[发明专利]一种聚丙烯腈纤维及其制备方法、聚丙烯腈基碳纤维

说明书

本发明是关于一种聚丙烯腈纤维及其制备方法、聚丙烯腈基碳纤维，主要采用的技术方案为：一种聚丙烯腈纤维的制备方法，其包括如下步骤：纺丝液经计量装置计量后通过喷丝板形成纺丝细流、纺丝细流经凝固成型处理后形成初生纤维、对初生纤维进行后处理，得到聚丙烯腈纤维；其中，在喷丝步骤中，满足如下条件：V1＝V2＝π×R²×v×N×λ；其中，V1为纺丝液的计量体积cc/min；V2为喷丝板喷出的纺丝液的体积cc/min；R为喷丝孔的半径mm；v为纺丝液的挤出速度m/min；N为喷丝板上的喷丝孔的数量；λ为系数因子，且λ为0.33‑0.50。本发明采用常规孔径的喷丝板及常规的牵伸倍数，就能实现细直径的聚丙烯腈纤维、聚丙烯腈基碳纤维的制备。

技术领域

本发明涉及一种纤维技术领域，特别是涉及一种聚丙烯腈纤维及其制备方法、聚丙烯腈基碳纤维。

背景技术

聚丙烯腈基碳纤维具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、抗烧蚀、耐腐蚀等优点，在航天、航空、海洋、建筑加固、储氢气瓶等尖端技术领域具有广泛应用。碳纤维的力学性能与纤维的表面缺陷、纤维直径等相关。其中，碳纤维的单丝直径越小，其缺陷尺寸就越小，且截面均匀性就越高，有利于提高碳纤维的拉伸强度。而碳纤维的单丝直径越大，不利于强度、模量等力学性能的提升。因此，碳纤维的直径差异是不同级别碳纤维的主要差异之一。

近年来，聚丙烯腈基碳纤维的直径一般在5～8μm。其中，T300和T700级碳纤维的直径约7μm，T800和T1000级碳纤维的直径约5μm。根据碳化过程的纤维体积收缩规律可以推算出原丝直径如下：生产T300和T700级碳纤维原丝的单丝直径大约在11~12μm之间；生产T800和T1000级碳纤维原丝的单丝直径大约在8~10μm之间。而单丝直径低于8μm的聚丙烯腈纤维原丝在研究和实际应用中都鲜有报道。

现有技术中，主要是通过匹配小孔径喷丝板和高倍多级牵伸等技术手段实现原丝的细径化；但是，该技术手段对原丝的生产设备要求高，使得生产设备复杂、成本高，不利于生产效率的提升。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种聚丙烯腈纤维及其制备方法、聚丙烯腈基碳纤维，主要目的在于：采用常规孔径的喷丝板及常规的牵伸倍数，就能制备出细直径的聚丙烯腈纤维。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种聚丙烯腈纤维的制备方法，其中，其包括如下步骤：

喷丝：纺丝液经计量装置计量后通过喷丝板形成纺丝细流；

凝固成型：所述纺丝细流经凝固成型处理后，形成初生纤维；

后处理：对所述初生纤维进行后处理，得到聚丙烯腈纤维；

其中，在所述喷丝步骤中，满足如下条件：

V1=V2=π×R²×v×N×λ；

其中，V1为所述纺丝液的计量体积cc/min；V2为所述喷丝板喷出的纺丝液的体积cc/min；R为喷丝孔的半径mm；v为所述纺丝液的挤出速度m/min；N为所述喷丝板上的喷丝孔的数量；λ为系数因子，且λ为0.33-0.50。

优选的，所述计量装置选用计量泵；和/或

所述纺丝液的计量体积由所述计量装置的规格和计量装置的转速确定，具体如下：V1=Q×n；其中，V1为所述纺丝液的计量体积cc/min、Q为所述计量装置的规格cc/r、n为所述计量装置的转速r/min。

优选的，所述聚丙烯腈纤维的制备方法是采用湿法纺丝的工艺；优选的，所述纺丝液的挤出速度为15-25m/min；优选的，所述喷丝孔为圆形喷丝孔、所述喷丝孔的直径为0.055-0.065mm；优选的，所述喷丝板上的喷丝孔的数量为3K-24K。