【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于碳纖維，具體涉及一種聚丙烯腈基初生纖維、聚丙烯腈基碳纖維原絲及其制備方法。
技術介紹
1、碳纖維即是含碳量在90％以上的纖維狀石墨材料，是由纖維狀有機化合物經預氧化、碳化、石墨化等工藝制備而成。其分子結構介于石墨與金剛石之間，具有軸向強度和模量高，密度低、比功能高，非氧化環境下耐超高溫，耐疲勞性好，耐腐蝕性好等優點。按工業化生產原料路線，碳纖維可分為聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維三大類。聚丙烯腈基碳纖維因生產工藝較為簡單，產品的力學性能也更優良，得到廣泛的應用和推廣。
2、熱水牽伸是在熱水浴中對初生纖維進行多次拉伸來提高纖維性能。在一定的拉伸倍數時，隨著拉伸倍數的提高，呈螺旋構象的大分子鏈沿著纖維取向和伸展，原絲的強度會隨之提高。但拉伸倍數是有一定的限度，過度拉伸會使纖維內部產生缺陷，得到的原絲抗拉性能就會下降。熱水牽伸可分幾個區域，總的牽伸倍數在5～6倍，不同區溫度設定不相同，提高拉伸溫度有利于聚丙烯腈分子鏈段移動，有助于提高取向度。通過熱水牽伸可以提高纖維的強度，纖維的致密性，也可以提高取向度。
3、中國專利cn110230130a報道了一種高強中模碳纖維原絲制備方法。其通過控制凝固絲條在出凝固浴后、進水洗之前的張力范圍為0.5～1.0cn/dtex，在離浴過程中環境溫度為23±5℃，濕度為≥50％同時控制水洗的水溫為30～70℃，水洗過程絲束張力范圍1.0-3.5cn/dtex，水洗槽個數為6～11個，以及控制兩端干燥致密化過程的溫度為一段干燥致密化溫度為100-120℃
4、中國專利cn111088531a報道了一種濕法紡絲制備聚丙烯腈基碳纖維原絲的方法。其通過控制三級熱水牽伸步驟中張力的大小，即第一級熱水牽伸過程中每根纖維所承受的張力至少為3mn，纖維所承受的張力小于等于纖維斷裂強力的12％，降低了原絲中毛絲的個數，提高了碳纖維的力學性能，可用聚丙烯腈纖維的工業生產中。
5、中國專利cn113388912a報道了一種用水蒸汽對所述初生纖維進行霧化處理的方法。其首先將聚丙烯腈紡絲液由噴絲裝置擠出，經過凝固成形處理，得到初生纖維。在熱水牽伸前，采用飽和水蒸汽在高于45℃的條件下對初生纖維進行霧化處理2～30秒。之后對初生纖維在預牽伸溶液進行預牽伸處理，此處預牽伸溶液包括溶劑和水，且預牽伸溶液中的溶劑的質量分數不大于5％。最后通過水洗處理得到的聚丙烯腈纖維具有致密性好、取向度高的優點。
6、中國專利cn110863256a報道了一種通過控制紡絲原液的固含量為19～23wt％，旋轉粘度為80000cp～160000cp，重均分子量為2萬～3萬，數均分子量為8萬～12萬，分子量分布為1.8～3.0，特性粘度為2.0～2.5等參數，制備的原絲經碳化后得到的碳纖維強度≥6370mpa，模量≥294gpa，線密度440～490g/km，具有較好的力學性能。
7、中國專利cn110093677a報道了一種聚丙烯腈纖維、聚丙烯腈基碳纖維及其制備方法。其主要通過控制各級凝固浴的溫度、溶劑質量分數等參數，提供了一種聚丙烯腈纖維。由該聚丙烯腈纖維能制備出性能優異的碳纖維，以使pan基碳纖維復合材料同時具有較好的抗壓性能和抗拉性能。
8、中國專利cn1167838a報道了一種聚丙烯腈基高性能碳纖維的生產方法。其通過將丙烯腈、衣康酸、甲基丙烯酸甲酯按一定重量比反應得紡絲原液，之后經過濾、凝固成型、水洗、熱水牽伸、一次上油劑、一次干燥致密化、二次上油劑、二次干燥致密化、蒸汽牽伸和干燥熱定型制得高性能炭纖維原絲。使用該方法生產的優點是可以提高紡絲時絲條的牽伸倍率，同時原絲結構均勻，力學性能的變異系數小。
9、上述專利中，cn110230130a采用1.2～4倍熱水牽伸、cn113388912a在熱水牽伸階段加入霧化處理、cn111088531a聚焦在熱水牽伸過程中的張力變化、cn110863256a控制熱水牽伸倍率在2～4倍、cn110093677a和cn1167838a分別采用四級凝固、五級凝固工藝，以上專利均聚焦于熱水牽伸或凝固過程的控制，但是并未給出適合熱水牽伸的初生纖維的力學性能特征，更未給出可進行熱水牽伸且有效減少毛絲數量和降低原絲纖度離散系數的初生纖維判據，存在明顯不足，有鑒于此特提出本專利技術。
技術實現思路
1、本專利技術主要解決現有技術中熱水牽伸過程中毛絲數量多，所得原絲纖度的離散系數大的問題，提供了一種聚丙烯腈基碳纖維原絲的制備方法，具有熱水牽伸毛絲數量少，原絲纖度離散系數小的優點。
2、本專利技術的目的之一在于提供一種聚丙烯腈基初生纖維，所述的初生纖維在牽伸溫度為70～90℃、牽伸倍率為1.5～7倍時，斷裂伸長率y和牽伸倍率x滿足如下關系式：
