πι和2μπι过滤并通过直径为DN50，长径比为20的SL型带有夹套保温的静态混合器混合后，通过喷丝头挤出后进入第一道凝固浴，凝固浴温度45°C，浓度为75%，牵伸比为-10%，第2道凝固浴为60°C，浓度为40%，牵伸比为100%，第3道凝固浴为60°C，浓度为20%，牵伸比为105%，得到初生纤维；初生纤维通过3道凝固后，进行热水3道牵伸，3道热水牵伸温度分别为70°C、80°C和90°C，牵伸倍数分别为1.2、1.4和2.。经过3道热水牵伸后，丝条进行9道水洗，采用阶梯升温的方式，1-3道水洗温度为50°C，4-6道水洗温度为60°C，7-9道水洗温度为70°C，水洗阶段不进行牵伸；将纤维进行上油，油剂浓度为1.5%，然后进行干燥致密化，温度为90°C，随后再进行一次上油，油剂浓度为2%上油后，进行第2道干燥致密化，干燥致密化的温度为120°C，再将纤维进行蒸汽牵伸，蒸汽牵伸的压力为0.2Mpa，牵伸比为2倍；最后将纤维进行蒸汽热定型后收丝，得到高性能碳纤维原丝，蒸汽热定型的压力为0.2Mpa。
[0018]所得原丝的单丝强度为6.lcN/dtex，CV值为7.2。
[0019]【实施例4】
碳纤维原丝的制备方法，包括以下步骤:
1、原液制备:将经蒸馏的丙烯腈(AN)、衣康酸(IA)按比例98:2、固含量23wt%，偶氮二异丁腈(AIBN)占共聚单体的0.5wt%，以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂加入到反应器中，在氮气保护下，在60°C的恒定温度下反应20小时，得到二元丙烯腈共聚物纺丝液。然后纺丝液经减压脱除残余单体和气泡后得到高性能聚丙烯腈共聚物纺丝原液。经测试，分子量为11380。
[0020]其余步骤按照实施例1。
[0021]所得原丝的单丝强度为6.5cN/dtex, CV值为7.6。
[0022]【实施例5】
碳纤维原丝的制备方法，包括以下步骤:
1、原液制备:将经蒸馏的丙烯腈(AN)、衣康酸(IA)按比例96:4、固含量20%，偶氮二异丁腈(AIBN)占共聚单体的0.6wt%,以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂加入到反应器中，在氮气保护下，在60°C的恒定温度下反应20小时，得到二元丙烯腈共聚物纺丝液。然后纺丝液经减压脱除残余单体和气泡后得到高性能聚丙烯腈共聚物纺丝原液。经测试，分子量为86432。
[0023]其余步骤按照实施例2。
[0024]所得原丝的单丝强度为6.0cN/dtex, CV值为6.9。
[0025]【实施例6】
碳纤维原丝的制备方法，包括以下步骤:
1、原液制备:按照实施例5的原液制备过程；
2、纺丝:步骤按照实施例3。
[0026]所得原丝的单丝强度为5.9cN/dtex, CV值为7.5。
[0027]【比较例I】
1、原液制备:将经蒸馏的丙烯腈(AN)、衣康酸(IA)按比例98:2、固含量20%，偶氮二异丁腈(AIBN)占共聚单体的0.6wt%,以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂加入到反应器中，在氮气保护下，在60°C的恒定温度下反应20小时，得到二元丙烯腈共聚物纺丝液。经测试，分子量为93670。
[0028]2、纺丝:纺丝原液经过计量泵计量、经过5 μ m和3 μ m过滤后，通过喷丝头挤出后进入第I道凝固浴，凝固浴温度60°C，浓度为75%，牵伸比为-30%，第2道凝固浴为60°C，浓度为30%，牵伸比为105%，第3道凝固浴为60°C，浓度为15%，牵伸比为110%，得到初生纤维；初生纤维通过3道凝固后，进行热水3道牵伸，3道热水牵伸温度分别为70°C、80°C和90°C，牵伸倍数分别为1.6、1.6和1.8。经过3道热水牵伸后，丝条进行9道水洗，采用阶梯升温的方式，1-3道水洗温度为50°C，4-6道水洗温度为60°C，7-9道水洗温度为70°C，水洗阶段不进行牵伸；将纤维进行I道上油后进行干燥致密化，温度为85°C，随后再进行一次上油，上油后，进行第2道干燥致密化，干燥致密化的温度为125°C ;之后将纤维进行蒸汽牵伸，蒸汽牵伸的压力为0.4Mpa，牵伸比为2倍；最后将纤维进行蒸汽热定型后收丝，得到高性能碳纤维原丝，蒸汽热定型的压力为0.2Mpa。
