[发明专利]一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺

说明书

本发明涉及聚丙烯腈基聚合工艺，尤其涉及一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺。其技术要点如下，向聚合釜中加入共聚单体、引发剂体系、复配分子量调节剂和酸化的去离子水，加热保温并搅拌，反应结束后得到聚合液；将聚合液经脱除残留单体、洗涤、烘干得到聚丙烯腈粉末；复配分子量调节剂由多元酚类分子量调节剂和缓释型分子量调节剂组成。本发明提供的制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺，通过对分子量调节剂进行复配使用，获得分子量分布窄、分子量高的聚合物。

技术领域

本发明涉及聚丙烯腈基聚合工艺，尤其涉及一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺。

背景技术

碳纤维是一种含碳量为90％以上的纤维材料，既具有碳材料固有的特性，又兼具纤维的柔软性。广泛应用已经渗透到体育器材、娱乐休闲、旅游设施、汽车轻量化、轨道交通、飞机制造、风力发电、石油、化工、航海、生物医学、建筑、战略导弹、防弹装甲等多个领域，是我国重点发展的战略型新兴材料。聚丙烯腈基碳纤维是以丙烯腈为主要原料，经过聚合、纺丝生产出聚丙烯腈基原丝，原丝在经过预氧化、碳化及表面处理后制得的高性能纤维材料，是目前发展最快、应用最广泛的高性能纤维材料之一。

结合国内外的聚丙烯腈基碳纤维的工艺技术现状进行分析，生产高比强度、高比模量的碳纤维必须从其前驱体—聚丙烯腈基(PAN)原丝来不断优化，聚丙烯腈基原丝的性能和结构在很大程度上决定着碳纤维的质量。研究发现，分子量分布指数越窄的丙烯腈共聚物经脱单脱泡后可以制得高性能的碳纤维原丝，然而，怎样控制丙烯腈共聚物的分子量分布指数是一个技术难点。

有鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺，通过对分子量调节剂进行复配使用，获得分子量分布窄、分子量高的聚合物。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺及其纺丝工艺，通过对分子量调节剂进行复配使用，获得分子量分布窄、分子量高的聚合物。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的一种制备碳纤维原丝用高分子量聚丙烯腈的制备工艺，向聚合釜中加入共聚单体、引发剂体系、复配分子量调节剂和酸化的去离子水，加热保温并搅拌，反应结束后得到聚合液；将聚合液经脱除残留单体、洗涤、烘干得到聚丙烯腈粉末；复配分子量调节剂由多元酚类分子量调节剂和缓释型分子量调节剂组成。多元酚类分子量调节剂在前期能够温和的控制调节共聚物的重均分子量，而缓释型分子量调节剂能够使分子量调节剂缓慢释放，进一步调控共聚物的分子量分布，使分子量分布更窄的同时，减少分子量调节剂对共聚物的不良影响，保证共聚物的高结晶度。

进一步的，缓释型分子量调节剂是核壳结构，壳层是水解明胶，核层是硫醇类分子量调节剂。核壳结构较为稳定，而水解明胶在酸化的去离子水中降解，可分解为小分子氨基酸，羧酸基和衣康酸可以共同接入大分子链的端基，氨基起到中和羧酸基，同样起到分子量调节的作用，在与多元酚类分子量调节剂的协同作用下，进一步缩窄分子量分布，同时保证共聚物的高结晶度。

进一步的，水解明胶和缓释型分子量调节剂的质量比为2:1。

进一步的，多元酚类分子量调节剂和缓释型分子量调节剂的质量比为1～3：1。此种比例能够获得最窄的分子量分布。

进一步的，多元酚类分子量调节剂是苯酚或丁香酚。

进一步的，硫醇类分子量调节剂是s,s’-二(α,α’-二甲基-α”-乙酸)三硫代碳酸酯。该分子量调节剂能够与水解明胶更好的结合。

进一步的，共聚单体包括第一聚合单体丙烯腈、第二聚合单体丙烯酸甲酯和第三聚合单体衣康酸。