用于制備聚丙烯腈基碳纖維的有機(jī)硅紡絲油劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于制備高性能碳纖維的紡絲油劑，特別涉及用于制備聚丙烯腈基高性能碳纖維的有機(jī)硅紡絲油劑。所述的有機(jī)硅紡絲油劑是將以機(jī)械乳化方法制備的、質(zhì)量濃度在20～40%范圍的氨基聚硅氧烷乳液與以乳液聚合方法制備的、質(zhì)量濃度在30～50%范圍的聚二甲基硅氧烷乳液按照一定的比例混合均勻得到的。所述的氨基聚硅氧烷在20℃時(shí)的粘度為50～500厘泊，所述的氨基聚硅氧烷的氨基含量為0.15～0.65mmol/g。所述的聚二甲基硅氧烷在20℃時(shí)的粘度大于或等于50000厘泊。使用本發(fā)明的有機(jī)硅紡絲油劑制備的碳纖維毛絲少，強(qiáng)度高。
【專利說(shuō)明】用于制備聚丙烯腈基碳纖維的有機(jī)硅紡絲油劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制備高性能碳纖維的紡絲油劑，特別涉及用于制備聚丙烯腈基高性能碳纖維的有機(jī)娃紡絲油劑。
【背景技術(shù)】
[0002]聚丙烯腈基碳纖維由于機(jī)械強(qiáng)度高而被廣泛應(yīng)用于航空、航天、運(yùn)動(dòng)和休閑娛樂(lè)等領(lǐng)域。簡(jiǎn)單的說(shuō)，聚丙烯腈基碳纖維的制備包括以下的過(guò)程:聚合、紡絲、預(yù)氧化、碳化。在預(yù)氧化過(guò)程中，由于溫度比較高(250?300°C)，聚丙烯腈原絲會(huì)發(fā)生融合、粘連、并絲現(xiàn)象。從而導(dǎo)致最終得到的碳纖維毛絲多，有并絲，影響碳纖維的強(qiáng)度和使用性能。因此，在制備碳纖維原絲的過(guò)程中，都要使用紡絲油劑。即通過(guò)上油工序，將紡絲油劑附著在聚丙烯腈原絲的表面。在預(yù)氧化過(guò)程中，油劑發(fā)揮防粘、隔離的作用，從而抑制原絲間的融合、粘連、并絲，使預(yù)氧化能夠順利進(jìn)行，從而提高碳纖維的強(qiáng)度和品質(zhì)。
[0003]由于有機(jī)硅高分子具有優(yōu)良的防粘、隔離、潤(rùn)滑和耐高溫性能，以有機(jī)硅為主要組分的有機(jī)硅油劑是高性能碳纖維制造專用油劑的主要選擇。使用功能基改性聚二甲基硅氧烷為基礎(chǔ)的紡絲油劑有很多國(guó)外專利報(bào)道，制造高性能碳纖維所用的紡絲油劑幾乎全部以功能基改性聚硅氧烷為主要組分。目前國(guó)內(nèi)外碳纖維制造廠家廣泛使用的碳纖維油劑的主要成分一般都是氨基聚硅氧烷，它們以水乳液的形式被使用，包含適當(dāng)?shù)娜榛瘎┖推渌鷦?br> [0004]氨基聚硅氧烷的結(jié)構(gòu)，包括分子量、氨基含量等對(duì)最終油劑的性能有很重要的影響。在紡絲過(guò)程中，希望油劑能快速、均勻在原絲表面鋪展。一般來(lái)說(shuō)，分子量越低，氨基聚硅氧烷在原絲表面的鋪展越快、越均勻。但是，氨基聚硅氧烷的分子量太低，在預(yù)氧化過(guò)程中的防粘、隔離效果降低。
[0005]使用高分子量的氨基聚硅氧烷可以有效提高紡絲油劑在原絲預(yù)氧化過(guò)程中的防粘、隔離效果。但是，一方面高分子量的氨基聚硅氧烷很難通過(guò)機(jī)械乳化方法得到穩(wěn)定的乳液；另一方面，高分子的氨基聚硅氧烷容易在紡絲和預(yù)氧化過(guò)程中產(chǎn)生“粘輥”現(xiàn)象，即油劑粘附在油劑干燥輥或者導(dǎo)向輥上，影響紡絲和預(yù)氧化的順利進(jìn)行。
[0006]通過(guò)乳液聚合方法可以得到穩(wěn)定的高分子量的聚二甲基硅氧烷乳液。相比于高分子量的氨基聚硅氧烷，高分子量的聚二甲基硅氧烷較難交聯(lián)。但是，如果采用單純的高分子量的聚二甲基硅氧烷乳液作為碳纖維紡絲油劑，在碳纖維制備過(guò)程中也容易產(chǎn)生“粘輥”現(xiàn)象。
