專利名稱：一種聚丙烯腈原絲聚合液連續(xù)聚合啟釜方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種碳纖維原絲聚合液連續(xù)聚合啟釜方法，具體是ー種聚丙烯腈基碳纖維原絲聚合液連續(xù)聚合啟釜方法。
背景技術：
碳纖維因其高比強度、高比模量、耐熱、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變等優(yōu)異特性而被作為ー種增強材料廣泛應用于航空航天、國防建設等領域，其中，聚丙烯腈基碳纖維的應用最為廣泛，產(chǎn)量也最高。高性能聚丙烯腈基碳纖維的主要原料是聚丙烯腈原絲，原絲的質量在很大程度上決定著碳纖維的質量，而影響原絲質量的最根本原因又是聚合液的綜合性能。 聚合作為原絲生產(chǎn)的首道エ序也是關鍵エ序，其エ藝便成為影響聚合液綜合性能的最主要因素。聚合啟釜是實現(xiàn)聚合的必經(jīng)之路，實踐證明，聚合啟釜的好壞對聚合體系的穩(wěn)定及聚合液的性能影響很大。目前根據(jù)反應器結構和エ藝設計的不同，聚丙烯腈原絲聚合液的合成采用兩種方式即間歇聚合和連續(xù)聚合，國內普遍采用間歇聚合方式。從對エ藝參數(shù)控制的難易程度看， 間歇聚合更具優(yōu)勢，エ藝調整靈活，但不能有效抑制凝膠的生成。從提高原絲質量穩(wěn)定性、 擬制凝膠生成看，連續(xù)聚合更具優(yōu)勢。在目前的生產(chǎn)實踐中，連續(xù)聚合啟釜通常采用滿釜啟動方式，該方法即首先將聚合反應釜充滿物料，然后通熱水對聚合反應釜快速加熱，使聚合反應釜內溫度盡可能快速達到并穩(wěn)定在エ藝溫度，當聚合液轉化率達到エ藝值吋，向聚合反應釜內連續(xù)進物料，同時出聚合液，維持聚合反應體系的平衡，實現(xiàn)連續(xù)聚合。生產(chǎn)實踐證明，滿釜啟動方式存在以下問題(1)啟動過程中不能完全隔絕空氣，導致聚合液顏色變深，粘度波動大；( 由于啟動過程中滿釜物料同時參與反應，反應劇烈，易出現(xiàn)放熱過快散熱不均現(xiàn)象，易產(chǎn)生凝膠； (3)從啟釜至整個聚合體系穩(wěn)定所需時間較長。

發(fā)明內容
為克服間歇聚合及滿釜啟動連續(xù)聚合過程存在的啟釜過程中不能完全隔絕空氣、 易產(chǎn)生凝膠和從啟釜至整個聚合體系穩(wěn)定所需時間較長的不足，本發(fā)明提出了ー種聚丙烯腈原絲聚合液連續(xù)聚合啟釜方法。步驟1，通保護氣體對聚合反應釜通入保護氣體，保護氣體的流量為(10 30) L/min ；打開聚合反應釜放氣閥和釜底1#閥，對聚合反應釜中空氣進行置換；對聚合反應釜中空氣置換(1 6)小時后，關閉聚合反應釜放氣閥、釜底1#閥、保護氣體氣瓶總閥及保護氣體減壓閥。步驟2，啟釜進物料將聚合反應釜恒溫水槽水溫加熱至(55 75)°C ；開啟上料泵，以泵的最大流量向聚合反應釜進物料；聚合反應釜內聚積的物料達到聚合反應釜測溫口上表面，并保持該物料的液位始終處于聚合反應釜測溫口上表面。進物料過程中維持恒溫水槽水溫在(55 75)で。
