專利名稱：三元共聚高親水性聚丙烯腈基碳纖維紡絲溶液及制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳纖維紡絲溶液及制備方法，，具體涉及一種三元共聚高親水性 聚丙烯腈基碳纖維紡絲溶液及制備方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯腈(PAN)基碳纖維具有低密度、高比強度、高比模量、耐疲勞、耐高溫、耐磨 損、抗蠕變、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、熱膨脹系數(shù)小、電磁屏蔽性、振動衰減性好、優(yōu)良的生物體適應(yīng)性等 一系列優(yōu)異性能，因此既能作為結(jié)構(gòu)材料、又可作為燒蝕材料和功能材料來滿足航空航天、 國防建設(shè)、體育休閑用品、醫(yī)療器械和建筑等不同領(lǐng)域的應(yīng)用要求。制備高性能聚丙烯腈碳 纖維的關(guān)鍵一步是高品質(zhì)丙烯腈共聚物紡絲液的制備，在紡絲液的制備過程中通常加入一 些親水性的共聚組分來提高丙烯腈樹脂的親水性。提高丙烯腈樹脂的親水性有利于控制 初生絲條的凝固過程，抑制快速相分離，減少初生絲條中大孔的生成，從而獲得致密、少缺 陷的高品質(zhì)原絲。原絲的親水性增加后水蒸汽牽伸過程中能與水蒸汽更好地結(jié)合浸潤，水 對聚丙烯腈能起到增塑作用，這樣在熱蒸汽條件下，原絲更易被牽伸，原絲內(nèi)部缺陷更易彌 合，這有利于提高原絲取向度和減少原絲的缺陷，同時避免了其它雜質(zhì)元素的引入導(dǎo)致碳 纖維質(zhì)量下降，從而獲得高強度高質(zhì)量原絲以及碳纖維。目前，國內(nèi)大多采用丙烯腈一衣康酸二元共聚或丙烯腈一衣康酸一丙烯酸甲酯三 元共聚聚丙烯腈樹脂作為聚丙烯腈基碳纖維的前軀體，該體系在使用過程中逐漸暴露出其 親水性差、預(yù)氧化過程可控性差、殘?zhí)悸势偷葐栴}，這些缺陷不利于紡制高性能聚丙烯腈 原絲和得到均質(zhì)化的預(yù)氧絲，限制了所得碳纖維強度的進(jìn)一步提高。近年來，人們一直在研 究改善和提高聚丙烯腈樹脂親水性的方法，如化工科技，2003，11(4) 1-3和高分子材料科 學(xué)與工程，2005，21 (2) :132-134，分別用衣康酸銨和丙烯酰胺作為共聚單體改善聚合物的 親水性能，但這兩種單體與丙烯腈的竟聚率差別較大，不宜制備鏈結(jié)構(gòu)均勻的丙烯腈共聚 物；中國專利CN101148489A公開了一種含乙烯基咪唑鹽結(jié)構(gòu)單元的高親水性聚丙烯腈基 紡絲原液，但乙烯基咪唑鹽屬于離子液體，制備成本較高，不適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。中 國專利CN1164811C和CN1231616C采用聚合后進(jìn)行氨化，使羧基轉(zhuǎn)化為氨鹽，雖然可以有效 改善聚丙烯腈樹脂的親水性，但氨氣與聚丙烯腈粘稠液的反應(yīng)是一個復(fù)雜多相反應(yīng)，傳質(zhì) 困難，反應(yīng)不易控制，重現(xiàn)性較差。本發(fā)明是在丙烯腈一衣康酸二元共聚的前提下，增加第 三組分來制備三元共聚高親水性聚丙烯腈基碳纖維紡絲溶液的方法，尚未見文獻(xiàn)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低，親水性好，反應(yīng)易控制的三元共聚高親水性丙 烯腈基碳纖維紡絲溶液及制備方法。本發(fā)明的碳纖維紡絲溶液是由主單體為丙烯腈(PAN)、共聚單體1、共聚單體2， 引發(fā)劑偶氮二異丁腈和有機溶劑原料組成，單體的重量百分比配比為主單體共聚單體 1 共聚單體2 = 90. 0-99. 5 0. 45-5. 0 0. 05-5. 0，引發(fā)劑偶氮二異丁腈的用量為單體總重量的0. 3-2. 0%，總單體占溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10-25%。所述的共聚單體1為自衣康酸、衣康酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、馬來酸 酐，或丙烯酸和甲基丙烯酸的混合物。最優(yōu)為衣康酸、衣康酸酐、丙烯酸和甲基丙烯酸。所述的共聚單體2為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)，結(jié)構(gòu)為
