CN101245500A - 凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝及制备方法 - Google Patents
凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101245500A CN101245500A CNA2008100351498A CN200810035149A CN101245500A CN 101245500 A CN101245500 A CN 101245500A CN A2008100351498 A CNA2008100351498 A CN A2008100351498A CN 200810035149 A CN200810035149 A CN 200810035149A CN 101245500 A CN101245500 A CN 101245500A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- attapulgite
- polyacrylonitrile
- carbon fiber
- based carbon
- modified polyacrylonitrile
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Artificial Filaments (AREA)
Abstract
本发明涉及一种凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝及制备方法，将聚丙烯腈共聚物与凹凸棒土粒子混合，溶于有机溶剂中，配制成20～25％的纺丝原液，通过湿法纺丝制备得含凹凸棒土重量百分比为0.1～2％改性聚丙烯腈基的碳纤维原丝，该原丝的纤度为3～4.5dtex，拉伸强度为6～9cN/dtex，断裂伸长率为10～12％，并且凹凸棒土在聚丙烯腈原丝中分布均匀。与纯聚丙烯腈原丝相比，经过凹凸棒土改性的聚丙烯腈原丝的强度和断裂伸长率有着明显的提高。
Description
技术领域
本发明属纺织纤维原丝技术领域，特别是涉及一种凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝及其制备方法。
背景技术
碳纤维是20世纪60年代发展起来的一种新型工业材料，其高比强度、高比模量、质轻、耐腐蚀、耐高温、耐疲劳和热膨胀系数小等一系列优点使其在许多领域有着巨大的应用潜力。由于目前还无法直接从元素碳，按照一般的合成方法直接制得碳纤维，因此在碳纤维的生产中只能利用含碳量较高的沥青纤维、再生纤维素纤维及聚丙烯腈纤维等有机高聚物纤维通过预氧化，碳化，石墨化等一系列工艺间接制得。而如今，仅有聚丙烯腈(PAN)基、沥青基和粘胶基纤维三大类原丝具有工业化意义。
由于聚丙烯腈原丝能制得高性能的碳纤维，同时其生产工艺较其它方法简单，产品的力学性能良好，因而已成为生产碳纤维的主要原丝。在制备高性能聚丙烯腈基碳纤维过程中，其前体聚丙烯腈原丝的性能至关重要，如果聚丙烯腈原丝的分子结构和聚集态结构存在不同程度的缺陷，必将严重影响碳纤维的质量和性能。据理论估算，碳纤维的理论强度可以达到100GPa，而目前，由日本东丽公司公开的产品名为T1000的聚丙烯腈基碳纤维的强度为(7.1GPa)，仅为理论强度的(3.94％)。因此如何减少原丝缺陷，进一步提高原丝的力学性能是如今制备碳纤维材料普遍存在的一个问题。
国内外有许多专利对优化原丝质量的方法进行了报道，日本东京三菱丽阳株式会社公开专利CN1316027A，CN1271396A，介绍了一步法纺丝液的制备和热拉伸等纺丝工艺。同时中国专利CN1417394A，CN1536107A，CN85103318A也对制备聚丙烯腈原丝的工艺流程及纺丝液成分优化配比进行了报道。另外，中国专利CN1920132A报道了通过制备异形截面聚丙烯腈原丝的方法来提高原丝的预氧化及碳化性能。
近年来，国内外有文献报道通过添加纳米粒子改性聚合物的应用，如添加凹凸棒土，蒙脱土，碳黑，碳纳米管及二氧化硅纳米粒子等。凹凸棒土又名坡缕石，是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，具有广泛的应用领域。中国专利CN1948604A对凹凸棒土改善纺织浆液进行了报道。而凹凸棒土作为一种填料，在材料中可以起到增强作用。Peng等人研究发现添加纳米凹凸棒土颗粒对提高聚乙烯醇(PVA)纤维强度有着显著的作用【Zhiqin Peng，Dajun Chen.Journal of Polymer Science，Part B：Polymer Physics(2006)，44(14)：1995～2000】，而Wang等人将有机改性的凹凸棒土(AT)与聚丙烯(PP)通过共混仪熔融混合挤出合成复合材料，使材料的强度和硬度有了明显的提高【LihuaWang，Jing Sheng.Polymer，2005，46：6243～6249】。但目前尚未见到通过添加凹凸棒土纳米粒子的方法来提高聚丙烯腈基碳纤维原丝性能的相关报道和专利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝及其制备方法，以提高现有的聚丙烯腈基碳纤维原丝力学性能差、原丝缺陷等问题。
