改性的聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法与应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115613164A(43)申请公布日2023.01.17(21)申请号202211386442.5(22)申请日2022.11.07(71)申请人上海电气风电集团股份有限公司地址200241上海市闵行区东川路555号己号楼8楼200241(72)发明人辛伟缪骏顾斌续冉乔华李德生韩启杰(74)专利代理机构北京博思佳知识产权代理有限公司11415专利代理师陈蕾(51)Int.Cl.D01F9/22(2006.01)D01F6/54(2006.01)D01F1/10(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称改性的聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法与应用(57)摘要本发明公开了一种改性的聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法与应用。用于制备改性的聚丙烯腈基碳纤维的方法包括向丙烯腈聚合物的溶液中相继添加双氰胺和磷酸，得到改性的纺丝液；对所述改性的纺丝液进行纺丝得到改性的原丝；对所述改性的原丝进行惰性气氛下热处理，然后进行空气氧化、低温碳化、高温碳化获得改性的聚丙烯腈基碳纤维。用于制备改性的聚丙烯腈基碳纤维的方法在实现高效制备的同时，提高了碳收率。CN115613164ACN115613164A权利要求书1/1页1.一种用于制备改性的聚丙烯腈基碳纤维的方法，包括：向丙烯腈聚合物的溶液中相继添加双氰胺和磷酸，得到改性的纺丝液；对所述改性的纺丝液进行纺丝得到改性的原丝；对所述改性的原丝进行惰性气氛下热处理，然后进行空气氧化、低温碳化、高温碳化获得改性的聚丙烯腈基碳纤维。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双氰胺与所述磷酸摩尔比0.1‑6：1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双氰胺与所述磷酸摩尔比0.5‑3：1。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述双氰胺与所述丙烯腈聚合物的质量比为1‑5：100。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述双氰胺与所述丙烯腈聚合物的质量比为1‑3：100。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述丙烯腈聚合物为丙烯腈共聚物，所述丙烯腈共聚物选自醋酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、衣康酸、衣康酸铵、衣康酸单甲酯、衣康酸单乙酯、衣康酸单丁酯、N‑乙烯基咪唑/盐中的一种或几种。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的丙烯腈聚合物溶液中的溶剂选自二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N‑甲基吡咯烷酮、硫氰酸钠水溶液、氯化锌水溶液中的一种或几种。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改性的聚丙烯腈基碳纤维拉伸强度大于3.5GPa，拉伸模量大于220GPa，断裂伸长率大于1.7％。9.权利要求1至8中任一项所述方法制备的改性的聚丙烯腈基碳纤维。10.根据权利要求9述的聚丙烯腈基碳纤维，其特征在于，所述改性的聚丙烯腈基碳纤维拉伸强度大于3.5GPa，拉伸模量大于220GPa，断裂伸长率大于1.7％。2CN115613164A说明书1/5页改性的聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法与应用技术领域[0001]本发明涉及聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的技术领域，更具体地，涉及改性的聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法与应用。背景技术[0002]碳纤维具有轻质、高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特性，广泛应用于航空航天、国防、交通、能源、医疗器械以及体育休闲用品等领域。聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产要经过聚合、纺丝、碳化等工序，耗时长、能耗高。近年来，围绕碳纤维降本的研究成为行业热点。[0003]目前主流PAN基碳纤维生产工艺仍沿用近藤昭男工艺，即原丝先经过空气氧化，在经过惰性气氛碳化得到碳纤维。PAN原丝在氧化碳化过程中，分子链发生大量裂解反应，约有50％的小分子裂解产物进入废气燃烧系统处理后排放，实际生产中收率仅为50％左右。[0004]此外，预氧化过程虽然温度较低200‑300℃，但是耗时很长。常规工艺大约需要60‑90min，受氧化效率限制，氧化设备通常都体积十分庞大，氧化过程能耗约占整个碳化过程的40％左右。[0005]现有技术公开了一种采用在低碳之前增加预处理工艺提高碳收率，通过增加低温碳化反应程度，提高纤维耐热性能实现提高碳收率的目的，但这种方法本质上是低温碳化的延伸，降低了纤维生产效率，提高了纤维生产成本。[0006]现有技术公开了一种采用磷酸作为改性添加剂来提高PAN基碳纤维碳收率的方法，但发明人研究发现，由于磷酸有很好的水溶性，很容易在双扩散过程中流失，造成改性效果下降。发明内容[0007]本发明的目的是提供一种用于高效制备改性的聚丙烯腈基碳纤维的方法，包括：[0008]向丙烯腈聚合物的溶液中相继添加双氰胺和磷酸，得到改性的纺丝液；[0009]对所