一种适用于箱式氧化炉的碳纤维油剂制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于箱式氧化炉的碳纤维油剂。所述油剂按重量份数计，由氨基改性硅油5～25份，环氧改性硅油5～20份，表面活性剂2～12份，硅烷偶联剂0～3份，催化剂0～3份，抗静电剂0.2～2份，水12.2～65份组成，通过转相乳化法制得室温稳定的油剂乳液。本发明专利技术的油剂在高温和大循环风量下不易脱落，抑制了油剂在箱式氧化炉从原丝表面的脱落、不匀现象，能够更有效防止纤维聚热粘连，避免产生新的缺陷，最终制备的碳纤维展现出更高的拉伸强度和拉伸模量。拉伸模量。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于箱式氧化炉的碳纤维油剂


[0001]本专利技术涉及一种适用于箱式氧化炉的碳纤维油剂，属于高性能碳纤维制备


技术介绍

[0002]聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的制备主要包括聚合、纺丝、氧化和碳化过程，其中在纺丝过程中经水洗后的PAN纤维上油是一个非常重要的环节。PAN基碳纤维原丝油剂是由特殊的表面活性剂和硅油组成。原丝油剂的作用是为了减小碳纤维原丝的表面阻力，使原丝更顺滑，以达到生产出强度高，耐热性好、集束性优，无毒无味、质地良好的碳纤维材料。因此，碳纤维原丝油剂的研发是碳纤维材料研究的关键内容之一。早期的PAN原丝油剂主要采用不含硅油的化合物及其衍生物，常出现断丝、粘结的现象。目前PAN原丝油剂多采用有机硅化合物和其他助剂进行复配的工艺。例如东丽公司利用氨基改性硅油、聚醚改性硅油、环氧改性硅油及其他表面活性剂，同时加入一些精细粒子来增加单丝的润滑性，提高油剂耐热性和分纤性能，进而提高产品性能。像东丽公司这样在二甲基硅氧烷分子链上接上氨基、聚醚链、环氧基用于改性二甲基硅氧烷的研究较多。在预氧化阶段，目的是使PAN原丝的线型大分子链经预氧化处理后转变为耐热梯型结构，使其不熔不燃，经得起高温碳化而保持纤维形态。然而，实现这一转化的关键设备是氧化炉。研究表明，氧化炉首先要满足工艺条件的需求：即加热系统的温度场均匀，温度梯度分布合理，风向最好垂直于丝束，风速最好在0.5m/s以上,牵伸系统低温区实施正牵，高温区实施负牵。因为氧化炉的温度及风速控制不理想，使得油剂出现从原丝表面的脱落、不匀现象，所以研发出适用于箱式氧化炉的碳纤维油剂至关重要。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种适用于箱式氧化炉的碳纤维油剂。
[0004]实现本专利技术目的的技术方案如下：
[0005]一种快速交联成膜的碳纤维油剂，按重量份数计，由以下成分组成：
[0006]氨基改性硅油5～25份，环氧改性硅油5～20份，表面活性剂2～12份，硅烷偶联剂0～3份，催化剂0～3份，抗静电剂0.2～2份，水12.2～65份。
[0007]本专利技术所述的氨基改性硅油为碳纤维油剂中常规使用的氨基改性硅油，其氨基改性硅油的氨值为0.15～0.70mmol/g。
[0008]本专利技术所述的环氧改性硅油为碳纤维油剂中常规使用的环氧改性硅油，其环氧值为0.10～0.60mmol/g。
[0009]本专利技术所述的表面活性剂为碳纤维油剂中常规使用的表面活性剂选自聚醚改性硅油、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚。
[0010]本专利技术所述的硅烷偶联剂选自多聚硅氧烷、硅溶胶。
[0011]本专利技术所述的催化剂选自二醋酸二丁基锡、二丁基锡二月桂酸酯、二甲基环己胺。
[0012]本专利技术所述的抗静电剂为碳纤维油剂中常规使用的抗静电剂选自十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵。
[0013]本专利技术还提供上述快速交联成膜的碳纤维油剂的制备方法，具体步骤如下：按配比将各原料搅拌均匀混合后，加水通过转相乳化法，制得室温条件下稳定的油剂乳液。
[0014]相对于现有技术，本专利技术具有以下优点：
[0015](1)本专利技术通过引入多聚硅氧烷等硅烷偶联剂，表面具有丰富的硅羟基，能够与氨基改性硅油和环氧改性硅油发生交联和水解反应，极易成膜，且价格低廉；
[0016](2)本专利技术通过引入多聚硅氧烷等硅烷偶联剂，其具有Si
‑
O
‑
Si分子链，形成的膜强度大；