本发明的原理是利用共混的方法，将超声分散好的凹凸棒土加入到聚丙烯腈的有机溶剂中，通过湿法纺丝，制得复合聚丙烯腈基碳纤维原丝，有效提高了原丝得力学性能。
本发明的一种凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基的碳纤维原丝，其成分为聚丙烯腈共聚物和凹凸棒土，二者的重量比范围为100∶0.1～100∶2。
所述聚丙烯腈共聚物是分子量6～10万的碳纤维专用聚丙烯腈。
所述凹凸棒土纳米粒子的粒径范围：粒子直径为20～40nm，粒子长度为1000～2000nm。
所述凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基的碳纤维原丝的纤度为3～4.5dtex，拉伸强度6～9cN/dtex，断裂伸长率为10～12％。
本发明的一种凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)纺丝原液的制备
将凹凸棒土原料在有机溶剂中超声处理1～6小时，经清洗、过滤、干燥得到纯度为90～100％的凹凸棒土；
将该凹凸棒土、碳纤维专用聚丙烯腈粉末和有机溶剂，按照重量比为0.03～0.4∶20～25∶75～80混合溶解，在三口瓶中经过强力搅拌制得浓度为20～25％均匀的纺丝原液，其中，混合搅拌加热温度为50～100℃，搅拌时间为2～10小时；
(2)纺丝过程
将纺丝原液输送到计量泵，经喷丝头挤出后直接进入凝固浴或经空气层再进入凝固浴，在凝固浴中成型，然后进行凝固浴拉伸、水浴和上油过程，纺丝制备得到含重量百分比为0.1～2％凹凸棒土的原丝。
所述凹凸棒土原料是纯度为90～100％的凹凸棒土。
所述有机溶剂是工业纯二甲亚砜(DMSO)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)中的一种或几种混合物。
所述步骤(2)中的纺丝条件是：泵供量为0.5～2g/min；喷丝为50～100孔；凝固浴的组成为纯水和有机溶剂的混合溶液，其浓度范围为：50∶50～20∶80；温度为10～50℃；第一水洗浴是温度为40～60℃的去离子水；第二水浴是温度为70～85℃的去离子水；拉伸倍数为2～7倍；上油为聚丙烯腈基碳纤维原丝专用硅油。
本发明的有益效果：
采用本发明所制备的聚丙烯腈基碳纤维原丝，明显改善了原丝的力学性能，原丝的拉伸强度和断裂伸长率均得到了明显的提高。由这种原丝预氧化和碳化后获的碳纤维性能也有较大幅度的提高，这将为开发新型高性能聚丙烯腈基碳纤维提供了一种新的途径。
附图说明
图1为实施例2的聚丙烯腈基碳纤维原丝截面图，其中凹凸棒土含量为1％；
图2为实施例3的聚丙烯腈基碳纤维原丝截面图，其中凹凸棒土含量为2％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的阐述，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1：空白样
(1)聚丙烯腈粉末和有机溶剂DMSO按照重量比0∶21∶79的比例放入三口瓶中，经强力搅拌2小时，搅拌加热温度为65℃，制得纺丝原液。
(2)原液经湿法纺丝制得不含有凹凸棒土聚丙烯腈基碳纤维原丝，其中湿法纺丝凝固浴为纯水和DMSO混合溶液溶液，凝固浴浓度比例为30∶70；温度为20℃，喷丝孔孔数100，泵供量为0.5g/min，第一去离子水水洗温度为40℃，第二水水洗浴温度为70℃，并上油。该纺丝工艺稳定。
(3)制得凹凸棒土复合聚丙烯腈基碳纤维原丝的拉伸强度为6.90cN/dtex，断裂伸长为10.78％，纤度为4.18dtex。
实施例2
(1)将凹凸棒土加入到有机溶剂DMF中形成悬浮液，超声分散1小时，经清洗，过滤，干燥得到纯化的凹凸棒土。
(2)将凹凸棒土，聚丙烯腈粉末和有机溶剂DMF按照重量比0.1∶20∶80的比例放入三口瓶中，经强力搅拌2小时，搅拌加热温度为60℃，制得纺丝原液。
(3)原液经湿法纺丝制得凹凸棒土含量为0.5％的聚丙烯腈基碳纤维原丝，其中湿法纺丝凝固浴为纯水和DMF混合溶液溶液，凝固浴浓度比例为30∶70；凝固浴温度为15℃，喷丝孔孔数50，泵供量为0.5g/min，第一去离子水水洗温度为40℃，第二水水洗浴温度为70℃，并上油。该纺丝工艺稳定。
(4)制得凹凸棒土复合聚丙烯腈基碳纤维原丝的拉伸强度为7.38cN/dtex，断裂伸长为11.24％，纤度为3.28dtex。
实施例3
(1)将凹凸棒土加入到有机溶剂DMSO中形成悬浮液，超声分散3小时，经清洗，过滤，干燥得到纯化的凹凸棒土。
(2)将凹凸棒土，聚丙烯腈粉末和有机溶剂DMSO按照重量比0.22∶22∶78的比例放入三口瓶中，经强力搅拌4小时，搅拌加热温度为70℃，制得纺丝原液。
