聚丙烯腈基碳纤维原丝的快速预氧化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112708968A(43)申请公布日2021.04.27(21)申请号201911018483.7(22)申请日2019.10.24(71)申请人中国石油化工股份有限公司地址100728北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院(72)发明人昌志龙沈志刚李磊(74)专利代理机构北京聿宏知识产权代理有限公司11372代理人吴大建康志梅(51)Int.Cl.D01F9/22(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图1页(54)发明名称聚丙烯腈基碳纤维原丝的快速预氧化方法(57)摘要本发明公开了一种聚丙烯腈基碳纤维原丝快速预氧化方法，主要解决现有碳纤维制备过程中氧化时间长、能耗大的技术问题。采用优化聚合配方和配比，以丙烯腈、含亚胺结构的酸和不饱和脂类为原料进行共聚制备碳纤维原丝；将原丝在依次在两温区连续化氧化炉中进行梯度升温。预氧化时间从常规的60～90min，减少至20～40min，碳纤维的拉伸强度为4527MPa，拉伸强度的离散系数为1.58％；拉伸模量为265GPa，拉伸模量的离散系数为0.85％，取得了较好的技术效果。CN112708968ACN112708968A权利要求书1/1页1.聚丙烯腈基碳纤维原丝的快速预氧化方法，包括在两个温区的氧化炉中进行预氧化，所述第一温区氧化炉的温度低于所述第二温区氧化炉的温度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温区氧化炉的温度为230～250℃，和/或，所述第二温区氧化炉的温度为260～280℃。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一温区氧化炉的氧化时间为15～25min；和/或，所述第二温区氧化炉的氧化时间为5～10min。4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，在所述第一温区对所述聚丙烯腈基碳纤维原丝施加正牵伸，在所述第二温区对所述聚丙烯腈基碳纤维原丝施加负牵伸；优选地，所述聚丙烯腈基碳纤维原丝的全线张力为1900～2500cN。5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述氧化炉中环境介质为空气；和/或，所述第一温区氧化炉吹风方式为从中间往两端；和/或，所述第二温区氧化炉采用端对端吹风方式。6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，所述聚丙烯腈基碳纤维原丝由丙烯腈、含亚胺结构的酸和不饱和脂类为原料进行共聚制备；优选地，所述聚丙烯腈基碳纤维原丝由丙烯腈、衣康酸和甲基丙烯酸甲酯三元共聚；进一步优选地，以重量分数计，所述聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备共聚单体中，丙烯腈占96～98％、衣康酸占1～2％、甲基丙烯酸甲酯占1～2％。7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，所述聚丙烯腈基预氧纤维的体密度为1.370～1.375g/cm3。8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，还包括依次的低温炭化和高温炭化的步骤。9.根据权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于，所述低温炭化和高温炭化均在惰性气氛下进行。10.根据权利要求1-9任一所述的方法，其特征在于，所述低温炭化的温度为300～800℃；和/或，所述高温炭化的温度为800-1500℃。2CN112708968A说明书1/8页聚丙烯腈基碳纤维原丝的快速预氧化方法技术领域[0001]本发明涉及聚丙烯腈基碳纤维原丝处理领域，涉及一种聚丙烯腈基碳纤维原丝的快速预氧化方法。背景技术[0002]碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成的含碳量在90％以上的纤维状聚合物。它具有高比强度、高比模量、耐高温、耐化学腐蚀、耐疲劳、耐热冲击、抗辐射和比重小等一系列优异性能，属于典型的高性能纤维。在聚丙烯腈基碳纤维制备过程中，预氧化是决定碳纤维各项指标的关键步骤之一，其目的是使热塑性的聚丙烯腈线形链状大分子通过内部的化学反应转变为非塑性耐热梯形分子结构，从而使预氧纤维在高温炭化下保持不熔不燃的性质、保持纤维形态，并使其处于热力学稳定状态。[0003]温度和时间是预氧化过程中两个最为重要的参数，在工艺制定过程中，需要综合考虑温度和时间的影响，预氧化不仅控制碳纤维的产量，同时也控制碳纤维的质量。相关研究表明预氧化时间约占生产总时间90％以上。所以预氧化工序是控制产量和生产成本的关键。因此在保证质量的前提下，如何缩短预氧化时间是当前研究的重要内容之一。近年来科学家们在深入研究预氧化工艺对碳纤维性能的影响规律。制取均质预氧丝是当前提高碳纤维性能的主要技术途径之一，国内科研机构和生产企业一般采取四个或者六个预氧炉，由于预氧炉的长度固定，因此预氧化过程中工艺调节的柔性不足。预氧化过程中，最重要的影响因素是时间、温度和牵伸，三者相互联系、相互影响，为科学研究带来了诸多麻烦。基于以上原因，目前国