專利名稱：聚丙烯腈碳原絲的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚丙烯腈碳原絲的制備方法，特別涉及以硫氰酸鈉為溶劑的聚丙烯腈碳原絲的制備方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯腈碳原絲是制備聚丙烯腈基碳纖維的原料。聚丙烯腈碳原絲經(jīng)預(yù)氧、碳化后，制得的聚丙烯腈基碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量等多種特性，是當(dāng)前最受重視的高性能材料之一。眾所周知，原硫氰酸鈉法制備碳原絲采用的是先牽伸、后水洗的工藝路線，其生產(chǎn)過程如下原液細(xì)流經(jīng)凝固成型為初生纖維，初生纖維經(jīng)預(yù)牽伸后，再經(jīng)過5～8倍的水浴牽伸或蒸汽牽伸，然后水洗、上油、烘干即得聚丙烯腈碳原絲。無論是水浴牽伸還是蒸汽牽伸，制得的碳原絲的斷裂伸長不勻率較高，一般大于10％。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不同于原有硫氰酸鈉一步法制聚丙烯腈碳原絲的方法，重點(diǎn)解決制得的碳原絲斷裂伸長不勻率偏高的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為本發(fā)明的聚丙烯腈碳原絲是丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸的共聚物。優(yōu)選的碳原絲含丙烯腈90～94％、丙烯酸甲酯5～8％、依康酸1～2％，在49％～54％的硫氰酸鈉溶液中聚合成原液，原液經(jīng)組合噴絲頭噴出，在凝固浴中成型，再經(jīng)過水洗，兩段水浴牽伸，上油，烘干即得聚丙烯腈碳原絲。
①原液制備反應(yīng)物以90～94％丙烯腈、5～8％丙烯酸甲酯和1～2％衣康酸為單體，采用偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，二氧化硫脲為淺色劑，異丙醇作分子量調(diào)節(jié)劑，以52％硫氰酸鈉溶液為溶劑，進(jìn)入聚合釜。在60～80℃的溫度下反應(yīng)2～4小時(shí)，通過連續(xù)脫單塔，將聚合物中未反應(yīng)的單體脫出回用，而聚合體留在硫氰酸鈉溶液中，成為均相高分子溶液——紡絲原液。
②紡前準(zhǔn)備為除去聚合原液中的雜質(zhì)、氣泡，紡絲前要對(duì)原液進(jìn)行過濾、脫泡、調(diào)溫等紡前準(zhǔn)備工作。聚合原液首先經(jīng)板框過濾機(jī)過濾以后，再進(jìn)入真空度為0.075～0.085Mpa的脫泡塔中脫泡，然后經(jīng)原液調(diào)溫器調(diào)溫至25～35℃，通過大、小過濾器過濾和計(jì)量泵計(jì)量，進(jìn)入噴絲頭組件噴絲。
③紡絲及后處理紡絲采用專門設(shè)計(jì)制造的噴絲頭組件，噴出的原液細(xì)流在溫度為6-15℃，密度為1.050-1.090g/cm3的硫氰酸鈉溶液中凝固成型為初生纖維，再在溫度為25-55℃、密度1.040-1.10g/cm3的預(yù)牽伸浴中加以1-2倍的預(yù)牽伸，然后轉(zhuǎn)向進(jìn)入長槽逆流50-70℃的脫鹽水中水洗，隨后采用五輥牽伸機(jī)，經(jīng)主、副兩道沸水牽伸完成牽伸過程，其中主牽伸4～8倍，副牽伸1～2倍，水浴溫度90～100℃，牽伸浴總長6～9米。隨后以專用油劑上油，并通過溫度為110～140℃的蒸汽熱輥烘干后收卷即得聚丙烯腈原絲。
本發(fā)明制備聚丙烯腈碳原絲的方法是一種以硫氰酸鈉為溶劑，一步法濕法紡絲成型制備聚丙烯腈碳原絲的新方法，它是特種纖維領(lǐng)域的新技術(shù)。它采用先水洗后牽伸的工藝，利用水洗后紆維分子結(jié)構(gòu)更加完整的特點(diǎn)，通過調(diào)整牽伸倍數(shù)和牽伸浴長度制得斷裂伸長均勻的原絲，從而使聚丙烯腈碳原絲產(chǎn)品的斷裂伸長不勻率控制在10％以內(nèi)。性能優(yōu)異的聚丙烯腈碳原絲是制備阻燃性能優(yōu)異的聚丙烯腈基預(yù)氧化纖維和高強(qiáng)高模聚丙烯腈基碳纖維的原料。