(3)原液经湿法纺丝制得凹凸棒土含量为1％的聚丙烯腈基碳纤维原丝，其中湿法纺丝凝固浴为纯水和DMSO混合溶液溶液，凝固浴浓度比例为25∶75；温度为25℃，喷丝孔孔数50，泵供量为1.0g/min，第一去离子水水洗温度为45℃，第二水水洗浴温度为75℃，并上油。该纺丝工艺稳定。
(4)制得凹凸棒土复合聚丙烯腈基碳纤维原丝的拉伸强度为8.13cN/dtex，断裂伸长为11.90％，纤度为4.40dtex。
实施例4
(1)将凹凸棒土加入到有机溶剂DMAc中形成悬浮液，超声分散4小时，经清洗，过滤，干燥得到纯化的凹凸棒土。
(2)将凹凸棒土，聚丙烯腈粉末和有机溶剂DMAc按照重量比0.3∶20∶80的比例放入三口瓶中，经强力搅拌8小时，搅拌加热温度为80℃，制得纺丝原液。
(3)原液经湿法纺丝制得凹凸棒土含量为1.5％的聚丙烯腈基碳纤维原丝，其中湿法纺丝凝固浴为纯水和DMAc混合溶液，凝固浴浓度比例为20∶80；温度为30℃，喷丝孔孔数100，泵供量为1.5g/min，第一去离子水水洗温度为55℃，第二水水洗浴温度为80℃，并上油。
(4)制得凹凸棒土复合聚丙烯腈基碳纤维原丝的拉伸强度为7.98cN/dtex，断裂伸长为10.94％，纤度为3.31dtex。
实施例5
(1)将凹凸棒土加入到有机溶剂DMF中形成悬浮液，超声分散6小时，经清洗，过滤，干燥得到纯化的凹凸棒土。
(2)将凹凸棒土，聚丙烯腈粉末和有机溶剂DMF按照重量比0.4∶20∶80的比例放入三口瓶中，经强力搅拌10小时，搅拌加热温度为95℃，制得纺丝原液。
(3)原液经湿法纺丝制得凹凸棒土含量为2％的聚丙烯腈基碳纤维原丝，其中湿法纺丝凝固浴为纯水和DMF混合溶液溶液，凝固浴浓度比例为30∶70；温度为40℃，喷丝孔孔数100，泵供量为2g/min，第一去离子水水洗温度为60℃，第二水水洗浴温度为85℃，并上油。
(4)制得凹凸棒土复合聚丙烯腈基碳纤维原丝的拉伸强度为7.54cN/dtex，断裂伸长为11.62％，纤度为3.28dtex。
Claims (8)
1.一种凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基的碳纤维原丝，其特征在于：该原丝的成分为聚丙烯腈共聚物和凹凸棒土，二者的重量比范围为100∶0.1～100∶2。
2.根据权利要求1所述的凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基的碳纤维原丝，其特征在于：所述聚丙烯腈共聚物是分子量6～10万的碳纤维专用聚丙烯腈。
3.根据权利要求1所述的凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基的碳纤维原丝，其特征在于：所用凹凸棒土纳米粒子直径为20～40nm，粒子长度为1000～2000nm。
4.根据权利要求1所述的凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基的碳纤维原丝，其特征在于：所述凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基的碳纤维原丝的纤度为3～4.5dtex，拉伸强度6～9cN/dtex，断裂伸长率为10～12％。
5.一种凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)纺丝原液的制备
将凹凸棒土原料在有机溶剂中超声处理1～6小时，经清洗、过滤、干燥得到纯度为90～100％的凹凸棒土；
将该凹凸棒土、碳纤维专用聚丙烯腈粉末和有机溶剂，按照重量比为0.03～0.4∶20～25∶75～80混合溶解，在三口瓶中经过强力搅拌制得浓度为20～25％均匀的纺丝原液，其中，混合搅拌加热温度为50～100℃，搅拌时间为2～10小时；
(2)纺丝过程
将纺丝原液输送到计量泵，经喷丝头挤出后直接进入凝固浴或经空气层再进入凝固浴，在凝固浴中成型，然后进行凝固浴拉伸、水浴和上油过程，纺丝制备得到含重量百分比为0.1～2％凹凸棒土的原丝。
6.根据权利要求5所述的凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法，其特征在于：所述凹凸棒土原料是纯度为90～100％的凹凸棒土。
7.根据权利要求5所述的凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂是工业纯二甲亚砜(DMSO)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)中的一种或几种混合物。
