械剪切和長(zhǎng)時(shí)間的混合分散過(guò)程，也沒(méi)有嚴(yán)格的加料順序。只要在溫和的攪拌情況下將有效成分和去離子水混合后再進(jìn)行短時(shí)間攪拌即可。配制時(shí)的攪拌速率保持在300rpm即可，加料完畢后再繼續(xù)攪拌時(shí)間1min左右即可。
[0025]以下對(duì)使用本發(fā)明中的油劑進(jìn)行PAN原絲生產(chǎn)的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]本發(fā)明的PAN原絲，是PAN共聚體通過(guò)濕法或干濕法紡絲之后，水洗，用油劑對(duì)水膨潤(rùn)狀態(tài)的纖維進(jìn)行處理，然后在130?200°C熱處理，熱處理后的纖維經(jīng)過(guò)水蒸氣牽伸機(jī)牽伸2-5倍，然后再次用油劑進(jìn)行處理，最后進(jìn)行干燥收絲后得到的。
[0027]PAN共聚體的成分中，丙烯腈單體的摩爾含量至少應(yīng)在95%以上，最好是在98%以上。其余共聚組分為經(jīng)過(guò)選擇的可以與丙烯腈共聚并且對(duì)預(yù)氧化過(guò)程具有促進(jìn)作用的物質(zhì)。具體如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸等。
[0028]紡絲原液通過(guò)溶液聚合法得到，聚合過(guò)程中使用的溶劑為二甲基亞砜。紡絲方法采用濕法紡絲，紡絲原液從噴絲板直接進(jìn)入凝固浴凝固成絲。凝固浴由紡絲液中相同的溶劑和凝固促進(jìn)成分組成。凝固促進(jìn)成分一般是水。凝固浴中溶劑與凝固促進(jìn)成分的比例以及凝固浴的溫度可以根據(jù)得到的凝固絲的致密性表面平滑性以及可紡性進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
[0029]將得到的凝固絲條在50?98°C可控的溫水浴中水洗一次或多次，牽伸。牽伸倍率可以在不發(fā)生斷絲或纖維并絲的范圍內(nèi)適當(dāng)選定。在水洗、牽伸之后，應(yīng)給得到的膨潤(rùn)狀態(tài)的纖維上本發(fā)明的油劑。上油方法是將預(yù)先制備好的油劑分散體系經(jīng)過(guò)一定的稀釋后置于上油槽中，纖維以一定的速度經(jīng)過(guò)上油槽，油劑就吸附在纖維表面。
[0030]上過(guò)油劑的絲條應(yīng)迅速進(jìn)行干燥處理，采用與多個(gè)熱輥接觸干燥的方法。干燥溫度高可以促進(jìn)油劑的交聯(lián)反應(yīng)，并且也有利于提高生產(chǎn)性能，因此在不發(fā)生單絲并絲的前提下盡量將其設(shè)定的高一些。應(yīng)在130°C以上，干燥溫度的上限是200°C。干燥時(shí)間以纖維充分干燥為準(zhǔn)。另外，為了均一的對(duì)絲條進(jìn)行加熱，應(yīng)將絲束在盡量寬的條件下與熱輥進(jìn)行接觸干燥。
[0031]干燥后的絲條，從提高原絲的致密性和生產(chǎn)性考慮，應(yīng)在加壓蒸汽中進(jìn)一步牽伸。牽伸時(shí)的蒸汽壓力、溫度以及牽伸倍率可以在不發(fā)生斷絲和毛刺的范圍內(nèi)靈活選擇。牽伸后的纖維用于上述相同的方法再次進(jìn)行上油和干燥處理。兩次上油后油劑在纖維束上的附著量，除去分散劑以外的油劑成分應(yīng)占干燥原絲重量0.5?2%。最好控制在0.8-1.2%之間。如果不足0.5%，不能防止纖維間的融著并絲，得到的碳纖維拉伸強(qiáng)度低下，如果超過(guò)2%，難以體現(xiàn)出本發(fā)明的效果。
