利用疏水改性提高聚丙烯腈初生纤维上油率的方法与流程

本发明属于聚丙烯腈纤维表面处理，涉及一种利用疏水改性提高聚丙烯腈初生纤维上油率的方法。

背景技术：

1、高性能聚丙烯腈(pan)基碳纤维的制备，要求采用高质量的pan原丝。如果没有均一性好和无毛丝的原丝，碳化工序将无法顺利进行。因此，实现原丝细纤度化、致密化、均质化、细晶化和低缺陷，可以提高pan原丝的质量。

2、上油是pan原丝制备过程中的重要环节。油剂附着在纤维表面后，在纤维表面形成一层厚度均匀的薄膜，可有效防止或消除因摩擦产生的静电，降低摩擦系数；并赋予纤维平滑、柔软等特性，使纤维具有适当的集束性、牵伸性和分纤性，减少纤维表面缺陷，使其具有良好的可纺性和可加工性。优质的油剂和合理的上油工艺是防止原丝产生表面缺陷的有效手段。上油量的多少和均匀性直接影响原丝在干燥过程中的干燥效果和连续稳定生产，也是影响碳纤维性能的一个重要因素。pan原丝的含油量一般控制在1％～2％。

3、然而，现如今碳纤维原丝生产中大多通过不同油剂浓度、上油时间和油剂种类来调整原丝上油率，这就导致原丝上油均一性难以控制，油剂浪费严重。丝束在烘干过程中受热不均，产生粘辊，纤维断裂严重，难以承受高倍蒸牵，生产的原丝毛丝量大，影响产品质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用疏水改性提高聚丙烯腈初生纤维上油率的方法，该方法利用含氟水性环氧树脂型疏水剂对聚丙烯腈初生纤维进行疏水亲油改性，提高聚丙烯腈初生纤维的疏水性，从而提高原丝上油率，节约油剂。

2、实现本发明目的的技术方案如下：

3、利用疏水改性提高聚丙烯腈初生纤维上油率的方法，包括以下步骤：

4、步骤1，水溶性环氧树脂的制备：按重量百分比计，采用以下原料：环氧树脂25～50％、有机溶剂10～40％、改性剂5～15％、引发剂3～8％、单体5～10％、表面活性剂2～6％，所述的环氧树脂为环氧基聚醚型氟硅聚合物，有机溶剂为体积比为1:3的丙酮和正丁醇组成的混合溶剂，改性剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，引发剂为过氧化苯甲酸，单体为甲基丙烯酸，先将环氧树脂在75～100℃下加热搅拌溶于1/3的有机溶剂中，然后加入1/3的改性剂、1/3的引发剂和1/3的单体，搅拌反应，最后加入余下的2/3的改性剂、有机溶剂、引发剂、单体，继续搅拌反应，得到水溶性环氧树脂；

5、步骤2，含氟水性环氧树脂型疏水剂的制备：将水溶性环氧树脂溶于水中形成质量分数为0.15％～0.8％的水溶性环氧树脂溶液，按水溶性环氧树脂溶液与全氟烷基磺酸钠质量分数为1％～10％的全氟烷基磺酸钠表面活性剂溶液的质量比为90～99：1～10，在水溶性环氧树脂溶液中加入全氟烷基磺酸钠表面活性剂溶液，常温下搅拌，制得全氟烷基磺酸钠表面活性剂质量分数为0.1％～0.2％的含氟水性环氧树脂型疏水剂；

6、步骤3，聚丙烯腈初生纤维的疏水改性和上油：聚丙烯腈初生纤维经水洗、热水牵伸后，浸渍在含氟水性环氧树脂型疏水剂中，然后将浸涂过疏水剂的聚丙烯腈初生纤维经过上油、烘干、蒸牵工段，获得聚丙烯腈原丝。

7、进一步地，步骤1中，环氧树脂为环氧当量为190的双酚a环氧树脂。

8、进一步地，步骤1中，在20～30min内加入1/3的改性剂、1/3的引发剂和1/3的单体，搅拌反应20～30min，最后在20～30min内加入余下的2/3的改性剂、有机溶剂、引发剂、单体，继续搅拌反应2～3h。

9、进一步地，步骤2中，水溶性环氧树脂溶液与全氟烷基磺酸钠表面活性剂溶液的质量比为95：5。

10、进一步地，步骤2中，含氟水性环氧树脂型疏水剂中，全氟烷基磺酸钠表面活性剂质量分数为0.15％～0.2％。

11、进一步地，步骤2中，全氟烷基磺酸钠表面活性剂为常作为表面活性剂使用的全氟烷基磺酸钠化合物，在本发明具体实施方式中，采用的全氟烷基磺酸钠表面活性剂为全氟辛烷磺酸钠。

12、进一步地，步骤3中，浸渍时间为3～10min，优选为5～10min。

13、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

14、本发明利用甲基丙烯酸单体、引发剂、混合溶剂，将含有磺酸基的丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸接枝到环氧树脂上，生成富含亲水基团的改性环氧树脂，制成一定质量分数的水溶液，再加入全氟烷基磺酸钠表面活性剂，制成含氟水性环氧树脂型疏水剂，将聚丙烯腈初生纤维浸涂在疏水剂中，可以提高纤维的疏水性，提高接触角，初生纤维再经过上油时可以提高纤维的上油率，节约油剂，降低生产成本。

技术特征：

1.利用疏水改性提高聚丙烯腈初生纤维上油率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，环氧树脂为环氧当量为190的双酚a环氧树脂。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，在20~30min内加入1/3的改性剂、1/3的引发剂和1/3的单体，搅拌反应20~30min，最后在20~30min内加入余下的2/3的改性剂、有机溶剂、引发剂、单体，继续搅拌反应2~3h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，水溶性环氧树脂溶液与全氟烷基磺酸钠表面活性剂溶液的质量比为95：5。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，含氟水性环氧树脂型疏水剂中，全氟烷基磺酸钠质量分数为0.15%~0.2%。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，全氟烷基磺酸钠表面活性剂为全氟辛烷磺酸钠。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，浸渍时间为3~10min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，浸渍时间为5~10min。

技术总结本发明公开了一种利用疏水改性提高聚丙烯腈初生纤维上油率的方法。所述方法先制备水溶性环氧树脂，将水溶性环氧树脂和全氟烷基磺酸钠表面活性剂按比例混合制备含氟水性环氧树脂型疏水剂，最后采用浸涂法对聚丙烯腈初生纤维进行疏水改性和上油。本发明方法简单，通过对聚丙烯腈初生纤维进行改性，提高了聚丙烯腈原丝的含油率。技术研发人员：张金元,刘倩,王刚,王许杰,刘栋受保护的技术使用者：中复神鹰碳纤维股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9