CN105603543A - 聚丙烯腈溶液的喷丝方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚丙烯腈溶液的喷丝方法，主要解决现有技术中纺丝组件密封性差、纺丝压力高和凝固浴的初生纤维断丝多的技术问题。本发明通过采用一种聚丙烯腈溶液的喷丝方法，包括以下步骤：分子量为8万到20万，粘度为60Pa·s到120Pa·s的聚丙烯腈/二甲基亚砜溶液，采用嵌入式纺丝组件，经多层组合过滤网过滤和一种分配板分配后，经喷丝板挤出进入凝固浴，经凝固后形成凝固丝条的技术方案较好的解决了该问题，可用于聚丙烯腈基碳纤维原丝的工业生产中。

Description

聚丙烯腈溶液的喷丝方法

技术领域

本发明属于一种碳纤维用聚丙烯腈原丝的制备方法，具体的说涉及一种聚丙烯腈/二甲基亚砜溶液的喷丝方法。

背景技术

从上个世纪50年代开始，发达国家为研发大型火箭和人造卫星以及全面提高飞机性能，急需新型结构材料及耐腐蚀材料，使碳纤维重新出现在新材料的舞台上，并逐步形成了PAN基碳纤维、黏胶基碳纤维和沥青基碳纤维的三大原料体系。由于PAN基碳纤维生产工艺较其他方法简单，产品的力学性能良好，因此得到了迅速发展，成为当前生产碳纤维的主流。

PAN基碳纤维具有高强度、高模量、耐高温和耐腐蚀等优异性能，被广泛应用于航空航天、国防军事等领域。此外，在飞机工业、汽车行业、船舶制造、医疗器械、体育运动器材和新型建材等领域亦有广阔的应用前景。制备PAN基碳纤维主要包括以下环节：聚合纺丝、PAN原丝的热稳定化以及PAN稳定化纤维的碳化或进一步的石墨化。聚合纺丝过程主要包括单体聚合、脱单脱跑和纺丝。纺丝工艺有湿法、干湿法和熔融法三种，湿法纺丝是目前应用最广泛的工艺。湿法纺丝中容易控制原丝质量，得到原丝纤度离散较小、溶剂残留较少，其工艺相对较为成熟。

优质PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件，也是影响碳纤维质量最关键的因素之一。所制备的原丝要实现高纯化、高强化、细旦化和致密化；单丝之间分线性好，原丝表面不能有明显缺陷。制备高品质碳纤维的前提条件是必须使用优质的聚丙烯腈原丝，这是多年经验的总结，只有好的纺丝原液才能纺制出优质的聚丙烯腈原丝。好的纺丝原液，除了要求聚丙烯腈分子链结构规整、无支化无交联且共聚单体在主链上分布均匀外，还必须具有适中的粘度、高分子量和适当的分子量分布。

纺丝溶液的粘度与固含量、转化率、聚丙烯腈的分子量及其分布有关。聚丙烯腈的分子量越高、分子量分布越窄、固含量越高、聚合反应的转化率越大，纺丝溶液的粘度就越高。运用高粘度高分子量的纺丝溶液纺丝，可以得到力学性能好的聚丙烯腈原丝。高粘度高分子量的纺丝溶液，由于其流动性较差，可纺性不好，容易引起喷丝孔堵塞、纺丝液在喷丝板表面漫流等现象，造成毛丝、断丝以及纤维表面的缺陷，严重降低聚丙烯腈原丝的品质。

