一种PAN原丝的生产方法技术

本发明专利技术公开一种用于生产碳纤维的PAN原丝的生产方法，将纺丝经热水第一次牵伸后的纤维使用油剂A进行第一次上油处理，油剂A含有硼化合物和两个以上酯基的多元酯，硼化合物的质量占油剂A除水之外其它有效组分质量0.1~5%，第一次上油处理后对纤维进行干燥，经水蒸气第二次牵伸后，用油剂B进行第二次上油处理，油剂B含有芳香族多元酯和改性聚硅氧烷，改性聚硅氧烷的质量占油剂B有效组分质量5~15%；使用不同的油剂进行两次处理，在油剂A中添加含硼化合物以降低表层的预氧化速度，可对纤维提供润滑、抗静电、集束等作用，油剂B中的多元酯是耐热性良好的芳香族多元酯，可在预氧化过程中对纤维提供保护作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种PAN (聚丙烯腈)原丝的生产方法。
技术介绍
PAN原丝是生产碳纤维的原料，一般是将PAN原丝先经预氧化，再碳化后得到碳纤维。其中预氧化过程，就是将PAN原丝在20(T30(TC空气气氛中进行处理的过程，是碳纤维制造过程中非常重要的环节之一。PAN原丝经过预氧化后变为不燃不融的纤维，使后续的高温碳化处理过程成为可能。但是在预氧化过程中，存在两个问题严重影响最终碳纤维的性能，第一，PAN原丝在预氧化的温度区间内，纤维会发生软化，相邻的单丝之间会彼此发生粘连，严重者两根或多跟单丝纤维合并在一起，也就是所谓的并丝；第二，在预氧化过程中，由 于PAN原丝与氧气发生反应是从纤维表面开始的，因而在表层和芯部之间由于氧气的扩散比较慢，会产生比较明显的内外反应程度不一致的现象，也就是形成预氧化后纤维的皮芯二重结构，这两个问题的存在严重影响PAN原丝预氧化过程和碳化过程，使得生产过程不稳定或只能得到性能差的碳纤维。针对预氧化过程中存在的粘连并丝现象，一般的处理方法是对原丝用油剂进行处理，在单丝的表层形成一层具有良好耐热性的固态薄膜，从而将PAN原丝之间彼此隔开，使其难以在预氧化的高温下彼此粘连在一起。使用的油剂一般是以改性的聚硅氧烷类物质为主要成分的硅系油剂。但是，硅系油剂的缺点是在纤维的热处理过程中，附着在纤维上的油剂挥发分解对设备造成污染，而且憎水性强，在纺丝后得到的湿润纤维上的均一分散型不好。而且硅系油剂在高温下，会在预氧化炉和炭化炉内生成粒状的氧化硅、须状以及板状的氮化硅，从而影响纤维通路，使之变窄或完全堵塞，导致在被处理纤维通过时，由于与炉体以及辊子发生摩擦，产生大量的毛丝。另外，板状的氮化硅一旦在炉壁上生成，难以去除，结果使炭化炉内的温度分步产生变化，造成碳纤维品质下降。须状的的氮化硅结晶体虽然容易除去，但是脱落的针状物极易对碳纤维造成损伤。另外，最终残留在碳纤维中的少量硅元素对碳纤维产品的烧蚀性能有明显的影响，因此必须在不影响油剂基本作用和效果的前提下，减少原丝油剂中聚硅氧烷类物质的含量。为解决纤维的皮芯二重结构问题，一般方法是通过调节PAN的共聚组分，使PAN原丝的致密性下降，从而提高氧气从表层向内部的扩散速率，以及适当降低预氧化处理温度，延长处理时间，从而达到相对一致的内外预氧化程度。但是PAN原丝致密性下降后，强度也随着一起下降，负面作用太大，而延长预氧化处理时间，生产效率下降，对能源的消耗增加，生产成本也随着提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的缺陷，提供一种PAN原丝的生产方法，降低纤维油剂中的聚硅氧烷类物质的含量，将硅系油剂的缺点限制在最小；同时减少纤维表层和芯部预氧化差异程度，实现均一的预氧化，提高PAN原丝的性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包括如下步骤 1、将PAN共聚物溶液经过湿法纺丝后得到纤维，将纤维经热水第一次牵伸，牵伸后的纤维使用油剂A进行第一次上油处理，油剂A含有硼化合物以及两个以上酯基的多元酯，硼化合物的质量占油剂A除水之外其它有效组分质量的O. Γ5% ； 2、第一次上油处理后对纤维进行干燥，干燥后经水蒸气第二次牵伸，第二次牵伸后使用油剂B进行第二次上油处理，干燥后进行收丝即可；油剂B含有芳香族多元酯以及改性聚硅氧烷，改性聚硅氧烷的质量占油剂B除水之外其它有效组分质量的5 15%。