高聚丙烯腈纺丝溶液的固含量；本专利技术提供的高固含量的聚丙烯腈纺丝溶液用于制备聚丙烯腈原丝，不仅提高了聚丙烯腈原丝
的生产速率，还提高了聚丙烯腈原丝的力学性能，推测是由于本专利技术提供的高固含量的聚丙烯腈纺丝溶液在纺丝需要脱出的溶剂少，纺丝成型的速率快，有利于纤维在凝固浴中的双扩散得到更加均质的纤维，从而提高了聚丙烯腈原丝的力学性能；同时，溶剂使用量越少也更符合环保要求。本专利技术所述的均质化聚丙烯腈原丝的制备方法具有环保、反应可控、减少化学试剂使用等优点，存在较大工业应用价值。
附图说明
[0011]图1是本专利技术实施例1制备的PAN原丝的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0012]图2是本专利技术实施例16制备的PAN原丝的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0013]图3是对比例1制备的PAN原丝的扫描电子显微镜(SEM)图。
具体实施方式
[0014]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0015]根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种均质化聚丙烯腈原丝，该均质化聚丙烯腈原丝单丝拉伸强度为5.0
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7.5cN/dtex；拉伸模量为95
‑
115cN/dtex。
[0016]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述均质化聚丙烯腈原丝单丝拉伸强度为5.14
‑
7.46cN/dtex；拉伸模量为97.31
‑
113.72cN/dtex。
[0017]具有前述特征的均质化聚丙烯腈原丝均能够实现本专利技术的目的，根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供一种所述的均质化聚丙烯腈原丝的制备方法，该方法包括：
[0018](1)包含溶剂和聚丙烯腈的混合物于CO2气体氛围中升温，加压使CO2处于超临界状态进行反应,反应结束后降温、泄压得到聚丙烯腈纺丝溶液。
[0019](2)对步骤(1)制备的聚丙烯腈纺丝溶液进行纺丝、热牵伸处理，得到聚丙烯腈原丝。
[0020]利用超临界二氧化碳作为介质使聚丙烯腈溶解在溶剂(例如硫氰酸钠水溶液)中，超临界二氧化碳具有塑化和溶胀作用，利用其溶胀作用减弱强极性官能团(例如氰基官能团)的作用，同时减弱聚丙烯腈大分子链段的缠结作用，提高聚丙烯腈在溶剂中的溶解度，从而提高聚丙烯腈纺丝溶液的固含量；本专利技术提供的高固含量的聚丙烯腈纺丝溶液用于制备聚丙烯腈原丝，不仅提高了聚丙烯腈原丝的生产速率，还提高了聚丙烯腈原丝的力学性能，推测是由于本专利技术提供的高固含量的聚丙烯腈纺丝溶液在纺丝需要脱出的溶剂少，纺丝成型的速率快，有利于纤维在凝固浴中的双扩散得到更加均质的纤维，从而提高了聚丙烯腈原丝的力学性能；同时，溶剂使用量越少也更符合环保要求。
[0021]根据本专利技术的一种优选实施方式，以质量分数计，所述聚丙烯腈纺丝溶液中聚丙烯腈含量为11
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17wt％；前述聚丙烯腈纺丝溶液用于制备聚丙烯腈原丝，使聚丙烯腈原丝表面更加均匀，可提高聚丙烯腈原丝的生产速率和力学性能，同时，溶剂使用量越少也更符合环保要求。
[0022]根据本专利技术，超临界二氧化碳作为介质使聚丙烯腈溶解在溶剂中，只要升温和/或
加压使得CO2处于超临界状态即可，针对本专利技术，CO2超临界状态温度为50
‑
100℃，优选为60
‑
90℃。
[0023]根据本专利技术，超临界二氧化碳作为介质使聚丙烯腈溶解在溶剂中，只要升温和/或加压使得CO2处于超临界状态即可，针对本专利技术，CO2超临界状态压力为8
‑
20MPa，优选为8
‑
18MPa；有利于提高聚丙烯腈原丝的生产速率和力学性能。
[0024]根据本专利技术，聚丙烯腈与溶剂在超临界二氧化碳介质中反应能够提高聚丙烯腈在溶剂中的溶解度，针对本专利技术，反应时间为5
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30min；优选地，100
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1500r/min搅拌速度下反应5
‑
30min；有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种均质化聚丙烯腈原丝，其特征在于，该均质化聚丙烯腈原丝单丝拉伸强度为5.0
‑
7.5cN/dtex；拉伸模量为95
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115cN/dtex。2.根据权利要求1所述的均质化聚丙烯腈原丝，其特征在于，所述均质化聚丙烯腈原丝单丝拉伸强度为5.14
‑
7.46cN/dtex；拉伸模量为97.31
‑
113.72cN/dtex。3.权利要求1所述的均质化聚丙烯腈原丝的制备方法，其特征在于，该方法包括：(1)包含溶剂和聚丙烯腈的混合物于CO2气体氛围中升温，加压使CO2处于超临界状态进行反应,反应结束后降温、泄压得到聚丙烯腈纺丝溶液。(2)对步骤(1)制备的聚丙烯腈纺丝溶液进行纺丝、热牵伸处理，得到聚丙烯腈原丝。4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，CO2超临界状态温度为50
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100℃，优选为60
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90℃；和/或CO2超临界状态压力为8
‑
20MPa，优选为8
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18MPa。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其中，反应时间为5
‑
30min；优选地，100
‑
1500r/min搅拌速度下反应5
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30min；和/或反应结束后降温至25
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30℃；和/或所述泄压时间为2
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6min。6.根据权利要求3
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5中任意一项所述的制备方法，其中，所述溶剂选自N,N

【专利技术属性】
技术研发人员：乔蒙蒙，辛美音，吴嵩义，宋文迪，庞燕华，马俊，
申请(专利权)人：中国石化上海石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：