如何制备高质量聚丙烯腈原丝？

制造碳纤维用的聚丙烯腈（PAN）原丝，是影响碳纤维质量的关键因素之一，要求PAN原丝强度高，热转化性能好，杂质含量少，原丝的结构缺陷少，线密度均匀。

聚丙烯原丝的生产技术与常规聚丙烯腈纤维相似，采用湿法纺丝或者干喷湿纺工艺，经凝固、水洗、拉伸、上油、干燥后获得成品纤维，流程见图9-1。

图9-1　PAN基碳纤维制造的工艺流程示意

与湿法纺丝相比，干喷湿法纺丝时，纺丝原液从喷丝孔流出后，先经过一小段空气层（10～20mm），再进入凝固浴。干喷湿纺用纺丝液浓度高于湿法纺丝，可达30%（质量分数，下同），（湿法纺丝液浓度一般为15%～25%）。除此之外，干喷湿法纺丝在空气层溶液细流获得更大程度的拉伸，纤维大分子链取向程度高，结构致密，有利于获得高质量PAN原丝。纺丝速度也比湿法纺丝快。

为了有利于原丝在后续制备碳纤维的预氧化过程中容易控制，在聚合时需要加入少量共聚单体以缓和预氧化过程热化学反应的激烈程度。因为在高温下的预氧化是放热反应，过于猛烈的热量释放会在纤维结构中产生缺陷。(www.xing528.com)

作为共聚的单体有甲基丙烯酸、顺丁烯二酸等，加入量为0.5～3%。

制造碳纤维原丝时，要求所使用的单体、水、溶剂等原料纯度高、车间内无尘、容器设备耐腐蚀，使原丝中的杂质含量（包括金属离子含量）降到最低，因为杂质使原丝缺陷增多，降低了碳纤维的性能。表9-2为PAN原丝含杂质对碳纤维强度的影响。

表9-2　PAN原丝含杂对碳纤维强度的影响