本发明专利技术涉及一种使用二甲基甲酰胺为溶剂的聚丙烯腈基碳纤维原丝的生产方法。由以下步骤制得聚丙烯腈基碳纤维原丝成品：原液制备；脱单；过滤；凝固浴；预牵伸；水洗；后牵伸；上油；干燥牵伸。本发明专利技术利用二甲基甲酰胺具有链转移作用，使聚合物分子量适中，分子量分布变窄；通过降低反应物浓度，降低聚合反应温度，延长反应时间，控制聚合反应转化率，从而减少了单位时间聚合放热量，使反应能够在均衡的温度下进行反应，从而提高原液的质量；通过提高凝固浴的浓度，降低双扩散速度，避免形成皮芯结构；通过增加热辊数量，增加停留时间，同时进行牵伸，进一步促进孔洞弥合，使纤维性质均一。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，特别是涉及使用二甲基甲酰胺为溶剂的聚丙烯腈基碳纤维原丝的生产方法。技术背景碳纤维作为一种高新技术材料，具有高强、高模、低密度、耐高温等优点，广泛应用于航空、汽车、文体等领域。聚丙烯腈基碳纤维原丝是制备碳纤维的重要原料，原丝的品质对碳纤维质量起到决定性作用。丙烯腈聚合反应速度快，放热量大，容易发生爆聚。对于工业化生产来讲，反应不可控。致使聚合物分子量不均勻这将造成原丝的品质下降，影响碳纤维的质量。凝固浴浓度对聚合物凝固形成原丝非常重要，凝固浴的浓度控制着双扩散的速度。目前国内凝固浴的浓度较低，双扩散速度过快，使原丝形成皮芯结构，导致原丝质量下降。干燥过程可以促进原丝内部的孔洞弥合，减少原丝缺陷。一般采用加热热辊干燥的形式，但干燥时间都比较短，严重削弱了干燥致密化的作用，造成了原丝的缺陷。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种聚丙烯腈碳纤维原丝的生产方法，在本方法中，通过降低反应温度，延长反应时间，使反应过程中单位时间放热量减少，从而使聚合过程可控，所得聚合物分子量适中，分子量分布窄。通过降低凝固浴温度，提高凝固浴浓度，降低双扩散速度避免发生皮芯结构。同时在凝固成型的过程中加入清洗剂，去除原丝及凝固浴溶剂中的杂质，使原丝杂质含量低，缺陷少。通过延长干燥牵伸时间，促使纤维中的孔洞弥合。本专利技术所述的方法包括以下步骤1、原液制备在质量配比为95-99%的丙烯腈和1_5 %的共聚单体组成的反应物中加入引发剂，引发剂的加入量为上述反应物质量的0.01-0. 1%，然后在溶剂二甲基甲酰胺中进行反应生成聚丙烯腈聚合物。溶剂与上述物质总量的质量比为60-80%。反应温度控制在40-70°C，优选40-55°C ；反应时间25-50小时，优选30-45小时；生成的聚丙烯腈聚合物分子量为7-11万。其中，所述共聚单体为衣康酸或甲基丙烯酸甲酯；引发剂为偶氮二异丁月青。2、脱单经聚合后原液进入脱单塔脱除未反应丙烯腈和共聚单体，脱单塔中温度为50-90°C，压力0. 001-0. 05MPaG。最后使原液中聚丙烯腈共聚物质量质量数为20-25% .3、过滤脱单后原液经三级过滤去除反应过程中产生的凝胶，过滤精度分别为一级 20-30um, 二级 5-15um,三级 2_5um。4、凝固浴原液经计量泵计量通过喷丝板进入凝固浴凝固成型。凝固浴温度15-300C，停留时间25-50秒。凝固浴中溶剂二甲基甲酰胺质量浓度55-80%，优选60-75% ；清洗剂质量浓度0.01-10%。所述清洗剂选自苯甲酸、衣康酸、甲酸、乙酸、三乙胺、吡啶、氨水、乙醇胺、二环脒中的一种或几种物质的组合。组合间不必有配比关系。5、预牵伸凝固浴中所得的凝固丝束进入预牵伸机中进行预牵伸，预牵伸温度60-80°C，预牵伸中溶剂二甲基甲酰胺质量浓度10-60%，优选10-50%;停留时间30-75秒，牵伸倍数2-5倍。6、水洗预牵伸后丝束进入水洗工序，水洗温度70_85°C，停留时间30_50秒。7、后牵伸水洗后丝束进行后牵伸，后牵伸温度85-100°C，停留时间15_40秒，牵伸倍数2-6倍。8、上油经后牵伸的丝束进行上油，上油率为丝束重量的0. 5-1%。9、干燥牵伸干燥牵伸在20-50个热辊上进行，热辊个数优选为20-35个；除最后一热辊外，热辊温度控制在160-210°C，优选160-190°C ；最后一热辊温度为50_120°C，最终牵伸倍数1-5，丝束含水质量小于2 %，油剂残余质量1. 