[发明专利]一种碳纤维原丝用油剂

说明书

本发明公开了一种碳纤维原丝用油剂，为包括二甲基硅油、氨基硅油、聚醚硅油、脂肪族聚氧乙烯醚，分散在水中形成的水性乳液；在油剂的不挥发性组分中，二甲基硅油的质量占比为60~80%，氨基硅油的质量占比为1~10%，聚醚硅油的质量占比为1~10%，脂肪族聚氧乙烯醚的质量占比为15~35%。本发明通过使用占绝对量的二甲基硅油和少量的氨基硅油、聚醚硅油作为油剂的主要成分，并使用脂肪族聚氧乙烯醚作为乳化剂，可获得稳定的、平均粒径小的油剂乳液，实现油剂与原丝表面的亲和性、均匀的成膜性，解决改性硅油在使用过程中的粘辊现象，提高运行的稳定性，降低现场的劳动强度，获得高品质、高品位的PAN原丝和碳纤维产品。

技术领域

本发明涉及一种油剂，具体涉及一种碳纤维原丝用油剂，属于纺织油剂技术领域。

背景技术

碳纤维是一种重要的增强材料。工业上，碳纤维的生产方法，是将作为前驱体纤维的聚丙烯腈(PAN)纤维束在200～400℃之间的氧化性气氛中进行预氧化，得到预氧化纤维，然后再于至少1000℃的高温下，在氮气等惰性气氛中进行碳化，得到碳纤维。

在预氧化过程中，由于工艺温度超过了PAN原丝的软化点，在热作用下，PAN单丝会发生软化乃至熔融，相邻的单丝之间会彼此发生粘连，造成多跟单丝纤维合并在一起，从而产生所谓的粘连并丝现象。PAN单丝的粘连并丝会直接引起毛丝增多，纤维性能和品位都下降，严重者甚至会造成断丝，影响生产的正常运行。

为了防止预氧化过程中PAN单丝之间的粘连并丝现象，通常的解决办法是对原丝用专用的油剂进行处理，在PAN纤维的表层形成一层具有良好耐热性的保护膜，从而将单丝彼此隔开，防止其在高温下发生粘连。碳纤维原丝油剂中的有效成分，主要是各种改性的聚硅氧烷，如氨改性聚硅氧烷(氨基硅油)、聚醚改性聚硅氧烷(聚醚硅油、水溶性硅油硅油)以及氰基改性聚硅氧烷等，这是由于它们具有良好的结膜性、耐热性、抗静电性以及耐摩擦性，与PAN原丝具有良好的界面亲和性，可以均匀的附着并分布在纤维的表面形成保护膜，从而有效的防止PAN纤维在预氧化过程中的粘连并丝。

选择改性硅油的原因，是因为不同的改性基团，可以赋予硅油不同的性质，例如氨基硅油中的氨基可以提高硅油与纤维的亲和性，以及在热作用下的交联性，从而获得具有相当强度的油膜，对纤维起到更好的保护作用；聚醚改性硅油中的聚醚链段可以赋予硅油强烈的亲水性，使硅油具有水溶性等，这些性质都有利于其更好的发挥效果。

但是在实际使用中，我们发现，改性硅油，尤其是目前使用最为广泛的以氨基硅油为主的油剂，存在一个明显的问题，就是所谓的粘辊问题。在PAN原丝的生产过程中，使用油剂对纤维进行处理后，还要继续进行干燥致密化、高倍牵伸等工艺过程，纤维表面的油剂会有部分脱落并粘附在导辊的辊面上，由于氨基硅油等改性硅油具有很强的交联性，在热作用下容易发生交联反应，形成粘度很大的胶状固化物。尤其是当生产过程中使用分丝架、槽辊等设备对纤维的丝道进行控制时，由于更强的摩擦和剪切作用，油剂的堆积更加明显。这些粘附在设备上的，高粘度、部分固化的油剂会粘附运行中的纤维，如果将少量单丝粘附在油剂上，则会产生毛丝，不及时清理就会造成缠丝；如果运行的丝束将油剂块带走，则在丝束上产生明显的缺陷点，在后续的热处理过程中这些地方极易发生断丝。

为了解决改性硅油油剂粘辊的现象，从技术上采取的办法是引入其它成分，降低氨基硅油的等改性硅油在油剂中的含量，或者是加强现场巡视频次，及时对辊面等设备上堆积的油剂进行清理。

在油剂中引入非硅类物质，降低氨基硅油等的含量，只能在一定程度上减轻该现象，无法彻底解决粘辊的问题。而加强现场巡查强度，会明显的加大现场人员的工作量，而且对于分丝架等设备，如果半固化的油剂块粘附其上，在纤维运行过程中很难进行处理，强行处理容易造成对纤维束的损伤乃至出现生产和安全事故。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以在不影响油剂效果的前提下，可解决改性硅油油剂粘辊问题的碳纤维原丝用油剂。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：