国内专利CN102453972A公开了一种聚丙烯腈原丝的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈纺丝原液经纺丝后喷入脂肪醇凝固浴中进行凝固得到初级凝胶丝条；(2)将所述初级凝胶丝条加入至少一级无机盐水溶液凝固浴中进行凝固得到聚丙烯腈凝固丝条；(3)将所述聚丙烯腈凝固丝条进行水洗并经干燥即得所述聚丙烯腈原丝，本发明在不改变现有工艺方法的情况下，仅增加一段由脂肪醇和无机盐的水溶液组成的凝固浴即可得到结构更致密、性能更优良的聚丙烯腈原丝。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中纺丝组件密封性差、纺丝压力高和凝固浴的初生纤维断丝多的技术问题。提供了一种聚丙烯腈溶液的喷丝方法，该方法采用嵌入式喷丝头作为纺丝组件，分子量为8万到20万，粘度为60Pa·s到120Pa·s的聚丙烯腈/二甲基亚砜溶液经多级组合过滤网过滤和一种分配板分配后，经喷丝板挤出进入凝固浴，经凝固后形成凝固丝条，获得一种聚丙烯腈的凝固丝条；具有纺丝组件的密封性好、纺丝压力低和凝固浴的初生纤维断丝少的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种聚丙烯腈溶液的喷丝方法，采用湿法纺丝，包括以下步骤：

(1)纺丝原液制备：将丙烯腈和共聚单体溶于溶剂中，在引发剂存在下聚合反应得到聚合原液，再脱除未反应的单体和反应生成的气泡，得到纺丝原液。

(2)凝固成型：将纺丝原液经过计量泵计量，过滤后，通过嵌入式纺丝组件挤出进入凝固液中凝固，得到凝固丝条；

其中，所述纺丝原液中聚丙烯腈的分子量为8万到20万，纺丝原液粘度为60Pa·s到120Pa·s；所述纺丝原液经过的管道、过滤器和纺丝组件需要保温，保温温度不低于50℃；所述嵌入式纺丝组件，包括喷丝板1、螺旋头2、分配板3、多层组合过滤网4、喷丝头夹套5、垫圈、喷丝头10；其中，喷丝板1、分配板3、垫圈、多层组合过滤网4位于喷丝头的嵌入式凹槽内；螺旋头2和喷丝头10之间可拆卸的密封固定连接；所述多层过滤网为至少4层的组合过滤网，两侧为支撑网，中间为过滤网。

上述技术方案中，所述垫圈优选包括第一垫圈6、第二垫圈7、第三垫圈8和第四垫圈9；其中，螺旋头2和喷丝板1之间由第一垫圈6分隔；喷丝板1和分配板3之间由第二垫圈7分隔；分配板3和多层组合过滤网4之间由第三垫圈8分隔；多层组合过滤网4和喷丝头10之间由第四垫圈9分隔。

上述技术方案中，所述第一垫圈6、第二垫圈7、第三垫圈8和第四垫圈9优选尺寸和形状都相同，材质优选为聚四氟乙烯。

上述技术方案中，所述喷丝头10的嵌入式凹槽内，组件的安装顺序优选为：依次为第四垫圈9、多层组合过滤网4、第三垫圈8、分配板3、第二垫圈7、喷丝板1、第一垫圈6、螺旋头2。

上述技术方案中，所述多层组合过滤网4优选包括支撑层和过滤层；其两侧为支撑层，支撑层的层数不少于2；中间为过滤层，过滤层的层数至少为1；进一步优选多层组合过滤网4中间的过滤层为两层及以上，每层的过滤精度可以相同，也可以不同，每层的过滤精度不小于1微米。

上述技术方案中，所述喷丝头10内包含有喷丝头夹套5，喷丝头夹套5内通循环水保温。

上述技术方案中，所述多层组合过滤网4，包括包边、至少一层第一支撑层、至少一层第一过滤层、至少一层第二过滤层、至少一层第二支撑层；第一支撑层、第一过滤层、第二过滤层和第二支撑层位于包边的凹槽内，并由包边固定为一体，第一支撑层和第二支撑层位于过滤装置的两侧，第一过滤层和第二过滤层位于过滤装置的中间。

上述技术方案中，所述第一支撑层和第二支撑层的材质优选为钢丝；钢丝的直径优选为80～500μm，更优选为350～450μm。

上述技术方案中，所述第一支撑层和第二支撑层的过滤目数独立优选为10～100目，更优选为50～70目。

上述技术方案中，所述第一过滤层和第二过滤层的材质优选为钢丝。

上述技术方案中，所述第一过滤层和第二过滤层的过滤目数优选不同，第一过滤层的过滤目数优选为1600～3000目，更优选为2000～2500目；第二过滤层的过滤目数优选为3000～7000目，更优选为5000～6500目。