[0032]干燥后的纖維進(jìn)行收絲即獲得PAN原絲。
[0033]上述獲得的原絲絲束再經(jīng)過(guò)預(yù)氧化處理，就可以得到預(yù)氧化纖維。預(yù)氧化溫度一般應(yīng)在200?30(TC之間。對(duì)預(yù)氧化纖維進(jìn)行碳化，即可得到碳纖維。碳化過(guò)程分為低溫碳化和高溫碳化兩個(gè)階段，低溫碳化應(yīng)在300?800°C進(jìn)行，過(guò)程中的牽伸比至1.05?1.10之間。高溫碳化過(guò)程應(yīng)在800?2000°C之間進(jìn)行，最高溫度可以根據(jù)所希望得到的碳纖維的性能進(jìn)行適當(dāng)?shù)撵`活選擇。如果不足800°C，得到的碳纖維的強(qiáng)度與彈性模量太低。碳化過(guò)程中的牽伸比，控制在0.98?1.00之間。高溫碳化后的纖維經(jīng)過(guò)表面電解處理和上漿劑處理后就可以進(jìn)行干燥收卷。
[0034]本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)調(diào)整親水性基團(tuán)在整個(gè)聚硅氧烷分子中的比重以及其種類，可以使其親水性大大增強(qiáng)，乃至可以溶于水，從而獲得真溶液或者微乳液形式的油劑，該油劑在穩(wěn)定性大幅提高的同時(shí)，方便了對(duì)上油槽中纖維絲束的運(yùn)行狀況的觀察，而且不會(huì)影響其使用效果，即同樣可以獲得高性能的PAN原絲和碳纖維。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0036]實(shí)施例1
首先使用道康寧公司的L720聚醚改性聚硅氧烷，該產(chǎn)品具有良好的水溶性。將其在去離子水中SOrpm攪拌配置成20%的溶液。測(cè)定其穩(wěn)定性和粒徑，將其進(jìn)行稀釋到4%裝入上油槽待用。
[0037]將濃度21%，極限粘度1.7的PAN紡絲原液保持在55 °C，通過(guò)噴絲板噴入溫度為60°C，濃度為60%的二甲基亞砜水溶液中凝固成纖維。得到的纖維在熱水中牽伸4.5倍，同時(shí)進(jìn)行水洗除去DMSO。對(duì)熱水牽伸后的纖維用上述稀釋過(guò)的油劑進(jìn)行上油處理，干燥。干燥后的纖維在0.4MPa的加壓蒸汽中進(jìn)行牽伸，使全過(guò)程的牽伸倍率達(dá)到14倍。再次上油，干燥。得到的原絲單絲數(shù)為6000，單絲纖度為0.9dtex,油劑的附著量為1.0%。
[0038]將原絲在250°C的空氣中牽伸1.00預(yù)氧化處理10min后，在200~400°C的溫度區(qū)間滯留2min，然后在400~500°C按照150°C /min的速度升溫，牽伸比1.05進(jìn)行低溫碳化處理。再經(jīng)過(guò)最高溫度1500°C的碳化處理得到碳纖維，陽(yáng)極氧化和上漿處理后得到碳纖維。
[0039]實(shí)施例2
將油劑主要成分換成道康寧公司L2120外，其余條件與實(shí)施例1相同。
[0040]實(shí)施例3
使用氨基改性聚硅氧烷、聚醚改性聚硅氧烷、嵌段聚醚作為油劑的主要成分，其質(zhì)量比為1:18:1，配置成20%的油劑微乳液。其余條件與實(shí)施例1相同。
[0041]實(shí)施例4
使用氨基改性聚硅氧烷、非離子乳化劑、聚乙醚按照8:1:1的質(zhì)量比例混合后加入去離子水，使用高速剪切乳化器乳化，剪切速率3000rpm，乳化30min。得到濃度為20%的油劑乳液。其余條件與實(shí)施例1相同。
[0042]對(duì)照實(shí)施例1-4，實(shí)施例1中的粒徑為54nm，外觀透明，穩(wěn)定性好，毛絲少，碳纖維強(qiáng)度 5.54Gpa ；
