CN102677209A

CN102677209A - 一种聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液及制备方法和应用

Info

Publication number: CN102677209A
Application number: CN2012101600244A
Authority: CN
Inventors: 吕春祥; 蔡文有; 李东升; 杨章玄; 张君翔; 张寿春; 赵振波; 毛毅兴; 李燕生; 李文君; 郝俊杰
Original assignee: Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Current assignee: Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2012-09-19

Abstract

一种聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液是由二甲基亚砜、水和第三组分组成，其组成为：二甲基亚砜和水按体积比为二甲基亚砜：水＝（120-230）：100，第三组分在二甲基亚砜水溶液中的含量为0.02mol/L～0.08mol/L。采用如下制备方法将二甲基亚砜和水按体积比二甲基亚砜：水为（120-230）：100混合，于45-60℃混合均匀，得到二甲基亚砜水溶液；向二甲基亚砜水溶液中加入第三组分，第三组分在二甲基亚砜水溶液中的含量为0.02mol/L～0.08mol/L，混合均匀得到聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液。本发明具有能提高聚丙烯腈原丝性能和加快纺丝速度的优点。

Description

一种聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液及制备方法和应用

技术领域

本发明属于一种凝固浴溶液及制备方法和应用，具体地说涉及一种能提高聚丙烯腈基原丝性能的凝固浴溶液及制备方法和应用。

背景技术

高质量的原丝是生产高性能聚丙烯腈基碳纤维的基础。影响原丝性能的因素包括聚合物的性能和原丝的纺丝工艺。原丝的纺丝工艺包括凝固、水洗、牵伸、上油、松弛热定型和干燥致密化等。其中凝固是影响原丝结构和性能的关键步骤。凝固是指纺丝液从喷丝板挤出后进入凝固浴，经过双扩散凝固成纤维的过程，即纺丝液细流中的溶剂，如二甲基亚砜，向凝固浴中扩散，凝固浴中的不良溶剂（一般为水）向纺丝液细流中扩散的过程。双扩散的速度和稳定程度是影响原丝结构和性能的关键因素，因为它直接决定初生纤维的截面形状和均匀程度。双扩散过程的主要影响因素是凝固浴浓度、组成和温度。

现阶段主要是通过控制凝固浴浓度和温度实现对双扩散过程的控制。为了温和可控地完成双扩散，一般采用较高的凝固浴浓度和温度，或较低的凝固浴浓度和温度。这两种方法可以实现初生纤维圆形截面但是双扩散速度慢、速度变化快，而且不利于提高纺丝速度和纤维里外的均匀性，即无法实现加快双扩散过程的同时减小双扩散速度变化的程度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能提高聚丙烯腈原丝性能和加快纺丝速度的凝固浴溶液及制备方法和应用。

本发明的聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液是由二甲基亚砜、水和第三组分组成，其组成为：

二甲基亚砜和水按体积比为二甲基亚砜：水＝（120-230）：100，第三组分在二甲基亚砜水溶液中的含量为0.02mol/L～0.08mol/L。

如上所述的第三组分是C₁～C₅之间的醇类、C₁～C₃之间酮类或含氮的无机碱性化合物。醇类主要包括乙醇、丙醇或乙二醇等，酮类主要包括丙酮或丁酮等，含氮的无机碱性化合物，例如氢氧化铵、碳酸氢铵、碳酸铵、硫酸氢铵、氯化铵、溴化铵、磷酸二氢铵或磷酸氢二铵等。

本发明具体的制备方法包括如下步骤：

（1）将二甲基亚砜和水按体积比二甲基亚砜：水为（120-230）：100混合，于45-60℃混合均匀，得到二甲基亚砜水溶液；

（2）向二甲基亚砜水溶液中加入第三组分，第三组分在二甲基亚砜水溶液中的含量为0.02mol/L～0.08mol/L，混合均匀得到聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液。

本发明的应用如下：

（1）将聚丙烯腈初生丝条浸入聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液中，浸渍时间为2－6秒，得到初生纤维；

（2）对聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液中的二甲基亚砜和第三组分在线检测，向溶液中补充去离子水和第三组分，使总水量与凝固浴中二甲基亚砜含量的体积比二甲基亚砜：水为（120-230）：100，第三组分在二甲基亚砜水溶液中的含量为0.02mol/L～0.08mol/L。

