[发明专利]一种新型多元聚丙烯腈共聚物及其纺丝原液的制备方法

说明书

本发明适用于高性能纤维制造技术领域，提供了一种新型多元聚丙烯腈共聚物，包括：主单体单元丙烯腈和共聚单体单元乙烯基衍生物，所述主单体单元的质量含量为90～99.99％，共聚单体单元质量含量为0.001～10％；还提供了一种新型多元聚丙烯腈共聚物纺丝原液的制备方法，包括：将主单体单元丙烯腈、共聚单体单元乙烯基衍生物的一种或多种、反应溶剂和引发剂加入到带有搅拌和冷凝装置的反应容器中，升温到35～80℃，通氮气或氩气，在氮气或氩气保护下反应预设时间，然后脱除残余单体和气泡，得到纺丝原液。本发明提供的一种新型多元聚丙烯腈共聚物具有较高亲水性、较低结晶度和环化温度、较温和放热速率以及较高的成碳率。

技术领域

本发明属于高性能纤维制造技术领域，尤其涉及一种新型多元聚丙烯腈共聚物及其纺丝原液的制备方法。

背景技术

碳纤维是一种含碳量在90％以上的一维碳材料，其具有高强、高模、耐高温、耐疲劳和导热导电等特性，广泛应用于航空航天、国防军事等尖端领域和国民经济领域。用于制备碳纤维的前驱体有许多种，其中工业规模的有聚丙烯腈、黏胶和沥青，其中聚丙烯腈基碳纤维的产量占到碳纤维产量的90％以上。

但聚丙烯腈均聚物大分子中的氰基之间存在强的偶极、氢键等相互作用，大分子链堆砌紧密，结晶度较高，亲水性较差；聚丙烯腈均聚物的预氧化以自由基环化机理进行，环化温度高，放热集中，易引起大分子链的断裂、降解，降低甚至无法得到高性能的碳纤维。因此，需要在聚合时加入一定的共聚组分，以降低预氧化过程中的反应活化能，促进环化和交联，缓和预氧化放热反应，改善纤维的致密性和均匀性，提高其强度。

发明内容

本发明提供一种新型多元聚丙烯腈共聚物及其纺丝原液的制备方法，旨在提供一种具有较高亲水性、较低结晶度和环化温度、较温和放热速率以及较高成碳率的多元聚丙烯腈共聚物及其制备方法。

本发明提供了一种新型多元聚丙烯腈共聚物，包括：主单体单元丙烯腈和共聚单体单元乙烯基衍生物，所述乙烯基衍生物的结构通式如下式所示，所述主单体单元的质量含量为90～99.99％，所述共聚单体单元的质量含量为0.001～10％；

本发明还提供了一种新型多元聚丙烯腈共聚物纺丝原液的制备方法，包括如下步骤：

将所述主单体单元丙烯腈、所述共聚单体单元乙烯基衍生物的一种或多种、反应溶剂和引发剂加入到带有搅拌和冷凝装置的反应容器中，升温到35～80℃，通氮气或氩气，在氮气或氩气保护下反应预设时间，然后脱除残余单体和气泡，得到纺丝原液。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供的一种新型多元聚丙烯腈共聚物及其纺丝原液的制备方法，包括主单体单元丙烯腈和共聚单体单元乙烯基衍生物，通过提供这种新型的以乙烯基衍生物为共聚单体的多元聚丙烯腈共聚物，使得其具有提高聚丙烯腈的亲水性，降低聚丙烯腈的结晶度，降低环化起始温度，缓和环化反应放热速率和提高碳纤维的碳产率的效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的聚丙烯腈均聚物和多元聚丙烯腈共聚物的差示扫描热分析图；

图2是本发明实施例提供的聚丙烯腈均聚物和多元聚丙烯腈共聚物的热失重图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。