實(shí)施例2中的粒徑為66nm，外觀透明，穩(wěn)定性好，毛絲少，碳纖維強(qiáng)度5.6IGpa ；
實(shí)施例3中的粒徑為98nm，外觀透明，穩(wěn)定性好，毛絲少，碳纖維強(qiáng)度5.58Gpa ；
實(shí)施例4中的粒徑為189nm，外觀為白色乳液，穩(wěn)定性好，毛絲少，碳纖維強(qiáng)度5.67Gpa ；
油劑在穩(wěn)定性提高的同時(shí)，方便了對(duì)上油槽中纖維絲束的運(yùn)行狀況的觀察，而且基本不會(huì)影響其使用效果，可以獲得高性能的PAN原絲和碳纖維。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種聚丙烯腈基碳纖維原絲制造用油劑，其特征在于:所述油劑的組分質(zhì)量比如下:改性聚硅氧烷:15%~25%，乙丙嵌段聚醚:0~5%，水:70%~85%。
2.一種如權(quán)利要求1所述的聚丙烯腈基碳纖維原絲制造用油劑的制造方法，其特征在于:所述制造步驟如下: 步驟一:將乙丙嵌段聚醚按照質(zhì)量配比溶解于去離子水中得到溶液，并持續(xù)攪拌； 步驟二:緩慢加入改性聚硅氧烷，持續(xù)攪拌I小時(shí)后獲得成品。
3.如權(quán)利要求2所述的聚丙烯腈基碳纖維原絲制造用油劑的制造方法，其特征在于:所述步驟一、二中攪拌的轉(zhuǎn)速為200~300rpm。
4.一種如權(quán)利要求1所述的聚丙烯腈基碳纖維原絲制造用油劑的使用方法，其特征在于:所述使用方法如下: 步驟一:將PAN聚合液通過(guò)噴絲頭噴入凝固浴內(nèi)凝固成固態(tài)纖維； 步驟二:纖維經(jīng)過(guò)熱水洗凈和牽伸后，經(jīng)過(guò)含有油劑的油槽進(jìn)行上油； 步驟三:經(jīng)過(guò)干燥和水蒸氣牽伸，再次經(jīng)過(guò)含有含有油劑的油槽進(jìn)行上油； 步驟四:對(duì)纖維進(jìn)行干燥收絲。
5.如權(quán)利要求4所述的一種聚丙烯腈基碳纖維原絲制造用油劑的使用方法，其特征在于:所述步驟四處理完畢后纖維中的含油量為0.80/『1.2%。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種聚丙烯腈基碳纖維原絲制造用油劑及其制造及使用方法，具有優(yōu)良穩(wěn)定性，簡(jiǎn)化其生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)保證其使用效果不受影響，通過(guò)調(diào)整親水性基團(tuán)在整個(gè)聚硅氧烷分子中的比重以及其種類，可以使其親水性大大增強(qiáng)，乃至可以溶于水，從而獲得真溶液或者微乳液形式的油劑，該油劑在穩(wěn)定性大幅提高的同時(shí)，方便了對(duì)上油槽中纖維絲束的運(yùn)行狀況的觀察，而且不會(huì)影響其使用效果，即同樣可以獲得高性能的PAN原絲和碳纖維。
【IPC分類】D01F6-38, D01F9-22, D01F11-06, D01D5-096
【公開(kāi)號(hào)】CN104611787
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410619020
【發(fā)明人】王浩靜, 張淑斌, 龐培樂(lè), 程璐, 范立東, 顧紅星, 薛林兵
【申請(qǐng)人】江蘇航科復(fù)合材料科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年11月6日