[发明专利]一种聚丙烯腈基碳纤维干湿法纺丝原液及其制备方法

说明书

本发明具体涉及一种聚丙烯腈基碳纤维干湿法纺丝原液及其制备方法，以二甲基亚砜为反应介质，偶氮类化合物为引发剂，丙烯腈为第1单体，衣康酸或其衍生物为第2单体，丙烯酸或其衍生物为第3单体，经聚合、脱单调制粘度、脱泡制成，通过调节体系组分配比结合搅拌转速设置，制备特性粘度为1.6‑5dL/g高粘度聚合体系，在聚合阶段获得适合干湿法纺丝的高分子量共聚物，然后在脱单阶段利用外加溶剂调节体系的动力粘度至120‑600Pa·s，脱泡后得到适合干湿法纺丝的纺丝原液体系。本发明分步调控纺丝原液所需的技术指标，较易制备性能均一的纺丝原液，有利于干湿法稳定连续地纺制碳纤维原丝。

技术领域

本发明属于碳纤维制备技术领域，具体涉及一种聚丙烯腈基碳纤维干湿法纺丝原液及其制备方法。

背景技术

聚丙烯腈基碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、导电、传热等一系列优异性能，在航空航天、国防、核能、交通运输、体用用品、医疗器械等军民行业有着广泛的应用。干湿法纺丝的特点是可以实现高速纺丝，提高设备利用效率和降低成本，并且干湿法纺制的碳纤维表面缺陷少，有利于制备高性能碳纤维，是碳纤维制备技术领域发展的重要方向。但干湿法纺丝对纺丝原液粘度和聚合物分子量指标有较高要求，制备稳定的纺丝原液是干湿法工业化连续纺制碳纤维原丝的首要条件。专利200710056083.6提出一种以偶氮二异庚腈为引发剂制备高分子量丙烯腈共聚物纺丝液的方法，所得共聚物分子量在10-90万之间，但该体系聚合物分子量较大时体系粘度过大，可纺性较差。专利201310514386.3提供了一种粘度可控的聚丙烯腈碳纤维纺丝原液的制备方法，该方法主要通过制备低分子量产物获得粘度20-120Pa·s的纺丝原液，该方法制备的纺丝原液分子量和粘度较低，难以保证干湿法纺丝的稳定运行，并且第二单体采用丙烯磺酸钠或甲基丙烯磺酸钠，钠元素的存在伤害纺丝原液的稳定性和碳纤维结构，不利于碳纤维的制备。专利201410584734.9提出利用分批加料法制备超高分子量纺丝原液，专利200910234653.5提出利用分步聚合制备一种高粘度纺丝原液的方法，专利200510016572.X以丙烯腈、衣康酸和β-衣康酸酰胺为单体进行共聚合反应，制备一种高性能聚丙烯腈基碳纤维纺丝液。这些制备方法在聚合物分子量较高时均缺少纺丝原液粘度的有效调控手段，不利于连续、稳定地纺制碳纤维原丝。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有纺丝原液聚合物分子量较高时粘度不易调控,提供一种聚丙烯腈基碳纤维干湿法纺丝原液及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种聚丙烯腈基碳纤维干湿法纺丝原液，是以二甲基亚砜为反应介质，偶氮类化合物为引发剂，丙烯腈为第1单体，衣康酸或其衍生物为第2单体，丙烯酸或其衍生物为第3单体进行共聚合反应，然后经脱单调制粘度、脱泡制成。

进一步，所述各组分原料的添加重量份为：二甲基亚砜200份、偶氮类化合物0.05-0.5份、丙烯腈30-80份、衣康酸或其衍生物0.1-2份、丙烯酸或其衍生物为0.01-2份。在该配比下，可有效获得特性粘度为1.6-5dL/g的高粘度聚丙烯腈共聚物聚合液体系，并且体系固含量高，有利于提高生产率。

再进一步，所述偶氮类化合物为偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈或偶氮二异丁酸二甲酯中的一种。上述化合物在聚合条件下分解引发速度适当，反应易控制。

更进一步，所述衣康酸的衍生物为衣康酸铵、衣康酸甲酯或衣康酸乙酯中的一种或几种以任意比的混合物。

更进一步，所述丙烯酸的衍生物为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸乙酯中的一种或几种以任意比的混合物。

一种聚丙烯腈基碳纤维干湿法纺丝原液的制备方法，包括以下步骤：

1)聚合阶段：惰性气体保护状态下，将二甲基亚砜、偶氮类化合物、丙烯腈、衣康酸或其衍生物、丙烯酸或其衍生物加入带有搅拌的反应器中进行共聚合反应，至共聚合产物的特性粘度为1.6-5dL/g时，加入氨调节聚合液pH值至8-9；