上述技术方案中，所述的第一支撑层和第二支撑层的过滤精度更优选为35～60目。

上述技术方案中，所述的第一过滤层的过滤精度更优选为2000～3000目，第二过滤层的过滤精度更优选为4000～6000目。

上述技术方案中，所述分配板3上的开孔形状优选为圆形，开孔的分布符合环形阵列分布。

上述技术方案中，所述所述分配板(3)中心的开孔的孔直径优选为5～10mm，环状阵列分布的环数优选为n＝3～10，第n环上开孔的直径为第(n-1)环上开孔的直径的1/2；第n环上上开孔的数目为第(n-1)环上开孔的数目的2倍。

上述技术方案中，所述的分配板中心的开孔的直径优选为5～10mm，环状阵列分布的环数优选为5～10。

上述技术方案中，所述螺旋头2和喷丝头10之间可拆卸的密封固定连接，可以采用本领域常用的技术手段，本领域技术人员可以进行常规选择，例如但不限定为螺纹连接、卡扣连接、紧压密封等方式。上述技术方案中，优选方案为：纺丝原液先经过第一过滤层过滤，然后再经过第二过滤层过滤，纺丝压力为聚丙烯腈溶液经过过滤、分配和从喷丝板挤出所需要的压力，纺丝压力优选为小于10公斤；凝固浴的牵伸率为出凝固浴的凝固丝条的线速度与出喷丝板的聚丙烯腈溶液的线速度的比值，凝固浴的牵伸优选为-50％到10％；凝固浴中的凝固液为二甲基亚砜的水溶液，质量浓度优选为30％～90％，温度优选为20℃～70℃。

上述技术方案中，进一步优选方案为：所述纺丝原液中聚丙烯腈的分子量更优选为10万到15万，纺丝原液粘度更优选为70Pa·s到90Pa·s；所述纺丝原液经过的管道、过滤器和纺丝组件需要保温，保温温度更优选为55℃到65℃；所述的多层组合过滤网，两侧的两层支撑网的钢丝直径更优选为350～450um，两层支撑网的过滤目数更优选为50～70；纺丝压力更优选为小于8公斤；凝固浴的牵伸更优选为-40％到-10％；凝固浴中的凝固液为二甲基亚砜的水溶液，质量浓度更优选为50％～80％，温度更优选为40℃～60℃。

上述技术方案中，进一步优选方案为：所述纺丝原液中聚丙烯腈的分子量更优选为12万到14万，纺丝原液粘度更优选为75Pa·s到85Pa·s；所述纺丝原液经过的管道、过滤器和纺丝组件需要保温，保温温度更优选为60℃到64℃；所述的多层组合过滤网，两侧的两层支撑网的钢丝直径更优选为400～430um，两层支撑网的过滤目数更优选为60～70；所述的多层组合过滤网，中间的两层过滤网的过滤网的过滤目数不同，纺丝原液先经过第一过滤层过滤，然后再经过第二过滤层过滤，第一过滤层的过滤目数更优选为2500目，第二过滤层的过滤目数优选为6000目；所述纺丝原液经过的管道、过滤器和纺丝组件需要保温，保温温度更优选为63℃到68℃；纺丝压力更优选为5公斤到7公斤；凝固浴的牵伸更优选为-35％到-15％；凝固浴中的凝固液为二甲基亚砜的水溶液，质量浓度更优选为65％～75％，温度更优选为45℃～55℃。

本发明的优点在于：

1.不同于以往的纺丝组件，本发明采用了带有嵌入式凹槽结构的喷丝头，并配有保温设计。喷丝头的嵌入式凹槽内，可以放入垫圈、过滤网和分配板。该结构的喷丝头，使纺丝组件的安装更加方便快捷，并且极大地提高了纺丝组件的密封性能；

