一种共聚序列分布均匀的聚丙烯腈碳纤维的制备方法

摘要

本发明涉及一种共聚序列分布均匀的聚丙烯腈碳纤维的制备方法，包括：串联釜数目N确定；第三共聚单体分区进料比例确定；以水为介质进行沉淀聚合，干燥制得聚丙烯腈粉末；然后溶解制备纺丝原液，经脱除气泡及过滤后喷丝，凝固成形为初生纤维，经水洗及后处理制成聚丙烯腈基碳纤维原丝；最后经预氧化、炭化及后处理过程制成高性能碳纤维。本发明采用多级串联搅拌釜式聚合反应器，通过第三共聚单体分区按比例补加策略，获得共聚序列分布均匀的PAN共聚物。聚丙烯腈原丝的共聚序列分布均匀性越好，能更大程度避免预氧化过程中纤维“皮-芯”结构出现，有利于氧气在纤维径向的扩散，维持预氧化反应平稳进行和散热控制，最终制得性能优异的碳纤维。

主权项

一种共聚序列分布均匀的聚丙烯腈碳纤维的制备方法，包括：1）串联釜数目N确定：根据PAN共聚物的平均序列长度需求，确定串联的反应釜数目N；2)第三共聚单体分区进料比例的确定：根据串联反应釜的数目和进料流量，确定第三共聚单体的分区进料比例；3）以水为介质进行沉淀聚合，聚合单体包括丙烯腈、牵伸性能改性的第二共聚单体和致密化和稳定化改性的第三共聚单体，以所有聚合单体投料总量计，第二共聚单体的投料量为1～10wt%、第三共聚单体的投料量为0.5～2.5wt%；以聚合釜内总物料为基准，总聚合单体的进料浓度为18～30wt%，控制反应温度为43～60℃，各串联釜内的反应停留时间为15～40min，控制总反应时间为1.0～3.0小时，反应使用的引发剂包括水溶性的氧化剂和还原剂，以所有聚合单体投料总量计，引发剂用量为0.1～1.0%；自最后一釜溢流而出的聚合体通过连续脱单塔，将混合体系中未反应的单体脱出回用，聚合体淤浆经干燥后得到聚丙烯腈粉末；4）步骤3）得到的聚丙烯腈粉末在浓度为50wt%的NaSCN水溶液中进一步溶解，控制混合物中聚丙烯腈树脂的含量为8～14wt%，维持混合物物料温度为100～140℃进行搅拌匀质，直至聚丙烯腈树脂完全溶解，遂得纺丝原液；5）将上述纺丝原液经脱除气泡及过滤后喷丝，经过凝固浴凝固成形为初生纤维，凝固浴为8～16wt%的NaSCN水溶液，凝固浴温度为‑5～1℃；6）步骤5）得到的初生纤维经水洗以及牵伸、上油和干燥致密化，制成聚丙烯腈基碳纤维原丝；7）将上述聚丙烯腈基碳纤维原丝经过预氧化、炭化及后处理过程制成高性能碳纤维，后处理过程包括表面处理和上浆。