圖1為本發(fā)明的工藝流程簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1以92％丙烯腈、6.5％丙烯酸甲酯和1.5％衣康酸為單體，采用偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，二氧化硫脲為淺色劑，異丙醇作分子量調(diào)節(jié)劑，以52％硫氰酸鈉溶液為溶劑，進(jìn)入聚合釜。反應(yīng)物在78℃的溫度下反應(yīng)2.2小時(shí)，通過連續(xù)脫單塔，將聚合物中未反應(yīng)的單體脫出回用。聚合原液首先經(jīng)板框過濾機(jī)過濾以后，再進(jìn)入真空度為0.082Mpa的脫泡塔中脫泡，原液調(diào)溫器調(diào)溫至33℃，通過大、小過濾器過濾和計(jì)量泵計(jì)量，進(jìn)入噴絲頭組件噴絲。聚合原液由組合噴絲頭噴出，進(jìn)入溫度為6℃、密度為1.050g/cm3順流凝固浴中凝固成型后，進(jìn)入溫度為30℃，密度為1.10g/cm3的預(yù)牽伸浴中加以1.5倍的預(yù)牽伸，再經(jīng)60℃脫鹽水水洗，兩段水浴牽伸，主牽伸8倍，主牽伸浴長4米，副牽伸1.1倍，副牽伸浴長3米，牽伸水浴溫度95℃，然后上油，110℃熱輥烘干即得碳原絲。用YG-003單纖維強(qiáng)力儀測(cè)得斷裂伸長不勻率為8.9％。
實(shí)施例2以93％丙烯腈、5.5％丙烯酸甲酯和1.5％衣康酸為單體，采用偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，二氧化硫脲為淺色劑，異丙醇作分子量調(diào)節(jié)劑，以52％硫氰酸鈉溶液為溶劑，進(jìn)入聚合釜。反應(yīng)物在78.5℃的溫度下反應(yīng)2.1小時(shí)，通過連續(xù)脫單塔，將聚合物中未反應(yīng)的單體脫出回用。聚合原液首先經(jīng)板框過濾機(jī)過濾以后，再進(jìn)入真空度為0.082Mpa的脫泡塔中脫泡，原液調(diào)溫器調(diào)溫至33℃，通過大、小過濾器過濾和計(jì)量泵計(jì)量，進(jìn)入噴絲頭組件噴絲。聚合原液由組合噴絲頭噴出，進(jìn)入溫度為8℃、密度為1.060g/cm3順流凝固浴中凝固成型后，進(jìn)入溫度為35℃，密度為1.020g/cm3的預(yù)牽伸浴中加以1.2倍的預(yù)牽伸，再經(jīng)60℃脫鹽水水洗，兩段水浴牽伸，主牽伸7倍，主牽伸浴長3.5米，副牽伸1.3倍，副牽伸浴長3米，牽伸水浴溫度93℃，然后上油，110℃熱輥烘干即得碳原絲。用YG-003單纖維強(qiáng)力儀測(cè)得斷裂伸長不勻率為8.7％。
實(shí)施例3以92.5％丙烯腈、6％丙烯酸甲酯和1.5％衣康酸為單體，采用偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，二氧化硫脲為淺色劑，異丙醇作分子量調(diào)節(jié)劑，以52％硫氰酸鈉溶液為溶劑，進(jìn)入聚合釜。反應(yīng)物在77.5℃的溫度下反應(yīng)2.3小時(shí)，通過連續(xù)脫單塔，將聚合物中未反應(yīng)的單體脫出回用。聚合原液首先經(jīng)板框過濾機(jī)過濾以后，再進(jìn)入真空度為0.082Mpa的脫泡塔中脫泡，原液調(diào)溫器調(diào)溫至32℃，通過大、小過濾器過濾和計(jì)量泵計(jì)量，進(jìn)入噴絲頭組件噴絲。聚合原液由組合噴絲頭噴出，進(jìn)入溫度為10℃、密度為1.070g/cm3順流凝固浴中凝固成型后，進(jìn)入溫度為50℃，密度為1.020g/cm3的預(yù)牽伸浴中加以1.5倍的預(yù)牽伸，再經(jīng)65℃脫鹽水水洗，兩段水浴牽伸，主牽伸6倍，主牽伸浴長3.3米，副牽伸1.5倍，副牽伸浴長3米，牽伸水浴溫度92℃，然后上油，120℃熱輥烘干即得碳原絲。用YG-003單纖維強(qiáng)力儀測(cè)得斷裂伸長不勻率為9.1％。