2.本发明采用了多层组合的过滤网，过滤网两侧的支撑层提高了过滤网的尺寸稳定性，使其在高纺丝压力的冲击下不变形；

3.本发明采用了多层组合的过滤网，过滤网中间的两层过滤网分别起到不同的过滤效果，经过滤后的纺丝原液的可纺性明显提高；

4.本分明采用了新型结构设计的分配板，使纺丝原液在纺丝组件内流动场更加均匀，消除了纺丝原液在流动方向上的径向速度差，大大减小了第一凝固浴内断丝现象发生的概率。

5.运用本发明的纺丝方法纺制的聚丙烯腈纤维，具有断头率低，纤维强度高和离散系数小的优点；

采用本发明的技术方案，喷丝24小时到100小时，纺丝组件附近无漏浆，纺丝压力小于10公斤，凝固浴的初生纤维断丝质量小于3g；较好的解决了该问题，可用于聚丙烯腈基碳纤维原丝的工业生产中，取得了较好技术效果。

以下是本发明的具体实施方法，同时举出比较例进行具体地说明。

附图说明

图1为本发明嵌入式纺丝组件的结构示意图。

图2为本发明嵌入式喷丝头的结构示意图。

图3为传统的喷丝头及纺丝组件的结构示意图(比较例)。

图4为本发明多层组合过滤网的示意图。

图5为本发明新型分配板的结构示意图。

图中，1为喷丝板，2为螺旋头，3为分配板，4为多层组合过滤网，5为喷丝头夹套，6为第一垫圈，7为第二垫圈，8为第三垫圈，9为第四垫圈，10为喷丝头，11为包边，12为第一支撑层，13为第一过滤层，14为第二过滤层，15为第二支撑层；16为分配板。

具体实施方式

【实施例1】

(1)原液制备：将丙烯腈、衣康酸和甲基丙烯酸甲酯加入到聚合釜中，然后加入引发剂和二甲基亚砜，在40℃的温度下反应10个小时，再脱除未反应的单体和反应生成的气泡，得到纺丝原液，引发剂为偶氮二异庚腈，丙烯腈和共聚单体的质量比例为98.5:1.5，引发剂占总单体的质量百分数为0.08％，总的单体浓度为15％，经过过滤得到高性能聚丙烯腈共聚物纺丝原液，纺丝原液子量为11万，分子量分布在2.0，粘度在60℃下为90Pa·S，纺丝原液温度为60℃。

(2)原液的输送、过滤和分配：采用嵌入式喷丝头，管道、过滤器和纺丝组件的保温温度60℃；过滤网两侧的两层支撑网的钢丝直径为100um，过滤目数为50，第一过滤层过滤目数为2000，第二过滤层过滤目数为5000；分配板的开孔形状为圆形，开孔数符合环状阵列分布，共5环，第一环孔直径10mm，孔数目1个；第二环孔直径5mm，孔数目4个；第三环孔直径2.5mm，孔数目8个；第四环孔直径1.25mm，孔数目16个；第五环孔直径0.625mm，孔数目32个。

(3)凝固成型：本发明采用湿法纺丝的方法进行制备，纺丝原液经过计量泵计量、过滤后，通过喷丝头挤出后经过凝固，得到凝固丝条，凝固浴的牵伸为-40％，凝固浴的浓度为55wt％，温度为45℃。

组件密封性好，纺丝100小时后，纺丝组件附近无漏浆的情况发生，纺丝压力为5.7公斤，凝固浴的初生纤维的断丝质量为0.5g。

【实施例2】

(1)原液制备：将丙烯腈、衣康酸铵和甲基丙烯酸加入到聚合釜中，然后加入引发剂和二甲基亚砜，在60℃的温度下反应24个小时，再脱除未反应的单体和反应生成的气泡，得到纺丝原液，引发剂为偶氮二异丁腈，丙烯腈和共聚单体的质量比例为90:10，引发剂占总单体的质量百分数为0.25％，总的单体浓度为25％，经过过滤得到高性能聚丙烯腈共聚物纺丝原液，纺丝原液子量为20万，分子量分布在1.8，粘度在60℃下为120Pa·S，纺丝原液温度为60℃。