0-1. 8 %。最后制得聚丙烯腈基碳纤维原丝成品。本专利技术具有以下优点利用二甲基甲酰胺具有链转移作用，使聚合物分子量适中，分子量分布变窄；通过降低反应物浓度，降低聚合反应温度，延长反应时间，控制聚合反应转化率，从而减少了单位时间聚合放热量，使反应能够在均衡的温度下进行反应，从而提高原液的质量；通过提高凝固浴的浓度，降低双扩散速度，避免形成皮芯结构；通过增加热辊数量，增加停留时间，同时进行牵伸，进一步促进孔洞弥合，使纤维性质均一。具体实施例方式实施例一1、原液制备反应物中的质量配比为丙烯腈96%，共聚单体4%，加入引发剂在溶剂二甲基甲酰胺中进行反应。反应温度控制在60°C，反应时间38小时，聚合物分子量为10. 5 万。2、脱单经聚合后原液进入脱单塔脱出未反应丙烯腈和共聚单体，使原液中聚丙烯腈共聚物的质量份数为23% .3、过滤脱单后原液经三级过滤去除反应过程中产生的凝胶，过滤精度分别为一级 30um，二级 12um，三级 3um。4、凝固浴原液经计量泵计量通过喷丝板进入凝固浴凝固成型。凝固浴温度280C，凝固浴中溶剂质量浓度68%，清洗剂浓度5%。停留时间40秒。5、预牵伸凝固浴中所得的凝固丝束进入预牵伸机中进行预牵伸，预牵伸温度77°C，预牵伸中溶剂质量浓度20%，停留时间75秒，牵伸倍数3倍。6、水洗预牵伸后丝束进入水洗工序，水洗温度85°C，停留时间50秒。7、后牵伸水洗后丝束进行后牵伸，后牵伸温度90°C，停留时间30秒，牵伸倍数6倍。8、上油经后牵伸的丝束进行上油，上油率为丝束重量的1%。9、干燥干燥在40个热辊上进行，热辊温度200°C，最后一热辊温度控制在100°C，牵伸倍数2。最终丝束含水量2%，油剂残余量1.5%。纤度0.95d强度6. 7g/d断裂伸长12%实施例二1、原液制备反应物中的质量配比为丙烯腈98%，共聚单体2%，加入引发剂在溶剂二甲基甲酰胺中进行反应。反应温度控制在60°C，反应时间35小时，聚合物分子量为9万。2、脱单经聚合后原液进入脱单塔脱出未反应丙烯腈和共聚单体，使原液中聚丙烯腈共聚物的质量分数为21% .3、过滤脱单后原液经三级过滤去除反应过程中产生的凝胶，过滤精度分别为一级 30um，二级 12um，三级 2um。4、凝固浴原液经计量泵计量通过喷丝板进入凝固浴凝固成型。凝固浴温度30°C，凝固浴中溶剂质量浓度80%，清洗剂浓度7%。停留时间50秒。5、预牵伸凝固浴中所得的凝固丝束进入预牵伸机中进行预牵引，预牵伸温度70°C，预牵伸中溶剂质量浓度30%，停留时间60秒，牵伸倍数4倍。6、水洗预牵伸后丝束进入水洗工序，水洗温度80°C，停留时间40秒。7、后牵伸水洗后丝束进行后牵伸，后牵伸温度95°C，停留时间40秒，牵伸倍数4倍。8、上油经后牵伸的丝束进行上油，上油率为丝束重量的0.8%。9、干燥牵伸干燥在50个热辊上进行，热辊温度190°C，最后一热辊温度控制在120°C，前伸倍数2。最终丝束含水量小于1.8%，油剂残余量1.2%。纤度1.05d 强度6. 5g/d断裂伸长15%。权利要求1.，由以下步骤制得聚丙烯腈基碳纤维原丝成PΡΠ 原液制备；脱单；过滤；凝固浴；预牵伸；水洗；后牵伸；上油；干燥牵伸。2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，由以下步骤制得聚丙烯腈基碳纤维原丝成品(1)、原液制备在质量配比为95-99%的丙烯腈和1-5%的共聚单体组成的反应物中加入引发剂，引发剂的加入量为上述反应物质量的0.01-0. 1%，然后在溶剂二甲基甲酰胺中进行反应生成聚丙烯腈聚合物；溶剂与上述物质总量的质量比为60-80%，反应温度控制在40-70°C，反应时间25-50小时，生成聚丙烯腈聚合物；O)、脱单本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭恩修，张士佳，王洛春，刘承轶，孙若松，孙幼敏，
申请(专利权)人：北京腾化技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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