[发明专利]一种利用低中间相含量沥青原料连续纺丝制备高品质中间相沥青原丝的方法

说明书

本发明涉及一种可高效利用低中间相含量的沥青直接纺丝制备高品质中间相沥青原丝的方法。该方法采用低中间相含量沥青为原料，包括(1)确定中间相的具体含量；(2)将沥青加入到搅拌釜中，惰性气体加压，搅拌加热，使沥青充分熔融；(3)待沥青充分熔融后，停止搅拌，进行静置，以使沥青的中间相下沉到熔体的下部；(4)卸压并抽真空，以除去熔融沥青中的气泡；(5)使熔融沥青降温至纺丝温度，通入惰性气体加压，打开阀门，使下部的沥青通过计量泵进入纺丝机进行纺丝，其中在已纺沥青原丝重量低于或等于原料中中间相的重量时停止纺丝。本发明可大大提高低中间相含量沥青的利用率，降低中间相制备成本和高性能沥青基碳纤维的成本。

技术领域

本发明涉及纺丝技术领域，具体涉及低中间相含量沥青的连续纺丝方法。

背景技术

原料重油(芳香油、纯的化合物或其他原料)在高温高压下，随着反应进行，其芳香烃小分子逐步聚合为扁平状大分子，这些分子在分子间作用力的引导下有序排列，使其在光学偏光显微镜下表现为光学各向异性，人们习惯称该区域为中间相，含有中间相的沥青，就称为中间相沥青。

沥青中间相在一定温度范围内表现出优异的可变形性质，且在纺丝细孔的挤压下可以维持高度的有序化排列，这种性质使中间相沥青具有良好的纺丝性能，成为制备高性能沥青基碳纤维的首选材料。

因原料成分的复杂性，仅仅靠高温聚合或者催化聚合很难得到中间相含量100％的中间相沥青，往往得到的中间相沥青中存在大量的非中间相成分，与中间相成分相比，两者物理性质(密度、粘度、稳定性)差异很大。如果运用普通工艺对低中间相含量的沥青直接纺丝，沥青中的非中间相成分极易分解，造成沥青的不可纺。纵然成功纺丝，沥青原丝在预氧化、碳化过程中，也会产生很多缺陷，降低成品碳纤维的性能。

人们通过调整中间相沥青制备工艺、纯化原料等，总是试图制备高含量(中间相含量高于90％)中间相沥青。专利CN102899061A利用采用精萘为原料，以无水三氧化铝为催化剂，采用两步法制备高纯度中间相沥青。此工艺操作需要大量的溶剂除去三氧化铝催化剂，且催化剂很难完全清除干净。专利CN104177591A采用萘系化合物为原料、以氟化氢-三氟化硼为催化剂聚合制备初始中间相沥青，之后再用溶剂溶解中间相沥青后离心得到纺丝用高纯度中间相。该方法所用催化剂具有高毒性，对设备安全性要求很高，且之后仍需用溶剂溶解、离心等工艺，工艺相对复杂，生产成本高。

高纯度中间相沥青的制备工艺一般都相对复杂、生产成本较高，况且基于设备、原料以及工艺问题，制得低中间相含量的沥青总是不能避免，而现有技术的纺丝方法都只适于高纯度中间相沥青原料，而对于这些低中间相含量的沥青无法进行利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种可高效利用低中间相含量的沥青直接纺丝制备高品质中间相沥青原丝的方法，适合制备高性能沥青基碳纤维。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种沥青原丝的制备方法，该方法采用中间相含量为50wt％-90wt％的低中间相含量沥青为原料，包括依次进行的以下步骤：

(1)确定所述低中间相含量沥青中中间相的具体含量，并由此计算实际投料中中间相的重量；

(2)将所述低中间相含量沥青加入到搅拌釜中，惰性气体加压至1.0MPa-4.0MPa，搅拌加热，使沥青充分熔融；

(3)待沥青充分熔融后，停止搅拌，并进行静置，以使沥青的中间相下沉到熔体的下部；

(4)卸压并抽真空，以除去熔融沥青中的气泡；

(5)使熔融沥青降温至纺丝温度260℃-340℃，通入惰性气体加压，打开阀门，使下部的沥青通过计量泵进入纺丝机进行纺丝，其中在已纺沥青原丝重量低于或等于原料中中间相的重量时停止纺丝。