(2)原液的输送、过滤和分配：采用嵌入式喷丝头，管道、过滤器和纺丝组件的保温温度65℃；过滤网两侧的两层支撑网的钢丝直径为80um，过滤目数为10，第一过滤层过滤目数为1600，第二过滤层过滤目数为3000；分配板的开孔形状为圆形，开孔数符合环状阵列分布，共3环，第一环孔直径5mm，孔数目1个；第二环孔直径2.5mm，孔数目16个；第三环孔直径1.25mm，孔数目32个。

(3)凝固成型：本发明采用湿法纺丝的方法进行制备，纺丝原液经过计量泵计量，过滤后，通过喷丝头挤出后经过凝固，得到凝固丝条；凝固浴的牵伸为-50％，凝固浴的浓度为30wt％，温度为70℃。

组件密封性好，纺丝24小时后，纺丝组件附近无漏浆的情况发生纺丝压力为9.9公斤，凝固浴的初生纤维的断丝质量为2.9g。

【实施例3】

(1)原液制备：将丙烯腈、衣康酸加入到聚合釜中，然后加入引发剂和二甲基亚砜，在65℃的温度下反应30个小时，再脱除未反应的单体和反应生成的气泡，得到纺丝原液，引发剂为偶氮二异丁腈，丙烯腈和共聚单体的质量比例为95:5，引发剂占总单体的质量百分数为0.2％，总的单体浓度为20％，经过过滤得到高性能聚丙烯腈共聚物纺丝原液，纺丝原液子量为8万，分子量分布在15，粘度在60℃下为60Pa·S，纺丝原液温度为60℃。

(2)原液的输送、过滤和分配：采用嵌入式喷丝头，管道、过滤器和纺丝组件的保温温度70℃；过滤网两侧的两层支撑网的钢丝直径为500um，过滤目数为100，第一过滤层过滤目数为3000，第二过滤层过滤目数为7000；分配板的开孔形状为圆形，开孔数符合环状阵列分布，共5环，第一环孔直径8mm，孔数目1个；第二环孔直径4mm，孔数目8个；第三环孔直径2mm，孔数目16个；第四环孔直径1mm，孔数目32个；第五环孔直径0.5mm，孔数目64个。

(3)凝固成型：本发明采用湿法纺丝的方法进行制备，纺丝原液经过计量泵计量，过滤后，通过喷丝头挤出后经过凝固，得到凝固丝条；凝固浴的牵伸为10％，凝固浴的浓度为90wt％，温度为20℃。

组件密封性好，纺丝96小时后，纺丝组件附近无漏浆的情况发生，纺丝压力为8公斤，凝固浴的初生纤维的断丝质量为1.5g。

【实施例4】

(1)原液制备：将丙烯腈和丙烯酸甲酯加入到聚合釜中，然后加入引发剂和二甲基亚砜，在59℃的温度下反应18个小时，再脱除未反应的单体和反应生成的气泡，得到纺丝原液，引发剂为偶氮二异丁腈，丙烯腈和共聚单体的质量比例为97.5:2.5，引发剂占总单体的质量百分数为0.18％，总的单体浓度为21％，经过过滤得到高性能聚丙烯腈共聚物纺丝原液，纺丝原液子量为15万，分子量分布在2.4，粘度在60℃下为95Pa·S，纺丝原液温度为60℃。

(2)原液的输送、过滤和分配：采用嵌入式喷丝头，管道、过滤器和纺丝组件的保温温度63℃；过滤网两侧的两层支撑网的钢丝直径为200um，过滤目数为50，第一过滤层过滤目数为2000，第二过滤层过滤目数为5000；分配板的开孔形状为圆形，开孔数符合环状阵列分布，共5环，第一环孔直径8mm，孔数目1个；第二环孔直径4mm，孔数目8个；第三环孔直径2mm，孔数目16个；第四环孔直径1mm，孔数目32个；第五环孔直径0.5mm，孔数目64个。

(3)凝固成型：本发明采用湿法纺丝的方法进行制备，纺丝原液经过计量泵计量，过滤后，通过喷丝头挤出后经过凝固，得到凝固丝条；凝固浴的牵伸为-30％，凝固浴的浓度为71wt％，温度为40℃。