本发明的优点如下：

1. 本发明优化凝固浴各组分的配比，并在凝固浴中加入第三组分，有利于减缓凝固浴中双扩散速度的变化速率，有利于提高原丝性能。

2. 采用本发明的方法可以实现高温低浓条件下纺丝，即提高双扩散速度同时减小双扩散变化速率，有利于提高原丝性能的同时加快纺丝速度。

3. 采用本发明的方法可以在较高的温度下，仍可获得致密性高，表面沟槽结构规整且截面形状比较圆的原丝。原丝的体密度可达到1.19g/cm³或以上。

附图说明

图1是实施例1电镜图片；

图2是实施例2电镜图片；

图3是实施例3电镜图片；

图4是实施例4电镜图片；

图5是实施例5电镜图片。

具体实施方式

下面，通过以下实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

（1）将二甲基亚砜和水按体积比二甲基亚砜：水为120:100混合，于45℃混合均匀，制得二甲基亚砜水溶液。

（2）向二甲基亚砜水溶液中加入乙二醇，于45℃混合均匀，使二甲基亚砜水溶液中乙二醇含量为0.02mol/L，得到凝固浴溶液。

（3）纺丝液通过喷丝头进入凝固浴溶液形成初生纤维，纤维在凝固浴中的停留时间为4秒。

用扫描电镜对制得的初生纤维进行分析，电镜图片（图1）表面初生纤维截面形貌较圆。用比重法测量纤维体密度，纤维体密度为1.190g/cm³。

实施例2：

1、将二甲基亚砜和水按体积比二甲基亚砜：水为160:100混合，于50℃混合均匀，制得二甲基亚砜水溶液。

2、向二甲基亚砜水溶液中加入丙酮，于50℃混合均匀，使二甲基亚砜水溶液中丙酮含量为0.04mol/L，得到凝固浴溶液。

3、纺丝液通过喷丝头进入凝固浴形成初生纤维，纤维在凝固浴中的停留时间为3.2秒。

用扫描电镜对制得的初生纤维进行分析，电镜图片（图2）表面初生纤维截面形貌较圆。用比重法测量纤维体密度，纤维体密度为1.192g/cm³。

实施例3：

（1）将二甲基亚砜和水按体积比二甲基亚砜：水为200:100混合，于60℃混合均匀，制得二甲基亚砜水溶液。

（2）向二甲基亚砜水溶液中加入碳酸铵，于55℃混合均匀，使二甲基亚砜水溶液中碳酸铵含量为0.04mol/L，得到凝固浴溶液。

（3）纺丝液通过喷丝头进入凝固浴形成初生纤维，纤维在凝固浴中的停留时间为5秒。

用扫描电镜对制得的初生纤维进行分析，电镜图片（图3）表面初生纤维截面形貌较圆。用比重法测量纤维体密度，纤维体密度为1.192g/cm³。

实施例4：

（1）将二甲基亚砜和水按体积比二甲基亚砜：水为230:100混合，于55℃混合均匀，制得二甲基亚砜水溶液。

（2）向二甲基亚砜水溶液中加入硫酸铵，于55℃混合均匀，使二甲基亚砜水溶液中硫酸铵含量为0.08mol/L，得到凝固浴溶液。

（3）纺丝液通过喷丝头进入凝固浴形成初生纤维，纤维在凝固浴中的停留时间为6秒。

用扫描电镜对制得的初生纤维进行分析，电镜图片（图4）表面初生纤维截面形貌较圆。用比重法测量纤维体密度，纤维体密度为1.190g/cm³。

实施例5：

（2）向二甲基亚砜水溶液中加入氨水，于55℃混合均匀，使二甲基亚砜水溶液中氨水含量为0.08mol/L，得到凝固浴溶液。

（3）纺丝液通过喷丝头进入凝固浴形成初生纤维，纤维在凝固浴中的停留时间为2秒。

用扫描电镜对制得的初生纤维进行分析，电镜图片（图5）表面初生纤维截面形貌较圆。用比重法测量纤维体密度，纤维体密度为1.193g/cm³。

Claims

1. 一种聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液，,其特征在于聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液是由二甲基亚砜、水和第三组分组成，其组成为：

2.如权利要求1所述的一种聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液，,其特征在于所述的第三组分是C₁～C₅之间的醇类、C₁～C₃之间酮类或含氮的无机碱性化合物。

3.如权利要求2所述的一种聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液，,其特征在于所述的C₁～C₅之间的醇类为乙醇、丙醇或乙二醇。

4.如权利要求2所述的一种聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液，,其特征在于所述的C₁～C₃之间酮类是丙酮或丁酮。

5.如权利要求2所述的一种聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液，,其特征在于所述的含氮的无机碱性化合物为氢氧化铵、碳酸氢铵、碳酸铵、硫酸氢铵、氯化铵、溴化铵、磷酸二氢铵或磷酸氢二铵。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

7.如权利要求1-5任一项所述的一种聚丙烯腈基原丝凝固浴溶液的应用，其特征在于包括如下步骤：