CN1247838C - 聚丙烯腈碳原丝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
聚丙烯腈碳原丝的制备方法，将丙烯腈与少量的丙烯酸甲酯、衣康酸溶解在49%～54%硫氰酸钠溶液中进行均相聚合，形成的聚合体留在硫氰酸钠溶液中，成为均相高分子溶液——原液，经多级精密过滤、脱泡、调温后纺丝；纺丝以组合喷丝板喷丝，顺流长浸浴凝固成型，经水洗、两段水浴牵伸、上油、热辊烘干后，即制得性能优异的聚丙烯腈碳原丝，生产流程短，工艺简单，采用先水洗后牵伸的工艺，通过调整牵伸倍数和牵伸浴长度制得断裂伸长均匀的原丝，使产品的断裂伸长不匀率控制在10%以内，聚丙烯腈碳原丝是制备阻燃性能优异的聚丙烯腈基预氧化纤维和高强高模聚丙烯腈基碳纤维的原料。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯腈碳原丝的制备方法，特别涉及以硫氰酸钠为溶剂的聚丙烯腈碳原丝的制备方法。
背景技术
聚丙烯腈碳原丝是制备聚丙烯腈基碳纤维的原料。聚丙烯腈碳原丝经预氧、碳化后，制得的聚丙烯腈基碳纤维具有高强度、高模量等多种特性，是当前最受重视的高性能材料之一。众所周知，原硫氰酸钠法制备碳原丝采用的是先牵伸、后水洗的工艺路线，其生产过程如下：原液细流经凝固成型为初生纤维，初生纤维经预牵伸后，再经过5～8倍的水浴牵伸或蒸汽牵伸，然后水洗、上油、烘干即得聚丙烯腈碳原丝。无论是水浴牵伸还是蒸汽牵伸，制得的碳原丝的断裂伸长不匀率较高，一般大于10％。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不同于原有硫氰酸钠一步法制聚丙烯腈碳原丝的方法，重点解决制得的碳原丝断裂伸长不匀率偏高的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：本发明的聚丙烯腈碳原丝是丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸的共聚物。优选的碳原丝含丙烯腈90～94％、丙烯酸甲酯5～8％、依康酸1～2％，在49～54％的硫氰酸钠溶液中聚合成原液，原液经组合喷丝头喷出，在凝固浴中成型，再经过水洗，两段水浴牵伸，上油，烘干即得聚丙烯腈碳原丝。
①原液制备：反应物以90～94％丙烯腈、5～8％丙烯酸甲酯和1～2％衣康酸为单体，采用偶氮二异丁腈为引发剂，二氧化硫脲为浅色剂，异丙醇作分子量调节剂，以49～54％硫氰酸钠溶液为溶剂，进入聚合釜。在60～80℃的温度下反应2～4小时，通过连续脱单塔，将聚合物中未反应的单体脱出回用，而聚合体留在硫氰酸钠溶液中，成为均相高分子溶液——纺丝原液。
②纺前准备：为除去聚合原液中的杂质、气泡，纺丝前要对原液进行过滤、脱泡、调温等纺前准备工作。聚合原液首先经板框过滤机过滤以后，再进入真空度为0.075～0.085Mpa的脱泡塔中脱泡，然后经原液调温器调温至25～35℃，通过大、小过滤器过滤和计量泵计量，进入喷丝头组件喷丝。
③纺丝及后处理：纺丝采用专门设计制造的喷丝头组件，喷出的原液细流在温度为6-15℃，密度为1.050-1.090g/cm3的硫氰酸钠溶液中凝固成型为初生纤维，再在温度为25-55℃、密度1.040-1.10g/cm3的预牵伸浴中加以1-2倍的预牵伸，然后转向进入长槽逆流50-70℃的脱盐水中水洗，随后采用五辊牵伸机，经主、副两道沸水牵伸完成牵伸过程，其中主牵伸4～8倍，副牵伸1～2倍，水浴温度90～100℃，牵伸浴总长6～9米。随后以专用油剂上油，并通过温度为110～140℃的蒸汽热辊烘干后收卷即得聚丙烯腈原丝。
本发明制备聚丙烯腈碳原丝的方法是一种以硫氰酸钠为溶剂，一步法湿法纺丝成型制备聚丙烯腈碳原丝的新方法，它是特种纤维领域的新技术。它采用先水洗后牵伸的工艺，利用水洗后纤维分子结构更加完整的特点，通过调整牵伸倍数和牵伸浴长度制得断裂伸长均匀的原丝，从而使聚丙烯腈碳原丝产品的断裂伸长不匀率控制在10％以内。性能优异的聚丙烯腈碳原丝是制备阻燃性能优异的聚丙烯腈基预氧化纤维和高强高模聚丙烯腈基碳纤维的原料。
附图说明
图1为本发明的工艺流程简图。
具体实施方式
实施例1：以92％丙烯腈、6.5％丙烯酸甲酯和1.5％衣康酸为单体，采用偶氮二异丁腈为引发剂，二氧化硫脲为浅色剂，异丙醇作分子量调节剂，以52％硫氰酸钠溶液为溶剂，进入聚合釜。反应物在78℃的温度下反应2.2小时，通过连续脱单塔，将聚合物中未反应的单体脱出回用。聚合原液首先经板框过滤机过滤以后，再进入真空度为0.082Mpa的脱泡塔中脱泡，原液调温器调温至33℃，通过大、小过滤器过滤和计量泵计量，进入喷丝头组件喷丝。聚合原液由组合喷丝头喷出，进入温度为6℃、密度为1.050g/cm3顺流凝固浴中凝固成型后，进入温度为30℃，密度为1.10g/cm3的预牵伸浴中加以1.5倍的预牵伸，再经60℃脱盐水水洗，两段水浴牵伸，主牵伸8倍，主牵伸浴长4米，副牵伸1.1倍，副牵伸浴长3米，牵伸水浴温度95℃，然后上油，110℃热辊烘干即得碳原丝。用YG-003单纤维强力仪测得断裂伸长不匀率为8.9％。
