CN105755581A - 聚丙烯腈基碳纤维原丝的湿法纺丝制备方法 - Google Patents

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刘芳
夏新强
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Abstract

本发明涉及一种碳纤维原丝的制备方法，特别是一种聚丙烯腈基碳纤维原丝的湿法纺丝制备方法，包括以下步骤：1)将聚丙烯腈基碳纤维的纺丝纺丝原液经计量泵计量后，通过12000孔喷丝头后形成纺丝细流进入凝固浴中，凝固浴为温度60℃至80℃，浓度为30％至50％，PH值为7.0?9.0的二甲基亚砜水溶液；2)在负牵伸为?80％至?25％，凝固浴循环量为1000L/h?2000L/h下进行湿法纺丝，后经水洗、水牵、上油、烘干、蒸牵、热定型、卷绕后得聚丙烯腈基碳纤维原丝，最终纺丝速度达到120?150m/min，在湿法纺丝工程中，对湿法纺丝的凝固成型条件进行改进，提供一种通过高温、低浓度凝固浴成型的方法来减少聚丙烯腈基碳纤维表面缺陷并提高纺丝速度的湿法纺丝方法。

Description

聚丙烯腈基碳纤维原丝的湿法纺丝制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维原丝的制备方法，特别是一种聚丙烯腈基碳纤维原丝的湿法纺丝制备方法。
背景技术
在聚丙烯腈基碳纤维原丝制备过程中，凝固成型是生产的关键环节，因此初生纤维的成型好坏直接影响着原丝和碳丝的综合性能。在湿法纺丝中，凝固成型主要依靠双扩散为成型动力，从而使纺丝细流达到临界浓度，凝固析出从而形成初生纤维。这种成型方式会生成表面沟槽，适当的表面沟槽存在可以使得纤维单丝之间的分纤性得到提高，而且使得纤维比表面积增大，有利于提高复合材料的剪切强度，但是沟槽过深以及沟槽的不均匀性则导致纤维缺陷增多，使得碳纤维的强度，断裂伸长等性能降低。我们研究出在适当的高温、低浓条件下，纤维的表面会有较大的改善，从而获得较高质量的原丝。
发明内容
本发明主要克服在湿法纺丝过程中，对湿法纺丝的凝固成型条件进行改进，提供一种通过高温、低浓度凝固浴成型的方法来减少聚丙烯腈基碳纤维表面缺陷的湿法纺丝方法，主要通过控制较高的凝固浴浓度和较低的凝固浴温度来改善凝固成型时聚丙烯腈基碳纤维表面的沟槽深度和直度，从而提高碳纤维的性能。
本发明的目的在于提供一种聚丙烯腈基碳纤维原丝的湿法纺丝制备方法，包括以下步骤：
1)将聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝原液经计量泵计量后，通过12000孔喷丝头后形成纺丝细流进入凝固浴中，凝固浴为温度60-80℃，浓度为30-50％，PH值为7.0-9.0的二甲基亚砜水溶液；
2)在负牵伸为-80％至-25％，凝固浴循环量为1000-2000L/h下进行湿法纺丝，后经水洗、水牵、上油、烘干、蒸牵、热定型、卷绕后得聚丙烯腈基碳纤维原丝，聚丙烯腈碳纤维纺丝速度达到120-150m/min。
优选的，所述聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝原液为以二甲基亚砜为溶剂，固含量为15％-26％的聚丙烯腈溶液。
优选的，步骤1)中所述聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝原液温度为60-80℃，特性黏度为1.5-1.8。
采用上述聚丙烯腈基碳纤维原丝的湿法纺丝制备方法，本发明具有以下优点：本发明利用控制凝固浴高温、低浓的方法来达到减少表面缺陷的目的，使得以前难处理的表面褶皱达到可控，通过较高温度和较低的凝固浴，并附加一定的负牵伸使纤维的表面褶皱达到理想状态，最大限度地提高碳纤维的性能，并且这种方法提高了纤维的分纤性，有助于生产的稳定提高生产效率。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步阐述本发明，但并不限于下述的实施例。
实施例1
通过热保温水将聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝原液(以二甲基亚砜为溶剂，固含量为15％的聚丙烯腈溶液，特性黏度为1.5)温度控制在60℃，经过12000孔喷丝头挤压进入浓度为30％，温度为60℃，PH值为7.0的凝固浴(凝固浴为二甲基亚砜的水溶液)中，负牵伸为-25％，循环量(单根12K初生纤维)为1000L/h下进行湿法纺丝，后经水洗、水牵、上油、烘干、蒸牵、热定型、卷绕工序后，得到聚丙烯腈基碳纤维原丝，在该制备方法过程中，稍有缠丝，断丝现象，有毛丝产生，稳定性一般，原丝纤度为1.16dtex，聚丙烯腈基碳纤维纺丝速度达到120m/min，原丝抗拉强度强度为5.5CN/dtex，所烧制成的碳丝强度为3.3GPa。