步驟3，聚合反應釜升溫當聚合反應釜內聚積的物料達到聚合反應釜測溫口上表面后，啟動聚合反應釜的熱水循環(huán)泵并打開聚合反應釜循環(huán)熱水進水閥，使熱水流量保持在(1000 2000) L/h ；同時對聚合反應釜加熱，使聚合反應釜內物料的溫度在1小時內升溫至(60 65)で并保溫；通過升溫反應得到聚合液；在聚合反應過程中，繼續(xù)對聚合反應釜內上物料，直至聚合反應釜內充滿物料，關閉上料泵。步驟4，聚合液轉化率測試聚合反應釜滿釜后2小時開始取樣測試聚合液的轉化率，每小時測試一次；當聚合液的轉化率為> 65%吋，開始連續(xù)聚合。步驟5，連續(xù)聚合開啟上料泵繼續(xù)往聚合反應釜進物料，同時開啟聚合反應釜釜底1#閥和2#閥，維持聚合反應釜內聚合液液位穩(wěn)定，實施連續(xù)聚合。所述的保護氣體為氮氣或氬氣。本發(fā)明在往聚合反應釜進物料前，用保護氣體對聚合反應釜內空氣進行置換的方式，使聚合反應在保護氣體氣氛中進行，有效地隔絕了空氣，成功減少了空氣對聚合反應的影響。本發(fā)明中，當聚合反應釜內聚積的物料達到聚合反應釜測溫口上表面后，即開始對聚合反應釜進行控溫，之后聚合溫度控制與連續(xù)進物料同時進行，此方式相比先充滿物料后控溫的滿釜啟動方式，具有以下優(yōu)點(1)通過聚合反應溫度的控制可以達到連續(xù)進物料、緩慢聚合的效果，有助于延長聚合反應時間，避免聚合反應放熱過快、聚合反應釜散熱不均的問題，從而有效抑制聚合過程中凝膠生成；( 不斷進入新鮮物料有助于平衡聚合反應體系熱量，使啟動過程能夠在ー個比較溫和的反應條件下進行，聚合液性能參數(shù)波動較小；(3)由于從啟釜開始反應條件比較溫和且較易控制，使聚合反應體系較穩(wěn)定，從而有助于縮短啟釜至整個聚合體系穩(wěn)定所需時間。


附圖1是聚合反應系統(tǒng)示意圖。附圖2是聚丙烯腈原絲聚合液連續(xù)聚合啟釜的流程框圖。其中1.聚合反應釜2.釜底1#閥3.釜底姊閥4.采樣閥5.放氣閥6.恒溫水槽 7.熱水循環(huán)泵8.熱水循環(huán)泵出水閥9.循環(huán)水電加熱器10.循環(huán)熱水進水閥11.聚合液儲槽12.聚合液儲槽出口閥13上料泵14.上料泵出口閥15.測溫ロ
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明所采用的聚合反應系統(tǒng)包括聚合反應釜1、釜底1#閥2、釜底 2#閥3、采樣閥4、放氣閥5、恒溫水槽6、熱水循環(huán)泵7、熱水循環(huán)泵出水閥8、循環(huán)水電加熱器9、循環(huán)熱水進水閥10、聚合液儲槽11、聚合液儲槽出ロ閥12、上料泵13和上料泵出ロ閥 14，各部件之間通過管路連通。其中，聚合反應釜1下部有測溫ロ 15。聚合反應釜1底部的管路上安裝有釜底1#閥2和釜底2#閥3 ；視窗位于釜底1#閥2和釜底2#閥3之間，在釜底1#閥2和視窗之間串接有采樣閥4。