一种在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法与流程

本申请涉及碳纤维性能检测，尤其涉及一种在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法。

背景技术：

1、碳纤维通常是由聚丙烯腈(pan)原丝经过碳化处理后制得；其中，聚丙烯腈原丝是由丙烯腈(an)经溶液聚合形成聚丙烯腈的聚合原液，然后通过抽真空脱除聚合原液中未反应的单体和产生的气泡，并在脱单、脱泡的过程中，同时通入溶剂以调节体系的粘度和固含量；再将调节粘度和固含量后的聚合原液经精制处理制得聚丙烯腈纺丝液；最后，将聚丙烯腈纺丝液经过纺丝处理制得聚丙烯腈原丝。

2、由此可见，碳纤维的性能与聚丙烯腈纺丝液的性能息息相关。目前，聚丙烯腈纺丝液的基本性能检测项目包括粘度和固含量，其中，粘度可通过旋转粘度计或在线粘度计快速测定，而固含量往往需要通过烘干比重法进行检测。但是，烘干比重法一般包括压膜-洗去溶剂-烘干-称重几个步骤，其检测流程长、时效性较差，往往不能及时反映生产状况。

3、因此，近年来也出现一些快速检测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法，例如，采用折光指数仪或紫外可见光光度计等检测聚丙烯腈纺丝液的折光指数或吸光度，然后通过建立聚丙烯腈固含量与聚丙烯腈纺丝液的折光指数或吸光度之间的标准变化曲线方程，来确定待测聚丙烯腈纺丝液的固含量。上述方法虽然可以在一定程度上缓解烘干比重法检测聚丙烯腈纺丝液固含量的时效性差的问题，但是，上述方法仅适用于对已经脱除单体的聚丙烯腈纺丝液固含量的检测，并不适用于对未脱除单体的聚丙烯腈纺丝液固含量的检测。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请提供了一种在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法，可以快速、准确地对未脱除单体的聚丙烯腈纺丝液的固含量进行检测。

2、本申请提供了一种在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法，包括：

3、判断待测聚丙烯腈纺丝液是否为未脱单样品；

4、当所述待测聚丙烯腈纺丝液为未脱单样品时，执行如下固含量确定过程：

5、获取所述未脱单样品的特征吸收峰的峰高；

6、基于所述未脱单样品的特征吸收峰的峰高以及第一预设配置信息，确定所述未脱单样品的单体转化率；其中，所述第一预设配置信息用于表征未脱单样品的特征吸收峰的峰高与单体转化率的对应关系；

7、基于所述未脱单样品的单体转化率以及第二预设配置信息，确定所述聚丙烯腈纺丝液的固含量；其中，所述第二预设配置信息用于表征未脱单样品的单体转化率与聚丙烯腈纺丝液的固含量的对应关系。

8、本申请一些实施例中，所述第二预设配置信息包括如下公式：

9、b＝cm0；

10、其中，b为所述聚丙烯腈纺丝液的固含量，c为所述未脱单样品的单体转化率，m0为聚丙烯腈纺丝液体系的总单体的质量浓度。

11、本申请一些实施例中，所述第一预设配置信息采用如下方法确定：

12、将制备所述聚丙烯腈纺丝液的原料投料，搅拌预设时长后，测定聚丙烯腈纺丝液体系的初始氰基吸收峰的峰高与初始溶剂特征吸收峰的峰高，将所述初始氰基吸收峰的峰高与所述初始溶剂特征吸收峰的峰高的比值作为初始特征吸收峰的峰高比a0；

13、在反应进行过程中，测定体系的反应中氰基吸收峰的峰高与反应中溶剂特征吸收峰的峰高，将所述反应中氰基吸收峰的峰高与所述反应中溶剂特征吸收峰的峰高的比值作为反应中特征吸收峰的峰高比ai；

14、根据所述初始特征吸收峰的峰高比a0和所述反应中特征吸收峰的峰高比ai，计算参数(a0-ai)/a0的数值；

15、测定体系的反应中聚丙烯腈纺丝液的固含量bi与体系的总单体的质量浓度m0，根据公式ci＝bi/m0，计算单体转化率ci的数值；

16、将计算得到的第一预设数量的数据点【(a0-ai)/a0，ci】进行线性拟合，得到方程c＝f(a)；其中，c为所述未脱单样品的单体转化率，a为反应中特征吸收峰的峰高比与初始特征吸收峰的峰高比的相对变化。