[0017](3)本专利技术通过引入有机锡催化剂，不仅催化速度快，而且具有较好热稳定性；
[0018](4)本专利技术的油剂在高温下具有快速交联反应成膜的特点，在高温和大循环风量下不易脱落，抑制了油剂在箱式氧化炉从原丝表面的脱落、分布不匀，能够有效防止纤维聚热粘连，避免产生新的缺陷，最终制备的碳纤维展现出更高的拉伸强度和拉伸模量。
具体实施方式
[0019]下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的内容和技术方案，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术思想情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本专利技术的范围。
[0020]下述实施例和比较例中采用的原料和试剂均可商业购买获得。
[0021]实施例1
[0022]取氨基改性硅油25质量份，氨值为0.28mmol/g；环氧改性硅油5质量份，环氧值为0.55mmol/g；表面活性剂聚醚改性硅油2.5质量份，脂肪醇聚氧乙烯醚3质量份；硅烷偶联剂多聚硅氧烷1质量份；催化剂二丁基锡二月桂酸酯2.5质量份；抗静电剂十二烷基三甲基氯化铵0.25质量份。
[0023]上述组分混合搅拌均匀后，加60.25质量份水，混合得到油剂乳液，使用制备的油剂生产线上评估结果：碳纤维原丝含油为0.72％，原丝毛丝等级1级(划分1
‑
5级，1级最优，5级最差)，原丝运行过程中烘干粘辊现象很少，在箱式氧化炉中的底部看到的油渍很少；碳纤维拉伸强度5853MPa，碳纤维毛丝等级1.5级(划分1
‑
5级，1级最优，5级最差)，碳纤维灰分0.023％。
[0024]实施例2
[0025]取氨基改性硅油15质量份，氨值为0.35mmol/g；环氧改性硅油10质量份，环氧值为0.45mmol/g；表面活性剂聚醚改性硅油2.5质量份，脂肪胺聚氧乙烯醚4.5质量份；硅烷偶联剂硅溶胶3质量份；催化剂二甲基环己胺2质量份；抗静电剂十六烷基三甲基氯化铵1.5质量份。上述组分混合搅拌均匀后，加61.5质量份水，混合得到油剂乳液，使用制备的油剂生产线上评估结果见表1。
[0026]实施例3
[0027]取氨基改性硅油25质量份，氨值为0.28mmol/g；环氧改性硅油5质量份，环氧值为0.55mmol/g；表面活性剂聚醚改性硅油2质量份，脂肪醇聚氧乙烯醚3质量份；硅烷偶联剂多聚硅氧烷1质量份；催化剂二醋酸二丁基锡1质量份；抗静电剂十六烷基三甲基氯化铵0.5质
量份。上述组分搅拌均匀混合后，加62.5质量份水，混合得到油剂乳液，使用制备的油剂生产线上评估结果见表1。
[0028]比较例1
[0029]取氨基改性硅油25质量份，氨值为0.28mmol/g；环氧改性硅油5质量份，环氧值为0.55mmol/g；表面活性剂聚醚改性硅油2.5质量份，脂肪醇聚氧乙烯醚3质量份；催化剂二丁基锡二月桂酸酯2.5质量份；抗静电剂十二烷基三甲基氯化铵0.25质量份。上述组分混合搅拌均匀后，加61.75质量份水，乳化转相制得室温稳定的油剂乳液，使用制备的油剂生产线上评估结果：碳纤维原丝含油为0.73％，原丝毛丝等级2.5级，原丝运行过程中烘干粘辊现象严重，在箱式氧化炉中的底部看到的油渍很多；碳纤维拉伸强度5385MPa，碳纤维毛丝等级3级，碳纤维灰分0.035％。与实施例1比较，未添加硅烷偶联剂的油剂成膜速率显著下降，在箱式氧化炉中的底部可以看到许多油渍，这说明油剂在高温和大循环风量下从原丝表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于箱式氧化炉的碳纤维油剂，其特征在于，按重量份数计，由以下成分组成：氨基改性硅油5～25份，环氧改性硅油5～20份，表面活性剂2～12份，硅烷偶联剂0～3份，催化剂0～3份，抗静电剂0.2～2份，水12.2～65份。2.根据权利要求1所述的碳纤维油剂，其特征在于，所述的氨基改性硅油的氨值为0.15～0.70mmol/g，环氧改性硅油的环氧值为0.10～0.60mmol/g。3.根据权利要求1所述的碳纤维油剂，其特征在于，所述的表面活性剂选自聚醚改性硅油、脂肪醇聚氧乙烯醚、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘栋，张金元，林康，高波，孟晨晨，刘倩，
申请(专利权)人：中复神鹰碳纤维股份有限公司，
类型：发明
国别省市：