專利名稱：一種丙烯腈基碳纖維紡絲液的制備方法及其生產(chǎn)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及丙烯腈基碳纖維紡絲液的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
碳纖維屬于高科技產(chǎn)品，是航天、航空等高技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的結(jié)構(gòu)材料和耐燒 蝕材料，同時(shí)也是民用工業(yè)更新?lián)Q代的新型材料，其應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到人類生活的各個(gè)領(lǐng) 域。聚丙烯腈纖維已成為制備優(yōu)質(zhì)碳纖維應(yīng)用最廣泛的前驅(qū)體之一。事實(shí)表明，碳纖維的 性能在很大程度上依賴于碳纖維原絲的性能，而紡絲原液的質(zhì)量是制備優(yōu)質(zhì)原絲的前提和 基礎(chǔ)。影響紡絲原液質(zhì)量的因素除了與工藝配方有關(guān)外，還與聚合設(shè)備有很大關(guān)系，因?yàn)椴?同的反應(yīng)器直接影響到聚合過程中的傳熱傳質(zhì)的優(yōu)劣并最終影響聚合物的均勻性。目前廣 泛使用的聚合反應(yīng)器是釜式，所存在的缺點(diǎn)是由于傳熱阻力所造成的中央和周邊物料溫度 不一致，而且多是間歇式聚合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種丙烯腈基碳纖維紡絲液的制備方法，重點(diǎn)解決物料反應(yīng) 均勻性的問題和實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)的目的。 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述制備方法的生產(chǎn)設(shè)備。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 本發(fā)明的丙烯腈基碳纖維紡絲液的制備方法，在聚合反應(yīng)設(shè)備中進(jìn)行聚合反應(yīng)， 該聚合反應(yīng)設(shè)備為管式反應(yīng)器。該管式反應(yīng)器的管腔內(nèi)設(shè)有紊流板或立交盤，管腔外壁設(shè) 有用于控制管腔溫度的裝置。所述用于控制管腔溫度的裝置優(yōu)選夾套。
上述丙烯腈基碳纖維紡絲液的制備方法，具體包括如下步驟 (1)將第一單體、偶氮類引發(fā)劑、部分第二單體、部分第三單體、二甲基亞砜混合均 勻倒入進(jìn)料罐；第一單體為丙烯腈，第二單體為衣康酸，第三單體為丙烯酸酯或丙烯酰胺或 其混合物； (2)管腔內(nèi)先通惰性氣體排除空氣后，加熱夾套通40 8(TC的熱水，用計(jì)量泵將 進(jìn)料罐內(nèi)的物料連續(xù)輸送入管式反應(yīng)器中，在溫度40 8(TC下進(jìn)行聚合反應(yīng)；(3)在管式反應(yīng)器中部設(shè)置單體進(jìn)料口，用計(jì)量泵持續(xù)加入剩余第二單體和第三單體。各組分的重量份數(shù)為二甲基亞砜300 550第一單體90 100第二單體1 10第三單體1 10偶氮類引發(fā)劑0. 3 1. 5。所述偶氮類引發(fā)劑為偶氮二異丁腈或偶氮二異庚腈，其用量占全部單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 3 1. 5%。 在加料罐中加入的部分第二、三單體占第二、三單體總重量的20 80%。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果 本發(fā)明的制備方法采用管式反應(yīng)器，由于管腔內(nèi)設(shè)有紊流板或立交盤等構(gòu)件，能 很好地使中央和周邊物料產(chǎn)生交叉流動，有效解決管內(nèi)物料徑向差異，改善流體輸送質(zhì)量 并提供傳熱、傳質(zhì)和提高化學(xué)反應(yīng)效率且流動阻力相對較低，從而提高聚合物的均勻性，并 能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 :稱取2000g 二甲基亞砜倒入進(jìn)料罐中，稱取646. 