[发明专利]聚丙烯腈类纤维的制备方法和其中使用的聚丙烯腈类共聚物

说明书

本发明涉及一种聚丙烯腈类纤维的制备方法，所述制备方法包括下面的步骤：使包含丙烯腈类单体、羧酸类共聚单体和丙烯酸酯类共聚单体的单体混合物聚合来制备聚丙烯腈类共聚物，其中，相对于100重量份的所述单体混合物，所述丙烯酸酯类共聚单体的含量为4重量份至20重量份；使所述聚丙烯腈类共聚物纤维化；使纤维化的聚丙烯腈类共聚物氧化和稳定化。所述制备方法可以控制氧化稳定化反应，特别是环化反应。因此，可以提供诸如降低氧化稳定化反应中的能量消耗，确保聚丙烯腈类纤维的经济效率，并且提高碳纤维的物理和机械性能的效果。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月23日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0156871的权益，该申请的公开内容通过引用全部并入本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯腈类纤维的制备方法和其中使用的聚丙烯腈类共聚物。

背景技术

由于特定的有益性能如轻量、高强度和高耐热性，碳纤维正在广泛应用于从航空航天到建筑业的各种工业领域中。例如，碳纤维已经使用在建筑材料、混凝土结构、地震加固物、替代能源和绿色能源领域(例如，CNG浴、风力涡轮机叶片、离心转子和机翼(flyfoils))、诸如船舶和车辆的高速运输设备、深海海底石油勘探、高性能设备、医疗福利设备、导电应用和超耐热应用中。碳纤维作为能够利用其独特的特性来取代铁和铝的第三种通用材料，正在发展成为一种构建新时代基础的材料。特别地，人们预期，在各种高科技材料领域中使用的碳纤维的用量将增加，例如，将碳纤维用作最近开发的作为超音速飞机的波音787和空客380飞机中的飞机部件材料。

通常，对碳纤维施加约1300℃以上的高的热处理温度，并且碳纤维的特性根据碳化工艺因素的设定而大大改变。此外，工艺困难，生产率低，并且生产成本高，因此，产品的价格相对高。

已知聚丙烯腈类纤维(下文称为PAN纤维)是用于制备碳纤维的最适合的前体，它可以通过一系列的稳定化(或氧化)、碳化，任选地，石墨化工艺，以及一系列的表面处理和上浆处理工艺而转化为碳纤维或石墨纤维。

稳定化工艺(或氯化工艺或氧化稳定化工艺)指在氧化或空气气氛中施加恒定张力的同时在约200℃至约400℃的温度范围内进行的热处理工艺。在该工艺中，PAN纤维引起大的化学变化。PAN纤维即使在高的热处理温度下，例如在随后进行的部分碳化或石墨化条件下，也具有物理和热稳定结构。

另一方面，在碳纤维的价格结构方面，PAN纤维以43％占成本的最大比例，并且具有非常慢的反应速率和高能耗的稳定化工艺占成本的18％。因此，必须确保低成本的PAN纤维技术以降低碳纤维生产成本，并且需要要求较少的能量消耗的稳定化和碳化工艺技术。

在稳定化反应中，发生环化反应、脱氢反应、芳构化反应、氧化反应和交联反应。通过这些反应，形成具有耐热性共轭结构的梯形结构。

环化反应是放热反应，优选在低温下进行以减少降解和经济优势，，并且重要的是容易地分散释放的热量以防止纤维损坏(低收缩)。

[现有技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)韩国专利特许公开No.10-2011-0078246

发明内容

技术问题

本发明的一个方面提供一种聚丙烯腈类纤维的制备方法和适用于制备聚丙烯腈类纤维的聚丙烯腈类共聚物，在所述制备方法中，可以控制氧化稳定化反应，特别是环化反应，从而降低碳纤维的制备工艺中的氧化稳定化反应的能量消耗，得到经济效率并且提高碳纤维的物理和机械性能。

技术方案