8.根据权利要求5所述的凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的纺丝条件是：泵供量为0.5～2g/min；喷丝为50～100孔；凝固浴的组成为纯水和有机溶剂的混合溶液，其浓度范围为50∶50～20∶80，温度为10～50℃；第一水洗浴是温度为40～60℃的去离子水；第二水浴是温度为70～85℃的去离子水；拉伸倍数为2～7倍；上油为聚丙烯腈基碳纤维原丝专用硅油。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100351498A CN101245500B (zh) | 2008-03-25 | 2008-03-25 | 凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100351498A CN101245500B (zh) | 2008-03-25 | 2008-03-25 | 凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101245500A true CN101245500A (zh) | 2008-08-20 |
| CN101245500B CN101245500B (zh) | 2010-07-21 |
Family
ID=39946175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100351498A Expired - Fee Related CN101245500B (zh) | 2008-03-25 | 2008-03-25 | 凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101245500B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102534870A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-07-04 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种石墨烯改性的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法 |
| CN102586952A (zh) * | 2012-01-09 | 2012-07-18 | 东华大学 | 一种石墨烯增强聚丙烯腈碳纤维的制备方法 |
| CN101724922B (zh) * | 2009-11-26 | 2012-09-05 | 中复神鹰碳纤维有限责任公司 | 一种碳纤维用高强聚丙烯腈基原丝的制备方法 |
| CN106637519A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-10 | 江西师范大学 | 油酸/丙烯腈共聚物基碳纤维的制备方法 |
| CN108286084A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-07-17 | 张彪 | 一种高结晶聚丙烯腈增强聚丙烯腈复合纤维 |
| CN108611705A (zh) * | 2018-04-21 | 2018-10-02 | 郭平 | 一种聚丙烯腈基高性能碳纤维的制备方法 |
| CN112921499A (zh) * | 2020-06-12 | 2021-06-08 | 杭州可靠护理用品股份有限公司 | 一种再生纤维无纺布及其在一次性卫生用品中的应用 |
-
2008
- 2008-03-25 CN CN2008100351498A patent/CN101245500B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101724922B (zh) * | 2009-11-26 | 2012-09-05 | 中复神鹰碳纤维有限责任公司 | 一种碳纤维用高强聚丙烯腈基原丝的制备方法 |
| CN102534870A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-07-04 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种石墨烯改性的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法 |
| CN102586952A (zh) * | 2012-01-09 | 2012-07-18 | 东华大学 | 一种石墨烯增强聚丙烯腈碳纤维的制备方法 |
| CN106637519A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-10 | 江西师范大学 | 油酸/丙烯腈共聚物基碳纤维的制备方法 |
| CN108286084A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-07-17 | 张彪 | 一种高结晶聚丙烯腈增强聚丙烯腈复合纤维 |
| CN108611705A (zh) * | 2018-04-21 | 2018-10-02 | 郭平 | 一种聚丙烯腈基高性能碳纤维的制备方法 |
| CN108611705B (zh) * | 2018-04-21 | 2020-11-20 | 安徽昊华环保科技有限公司 | 一种聚丙烯腈基高性能碳纤维的制备方法 |
