一种聚丙烯腈基碳纤维原丝及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114959931A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210651788.7C08F4/04(2006.01)(22)申请日2022.06.10C08F2/06(2006.01)D01F9/22(2006.01)(71)申请人东华大学地址201620上海市松江区人民北路2999号申请人广东蒙泰高新纤维股份有限公司(72)发明人巨安奇党延金郭清海江建平郭巧何郭品铧(74)专利代理机构广州三环专利商标代理有限公司44202专利代理师张泽思(51)Int.Cl.D01F6/38(2006.01)C08F220/48(2006.01)C08F226/06(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种聚丙烯腈基碳纤维原丝及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种聚丙烯腈基碳纤维原丝及其制备方法，属于碳纤维原丝的制备领域，包括如下重量份原料：单体100份、引发剂0.2～0.8份；所述引发剂包括偶氮二甲酰胺；所述单体的分子中包含N原子。本发明采用引发剂偶氮二甲酰胺，引发结束后留在分子链末端的N原子与单体中的N原子配合促进预氧纤维梯形结构向二维芳香稠环结构的转变，同时共聚单体中的N原子有利于分子链间交联反应，同时采用连续滴加、分段聚合的方式，确保了聚合物结构均匀一致，提高碳得率。CN114959931ACN114959931A权利要求书1/2页1.一种聚丙烯腈基碳纤维原丝，其特征在于，包括如下重量份原料：单体100份、引发剂0.2～0.8份；所述引发剂包括偶氮二甲酰胺；所述单体的分子中包含N原子。2.根据权利要求1所述聚丙烯腈基碳纤维原丝，其特征在于，所述单体包括丙烯腈和N‑乙烯基嘧啶胺按质量比96～99:1～4混合。3.根据权利要求2所述聚丙烯腈基碳纤维原丝，其特征在于，所述丙烯腈与所述N‑乙烯基嘧啶胺的质量比为98:2。4.根据权利要求2所述聚丙烯腈基碳纤维原丝，其特征在于，所述N‑乙烯基嘧啶胺包括N‑乙烯基‑2‑嘧啶胺、N‑乙烯基‑4‑嘧啶胺、N‑乙烯基‑5‑嘧啶胺中的一种或多种。5.根据权利要求1所述聚丙烯腈基碳纤维原丝，其特征在于，原料中还包括溶剂，所述溶剂包括N,N‑二甲基甲酰胺，用量为300～567份。6.根据权利要求1所述聚丙烯腈基碳纤维原丝，其特征在于，所述碳纤维原丝的直径为11.5～13um，强度为7.9～11.5cN/dtex，碳得率大于55％。7.一种根据权利要求2所述聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A：按比例将所述丙烯腈和所述引发剂溶于溶剂中，所述N‑乙烯基嘧啶胺采用连续滴加方式，进行分段聚合反应，得到丙烯腈聚合物，然后经过过滤，脱单、脱泡制得纺丝原液；B：将所述纺丝原液经纺丝、水洗、热水拉伸、上油、干燥致密化、高压蒸汽牵伸制得所述碳纤维原丝。8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A：氮气保护条件下，通过机械搅拌按比例将所述丙烯腈和所述引发剂溶于溶剂中，在所述分段聚合反应升温前在体系中加入所述N‑乙烯基嘧啶胺总质量的30％，开始升温进行第一段反应，所述第一段反应结束后开始时连续滴加剩余所述N‑乙烯基嘧啶胺，进行第二段反应，所述N‑乙烯基嘧啶胺全部加入后所述第二段反应结束，开始升温进行第三段反应，之后再升温进行第四段反应，得到所述丙烯腈聚合物，然后经过过滤，真空脱单、脱泡制得所述纺丝原液；B：将所述纺丝原液经过如下步骤：B1：采用干喷湿法纺丝，工艺参数为：空气段的距离为2～10mm，空气段的温度为20～30℃，相对湿度为55～65％，固浴中溶剂的含量为55～65wt％，第一凝固浴的温度为0～10℃；B2：进行水洗，水洗温度为50～75℃，水洗时间为1.5～3.5min；B3：进行两级热水牵伸，第一级热水温度为60～80℃、牵伸倍数为1.1～1.5倍，第二级热水温度为90～100℃、牵伸倍数为1.4～2.0倍；B4：进行上油。B5：进行干燥致密化，所述干燥致密化的温度为140～160℃，时间为0.5～1.5min；B5：进行高压蒸汽牵伸，压力0.2～0.5MPa，牵伸倍数2～3倍，制得所述碳纤维原丝。9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，步骤A中，所述分段聚合反应的温度与持续时间如下：所述第一段反应的温度为55℃，反应时间为4小时；所述第二段反应的温度为55℃，反应时间为3小时；所述第三段反应的温度为60～70℃，反应时间为7～15小时；所述第四段反应的温度为75℃，反应时间为1小时。10.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，步骤A中，所述丙烯腈聚合物的粘均分2CN114959931A权利要求书2/2页子量为1.3×105～1.9×105g/mol，所述纺丝