[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

说明书

本发明属于碳纤维技术领域，具体涉及高固含量、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。本发明提供的一种高固含量、低粘度的聚丙烯腈悬浊液，所述聚丙烯腈悬浊液具有单体浓度高、聚合体系粘度低的优点，利于连续聚合时补加聚合单体的均匀分散的速率和聚合反应热量的传递；形成的微小颗粒有利于活性自由基链的长时间存活，可实现快速聚合和制备较高分子量的聚丙烯腈，经后续脱单和脱泡可进一步形成低粘度、高质量浓度的均相聚丙烯腈纺丝液。利用本发明提供的高质量浓度的均相聚丙烯腈纺丝液进行纺丝制备得到的聚丙烯腈纤维和聚丙烯腈基碳纤维具有较高的单丝拉伸强度。

技术领域

本发明属于碳纤维技术领域，具体涉及高固含量、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。

背景技术

聚丙烯腈基碳纤维因其生产工艺简单、生产成本较低和力学性能优良的特点，已成为发展最快、产量最高、品种最多以及应用最广的一种碳纤维。已在航空航天、国防科技、建筑、体育用品和医疗器械等领域得到广泛的应用。

工业上聚丙烯腈碳纤维的主要制备方法分为均相溶液聚合和水相悬浮聚合两种。中国专利CN200910234654.X、CN200910234653.5、 CN201210058764.7、CN201510434049.2、CN201310128474.X和 CN201010596193.3中公开了均相聚丙烯腈溶液的制备方法，并能够通过聚丙烯腈均相溶液制备聚丙烯腈基碳纤维。但是利用均相溶液聚合方法制备得到的聚丙烯腈制备聚丙烯腈基碳纤维过程中具有聚合周期长、聚合体系粘度大、聚合后期传质传热困难，从而导致制备过程中具有较差的工艺连续性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高固含量、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；本发明提供的聚丙烯腈悬浊液具有聚丙烯腈的固含量较高且粘度低的特点，可直接用于高浓度均相纺丝，操作步骤简单，可用于连续生产。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高固含量、低粘度的聚丙烯腈悬浊液，包括以下质量份数的制备原料：

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％。

优选的，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、甲丙烯酸乙酯和衣康酸异丁酯中的一种或多种。

优选的，所述乙烯基酸类包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、衣康酸铵、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、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯基磺酸胺和苯乙烯磺酸胺中的一种或多种；

所述乙烯基胺类包括二甲基氨基甲基丙烯乙酯、2-乙基氨基甲基丙烯酸乙酯和N,N-二甲基烯丙基胺中的一种或多种。

本发明还提供了上述技术方案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；