制备聚丙烯腈原液的脱泡方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备聚丙烯腈原液的脱泡方法。
【背景技术】
[0002]碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、浙青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得，其中的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维用途最广、用量最大、发展最为迅速，在碳纤维生产中占有绝对优势。在PAN基碳纤维原丝制备过程中，和其他大多数人造纤维一样都要涉及纺丝液中空气泡的脱除问题。
[0003]溶液在聚合或输送过程中会产生气泡；另一方面由于聚合是采用偶氮类化合物为引发剂，分解时产生的氮气也混在原液中形成气泡。用于碳纤维纺丝的聚丙烯腈原液粘度比较高，在常压静止状态下，这些气泡不易脱除。因喷丝头的孔径只有0.05?1mm，直径0.03?0.04mm的气泡在原液中大量存在，纺丝不能正常进行。气泡直径大于喷丝孔径会造成单纤维断裂，而形成毛丝，给纺丝带来困难；气泡直径小于喷丝孔径，气泡残留在在纤维内造成气泡丝，使纤维产生空洞，在牵伸时易断裂形成毛丝、断丝，最终影响成品原丝和碳纤维的强度。所以，纺丝前必须把原液中的气泡彻底脱出。
[0004]影响脱泡的因素很多，主要有温度、真空度、粘度以及薄膜厚度等，国内大多数厂家都是采用间歇性聚合，所以脱泡也是间歇性的，大多采用升温和减压的方法脱泡。由于温度升高后，液体粘度下降有利于小分子气体逸出，而减压能造成液面和液压内差，同样有利于小分子气泡的膨化、扩散脱出。静止脱泡一般需连续脱泡12?48小时，真空压力为-0.08?-0.1MPa0采用这种方法的弊端是脱泡时间长，高负压下还会将很多溶剂一起从溶液中脱离出来从而造成原液的上层浓度过高，整釜原液性能不均一，表皮产生凝胶，甚至表皮干结而不可纺。
[0005]在原丝生产过程中应尽量保证纺丝液的均一性，否则在相同的纺丝条件下，制得的原丝以及最终获得的碳丝的性能差异较大，CV值升高，不利于原丝及碳纤维的连续稳定化生产。同时在纺丝原液的生产过程中应尽量避免或者减少凝胶的产生。凝胶一方面增加纺丝原液的过滤难度，使过滤压力增加，滤布更换频次增加，不利于连续生产；另一方面，较大的凝胶容易堵塞喷丝孔，产生细丝和毛丝。较小的凝胶由于与丝条内的其他原液性能不同，最终成为丝条内的缺陷，影响丝条的最终性能。
[0006]为了提高丙烯腈纺丝原液的脱泡效果，许多生产企业采用改造脱泡釜的构造使得原液得比表面积增大的方式进行脱泡，如专利CN101856570就提供了一种丙烯腈原液的脱单脱泡装置，该方法一定程度上提高了连续生产中的脱单和脱泡效率，但是由于该设备适用于连续生产中，所适用的原液粘度也比较小，对于碳纤维用的丙烯腈纺丝原液这种高粘体系效果不是很明显。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是以往技术中高温、高真空脱泡易使原液不均一，产生凝胶甚至干结的问题，提供了一种新的制备聚丙烯腈原液的脱泡方法。该脱泡方法采用二步法，具有制得纺丝原液均一性较好，凝胶较少的优点。
[0008]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:一种制备聚丙烯腈原液的脱泡方法，包括以下步骤:
(a)启动加热装置，将脱泡釜升温；启动真空泵，对脱泡釜进行抽真空，边抽真空边将聚丙烯腈原液自脱单釜缓慢输送到脱泡釜；待聚丙烯腈原液全部进入脱泡釜后，关闭真空泵，向脱泡釜内通入气体，进行加压脱泡；
(b)加压脱泡完成后，启动真空泵，对脱泡釜抽真空进行真空脱泡得到最终的聚丙烯腈原液。
[0009]上述技术方案中:所述步骤(a)中聚丙烯腈占聚丙烯腈原液的重量比为10?30% ；聚丙烯腈原液的温度为50-70°C ;聚丙烯腈原液的粘度为l(T200Pa.s ;脱泡釜的温度为50^700C ;向脱泡釜内输送原液时，脱泡釜的真空度保持在绝对压力100(Tl0000Pa ;原液加入到脱泡釜内的时间范围为l(Tl20min ;原液全部放入脱泡釜后向脱泡釜内加入的气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气中的至少一种，气体纯度为97?99.999% ;所述步骤(a)中脱泡釜保持压力为0.0Γ0.5MPa，并维持15?36小时；所述步骤(b)中脱泡釜抽真空至绝对压力100(Tl0000Pa，并保持I?30小时进行真空脱泡。
[0010]本发明采用先将脱泡釜保压0.01-0.5MPa，15-36小时，再抽真空，并保持真空度为绝对压力100(Tl0000Pa，1_30小时，是因为保压0.01-0.5MPa可以降低亚砜的挥发，减少表层原液中亚砜的损失，进而增加原液的均一性，减少凝胶的产生，防止原液表面发生凝固干结，同时保压0.01-0.5MPa也可以防止有空气进入脱泡釜，进而与聚丙烯腈发生氧化分解反应；保压完成后，抽真空1-30小时可以将原液中的气泡脱除，获得均一性较高，凝胶较少的聚丙烯腈原液。
[0011]采用本发明的方案，得到的聚丙烯腈纺丝原液气泡较少，均一性较高，凝胶较少，纺制的原丝强度较高，且CV值较小，取得了较好的技术效果。
[0012]下面通过实施例对本发明做进一步的阐述:
【具体实施方式】
[0013]【实施例1】
一种制备聚丙烯腈原液的脱泡方法，包括以下步骤:启动加热装置，将脱泡釜温度升至55°C，启动真空泵，将脱泡釜真空度保持在绝对压力3000Pa，将聚丙烯腈占聚丙烯腈原液的重量比为18%，温度为60°C，粘度为60Pa.s的聚丙烯腈原液自脱单釜缓慢输送到脱泡釜，输送时间为30min ;待聚丙烯腈原液全部进入脱泡釜后，关闭真空泵，脱泡釜通入氮气加压至0.2MPa，并保持28小时。保压完成后，启动真空泵，保持真空度在绝对压力2000Pa真空脱泡12小时得到最终的聚丙烯腈纺丝原液。上述原液通过计量泵输送至过滤器，过滤后经过喷丝板喷出，进入凝固浴凝固，然后依次通过热水牵伸、水洗、上油、干燥致密化、蒸汽牵伸、热定型和收丝获得聚丙烯腈原丝。纺丝过程中，滤前压力为0.72MPa ;纺制出的原丝强度为5.63CN/dtex,强度的 CV 为 6.1%。
[0014]【实施例2】
一种制备聚丙烯腈原液的脱泡方法，包括以下步骤:启动加热装置，将脱泡釜温度升至65°C，启动真空泵，将脱泡釜真空度保持在绝对压力2000Pa，将聚丙烯腈占聚丙烯腈原液的重量比为22%，温度为60°C，粘度为10Pa.s的聚丙烯腈原液自脱单釜缓慢输送到脱泡釜，输送时间为50min ;待聚丙烯腈原液全部进入脱泡釜后，关闭真空泵，脱泡釜通入氩气加压至0.1MPa，并保持24小时。保压完成后，启动真空泵，保持真空度在绝对压力3000Pa真空脱泡18小时得到最终的聚丙烯腈纺丝原液。上述原液通过计量泵输送至过滤器，过滤后经