[发明专利]一种聚丙烯腈基碳纤维的制备方法

权利要求书

1.一种聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，碳纤维原丝的纺丝原料聚丙烯腈树脂为三种单体的共聚物，第一单体为丙烯腈；第二单体取自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯或醋酸乙烯酯中的一种；第三单体为衣糠酸，聚丙烯腈树脂中第三单体的含量为0.5～2.0wt％，且第二和第三单体的总含量为1.0～7.0wt％，其特征在于该制备方法依次包括以下步骤：

1)聚丙烯腈树脂以45～58wt％的NaSCN水溶液为溶剂配制成纺丝溶液，以8～16wt％的NaSCN水溶液为凝固浴采用湿法纺丝工艺经喷丝及凝固成形制得初生纤维；

2)初生纤维在1～5wt％的NaSCN水溶液中进行水浴牵伸，水浴温度控制为5～30℃，牵伸倍数控制为1.5～2.5；

3)初生纤维用去离子水淋洗，水温控制为45～60℃，淋洗时间控制为2～20min；

4)初生纤维置于含有酸A和盐B的缓冲溶液中浸渍，A为硫酸、盐酸或硝酸，B为A的钠盐或钾盐，缓冲溶液的pH值为0.5～3.0，钠离子或钾离子的浓度为200～800mg/L，缓冲溶液的温度控制为45～60℃，以重量比计，浴比控制为初生纤维∶缓冲溶液＝1∶(15～25)，浸渍时间控制为2～15min；

5)初生纤维在纯水中进行水浴牵伸，水浴温度控制为95～100℃，牵伸倍数控制为3～5；

6)初生纤维用温度为90～100℃的去离子水进行热水浴漂洗，至漂洗液呈中性及测不出钠离子或钾离子后再继续漂洗5～15min；

7)初生纤维经后处理过程制得碳纤维原丝，后处理过程包括上油和干燥致密化；

8)碳纤维原丝在施以牵伸的状态下，在有氧气氛中进行预氧化，得到预氧化丝；

9)预氧化丝在施以牵伸的状态下，在无氧气氛中进行碳化，得到聚丙烯腈基碳纤维成品。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于步骤4)所述的A为硝酸，B为硝酸钠。

3.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于步骤4)所述的缓冲溶液的pH值为1.0～2.0。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于步骤4)所述的钠离子或钾离子的浓度为300～500mg/L。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于步骤4)所述的缓冲溶液的温度为50～55℃。

6.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于步骤4)所述的浴比控制为初生纤维∶缓冲溶液＝1∶(18～23)。

7.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于步骤4)所述的浸渍时间控制为4～8min。

8.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于步骤6)所述的初生纤维用温度为95～98℃的去离子水进行热水浴漂洗，至漂洗液呈中性及测不出钠离子或钾离子后再继续漂洗7～12min。

9.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于所述的聚丙烯腈树脂的分子量为50000～200000。

10.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于步骤1)所述的纺丝溶液中聚丙烯腈树脂含量为10～14wt％。

11.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于步骤8)所述的碳纤维原丝在施以牵伸的状态下，在有氧气氛中进行预氧化时分三段完成，第一段氧化温度为210～222℃，氧化时间为20～24min，牵伸倍数为0～5；第二段氧化温度为235～245℃，氧化时间为20～24min，牵伸倍数为-1～1；第三段氧化温度为255～265℃，氧化时间为20～24min，牵伸倍数为-1～1。

12.根据权利要求1或11所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于步骤8)所述的有氧气氛为空气。

13.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于步骤9)所述的预氧化丝在施以牵伸的状态下，在无氧气氛中进行碳化时分两段完成，第一段碳化温度为350～700℃，碳化时间为1～2min，牵伸倍数为3～5倍；第二段碳化温度为800～1350℃，碳化时间为1～2min，牵伸倍数为-2～0。

14.根据权利要求1或13所述的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征在于步骤9)所述的无氧气氛为氮气。