实施例2：以93％丙烯腈、5.5％丙烯酸甲酯和1.5％衣康酸为单体，采用偶氮二异丁腈为引发剂，二氧化硫脲为浅色剂，异丙醇作分子量调节剂，以52％硫氰酸钠溶液为溶剂，进入聚合釜。反应物在78.5℃的温度下反应2.1小时，通过连续脱单塔，将聚合物中未反应的单体脱出回用。聚合原液首先经板框过滤机过滤以后，再进入真空度为0.082Mpa的脱泡塔中脱泡，原液调温器调温至33℃，通过大、小过滤器过滤和计量泵计量，进入喷丝头组件喷丝。聚合原液由组合喷丝头喷出，进入温度为8℃、密度为1.060g/cm3顺流凝固浴中凝固成型后，进入温度为35℃，密度为1.020g/cm3的预牵伸浴中加以1.2倍的预牵伸，再经60℃脱盐水水洗，两段水浴牵伸，主牵伸7倍，主牵伸浴长3.5米，副牵伸1.3倍，副牵伸浴长3米，牵伸水浴温度93℃，然后上油，110℃热辊烘干即得碳原丝。用YG-003单纤维强力仪测得断裂伸长不匀率为8.7％。
实施例3：以92.5％丙烯腈、6％丙烯酸甲酯和1.5％衣康酸为单体，采用偶氮二异丁腈为引发剂，二氧化硫脲为浅色剂，异丙醇作分子量调节剂，以52％硫氰酸钠溶液为溶剂，进入聚合釜。反应物在77.5℃的温度下反应2.3小时，通过连续脱单塔，将聚合物中未反应的单体脱出回用。聚合原液首先经板框过滤机过滤以后，再进入真空度为0.082Mpa的脱泡塔中脱泡，原液调温器调温至32℃，通过大、小过滤器过滤和计量泵计量，进入喷丝头组件喷丝。聚合原液由组合喷丝头喷出，进入温度为10℃、密度为1.070g/cm3顺流凝固浴中凝固成型后，进入温度为50℃，密度为1.020g/cm3的预牵伸浴中加以1.5倍的预牵伸，再经65℃脱盐水水洗，两段水浴牵伸，主牵伸6倍，主牵伸浴长3.3米，副牵伸1.5倍，副牵伸浴长3米，牵伸水浴温度92℃，然后上油，120℃热辊烘干即得碳原丝。用YG-003单纤维强力仪测得断裂伸长不匀率为9.1％。
实施例4：以92.5％丙烯腈、6％丙烯酸甲酯和1.5％衣康酸为单体，采用偶氮二异丁腈为引发剂，二氧化硫脲为浅色剂，异丙醇作分子量调节剂，以52％硫氰酸钠溶液为溶剂，进入聚合釜。反应物在77.5℃的温度下反应2.3小时，通过连续脱单塔，将聚合物中未反应的单体脱出回用。聚合原液首先经板框过滤机过滤以后，再进入真空度为0.082Mpa的脱泡塔中脱泡，原液调温器调温至32℃，通过大、小过滤器过滤和计量泵计量，进入喷丝头组件喷丝。聚合原液由组合喷丝头喷出，进入温度为10℃，密度为1.070g/cm3顺流凝固浴中凝固成型后，进入温度为50℃，密度为1.020g/cm3的预牵伸浴中加以1.5倍的预牵伸，然后在94℃的沸水中牵伸9倍，再经65℃脱盐水水洗，然后上油，120℃热辊烘干即得碳原丝。用YG-003单纤维强力仪测得断裂伸长不匀率为11.6％。
Claims (1)
1.一种聚丙烯腈碳原丝的制备方法，其特征是聚丙烯腈碳原丝是丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸的共聚物，其生产步骤包括：
①原液制备：反应物以90～92％丙烯腈、5～8％丙烯酸甲酯和1～2％衣康酸为单体，采用偶氮二异丁腈为引发剂，二氧化硫脲为浅色剂，异丙醇作分子量调节剂，以49～54％硫氰酸钠溶液为溶剂，进入聚合釜，在60～80℃的温度下反应2～4小时，通过连续脱单塔，将聚合物中未反应的单体脱出回用，而聚合体留在硫氰酸钠溶液中，成为均相高分子溶液——纺丝原液；
②纺前准备：聚合原液首先经板框过滤机过滤以后，再进入真空度为0.075～0.085Mpa的脱泡塔中脱泡，然后经原液调温器调温至25～35℃，通过大、小过滤器过滤和计量泵计量，进入喷丝头组件喷丝；
③纺丝及后处理：纺丝采用专门设计制造的喷丝头组件，喷出的原液细流在温度为6-15℃、密度为1.050-1.090g/cm3的硫氰酸钠溶液中凝固成型为初生纤维，再在温度为25-55℃，密度1.040-1.10g/cm3的预牵伸浴中加以1-2倍的预牵伸，然后转向进入长槽逆流50-70℃的脱盐水中水洗，随后采用五辊牵伸机，经主、副两道沸水牵伸完成牵伸过程，其中：主牵伸4～8倍，副牵伸1～2倍，水浴温度90～100℃，牵伸浴总长6～9米，随后以专用油剂上油，并通过温度为110～140℃的蒸汽热辊烘干后收卷，即得聚丙烯腈原丝。
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