组件密封性好，纺丝90小时后，纺丝组件附近无漏浆的情况发生，纺丝压力为7公斤，凝固浴的断丝质量为2.5g。

【实施例5】

(1)原液制备：将丙烯腈和丙烯酸甲酯加入到聚合釜中，然后加入引发剂和二甲基亚砜，在61℃的温度下反应22个小时，再脱除未反应的单体和反应生成的气泡，得到纺丝原液，引发剂为偶氮二异丁腈，丙烯腈和共聚单体的质量比例为99:1，引发剂占总单体的质量百分数为0.21％，总的单体浓度为19.5％，经过过滤得到高性能聚丙烯腈共聚物纺丝原液，纺丝原液子量为16万，分子量分布在1.5，粘度在60℃下为115Pa·S，纺丝原液温度为60℃。

(2)原液的输送、过滤和分配：采用嵌入式喷丝头，管道、过滤器和纺丝组件的保温温度60℃；过滤网两侧的两层支撑网的钢丝直径为300um，过滤目数为80，第一过滤层过滤目数为2500，第二过滤层过滤目数为5500；配板的开孔形状为圆形，开孔数符合环状阵列分布，共5环，第一环孔直径10mm，孔数目1个；第二环孔直径5mm，孔数目4个；第三环孔直径2.5mm，孔数目8个；第四环孔直径1.25mm，孔数目16个；第五环孔直径0.625mm，孔数目32个。

(3)凝固成型：本发明采用湿法纺丝的方法进行制备，纺丝原液经过计量泵计量，过滤后，通过喷丝头挤出后经过凝固，得到凝固丝条，凝固浴的牵伸为-30％，凝固浴的浓度为70wt％，温度为50℃。

组件密封性好，纺丝98小时后，纺丝组件附近无漏浆的情况发生，纺丝压力为6公斤，凝固浴的初生纤维的断丝质量为2g。

【实施例6】

(1)原液制备：将丙烯腈和衣康酸加入到聚合釜中，然后加入引发剂和二甲基亚砜，在59℃的温度下反应19个小时，再脱除未反应的单体和反应生成的气泡，得到纺丝原液，引发剂为偶氮二异丁腈，丙烯腈和共聚单体的质量比例为95.5:4.5，引发剂占总单体的质量百分数为0.19％，总的单体浓度为21.5％，经过过滤得到高性能聚丙烯腈共聚物纺丝原液，纺丝原液子量为13万，分子量分布在1.3，粘度在60℃下为120Pa·S，纺丝原液温度为60℃。

(2)原液的输送、过滤和分配：采用嵌入式喷丝头，管道、过滤器和纺丝组件的保温温度60℃；过滤网两侧的两层支撑网的钢丝直径为400um，过滤目数为50，第一过滤层过滤目数为2000，第二过滤层过滤目数为6000；分配板的开孔形状为圆形，开孔数符合环状阵列分布，共5环，第一环孔直径10mm，孔数目1个；第二环孔直径5mm，孔数目4个；第三环孔直径2.5mm，孔数目8个；第四环孔直径1.25mm，孔数目16个；第五环孔直径0.625mm，孔数目32个。

(3)凝固成型：本发明采用湿法纺丝的方法进行制备，纺丝原液经过计量泵计量，过滤后，通过喷丝头挤出后经过凝固，得到凝固丝条，凝固浴的牵伸为-35％，凝固浴的浓度为72wt％，温度为35℃。

组件密封性好，纺丝95小时后，纺丝组件附近无漏浆的情况发生，纺丝压力为6.5公斤，凝固浴的初生纤维的断丝质量为1.8g。

【比较例1】

(1)原液制备：将丙烯腈和衣康酸加入到聚合釜中，然后加入引发剂和二甲基亚砜，在59℃的温度下反应19个小时，再脱除未反应的单体和反应生成的气泡，得到纺丝原液，引发剂为偶氮二异庚腈，丙烯腈和共聚单体的质量比例为95.5:4.5，引发剂占总单体的质量百分数为0.19％，总的单体浓度为21.5％，经过过滤得到高性能聚丙烯腈共聚物纺丝原液，纺丝原液子量为13万，分子量分布在1.3，粘度在60℃下为120Pa·S，纺丝原液温度为60℃。