權(quán)利要求
1.一種三元共聚高親水性聚丙烯腈基碳纖維紡絲溶液，其特征在于是由主單體丙烯 腈、共聚單體1、共聚單體2，引發(fā)劑偶氮二異丁腈和有機溶劑原料組成，單體的重量比配比 為主單體共聚單體1 共聚單體2 = 90. 0-99. 5 0. 45-5. 0 0. 05-5. 0，引發(fā)劑偶氮 二異丁腈的用量為單體總重量的0. 3-2. 0%，總單體占溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10-25%。
2.如權(quán)利權(quán)要求1所述的一種三元共聚高親水性聚丙烯腈基碳纖維紡絲溶液，其特征 在于所述的共聚單體1為自衣康酸、衣康酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、馬來酸酐，或 丙烯酸和甲基丙烯酸的混合物。
3.最如權(quán)利權(quán)要求2所述的一種三元共聚高親水性聚丙烯腈基碳纖維紡絲溶液，其特 征在于所述的共聚單體1為衣康酸、衣康酸酐、丙烯酸或甲基丙烯酸。
4.如權(quán)利權(quán)要求1所述的一種三元共聚高親水性聚丙烯腈基碳纖維紡絲溶液，其特征在于所述的共聚單體2為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸，結(jié)構(gòu)為ff C 丨H3CH2=CH-C-NIKj-CH2SO3HCH3°
5.如權(quán)利權(quán)要求1所述的一種三元共聚高親水性聚丙烯腈基碳纖維紡絲溶液，其特征 在于所述的有機溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、碳酸乙酯、二甲基亞砜等有機溶劑。
6.如權(quán)利權(quán)要求1所述的一種三元共聚高親水性聚丙烯腈基碳纖維紡絲溶液，其特征 在于所述的有機溶劑為二甲基亞砜溶液。
7.如權(quán)利權(quán)要求1-6任一項所述的一種三元共聚高親水性聚丙烯腈基碳纖維紡絲溶 液的制備方法，其特征在于包括如下步驟將溶劑二甲基亞砜，主單體丙烯腈，共聚單體1及共聚單體2，自由基引發(fā)劑偶氮二異 丁腈，加入帶有攪拌裝置的反應(yīng)器中，在室溫下攪拌混合均勻，向反應(yīng)器中通入高純氮氣鼓 泡10-30分鐘后，在氮氣保護(hù)下，于50-70°C恒溫聚合10-30小時，得到一種三元共聚高親水 性聚丙烯腈基碳纖維紡絲溶液。是由主單體為丙烯腈(PAN)、共聚單體1、共聚單體2，引發(fā)劑偶氮二異丁腈和有 機溶劑原料組成，單體的重量百分比配比為主單體共聚單體1 共聚單體2 = 90. 0-99. 5 0.45-5.0 0. 05-5. 0，引發(fā)劑偶氮二異丁腈的用量為單體總重量的 0. 3-2.0%，總單體占溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10-25%。
全文摘要
一種三元共聚高親水性聚丙烯腈基碳纖維紡絲溶液是由主單體丙烯腈、共聚單體1、共聚單體2，引發(fā)劑偶氮二異丁腈和有機溶劑原料組成，單體的重量比配比為主單體∶共聚單體1∶共聚單體2＝90.0-99.5∶0.45-5.0∶0.05-5.0，引發(fā)劑偶氮二異丁腈的用量為單體總重量的0.3-2.0％，總單體占溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10-25％。本發(fā)明具有成本低，親水性好，反應(yīng)易控制的優(yōu)點。
文檔編號D01F6/38GK102102234SQ201010598880
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者盧慧斌, 呂春祥, 李永紅, 段晉星, 王鵬, 袁淑霞 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所