实施例2
通过热保温水将聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝原液(以二甲基亚砜为溶剂，固含量为20％的聚丙烯腈溶液，特性黏度为1.7)温度控制在80℃，经过12000孔喷丝头挤压进入浓度48％，温度为62℃，PH值为7.5的凝固浴(凝固浴为二甲基亚砜的水溶液)中，负牵伸为-30％，循环量(单根12K初生纤维)为1500L/h下进行湿法纺丝，后经水洗、水牵、上油、烘干、蒸牵、热定型、卷绕工序后，得到聚丙烯腈基碳纤维原丝，在该制备方法过程中，稍有缠丝，断丝现象，有毛丝产生，稳定性一般，原丝纤度为1.16dtex，聚丙烯腈基碳纤维纺丝速度达到130m/min，原丝抗拉强度强度为5.8CN/dtex，所烧制成的碳丝强度为3.5GPa。
实施例3
通过热保温水将聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝原液(以二甲基亚砜为溶剂，固含量为26％的聚丙烯腈溶液，特性黏度为1.7)温度控制在65℃，经过12000孔喷丝头挤压进入浓度为35％，温度为65℃，PH值为8的凝固浴(凝固浴为二甲基亚砜的水溶液)中，负牵伸为-50％，循环量(单根12K初生纤维)为1800L/h下进行湿法纺丝，后经水洗、水牵、上油、烘干、蒸牵、热定型工序后，得到聚丙烯腈基碳纤维原丝，在该制备方法过程中，稍有缠丝，断丝现象，无毛丝产生，稳定性较好，原丝纤度为1.16dtex，聚丙烯腈基碳纤维纺丝速度达到130m/min，原丝抗拉强度强度为6.0CN/dtex，所烧碳丝强度为3.6GPa。
实施例4
通过热保温水将聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝原液(以二甲基亚砜为溶剂，固含量为18％的聚丙烯腈溶液，特性黏度为1.7)温度控制在70℃，经过12000孔喷丝头挤压进入浓度为30％，温度为70℃，PH值为9的凝固浴(凝固浴为二甲基亚砜的水溶液)中，负牵伸为-80％，循环量(单根12K初生纤维)为1500L/h下进行湿法纺丝，后经水洗、水牵、上油、烘干、蒸牵、热定型工序后，得到聚丙烯腈基碳纤维原丝，在该制备方法过程中，没有缠丝，断丝现象，无毛丝产生，稳定性较好，原丝纤度为1.16dtex，聚丙烯腈基碳纤维纺丝速度达到140m/min，原丝抗拉强度强度为6.2CN/dtex，所烧碳丝强度为3.8GPa。
实施例5
通过热保温水将聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝原液(以二甲基亚砜为溶剂，固含量为23％的聚丙烯腈溶液，特性黏度为1.8)温度控制在75℃，经过12000孔喷丝头挤压进入浓度为50％，温度为80℃，PH值为8.5的凝固浴(凝固浴为二甲基亚砜的水溶液)中，负牵伸为-70％，循环量(单根12K初生纤维)为2000L/h下进行湿法纺丝，后经水洗、水牵、上油、烘干、蒸牵、热定型、卷绕工序后，得到聚丙烯腈基碳纤维原丝，在该制备方法过程中，没有缠丝，断丝现象，无毛丝产生，稳定性较好，原丝纤度为1.16dtex，聚丙烯腈基碳纤维纺丝速度达到150m/min，原丝抗拉强度强度为6.3CN/dtex，所烧碳丝强度为4.0GPa。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种聚丙烯腈基碳纤维原丝的湿法纺丝制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝原液经计量泵计量后，通过12000孔喷丝头后形成纺丝细流进入凝固浴中，凝固浴为温度60-80℃，浓度为30-50％，PH值为7.0-9.0的二甲基亚砜水溶液；
2)在负牵伸为-80％至-25％，凝固浴循环量为1000-2000L/h下进行湿法纺丝，后经水洗、水牵、上油、烘干、蒸牵、热定型、卷绕后得聚丙烯腈基碳纤维原丝，聚丙烯腈基碳纤维纺丝速度达到120-150m/min。
2.如权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维原丝的湿法纺丝制备方法，其特征在于：所述聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝原液为以二甲基亚砜为溶剂，固含量为15％-26％的聚丙烯腈溶液。
3.如权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法的湿法纺丝制备方法，其特征在于：步骤1)中所述聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝原液温度为60-80℃，特性黏度为1.5-1.8。
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