2011 聚丙烯腈基碳纤维生产工艺的研究

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轻纺工业与技带

2 1年第 4 0 1 O卷第 2期

聚丙烯腈基碳纤维生产工艺的研究 屈岚 榆次 0o 0 ) 3 60 (太原理工大学轻纺工程与美术学院，山西

【摘要】简要介绍了聚丙烯腈基碳纤维生产工艺路线，通过与山西恒天纺织新纤维科技有限公司(生产碳纤维)的交 流合作，对聚丙烯腈基碳纤维的几个重要工艺参数进行了研究和探讨，在对提高碳纤维的生产质量有所裨益。旨

【关键词】聚丙烯腈基碳纤维；聚合；牵伸；预氧化；炭化 中图分类号：T 3 2+9 Q4. 3文献标识码： B文章编号：2 9— 1 12 1 )2 0 1— 3 0 50 0(0 10—0 60

O引言 碳纤维是目前乃至今后相当长一段时间内鼓励优

在聚合釜中发生自由基聚合反应，其聚合过程由链引发、链增长、链终止等基元反应组成。此外，还可能伴随有链转移反应。在聚合过程中，聚合的温度是随着时间而变化的，这种温度的变化是与丙烯睛发生的自由基共聚合反应各个阶段联系在一起的。 丙烯睛共聚合的温度一时间大体分为以下几个阶段：诱导期，初级自由基为阻聚杂质所终止，无聚合物形 成，聚合速率为零。诱导期过后，单体开始正常聚合，转

先发展的高技术特种纤维之一。世界上碳纤维的生产有

粘胶基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维等三 大加工方法。其中，聚丙烯腈基碳纤维(以下简称 P N A 基碳纤维 )其加工路线具有技术成熟、品性能好等及产优势，碳纤维加工中处于主导地位。P N基碳纤维的在 A加工制造涵盖了高分子材料学、素学、面处理学、碳表热

化率在 1%~ 0 0 2%以下的阶段称做初期；中期发生链引发和链增长反应，反应迅速，出大量的热，放同时随着聚合的进行，体系粘度增大，但体系粘度还不足以阻碍单

传导学等专业技术学科，是一项高技术加工领域，牵涉着一项多学科交叉、多技术集成的系统工程。现从研究的角度简要介绍 P N基碳纤维工艺路线， A并对 P N基 A 碳纤维生产工艺中的几个主要问题进行分析说明。

体扩散，链增长速率常数 K p变化不大，因此使 K/r p增 K 大若干倍，活动链寿命延长，自动加速显著，聚合速率迅速增大，温度随时间升高很快；后期，聚合继续进行，此时，体系

的粘度开始阻碍单体的扩散，链增长速率常数 K变小， p r p K/保持不变， K链增长的速率和链终止速率 相等，子量的增长减缓，应趋于平稳，度基本不分反温

1基纤维一聚丙烯腈的生产工艺流程 1聚丙烯腈共聚物的制备 . 1

丙烯睛及其共聚单体、溶剂 D S按照 A M O, N丙烯腈： MA丙烯酸甲酯： I A衣康酸= 5"21 9 .3:. 4 . 4的比例配方， 在聚合釜中溶液聚合，通过控制引发剂用量、聚合温度、 聚合时间来控制聚合转化率，以制得分子量和分子量分

变。 c D阶段内，p和 K继续变小，在— K t链终止的速率大于链增长的速率，此时，聚合已经大部分完成，体系内单

体浓度已经很低，体系的温度开始缓缓降低。 D E阶在—段内，反应完成，温度不再变化，如果延长聚合时间会增大转化率，但不会提高聚合物的分子量。因此聚合反应 在聚丙烯睛分解温度以下进行，是一个放热的不可逆反 应，同时这一聚合是链式反应，应链一旦被引发就会反立即长成一个大分子，反应不会停留在中间阶段，反应系统中只会分离出单体和聚合物，而不存在中间产物。

布都符合纺丝要求的共聚物。得到的聚合物溶液经过脱 除单体后即得聚丙烯睛纺丝原液。 P N纺丝用原液之所以采用三元共聚物溶液，因 A是

为第二、第三单体的加入可以极大地改善 P N原丝的 A力学结构，提高原丝的综合性能。丙烯睛及其共聚单体

在聚合时的不同阶段，搅拌速度是不一样的，加快 收稿日期：0 10— 5 2 1 - 2 2作者简介：屈岚 (95 )女， 16一，太原理工大学轻纺工程与美术学院实验师，从事纺织材料学的教学和研究。主要

搅拌速度，现转化率和 M发 w减小，这是因为搅拌速度

加快时，颗粒碰撞几率增大，增加了单体扩散至长链自 由基的机会，链增长速率常数 K但 p不大，终止常数链