碳纤维工业化生产中原丝工艺研究

摘要

碳纤维是一种含碳量为90％以上的纤维材料，既具有碳材料固有的特性，又兼具纤维的柔软性，在航空、航天、汽车、电子、机械、化工、运动器材等领域的应用极其广泛，是我国重点发展的战略型新兴材料。PAN基碳纤维是以PAN为主要原料，经过聚合、纺丝生产出PAN原丝，原丝在经过预氧化、碳化及表面处理后制得的高性能纤维材料，是目前发展最快、应用最广泛的高性能纤维材料之一。
　　本文以PAN为原料，利用聚合装置及纺丝装置，结合吉林石化公司碳纤维厂聚合和纺丝装置工艺条件特点和吉林石化公司多年来在碳纤维领域的生产经验，研究确定聚合工艺和纺丝工艺的主要参数。
　　聚合装置通过试验分析聚合反应时间和反应温度对聚合反应转化率、旋转粘度和增比粘度的影响，从而确定合理的聚合反应时间和反应温度。通过试验分析聚合反应引发剂浓度和投料浓度对聚合反应转化率、旋转粘度和增比粘度的影响，从而确定合理的聚合反应引发剂浓度和投料浓度。通过试验分析系统真空度对聚合液旋转粘度、增比粘度和残余单体含量的影响，从而确定合理的系统真空度。最终确定聚合装置主要工艺参数。
　　纺丝装置通过试验分析喷丝板、喷丝板压力及物料粘度对喷丝效果的影响，从而确定合理的喷丝板选型、物料粘度和喷丝板压力。通过试验分析空气浴距离对喷丝效果的影响，从而确定合理的空气浴距离。通过试验分析凝固浴对原丝截面形状、喷丝效果及丝束运行效果的影响，从而确定合理的凝固浴温度、浓度和循环量。通过试验分析牵伸和水洗对残余DMSO含量和丝束柔软度的影响，从而确定合理的牵伸和水洗温度。通过试验分析干燥温度对原丝截面成形的影响，从而确定合理的干燥温度。通过试验分析牵伸倍数对取向度和结晶度的影响，从而确定合理的总牵伸倍数及蒸汽牵伸倍数。确定纺丝工艺后生产出的原丝成品进行数据分析，验证此工艺是否满足试验要求。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 三种主要碳纤维对比

1.3 碳纤维应用

1.4 国际市场分析

1.5 国内碳纤维市场情况

1.6 聚合装置工艺流程

1.7 聚合工艺的主要控制指标

1.8 纺丝装置主要工艺流程

1.9 聚丙烯腈原丝的主要控制指标

1.10 本文主要研究内容

第2章 聚合装置工业化生产工艺确定

2.1 聚合反应时间的工艺确定

2.2 聚合反应温度的工艺确定

2.3 引发剂浓度的工艺确定

2.4 投料浓度的工艺确定

2.5 系统真空度的工艺确定

2.6 本章总结

第3章 原丝装置生产工艺确定

3.1 喷丝板的选型的确定

3.2 物料粘度和喷丝板压力工艺的确定

3.3 空气浴距离的工艺确定

3.4 凝固浴工艺的确定

3.5水洗温度的工艺确定

3.6 干燥温度的工艺确定

3.7 总牵伸倍数的工艺确认

3.8 蒸汽牵伸倍数的工艺确认

3.9 工艺验证

3.10 本章总结

第4章 结论

参考文献

致谢

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