實(shí)施例4以92.5％丙烯腈、6％丙烯酸甲酯和1.5％衣康酸為單體，采用偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，二氧化硫脲為淺色劑，異丙醇作分子量調(diào)節(jié)劑，以52％硫氰酸鈉溶液為溶劑，進(jìn)入聚合釜。反應(yīng)物在77.5℃的溫度下反應(yīng)2.3小時(shí)，通過連續(xù)脫單塔，將聚合物中未反應(yīng)的單體脫出回用。聚合原液首先經(jīng)板框過濾機(jī)過濾以后，再進(jìn)入真空度為0.082Mpa的脫泡塔中脫泡，原液調(diào)溫器調(diào)溫至32℃，通過大、小過濾器過濾和計(jì)量泵計(jì)量，進(jìn)入噴絲頭組件噴絲。聚合原液由組合噴絲頭噴出，進(jìn)入溫度為10℃，密度為1.070g/cm3順流凝固浴中凝固成型后，進(jìn)入溫度為50℃，密度為1.020g/cm3的預(yù)牽伸浴中加以1.5倍的預(yù)牽伸，然后在94℃的沸水中牽伸9倍，再經(jīng)65℃脫鹽水水洗，然后上油，120℃熱輥烘干即得碳原絲。用YG-003單纖維強(qiáng)力儀測(cè)得斷裂伸長不勻率為11.6％。
權(quán)利要求
1.一種聚丙烯腈碳原絲的制備方法，其特征是聚丙烯腈碳原絲是丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸的共聚物，其生產(chǎn)步驟包括①原液制備反應(yīng)物以90～94％丙烯腈、5～8％丙烯酸甲酯和1～2％衣康酸為單體，采用偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，二氧化硫脲為淺色劑，異丙醇作分子量調(diào)節(jié)劑，以49％～54％硫氰酸鈉溶液為溶劑，進(jìn)入聚合釜，在60～80℃的溫度下反應(yīng)2～4小時(shí)，通過連續(xù)脫單塔，將聚合物中未反應(yīng)的單體脫出回用，而聚合體留在硫氰酸鈉溶液中，成為均相高分子溶液——紡絲原液；②紡前準(zhǔn)備聚合原液首先經(jīng)板框過濾機(jī)過濾以后，再進(jìn)入真空度為0.075～0.085Mpa的脫泡塔中脫泡，然后經(jīng)原液調(diào)溫器調(diào)溫至25～35℃，通過大、小過濾器過濾和計(jì)量泵計(jì)量，進(jìn)入噴絲頭組件噴絲；③紡絲及后處理紡絲采用專門設(shè)計(jì)制造的噴絲頭組件，噴出的原液細(xì)流在溫度為6-15℃、密度為1.050-1.090g/cm3的硫氰酸鈉溶液中凝固成型為初生纖維，再在溫度為25-55℃，密度1.040-1.10g/cm3的預(yù)牽伸浴中加以1-2倍的預(yù)牽伸，然后轉(zhuǎn)向進(jìn)入長槽逆流50-70℃的脫鹽水中水洗，隨后采用五輥牽伸機(jī)，經(jīng)主、副兩道沸水牽伸完成牽伸過程，其中主牽伸4～8倍，副牽伸1～2倍，水浴溫度90～100℃，牽伸浴總長6～9米，隨后以專用油劑上油，并通過溫度為110～140℃的蒸汽熱輥烘干后收卷，即得聚丙烯腈原絲。
全文摘要
聚丙烯腈碳原絲的制備方法，將丙烯腈與少量的丙烯酸甲酯、衣康酸溶解在49％～54％硫氰酸鈉溶液中進(jìn)行均相聚合，形成的聚合體留在硫氰酸鈉溶液中，成為均相高分子溶液——原液，經(jīng)多級(jí)精密過濾、脫泡、調(diào)溫后紡絲；紡絲以組合噴絲板噴絲，順流長浸浴凝固成型，經(jīng)水洗、兩段水浴牽伸、上油、熱輥烘干后，即制得性能優(yōu)異的聚丙烯腈碳原絲，生產(chǎn)流程短，工藝簡(jiǎn)單，采用先水洗后牽伸的工藝，通過調(diào)整牽伸倍數(shù)和牽伸浴長度制得斷裂伸長均勻的原絲，使產(chǎn)品的斷裂伸長不勻率控制在10％以內(nèi)，聚丙烯腈碳原絲是制備阻燃性能優(yōu)異的聚丙烯腈基預(yù)氧化纖維和高強(qiáng)高模聚丙烯腈基碳纖維的原料。
文檔編號(hào)D01F6/38GK1536107SQ0310914
公開日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2003年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月4日
發(fā)明者黃忠, 王有蔚, 王尚蘭, 馬許斌, 林萬新, 馬君安, 任鈴子, 黃 忠 申請(qǐng)人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油蘭州化學(xué)工業(yè)公司