17、本申请一些实施例中，所述初始氰基吸收峰的峰高和所述反应中氰基吸收峰的峰高为氰基在波数2250-2200cm-1处的吸收峰的校正高度。

18、本申请一些实施例中，所述溶剂特征吸收峰的峰高和所述反应中溶剂特征吸收峰的峰高为二甲基亚砜在波数1150-850cm-1处的最强吸收峰的校正高度。

19、本申请一些实施例中，所述初始氰基吸收峰的峰高、所述反应中氰基吸收峰的峰高、所述初始溶剂特征吸收峰的峰高或所述反应中溶剂特征吸收峰的峰高采用如下方法测定：

20、获取采样反射探头采集的所述聚丙烯腈纺丝液生产过程中的样品信息；

21、获取红外光谱仪处理所述样品信息得到的红外光谱图；

22、从所述红外光谱图上读取所述初始氰基吸收峰的峰高、所述反应中氰基吸收峰的峰高、所述初始溶剂特征吸收峰的峰高或所述反应中溶剂特征吸收峰的峰高。

23、本申请一些实施例中，所述采样反射探头采样频次为5-10min/次，单次扫描次数为30-35次，波数扫描范围为4000-500cm-1，分辨率为2-5cm-1。

24、本申请一些实施例中，所述预设时长为3-15min。

25、本申请一些实施例中，所述方法还包括：

26、当所述样品为已脱单样品时，执行如下固含量确定过程：

27、获取所述已脱单样品的特征吸收峰的峰高；

28、基于所述已脱单样品的特征吸收峰的峰高以及第三预设配置信息，确定所述聚丙烯腈纺丝液的固含量；其中，所述第三预设配置信息用于表征已脱单样品的特征吸收峰的峰高与聚丙烯腈纺丝液的固含量的对应关系。

29、本申请一些实施例中，所述第三预设配置信息采用如下方法确定：

30、测定已脱单样品的氰基吸收峰的峰高与溶剂特征吸收峰的峰高，将所述氰基吸收峰的峰高与所述溶剂特征吸收峰的峰高的比值作为已脱单样品的特征吸收峰高比ai+1；

31、测定已脱单样品的聚丙烯腈纺丝液的固含量bi+1；

32、将第二预设数量的数据点【ai+1，bi+1】进行线性拟合，得到方程b＝g(a)；其中，b为聚丙烯腈纺丝液的固含量，a为已脱单样品的特征吸收峰高比。

33、本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请的方法可以快速、准确地对未脱除单体的聚丙烯腈纺丝液的固含量进行检测，从而及时地反映生产状况以及指导生产工艺的调整。

34、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法，其特征在于，所述第二预设配置信息包括如下公式：

3.根据权利要求1所述的在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法，其特征在于，所述第一预设配置信息采用如下方法确定：

4.根据权利要求3所述的在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法，其特征在于，所述初始氰基吸收峰的峰高和所述反应中氰基吸收峰的峰高为氰基在波数2250-2200cm-1处的吸收峰的校正高度。

5.根据权利要求3所述的在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法，其特征在于，所述初始溶剂特征吸收峰的峰高和所述反应中溶剂特征吸收峰的峰高为二甲基亚砜在波数1150-850cm-1处的最强吸收峰的校正高度。

6.根据权利要求3所述的在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法，其特征在于，所述初始氰基吸收峰的峰高、所述反应中氰基吸收峰的峰高、所述初始溶剂特征吸收峰的峰高或所述反应中溶剂特征吸收峰的峰高采用如下方法测定：

7.根据权利要求6所述的在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法，其特征在于，所述采样反射探头采样频次为5-10min/次，单次扫描次数为30-35次，波数扫描范围为4000-500cm-1，分辨率为2-5cm-1。

8.根据权利要求3所述的在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法，其特征在于，所述预设时长为3-15min。

9.根据权利要求1所述的在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法，其特征在于，所述方法还包括：

10.根据权利要求9所述的在线检测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法，其特征在于，所述第三预设配置信息采用如下方法确定：

技术总结
本申请是关于一种在线监测聚丙烯腈纺丝液固含量的方法。该方法包括：判断待测聚丙烯腈纺丝液是否为未脱单样品；当待测聚丙烯腈纺丝液为未脱单样品时，执行如下固含量确定过程：获取未脱单样品的特征吸收峰的峰高；基于未脱单样品的特征吸收峰的峰高以及第一预设配置信息，确定未脱单样品的单体转化率；其中，第一预设配置信息用于表征未脱单样品的特征吸收峰的峰高与单体转化率的对应关系；基于未脱单样品的单体转化率以及第二预设配置信息，确定聚丙烯腈纺丝液的固含量；其中，第二预设配置信息用于表征未脱单样品的单体转化率与聚丙烯腈纺丝液的固含量的对应关系。本申请的方法可以快速、准确地对未脱除单体的聚丙烯腈纺丝液的固含量进行检测。

技术研发人员：张国良,张欢,刘栋,丁正南,黄博,王磊
受保护的技术使用者：中复神鹰碳纤维股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24