8g丙烯腈，3. 3g偶氮 二異丁腈，6. 6g衣康酸，依次倒入進(jìn)料罐中，攪拌溶解完全后，通氬氣20min鼓泡排除溶液 及罐中空氣。管式反應(yīng)器中通氬氣20min以排除管道空氣，同時(shí)夾套通5(TC熱水。在管式 反應(yīng)器中部加入加料罐倒入340g 二甲基亞砜及6. 6g衣康酸，攪拌使其完全溶解并通氬氣 排空。用計(jì)量泵輸送聚合原液入管道中，使其流速為0. 5cm/s，加料完畢后打開回路閥門使 物料在管道中循環(huán)流動。物料溫度升到反應(yīng)溫度后開啟中部計(jì)量泵，使剩余溶液在4h內(nèi)加 料完畢。聚合12h后放料。其轉(zhuǎn)化率為86.6%，粘均分子量為13.7萬，分子量分布系數(shù)為 2. 67。 實(shí)施例2 :稱取2100g二甲基亞砜倒入進(jìn)料罐中，稱取582g丙烯腈，4. 8g偶氮二異 丁腈，6g衣康酸和6g丙烯酰胺，依次倒入進(jìn)料罐中，攪拌溶解完全后，通氬氣20min鼓泡排 除溶液及罐中空氣。管式反應(yīng)器中通氬氣20min以排除管道空氣，同時(shí)夾套通55t:熱水。 在管式反應(yīng)器中部加入加料罐倒入300g 二甲基亞砜及3g衣康酸和3g丙烯酸甲酯，攪拌使 其完全溶解并通氬氣排空。用計(jì)量泵輸送聚合原液入管道中，使其流速為0. 4cm/s，加料完 畢后打開回路閥門使物料在管道中循環(huán)流動。物料溫度升到反應(yīng)溫度后開啟中部計(jì)量泵， 使剩余溶液在3h內(nèi)加料完畢。聚合20h后放料。其轉(zhuǎn)化率為92. 7%，粘均分子量為12. 3 萬，分子量分布系數(shù)為2. 63。 實(shí)施例3 :稱取2100g 二甲基亞砜倒入進(jìn)料罐中，稱取640. 2g丙烯腈，4. 62g偶氮 二異丁腈，1. 76g衣康酸和3. 52g丙烯酰胺，依次倒入進(jìn)料罐中，攪拌溶解完全后，通氬氣 20min鼓泡排除溶液及罐中空氣。管式反應(yīng)器中通氬氣20min以排除管道空氣，同時(shí)夾套通 5(TC熱水。在管式反應(yīng)器中部加入加料罐倒入240g 二甲基亞砜及2. 64g衣康酸和5. 28g 丙烯酰胺，攪拌使其完全溶解并通氬氣排空。用計(jì)量泵輸送聚合原液入管道中，使其流速為 0. 4cm/s，加料完畢后打開回路閥門使物料在管道中循環(huán)流動。物料溫度升到反應(yīng)溫度后開 啟中部計(jì)量泵，使剩余溶液在4h內(nèi)加料完畢。聚合8h后放料。其轉(zhuǎn)化率為89.6%，粘均分 子量為14. 2萬，分子量分布系數(shù)為2. 45。 實(shí)施例4 :稱取2800g 二甲基亞砜倒入進(jìn)料罐中，稱取940. 8g丙烯腈，7. 68g偶氮 二異丁腈，8. 96g衣康酸和4. 48g丙烯酸甲酯，依次倒入進(jìn)料罐中，攪拌溶解完全后，通氬氣 20min鼓泡排除溶液及罐中空氣。管式反應(yīng)器中通氬氣20min以排除管道空氣，同時(shí)夾套通 55t:熱水。在管式反應(yīng)器中部加入加料罐倒入240g二甲基亞砜及3.84g衣康酸和1. 92g 丙烯酸甲酯，攪拌使其完全溶解并通氬氣排空。用計(jì)量泵輸送聚合原液入管道中，使其流速 為0.4cm/s。物料溫度升到反應(yīng)溫度后開啟中部計(jì)量泵，使剩余溶液在4h內(nèi)加料完畢。聚合10h后放料。其轉(zhuǎn)化率為92. 6% ，重均分子量Mw為9. 8萬，分子量分布系數(shù)為2. 21 。
實(shí)施例5 :稱取2000g 二甲基亞砜倒入進(jìn)料罐中，稱取698. 4g丙烯腈，5. 04g偶氮 二異庚腈，6. 48g衣康酸和6. 48g丙烯酸甲酯，依次倒入進(jìn)料罐中，攪拌溶解完全后，通氬氣 20min鼓泡排除溶液及罐中空氣。管式反應(yīng)器中通氬氣20min以排除管道空氣，同時(shí)夾套通 5(TC熱水。在管式反應(yīng)器中部加入加料罐倒入280g 二甲基亞砜及4. 32g衣康酸和4. 32g 丙烯酸甲酯，攪拌使其完全溶解并通氬氣排空。用計(jì)量泵輸送聚合原液入管道中，使其流速 為O. 6cm/s，加料完畢后打開回路閥門使物料在管道中循環(huán)流動。物料溫度升到反應(yīng)溫度后 開啟中部計(jì)量泵，使剩余溶液在3h內(nèi)加料完畢。聚合6h后放料。其轉(zhuǎn)化率為98. 1 % ，重均 分子量Mw為12. 8萬，分子量分布系數(shù)為2. 13。