| CN112921499A (zh) * | 2020-06-12 | 2021-06-08 | 杭州可靠护理用品股份有限公司 | 一种再生纤维无纺布及其在一次性卫生用品中的应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101245500B (zh) | 2010-07-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101245500B (zh) | 凹凸棒土纳米粒子改性聚丙烯腈基碳纤维原丝及制备方法 | |
| CN1298900C (zh) | 用于轮胎帘布的莱塞尔复丝以及其制造方法 | |
| EP3378978B1 (en) | Modified fiber and preparation method therefor | |
| CN102102233B (zh) | 一种聚丙烯腈基纳米碳纤维原丝的制备方法 | |
| CN101112980A (zh) | 一种用聚丙烯腈(pan)制备纳米碳纤维的方法 | |
| CN1530474A (zh) | 聚乙烯醇纤维以及包含它的无纺布 | |
| CN1576403A (zh) | 溶剂法纤维素纤维复丝 | |
| CN102002772B (zh) | 原位聚合制备聚丙烯腈竹炭复合纤维的方法 | |
| CN105063796A (zh) | 一种高分子复合导电纤维及其制备方法 | |
| CN102277645A (zh) | 一种高性能聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法 | |
| CN1221690C (zh) | 高强聚乙烯纤维的制造方法及纤维 | |
| CN104264264A (zh) | 一种高取向度的聚丙烯腈纤维的制备方法 | |
| CN1730739A (zh) | 一种抗紫外、吸湿快干聚酯纤维的制备方法 | |
| JP5251524B2 (ja) | 高強度かつ高弾性率の炭素繊維を得るための前駆体繊維の製造方法 | |
| Zhang et al. | Wet spun polyacrylonitrile-based hollow-mesoporous fibers with different draw ratios | |
| CN1789503A (zh) | 用于轮胎帘布的莱塞尔复丝以及这种轮胎帘布和轮胎 | |
| CN104088029A (zh) | 一种聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法 | |
| CN102352537B (zh) | 聚丙烯腈基碳纤维原丝的无凝固浴纺丝方法 | |
| CN104264241B (zh) | 一种高异形度有光聚酯涤纶纤维的方法 | |
| CN107151866A (zh) | 醋酸纤维素不织布的混合物纺丝液及其制备方法、不织布 | |
| JP2012193465A (ja) | 炭素繊維用アクリル系前駆体繊維、その製造方法、及びその前駆体繊維から得られる炭素繊維 | |
| CN115506050B (zh) | 一种48k碳纤维原丝的制备方法、48k碳纤维原丝及48k碳纤维 | |
| Ranjan et al. | Multi-walled carbon nanotube/polymer composite: a nano-enabled continuous fiber | |
| CN116288799B (zh) | 一种光致变色海藻纤维及纱线的制备方法 | |
| CN113737393B (zh) | 一种静电纺丝纳米纤维膜及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Lianyungang Yingyou Textile Machinery Co., Ltd. Assignor: Donghua University Contract record no.: 2012320000275 Denomination of invention: Attapulgite nano-particle modified polyacrylonitrile-based carbon fiber protofilament and production method Granted publication date: 20100721 License type: Exclusive License Open date: 20080820 Record date: 20120322 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100721 Termination date: 20170325 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |