[发明专利]一种干喷湿纺高强中模聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法

说明书

本发明涉及一种干喷湿纺高强中模聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法，其特征在于：以丙烯腈为第一单体，加入第二单体、第三单体，以偶氮二异丁腈为引发剂制备纺丝原液，纺丝原液的固含量为19~23wt%，旋转粘度为80000cP~160000cP，重均分子量为22万~30万，数均分子量为8万~12万，分子量分布为1.8~3.0，特性粘度为2.0~2.5；纺丝原液经过空气层高倍拉伸，在前凝固浴形成纤维，再经第二凝固浴、水洗、热水牵伸、上油、烘干、蒸汽牵伸和干燥定型后收卷，得到原丝。制得的成品原丝单丝纤度0.75~0.90dtex，单丝强度7.5~9.5cN/dtex，单丝模量95~130cN/dtex，体密度1.18~1.19g/cm³。原丝经碳化后得到的碳纤维强度≥6370MPa，模量≥294GPa，线密度440~490g/km。

技术领域

本发明涉及一种原丝的制备方法，尤其涉及一种干喷湿纺高强中模聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法。

背景技术

聚丙烯腈基碳纤维简称PAN基纤维,广泛应用于汽车、航天、建筑、体育、医疗等领域。其制备先由丙烯腈和其他少量第二、第三单体共聚生成共聚聚丙烯腈树脂，然后树脂经溶剂溶解，形成粘度适宜的纺丝液，经湿法、干法或干-湿法进行纺丝，再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维。

目前国内T700S技术尚属成熟，T800S属研制转产阶段，但T700S和T800S的性能指标仍不能很好的满足国防军工和航空航天的需求。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种干喷湿纺高强中模聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法，根据该方法制备的原丝经碳化后得到的碳纤维强度≥6370MPa，模量≥294GPa，线密度440~490g/km。

本发明所产生的有益效果包括：一种干喷湿纺高强中模聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法，以丙烯腈（AN）为第一单体，加入第二单体和/或第三单体，以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂制备纺丝原液，所述纺丝原液的固含量为19~23wt%，旋转粘度为80000cP~160000cP，重均分子量为22万~30万，数均分子量为8万~12万，分子量分布为1.8~3.0，特性粘度为2.0~2.5；

所述纺丝原液经过空气层高倍拉伸，在前凝固浴形成纤维，再经第二凝固浴、水洗、热水牵伸、上油、烘干、蒸汽牵伸和干燥定型后收卷，得到原丝。旋转粘度、特性粘度本质是高分子量，较高的分子量在凝固浴条件作用下获得高结晶度和高取向度的原丝，同时由于分子量分布较窄，小分子的减少有利于减少单丝断裂和毛丝的发生。

进一步的，所述第二单体包括甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯苯磺酸钠、衣康酸中的一种，第三单体包括甲基丙烯酸甲脂、丙烯酸甲脂和丙烯酰胺中的一种。

进一步的，以第一单体、第二单体和第三单体的总量为基准，第二单体和第三单体质量占比为0.3~3.5%。即AN：（第二单体+第三单体）=1-（0.3~3.5%）：0.3~3.5% ，比值为质量百分比。

进一步的，所述纺丝原液在30~65℃保温水伴热下进入所述前凝固浴，前凝固浴温度为30~55℃，前凝固浴中二甲基亚砜（DMSO）浓度为60~78%，所述空气层的高度为2~8mm，空气层牵伸比为2.5~4.0；所述第二凝固浴的温度40~70℃，第二凝固浴中二甲基亚砜浓度为15~40%，牵伸比为1.0~2.0。高分子量原液在高的温度和浓度条件下凝固浴，获得高取向度和结晶度的原丝。

进一步的，所述水洗温度为50~80℃，热水牵伸温度为80~99℃，牵伸比为2.0~4.0。

进一步的，所述干燥定型过程中的干燥辊使用饱和蒸汽进行干燥，饱和蒸汽的蒸汽压力为1.5~10bar，所述压力采用阶梯式压力梯度。