[0007]本案發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果將低分子量的氨基聚硅氧烷乳液與高分子量的聚二甲基硅氧烷乳液混合，可以得到高性能的碳纖維紡絲油劑。該油劑用于制備碳纖維時(shí)，油劑能更快速、更均勻地滲透到纖維與纖維的間隙中，并均勻地分散到原絲的表面；同時(shí)油劑在原絲預(yù)氧化過(guò)程中有良好的防粘、隔離效果。因此原絲的分散性、集束性好，最終得到的碳纖維毛絲少，強(qiáng)度高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種能快速、均勻地鋪展到聚丙烯腈原絲表面，在原絲預(yù)氧化過(guò)程中防粘、隔離效果優(yōu)良的用于制備聚丙烯腈基高性能碳纖維的有機(jī)硅紡絲油劑；使用本發(fā)明的有機(jī)硅紡絲油劑，制備的碳纖維毛絲少，強(qiáng)度高。
[0009]本發(fā)明的用于制備聚丙烯腈基高性能碳纖維的有機(jī)硅紡絲油劑，是將以機(jī)械乳化方法制備的、質(zhì)量濃度在20~40%范圍的氨基聚硅氧烷乳液與以乳液聚合方法制備的、質(zhì)量濃度在30~50%范圍的聚二甲基硅氧烷乳液按照一定的比例混合均勻得到的。
[0010]所述的用于制備聚丙烯腈基高性能碳纖維的有機(jī)硅紡絲油劑中，以氨基聚硅氧烷乳液的重量份為基準(zhǔn)，優(yōu)選氨基聚硅氧烷乳液為100重量份，聚二甲基硅氧烷乳液為10~60重量份。
[0011]所述的氨基聚硅氧烷乳液中的氨基聚硅氧烷具有如下式(I)或式(2)所示的結(jié)構(gòu)
式:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備聚丙烯腈基碳纖維的有機(jī)硅紡絲油劑，其特征是:所述的有機(jī)硅紡絲油劑是將以機(jī)械乳化方法制備的、質(zhì)量濃度在20~40%范圍的氨基聚硅氧烷乳液與以乳液聚合方法制備的、質(zhì)量濃度在30~50%范圍的聚二甲基硅氧烷乳液混合均勻得到的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備聚丙烯腈基碳纖維的有機(jī)硅紡絲油劑，其特征是:所述的有機(jī)硅紡絲油劑中，以氨基聚硅氧烷乳液的重量份為基準(zhǔn)，氨基聚硅氧烷乳液為100重量份，聚二甲基硅氧烷乳液為10~60重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于制備聚丙烯腈基碳纖維的有機(jī)硅紡絲油劑，其特征是:所述的氨基聚硅氧烷乳液中的氨基聚硅氧烷具有下式(I)或式(2)所示的結(jié)構(gòu)式:
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于制備聚丙烯腈基碳纖維的有機(jī)硅紡絲油劑，其特征是:所述的聚二甲基硅氧烷乳液中的聚二甲氧烷具有下式(3)所示的結(jié)構(gòu)式；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制備聚丙烯腈基碳纖維的有機(jī)硅紡絲油劑，其特征是:所述的聚二甲基硅氧烷在20°C時(shí)的粘度大于或等于50000厘泊。
【文檔編號(hào)】D01F11/06GK103806131SQ201210440069
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月6日
【發(fā)明者】張瑛, 楊欣, 趙曉娟, 黃偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所