聚丙烯腈基碳纤维原丝生产工艺研究

摘要

原丝质量及性质的好坏是成品碳纤维的关键因素，决定着碳纤维最终性能。因此如何提高纺丝液的质量，如何优化原丝的各项影响因素，从而得到品质优异、性能良好的原丝产品是获得高品质的碳纤维的关键问题。
　　本文首先从纺丝液制备过程中的分析其影响因素:
　　1、聚丙烯腈纺丝液的旋转粘度与聚合反应的时间成正比，反应前2小时变化缓慢;2～7小时粘度增加较快，此后粘度增长缓慢。
　　2、反应温度升高，纺丝液的增比粘度逐渐降低。
　　3、引发剂浓度升高，聚合反应的单体转化率逐渐升高，纺丝液的旋转粘度逐渐降低，纺丝液增比粘度逐渐降低。
　　4、投料浓度提高，聚合反应的单体转化率提高、纺丝液的旋转粘度及聚合物特性粘度均升高。
　　5、系统真空度升高，残余单体含量逐渐降低，旋转粘度、增比粘度逐渐升高。
　　其次本文介绍了纺丝过程中的影响因素:
　　1、随着聚丙烯腈原丝DMSO残余量的降低，原丝线密度CV值随之降低，经碳化获得的碳纤维产品的强度不断升高，降低聚丙烯腈原丝产品中的DMSO残余量是生产高性能碳纤维原丝的必要条件，也是生产高性能碳纤维的前提条件。
　　2、对油剂使用对聚丙烯腈原丝质量的影响进行研究，通过实验我们得出:
　　(1)原丝纤维的表面细孔半径为R1，油剂的平均粒径为R2，如果能将R1控制在6～30 nm之间，并且满足R1＜R2/2的条件，此时制得的聚丙烯腈原丝有较好的通过性和拉伸强度。
　　(2)从制得碳纤维的各项控制指标和生产成本考虑，现阶段采用有效成分在28～32％的硅型油剂更加合理。
　　(3)在纺位数相同的情况下，随着油剂配置浓度的降低，两种油剂对应的原丝收率和原丝含油率均呈下降趋势，原丝碳化后得到的碳丝灰分含量也呈现下降趋势。
　　(4)从产品性状看，油剂粘度在1500～1800时，产品的外观、手感较好;油剂的均一附着性、集束性、抗静电性、耐热性好;并且无分丝、并丝现象。
　　3、进口纺丝设备制得产品的线密度CV值较国产设备降低约0.7％，高精度、高质量的纺丝设备可有效降低原丝产品的CV值，是生产高性能碳纤维原丝产品的必要条件。
　　从纺丝液的制备和纺丝两大过程两方面入手，将这两大生产过程中影响原丝质量的各种原因进行对比，进一步优化生产，从而得到更加优质的原丝，为最终制得高质量的碳纤维产品供保障。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 聚丙烯腈基碳纤维的发展历程

1．2 三种主要碳纤维对比

1．3 国内外碳纤维发展状况

1．4 碳纤维应用

1．5 聚丙烯腈聚合工艺原理

1．6 本课题来源和研究意义

1．7 本文研究的主要内容

第2章 纺丝液质量提高的研究

2．1 聚合

2．2 聚合工艺的主要控制指标

2．3 聚合反应的主要影响因素

2．4 系统真空度对纺丝液质量的影响

2．5 本章小结

第3章 纺丝过程中原丝质量提高的研究

3．1 纺丝工艺

3．2 聚丙烯腈原丝的主要控制指标

3．3 残余DMSO对聚丙烯腈原丝质量的影响

3．4 油剂使用对聚丙烯腈原丝质量的影响

3．5 纺丝设备对原丝产品质量的影响

3．6 本章小结

结论

参考文献

致谢