[0029]所得原丝的单丝强度为5.3cN/dtex, CV值为9.8。
【主权项】
1.一种碳纤维原丝的制备方法，包括以下步骤: (1)原液制备:将溶剂二甲基亚砜、第一单体丙烯腈、第二单体衣康酸和引发剂偶氮二异丁腈聚合得到纺丝原液，原液经减压脱除残余单体和气泡得到高性能聚丙烯腈共聚物纺丝原液，纺丝原液固含量为159Γ30%，分子量为6?15万； (2)原丝制备:采用湿法纺丝的方法进行制备，纺丝原液经过计量泵计量，两道过滤，在混合器中混合后，通过喷丝头挤出；经过三道凝固浴，三道热水牵伸，热水温度为6(T90°C ；九道水洗，水温为5(T70°C ；两道上油及两道干燥致密化,干燥致密化的温度为8(Tl40°C ；一道蒸汽牵伸，蒸汽牵伸的压力为0.1-0.3Mpa，牵伸比为广4倍；一道蒸汽热定型后收丝，得到高性能碳纤维原丝，蒸汽热定型的压力为0.1-0.3Mpa。
2.根据权利要求1所述的碳纤维原丝的制备方法，其特征在于所用原液质量配比为:偶氮二异丁腈:第一单体丙烯腈与第二单体衣康酸之和为0.004(Γ0.0080:1 ;第一单体丙烯腈与第二单体衣康酸之和:总质量为0.2(Γθ.30:1 ;第一单体丙烯腈:第二单体衣康酸为96^99.9:0.I。
3.根据权利要求1所述的碳纤维原丝的制备方法，其特征在于所用两道过滤的精度为2-5 μ m0
4.根据权利要求1所述的碳纤维原丝的制备方法，其特征在于所用混合器为带有夹套保温的静态混合器。
5.根据权利要求4所述的碳纤维原丝的制备方法，其特征在于所用混合器为SK或SL型静态混合器。
6.根据权利要求1所述的碳纤维原丝的制备方法，其特征在于所用混合器其长径比为10?40。
7.根据权利要求6所述的碳纤维原丝的制备方法，其特征在于所用混合器其长径比为15?25。
8.根据权利要求1所述的碳纤维原丝的制备方法，其特征在于所用混合器的公称直径为 DN15?DN100。
9.根据权利要求1所述的碳纤维原丝的制备方法，其特征在于三道凝固浴的介质为二甲基亚砜和水的混合溶液，三道凝固浴中二甲基亚砜的质量浓度依次为50%-80%、30%-60%及20%-40%，三道凝固浴的温度均控制在2(T60°C，第一道凝固浴为负牵伸，牵伸比为-109Γ-50%，第二道凝固浴和第三道凝固浴牵伸比均为广2倍。
10.根据权利要求1所述的碳纤维原丝的制备方法，其特征在于上油采用的油剂为氨改性硅油，氨改性硅油在油剂中的质量浓度为0.1°/Γ3%。
【专利摘要】本发明涉及一种碳纤维原丝的制备方法，主要解决现有技术中存在纺丝液输送过程中径向温度不同，纺丝液性能径向均一性差，进而使得纺丝所得的碳纤维原丝强度低，性能不稳定的问题。本发明通过采用一种碳纤维原丝的制备方法，步骤为：将溶剂二甲基亚砜、第一单体丙烯腈、第二单体衣康酸和引发剂偶氮二异丁腈聚合得到纺丝原液，原液经减压脱除残余单体和气泡后，经过过滤混合后得到高性能聚丙烯腈共聚物纺丝原液，原液经凝固、牵伸、水洗、上油、干燥致密化、蒸汽牵伸及蒸汽热定型后收丝，可以得到高强度、性能稳定的碳纤维原丝的技术方案，较好的解决了该问题，可用于碳纤维的工业生产中。
【IPC分类】D01F11-06, C08F220-46, D01D5-14, D01F9-22, D01F6-38, C08F222-02, D01D5-06
【公开号】CN104562264
【申请号】CN201310514391
【发明人】史纪友, 李磊, 沈志刚, 屠晓萍, 王贺团
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月28日