一种腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114941188A(43)申请公布日2022.08.26(21)申请号202210750038.5(22)申请日2022.06.28(71)申请人中国科学院宁波材料技术与工程研究所地址315201浙江省宁波市镇海区中官西路1219号(72)发明人张永刚郭梅钱鑫钟俊俊(74)专利代理机构杭州天勤知识产权代理有限公司33224专利代理师何秋霞(51)Int.Cl.D01F9/22(2006.01)D06M13/328(2006.01)D06M101/28(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法(57)摘要本发明涉及碳纤维制备技术领域，具体涉及一种腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法，包括步骤：使腈纶纤维连续经过改性溶液浸渍，浸渍后的腈纶纤维连续进入预氧化炉、低温碳化炉和高温碳化炉经热处理制得碳纤维；所述改性溶液为包含多巴胺类有机物溶液；本发明采用低浓度的多巴胺类有机物溶液浸渍腈纶纤维，能够有效降低预氧化炉内化学反应的起始温度，大幅减少反应放出热量，促使反应放热更加平缓，防止纤维因瞬时快速放热而烧断等，且腈纶纤维在改性溶液中浸渍时间短，能够实现碳纤维的连续化生产，显著降低生产成本，在低成本碳纤维工业化生产领域具有潜在重要意义。CN114941188ACN114941188A权利要求书1/1页1.一种腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法，其特征在于，包括步骤：使腈纶纤维连续经过改性溶液浸渍，浸渍后的腈纶纤维连续进入预氧化炉、低温碳化炉和高温碳化炉经热处理制得碳纤维；所述改性溶液为包含多巴胺类有机物溶液；所述多巴胺类有机物包含羧基、氨基、羟基、烷氧基、酰氧基、酰胺基中至少一种活性基团。2.根据权利要求1所述的腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法，其特征在于，所述多巴胺类有机物包括多巴胺、盐酸多巴胺、多巴酚丁胺、酞菁锌、3,4‑二羟基苯基丙基甲基丙烯酰胺、5‑羟色胺、苯乙胺、4‑二乙胺基邻甲苯胺、间羟胺、儿茶酚胺、缩氨酸及其衍生物中至少一种。3.根据权利要求1所述的腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法，其特征在于，所述多巴胺类有机物为多巴胺、盐酸多巴胺、多巴酚丁胺、5‑羟色胺、苯乙胺中至少一种。4.根据权利要求1所述的腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法，其特征在于，所述改性溶液的溶剂包括水、甲醇、乙醇、丙酮任一种。5.根据权利要求1所述的腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法，其特征在于，所述改性溶液中多巴胺类有机物的质量浓度为0.1％‑8.0％。6.根据权利要求1所述的腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法，其特征在于，所述腈纶纤维浸渍时溶液温度为20℃‑80℃，浸渍处理时间为1min‑10min。7.根据权利要求1所述的腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法，其特征在于，所述的腈纶纤维采用湿法、干法或干喷湿法制得。8.根据权利要求1所述的腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法，其特征在于，所述预氧化炉热处理温度在180℃‑260℃内梯度增高、处理时间30min‑120min、空气环境；所述低温碳化炉热处理温度在300℃‑1000℃内梯度增高、处理时间5min‑15min、惰性保护气氛；所述高温碳化炉热处理温度1000℃‑1800℃内梯度增高、处理时间3min‑10min、惰性保护气氛。9.根据权利要求1所述的腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法，其特征在于，浸渍后的腈纶纤维环化反应起始温度和放热量下降。10.根据权利要求1所述的腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法，其特征在于，制备得到的腈纶基碳纤维拉伸强度≥3.0GPa、拉伸模量≥210GPa。2CN114941188A说明书1/6页一种腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法技术领域[0001]本发明涉及碳纤维制备技术领域，具体涉及一种腈纶纤维连续化制备碳纤维的方法。背景技术[0002]根据生产原料，碳纤维可以分为沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维，其中聚丙烯腈基(PAN)碳纤维约占碳纤维市场的90％以上。在PAN基碳纤维成本中，前驱体PAN原丝成本占比达到45‑60％，而且由于PAN原丝是一种石油基产品，其成本会随原油价格不断波动，进而导致碳纤维制造成本也在波动。[0003]与PAN原丝相比，民用腈纶纤维具有成本低廉，约为PAN原丝的60％以下，使其成为碳纤维用潜在前驱体纤维的合适选择之一。传统PAN原丝因需要对聚合物的组成、纯度、分子量分布和分子取向等精确控制，而且在蒸汽牵伸、预氧化等关键过程中，保持特定纤维形态特征对获得所需的纤维性能非常关键，导致其成本较高。与之相比，腈纶纤维对原丝质量要求不高，而且以大丝束为主，因此其最终制备碳纤维成本较低。但腈纶纤维在制备碳纤维过程中也存在一定的技术难题，如纤维主要由85％以上的丙烯腈