[发明专利]高固含量、低粘度的聚丙烯腈悬浊液及其制备方法和应用、聚丙烯腈基碳纤维的制备方法

权利要求书

1.一种聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，包括以下步骤：

将高固含量、低粘度的聚丙烯腈悬浊液依次进行脱单和脱泡，得到纺丝原液；所述纺丝原液中聚丙烯腈的质量浓度为15~50%；所述高固含量、低粘度的聚丙烯腈悬浊液，包括以下质量份数的制备原料：

丙烯腈 20~70份；

第一辅助单体 0~20份；

第二辅助单体 0.1~10份；

聚合介质 20~80份；

引发剂 0.004~1份；

链转移剂 0~5份；

助沉淀剂 0~30份；

所述第一辅助单体包括乙烯基酯类、乙烯基咪唑、4-丙烯酰吗啉和苯乙烯中的一种或多种；所述第二辅助单体包括乙烯基酸类、乙烯基胺类、乙烯基酰胺类和乙烯基酸的铵盐中的一种或多种；所述聚丙烯腈悬浊液中聚丙烯腈的数均分子量为2×10⁴~5×10⁵g/mol；所述聚丙烯腈悬浊液的固含量为15~69%；所述聚合介质包括N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、碳酸乙烯酯、碳酸乙烯酯水溶液、碳酸丙烯酯、碳酸丙烯酯水溶液、硫氰化钠水溶液、氯化锌水溶液、N-甲基吡咯烷酮和乙酸乙酯中的一种或多种；

将所述纺丝原液进行湿法纺丝，得到聚丙烯腈纤维；所述湿法纺丝中所用喷丝板的孔径为50~200μm，长径比为1.5~4:1；所述湿法纺丝中的凝固浴包括依次进行的高浓度凝固浴和至少一级低浓度凝固浴，所述凝固浴包括聚丙烯腈不良溶剂和聚丙烯腈良溶剂，所述高浓度凝固浴中聚丙烯腈良溶剂的质量浓度为50~95%；所述低浓度凝固浴中的第一级低浓度凝固浴中聚丙烯腈良溶剂的质量浓度比高浓度凝固浴中聚丙烯腈良溶剂的质量浓度低5~45%；当所述低浓度凝固浴包括多级时，后一级低凝固浴中聚丙烯腈良溶剂的质量浓度比前一级低浓度凝固浴中聚丙烯腈良溶剂的质量浓度低5~35%；所述湿法纺丝中凝固浴阶段的牵伸为正牵伸；

将所述聚丙烯腈纤维依次进行预氧化和碳化，得到所述聚丙烯腈基碳化纤维；所述预氧化包括依次进行的高压预氧化、常压预氧化和低压预氧化；所述高压预氧化的绝对压力为大于0.1 MPa小于等于2MPa；所述常压预氧化的绝对压力为0.1MPa；所述低压预氧化的绝对压力为小于0.1MPa。

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述乙烯基酯类包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、马来酸二甲酯、衣康酸二甲酯、丙烯酸异丙酯、2-(二甲氨基)丙烯酸乙酯、3-(二甲氨基)丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸乙酯和衣康酸异丁酯中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述乙烯基酸类包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、甲基富马酸、2-丁烯酸、马来酸、甲基马来酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸和甲基丙烯基磺酸中的一种或多种；

所述乙烯基酰胺类包括丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺。

4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述乙烯基胺类包括N,N-二甲基烯丙基胺。

5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述乙烯基酸的铵盐包括衣康酸铵。

6.根据权利要求1~5任一项所述制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈悬浊液的制备方法，包括以下步骤：

将制备原料混合，得到混合原料；

将所述混合原料进行聚合反应，得到所述高固含量、低粘度的聚丙烯腈悬浊液；

所述聚合反应的温度为30~100℃，时间为0.5~24h；所述聚合反应后丙烯腈、第一辅助单体和第二辅助单体的总转化率为15~90%。