恒溫水槽6的出ロ通過管路與聚合反應釜1的熱水進ロ連通；在恒溫水槽6的出口與聚合反應釜1的熱水進ロ之間，依次串接有熱水循環(huán)泵 7、熱水循環(huán)泵出水閥8、循環(huán)水電加熱器9和循環(huán)熱水進水閥10 ；聚合反應釜1上部的熱水出口與恒溫水槽6頂部管路連通，實現(xiàn)聚合反應釜熱水的循環(huán)。聚合液儲槽11的出ロ通過管路與聚合反應釜1連通，在聚合反應釜1與聚合液儲槽11之間，依次串接有上料泵出ロ 閥14上料泵13和聚合液儲槽出ロ閥12。在利用上述聚合反應系統(tǒng)實現(xiàn)本發(fā)明的目的時實施例一本實施例是ー種聚丙烯腈基碳纖維原絲聚合液連續(xù)聚合啟釜方法。本實施例的具體過程包括以下步驟步驟1，通保護氣體將聚合反應釜采樣閥作為保護氣體的進氣ロ，并與保護氣體氣瓶的出氣ロ連接。關閉上料泵出口閥、聚合反應釜釜底姊閥，打開聚合反應釜放氣閥和釜底1#閥，對聚合反應釜中空氣進行置換。打開聚合反應釜采樣閥，確認保護氣體減壓閥處于關閉狀態(tài)。打開保護氣體氣瓶出口總閥，打開保護氣體減壓閥出口閥，將保護氣體流量計的流量調整為20L/min。對聚合反應釜中空氣置換2. 5小時后，關閉聚合反應釜放氣閥、 釜底1#閥、保護氣體氣瓶總閥及保護氣體減壓閥。本實施例中所述的保護氣體為氬氣。步驟2，啟釜進物料通過蒸汽將聚合反應釜恒溫水槽的水溫加熱至65°C并保溫。 啟動聚合反應釜攪拌電機，開啟上料泵，以泵的最大流量向聚合反應釜進物料并使物料聚積在聚合反應釜內。聚合反應釜內聚積的物料達到聚合反應釜測溫口上表面，并保持該物料的液位始終處于聚合反應釜測溫ロ上表面。步驟3，聚合反應釜升溫當聚合反應釜內聚積的物料達到聚合反應釜測溫口上表面后，啟動聚合反應釜的熱水循環(huán)泵并打開聚合反應釜循環(huán)熱水進水閥，使熱水的流量保持在1500L/h ；同時開啟聚合反應釜循環(huán)水電加熱器對聚合反應釜加熱，使聚合反應釜內物料的溫度在1小時內升溫至62°C并保溫。通過升溫反應得到聚合液。在聚合反應過程中，繼續(xù)對聚合反應釜內上物料，直至聚合反應釜內充滿物料，關閉上料泵。步驟4，聚合液轉化率測試聚合反應釜滿釜后2小時開始取樣，通過減量法測試聚合液的轉化率，每小時測試一次，本實施例測試4次。測試結果見表1，當聚合液的轉化率為69. 30%時，轉入步驟5，實施連續(xù)聚合。表1聚合液轉化率測試結果
測試次數(shù)1234轉化率55. 1061. 9064. 3269. 30步驟5，連續(xù)聚合由于聚合液轉化率為69. 30 65%，開啟上料泵繼續(xù)往聚合反應釜進物料，同時開啟聚合反應釜釜底的1#閥和2#閥，維持聚合反應釜內聚合液液位穩(wěn)定，開始連續(xù)聚合。實施例ニ本實施例是ー種聚丙烯腈基碳纖維原絲聚合液連續(xù)聚合啟釜方法。本實施例的具體過程包括以下步驟步驟1，通保護氣體將聚合反應釜采樣閥作為保護氣體的進氣ロ，并與保護氣體氣瓶的出氣ロ連接。關閉上料泵出口閥、聚合反應釜釜底姊閥，打開聚合反應釜放氣閥和釜底1#閥，對聚合反應釜中空氣進行置換。打開聚合反應釜采樣閥，確認保護氣體減壓閥處于關閉狀態(tài)。打開保護氣體氣瓶出口總閥，打開保護氣體減壓閥出口閥，將保護氣體流量計的流量調整為lOL/min。