本专利技术在PAN原丝制造过程中两次进行油剂处理，两次使用的是不同的油剂，从而达到不同的处理效果。通过在油剂A中添加含硼化合物，使硼元素进入纤维的表层，降低表层的预氧化速度，第一次用油剂A处理纤维，可对纤维提供润滑、抗静电、集束等作用。由于油剂B中除了改性聚硅氧烷外，多元酯是耐热性良好的芳香族多元酯，第二次用油剂B处理纤维，可在预氧化过程中可对纤维提供保护作用。因此，本专利技术同时解决了现有PAN基碳纤维生产过程中预氧化中存在的粘连并丝以及纤维皮芯二重结构的问题。具体实施例方式将PAN共聚物溶液经过湿法纺丝后得到纤维，对纤维进行热水第一次牵伸，在洗去纤维中残存溶剂的同时对纤维进行一定的牵伸，提高其分子取向性。热水牵伸后的纤维是一种凝胶状态的物质，其表层和内部都存在大量的微孔。因此在热水牵伸后对纤维用油剂A进行第一次上油处理。油剂A的使用形式是水系乳液，油剂A是含有含硼元素的化合物和含有两个酯基的多元酯，还含有非离子型乳化剂，酯类物质的骨架结构没有特殊的限制，可以具体举例如下列结构式所示 两个酯基的多元酯第一种结构式如下权利要求1.一种PAN原丝的生产方法，其特征是采用如下步骤 (1)将PAN共聚物溶液经过湿法纺丝后得到纤维，将纤维经热水第一次牵伸，牵伸后的纤维使用油剂A进行第一次上油处理，油剂A含有硼化合物以及两个以上酯基的多元酯，硼化合物的质量占油剂A除水之外其它有效组分质量的0. r5% ； (2)第一次上油处理后对纤维进行干燥，干燥后经水蒸气第二次牵伸，第二次牵伸后使用油剂B进行第二次上油处理，干燥后进行收丝即可；油剂B含有芳香族多元酯以及改性聚硅氧烷，改性聚硅氧烷的质量占油剂B除水之外其它有效组分质量的5 15%。2.根据权利要求I所述的一种PAN原丝的生产方法，其特征是步骤(2)所述对第一次上油处理后的纤维进行干燥的温度为12(T150°C，干燥时间在40s以上。3.根据权利要求I所述的一种PAN原丝的生产方法，其特征是油剂A还含有非离子型乳化剂。全文摘要本专利技术公开一种用于生产碳纤维的PAN原丝的生产方法，将纺丝经热水第一次牵伸后的纤维使用油剂A进行第一次上油处理，油剂A含有硼化合物和两个以上酯基的多元酯，硼化合物的质量占油剂A除水之外其它有效组分质量0.1~5%，第一次上油处理后对纤维进行干燥，经水蒸气第二次牵伸后，用油剂B进行第二次上油处理，油剂B含有芳香族多元酯和改性聚硅氧烷，改性聚硅氧烷的质量占油剂B有效组分质量5~15%；使用不同的油剂进行两次处理，在油剂A中添加含硼化合物以降低表层的预氧化速度，可对纤维提供润滑、抗静电、集束等作用，油剂B中的多元酯是耐热性良好的芳香族多元酯，可在预氧化过程中对纤维提供保护作用。文档编号D06M15/53GK102965944SQ20121054362公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日专利技术者王浩静, 张淑斌, 程璐, 范立东, 薛林兵, 刘福杰, 庞培东 申请人:江苏航科复合材料科技有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PAN原丝的生产方法，其特征是采用如下步骤：（1）将PAN共聚物溶液经过湿法纺丝后得到纤维，将纤维经热水第一次牵伸，牵伸后的纤维使用油剂A进行第一次上油处理，油剂A含有硼化合物以及两个以上酯基的多元酯，硼化合物的质量占油剂A除水之外其它有效组分质量的0.1~5%；（2）第一次上油处理后对纤维进行干燥，干燥后经水蒸气第二次牵伸，第二次牵伸后使用油剂B进行第二次上油处理，干燥后进行收丝即可；油剂B含有芳香族多元酯以及改性聚硅氧烷，改性聚硅氧烷的质量占油剂B除水之外其它有效组分质量的5~15%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩静，张淑斌，程璐，范立东，薛林兵，刘福杰，庞培东，
申请(专利权)人：江苏航科复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：