權(quán)利要求
一種丙烯腈基碳纖維紡絲液的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于該生產(chǎn)設(shè)備是管式反應(yīng)器，管式反應(yīng)器的管腔內(nèi)設(shè)有紊流板或立交盤，管腔外壁設(shè)有用于控制管腔溫度的裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于所述用于控制管腔溫度的裝置是夾套。
3. —種丙烯腈基碳纖維紡絲液的制備方法，在聚合反應(yīng)設(shè)備中進(jìn)行聚合反應(yīng)，其特征 是所述聚合反應(yīng)設(shè)備為權(quán)利要求1或2所述的管式反應(yīng)器。
4. 如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1) 將第一單體、偶氮類引發(fā)劑、部分第二單體、部分第三單體、二甲基亞砜混合均勻倒 入進(jìn)料罐；第一單體為丙烯腈，第二單體為衣康酸，第三單體為丙烯酸酯或丙烯酰胺或其混 合物；(2) 管腔內(nèi)先通惰性氣體排除空氣后，加熱夾套通40 8(TC的熱水，用計(jì)量泵將進(jìn)料 罐內(nèi)的物料連續(xù)輸送入管式反應(yīng)器中，在溫度40 8(TC下進(jìn)行聚合反應(yīng)；(3) 在管式反應(yīng)器中部設(shè)置單體進(jìn)料口，用計(jì)量泵持續(xù)加入剩余第二單體和第三單體。
5. 如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述組分的重量份數(shù)為 二甲基亞砜 300 550第一單體 90 100 第二單體 1 10第三單體 1 10偶氮類引發(fā)劑 0.3 1.5。
6. 如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述偶氮類引發(fā)劑為偶氮二異丁腈或偶 氮二異庚腈，其用量占全部單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 3 1. 5%。
7. 如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征是在加料罐中加入的部分第二、三單體占第 二、三單體總重量的20 80%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種丙烯腈基碳纖維紡絲液的制備方法及其生產(chǎn)設(shè)備。該制備方法是在管式反應(yīng)器中進(jìn)行聚合反應(yīng)，該管式反應(yīng)器，管式反應(yīng)器的管腔內(nèi)設(shè)有紊流板或立交盤，管腔外壁設(shè)有用于控制管腔溫度的裝置。本發(fā)明的制備方法采用管式反應(yīng)器，由于管腔內(nèi)設(shè)有紊流板或立交盤等構(gòu)件，能很好地使中央和周邊物料產(chǎn)生交叉流動，有效解決管內(nèi)物料徑向差異，改善流體輸送質(zhì)量并提供傳熱、傳質(zhì)和提高化學(xué)反應(yīng)效率且流動阻力相對較低，從而提高聚合物的均勻性，并能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號D01F9/14GK101736442SQ200810218878
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日
發(fā)明者代驚奇, 宋威, 辛偉, 馬雷, 黃有平, 黃險(xiǎn)波 申請人:金發(fā)科技股份有限公司;上海金發(fā)科技發(fā)展有限公司