(2)原液的输送、过滤和分配：采用嵌入式的喷丝头，管道、过滤器和纺丝组件的保温温度60℃；过滤装置无支撑层，过滤层为1层，过滤目数为2000，过滤层有金属包边；分配板的开孔形状为圆形，开孔数符合环状阵列分布，共5环，第一环孔直径10mm，孔数目1个；第二环孔直径5mm，孔数目4个；第三环孔直径2.5mm，孔数目8个；第四环孔直径1.25mm，孔数目16个；第五环孔直径0.625mm，孔数目32个。

(3)凝固成型：本发明采用湿法纺丝的方法进行制备，纺丝原液经过计量泵计量，过滤后，通过喷丝头挤出后经过凝固，得到凝固丝条，凝固浴的牵伸为-35％，凝固浴的浓度为72wt％，温度为35℃。。

组件密封性差，纺丝5小时后，纺丝组件附近有大量的漏浆，纺丝压力为3.5公斤，纺丝24小时，收集凝固浴的初生纤维的断丝质量为15g。

【比较例2】

(1)原液制备：将丙烯腈和衣康酸加入到聚合釜中，然后加入引发剂和二甲基亚砜，在59℃的温度下反应19个小时，再脱除未反应的单体和反应生成的气泡，得到纺丝原液，引发剂为偶氮二异丁腈，丙烯腈和共聚单体的质量比例为95.5:4.5，引发剂占总单体的质量百分数为0.19％，总的单体浓度为21.5％，经过过滤得到高性能聚丙烯腈共聚物纺丝原液，纺丝原液子量为13万，分子量分布在1.3，粘度在60℃下为120Pa·S，纺丝原液温度为60℃。

(2)原液的输送、过滤和分配：采用嵌入式喷丝头，管道、过滤器和纺丝组件的保温温度60℃；过滤网两侧的两层支撑网的钢丝直径为400um，过滤目数为50，第一过滤层过滤目数为2000，第二过滤层过滤目数为6000；分配板为传统分配板，分配板结构为开孔形状为圆形，开孔数目符合环形阵列分布，圆形孔的直径为3mm，共5环，第一环孔数目为1个；第二环孔数目为4个，第三环孔数目为8个，第四环孔数目为16个，第五环孔数目为32个。

(3)凝固成型：本发明采用湿法纺丝的方法进行制备，纺丝原液经过计量泵计量，过滤后，通过喷丝头挤出后经过凝固，得到凝固丝条，凝固浴的牵伸为-35％，凝固浴的浓度为72wt％，温度为35℃。

组件密封性非常差，纺丝3小时后，纺丝组件附近有大量的漏浆，并且喷丝板附近有漫板的情况发生，纺丝压力为2公斤，凝固浴的初生纤维的断丝质量为20g。

【比较例3】

(1)原液制备：将丙烯腈和衣康酸加入到聚合釜中，然后加入引发剂和二甲基亚砜，在59℃的温度下反应19个小时，再脱除未反应的单体和反应生成的气泡，得到纺丝原液，引发剂为偶氮二异丁腈，丙烯腈和共聚单体的质量比例为95.5:4.5，引发剂占总单体的质量百分数为0.19％，总的单体浓度为21.5％，经过过滤得到高性能聚丙烯腈共聚物纺丝原液，纺丝原液子量为13万，分子量分布在1.3，粘度在60℃下为120Pa·S，纺丝原液温度为60℃。

(2)原液的输送、过滤和分配：采用传统的喷丝头，管道、过滤器和纺丝组件的保温温度60℃；过滤网两侧的两层支撑网的钢丝直径为400um，过滤目数为50，第一过滤层过滤目数为2000，第二过滤层过滤目数为6000；分配板的开孔形状为圆形，开孔数符合环状阵列分布，共5环，第一环孔直径10mm，孔数目1个；第二环孔直径5mm，孔数目4个；第三环孔直径2.5mm，孔数目8个；第四环孔直径1.25mm，孔数目16个；第五环孔直径0.625mm，孔数目32个。