3、-0.149x3+2.643x2-16.065x+40.624≤y≤-0.224x3+3.965x2-24.097x+60.936。
4、專利技術人在制備聚丙烯腈基初生纖維的實驗中發現斷裂伸長率和牽伸倍率存在相關數值對應關系，通過數據分析建模曲線得到了上述關系式，并且通過大量實驗數據進行驗證，通過調控凝固浴溶劑濃度和牽伸比，使得斷裂伸長率y和牽伸倍率x滿足上述關系式時，得到初生纖維在熱水牽伸過程中毛絲數量明顯減少，最終得到的碳纖維原絲纖度離散系數小，得到的纖維更均一。
5、根據本專利技術的實施方式，所述的初生纖維在牽伸溫度為70～90℃、牽伸倍率為1.5～7倍時，初生纖維的初始模量為90～150cn/dtex，優選為100～130cn/dtex；初生纖維的斷裂強度為3～8cn/dtex，優選為4～6cn/dtex。
6、本專利技術的目的之二在于提供一種上述聚丙烯腈基初生纖維的制備方法，采用濕法紡絲工藝，包括聚丙烯腈原液經噴絲板擠出后經過至少三級凝固浴的步驟，得到所述的聚丙烯腈基初生纖維，其中，凝固浴采用逐級遞減的凝固浴溶劑濃度，以及采用逐級增加的牽伸比。
7、根據本專利技術的具體實施方式，所述的凝固浴中：
8、第一級凝固浴的牽伸比為0.7～1.1，優選為0.8～1；
9、第二級凝固浴與第一級凝固浴的牽伸比的比值為1.3～1.5；
10、第三級凝固浴與第二級凝固浴的牽伸比的比值為1.3～1.5；
11、所述凝固浴的溶劑為有機溶劑水溶液，優選地，所述的有機溶劑選自二甲基亞砜、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺中的至少一種，更優選地，所述凝固浴溶劑中的有機溶劑與聚丙烯腈紡絲液中的溶劑相同。
12、根據本專利技術的具體實施方式，所述的凝固浴：
13、第一級凝固浴溶劑中有機溶劑的濃度為60～90wt％，優選為75～85wt％；
14、相鄰凝固浴溶劑中有機溶劑的濃度差值為5～50wt％，優選為10～40wt％。
15、本專利技術采用逐級遞減的凝固浴本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種聚丙烯腈基初生纖維，所述的初生纖維在牽伸溫度為70～90℃、牽伸倍率為1.5～7倍時，斷裂伸長率y和牽伸倍率x滿足如下關系式：
2.根據權利要求1所述的聚丙烯腈基初生纖維，其特征在于，
3.一種權利要求1或2所述聚丙烯腈基初生纖維的制備方法，采用濕法紡絲工藝，包括聚丙烯腈原液經噴絲板擠出后經過至少三級凝固浴的步驟，得到所述的聚丙烯腈基初生纖維，其中，凝固浴采用逐級遞減的凝固浴溶劑濃度，以及采用逐級增加的牽伸比。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述的凝固浴中：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述的凝固浴：
6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，
7.一種聚丙烯腈基碳纖維原絲，由權利要求1或2所述的聚丙烯腈基初生纖維或者由權利要求3～6任一項所述制備方法得到的聚丙烯腈基初生纖維制備得到。
8.根據權利要求7所述的聚丙烯腈基碳纖維原絲，其特征在于，所述碳纖維原絲的纖度離散系數為2～7％，優選為4～6％。
9.一種權利要求7或8所述的聚丙烯腈基碳
10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，
...【技術特征摘要】
1.一種聚丙烯腈基初生纖維，所述的初生纖維在牽伸溫度為70～90℃、牽伸倍率為1.5～7倍時，斷裂伸長率y和牽伸倍率x滿足如下關系式：
2.根據權利要求1所述的聚丙烯腈基初生纖維，其特征在于，
3.一種權利要求1或2所述聚丙烯腈基初生纖維的制備方法，采用濕法紡絲工藝，包括聚丙烯腈原液經噴絲板擠出后經過至少三級凝固浴的步驟，得到所述的聚丙烯腈基初生纖維，其中，凝固浴采用逐級遞減的凝固浴溶劑濃度，以及采用逐級增加的牽伸比。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述的凝固浴中：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述的凝固?。?/p>
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【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧明妤，沈志剛，李磊，王建寧，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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