(3)凝固成型：本发明采用湿法纺丝的方法进行制备，纺丝原液经过计量泵计量，过滤后，通过喷丝头挤出后经过凝固，得到凝固丝条，凝固浴的牵伸为-35％，凝固浴的浓度为72wt％，温度为35℃。

组件密封性非常差，纺丝2小时后，纺丝组件附近有大量的漏浆，并且喷丝板附近有漫板的情况发生，纺丝压力为3.2公斤，凝固浴的初生纤维的断丝质量为25g。

由比较例1、比较例2、比较例3和和实施例6可以看出，采用嵌入式的喷丝头、多层组合的过滤网以及新型结构的分配板进行湿法纺丝，进行聚丙烯腈溶液的喷丝，可以提高纺丝组件的密封性，降低纺丝压力和减少凝固浴的初生纤维的断丝质量，取得了较好的技术效果。

Claims (9)

1.一种聚丙烯腈溶液的喷丝方法，采用湿法纺丝，包括以下步骤：

(1)纺丝原液制备：将丙烯腈和共聚单体溶于溶剂中，在引发剂存在下聚合反应得到聚合溶液，再脱除未反应的单体和反应生成的气泡，得到纺丝原液；

(2)凝固成型：将所述纺丝原液经计量、过滤后，通过嵌入式纺丝组件挤出进入凝固浴中凝固，得到凝固丝条；

其中，所述纺丝原液中聚丙烯腈的分子量为8万到20万，纺丝原液粘度为60Pa·s到120Pa·s；所述纺丝原液经过的管道、过滤器和纺丝组件需要保温，保温温度不低于50℃；所述嵌入式纺丝组件，包括喷丝板、螺旋头、分配板、多层组合过滤网、喷丝头夹套、垫圈、喷丝头；其中，喷丝板、分配板、垫圈、多层组合过滤网位于喷丝头的嵌入式凹槽内；螺旋头和喷丝头之间可拆卸的密封固定连接；所述多层组合过滤网为至少3层的组合过滤网，两侧为支撑网，中间为过滤网。

2.根据权利要求1所述的多层组合过滤网，其特征在于两侧的支撑网的钢丝直径为80～500um，支撑网的过滤目数为10～100目。

3.根据权利要求1所述的多层组合过滤网，其特征在于中间的过滤网的过滤目数不同，纺丝原液先经过第一过滤层过滤，然后再经过第二过滤层过滤，第一过滤层的过滤目数为1600～3000目，第二过滤层的过滤目数为3000～7000目。

4.根据权利要求2所述的摆放在嵌入式喷丝头内的分配板，其特征在于分配板上的开孔形状为圆形，开孔的分布符合环形阵列分布。

5.根据权利要求4所述的分配板，其特征在于分配板中心的开孔的孔直径5～10mm，环状阵列分布的环数为n＝3～10，第n环上开孔的直径为第(n-1)环上开孔的直径的1/2。

6.根据权利要求5所述的分配板，其特征在于分配板的环状阵列分布中，第n环上上开孔的数目为第(n-1)环上开孔的数目的2倍，且n大于2时。

7.根据权利要求1所述的聚丙烯腈溶液的喷丝方法，其特征在于所述的纺丝压力为聚丙烯腈溶液经过过滤、分配和从喷丝板挤出所需要的压力，纺丝压力小于10公斤。

8.根据权利要求1所述的聚丙烯腈溶液的喷丝方法，其特征在于所述凝固浴的牵伸率为出凝固浴的凝固丝条的线速度与出喷丝板的聚丙烯腈溶液的线速度的比值，凝固浴的牵伸为-50％到10％。

9.根据权利要求1所述的聚丙烯腈溶液的喷丝方法，其特征在于凝固浴中的凝固液为二甲基亚砜的水溶液，质量浓度为30％～90％，温度为20℃～70℃。