對聚合反應釜中空氣置換6小時后，關閉聚合反應釜放氣閥、釜底1#閥、保護氣體氣瓶總閥及保護氣體減壓閥。本實施例中所述的保護氣體為氬氣。步驟2，啟釜進物料通過蒸汽將聚合反應釜恒溫水槽的水溫加熱至65°C并保溫。 啟動聚合反應釜攪拌電機，開啟上料泵，以泵的最大流量向聚合反應釜進物料并使物料聚積在聚合反應釜內。聚合反應釜內聚積的物料達到聚合反應釜測溫口上表面，并保持該物料的液位始終處于聚合反應釜測溫ロ上表面。步驟3，聚合反應釜升溫當聚合反應釜內聚積的物料達到聚合反應釜測溫口上表面后，啟動聚合反應釜的熱水循環(huán)泵并打開聚合反應釜循環(huán)熱水進水閥，使熱水的流量保持在1800L/h ；同時開啟聚合反應釜循環(huán)水電加熱器對聚合反應釜加熱，使聚合反應釜內物料的溫度在1小時內升溫至62°C并保溫。通過升溫反應得到聚合液。在聚合反應過程中，繼續(xù)對聚合反應釜內上物料，直至聚合反應釜內充滿物料，關閉上料泵。步驟4，聚合液轉化率測試聚合反應釜滿釜后2小時開始取樣，通過減量法測試聚合液的轉化率，每小時測試一次，本實施例測試3次。測試結果見表2，當聚合液的轉化率為66. 27%時，轉入步驟5，實施連續(xù)聚合。表2聚合液轉化率測試結果
權利要求
1.一種聚丙烯腈原絲聚合液連續(xù)聚合啟釜方法，其特征在干，其具體過程包括以下步驟步驟1，通保護氣體對聚合反應釜通入保護氣體，保護氣體的流量為(10 30)L/min ； 打開聚合反應釜放氣閥和釜底1#閥，對聚合反應釜中空氣進行置換；對聚合反應釜中空氣置換(1 6)小時后，關閉聚合反應釜放氣閥、釜底1#閥、保護氣體氣瓶總閥及保護氣體減壓閥；步驟2，啟釜進物料將聚合反應釜恒溫水槽的水溫加熱至(55 7 0C ；開啟上料泵， 以泵的最大流量向聚合反應釜進物料；聚合反應釜內聚積的物料達到聚合反應釜測溫ロ上表面，并保持該物料的液位始終處于聚合反應釜測溫口上表面；進物料過程中維持恒溫水槽水溫在(55 75) 0C ；步驟3，聚合反應釜升溫當聚合反應釜內聚積的物料達到聚合反應釜測溫口上表面后，啟動聚合反應釜的熱水循環(huán)泵并打開聚合反應釜循環(huán)熱水進水閥，使熱水的流量保持在(1000 2000)L/h ；同時對聚合反應釜加熱，使聚合反應釜內物料的溫度在1小時內升溫至(60 65)で并保溫；通過升溫反應得到聚合液；在聚合反應過程中，繼續(xù)對聚合反應釜內上物料，直至聚合反應釜內充滿物料，關閉上料泵；步驟4，聚合液轉化率測試聚合反應釜滿釜后2小時開始取樣測試聚合液的轉化率， 每小時測試一次；當聚合液的轉化率為> 65%吋，開始連續(xù)聚合；步驟5，連續(xù)聚合開啟上料泵繼續(xù)往聚合反應釜進物料，同時開啟聚合反應釜釜底1# 閥和2#閥，維持聚合反應釜內聚合液液位穩(wěn)定，實施連續(xù)聚合。
2.如權利要求1所述ー種聚丙烯腈原絲聚合液連續(xù)聚合啟釜方法，其特征在干，所述的保護氣體為氮氣或氬氣。
全文摘要
一種聚丙烯腈原絲聚合液連續(xù)聚合啟釜方法。在聚合反應釜進物料前，通過保護氣體隔絕空氣，減少了空氣對聚合反應的影響。當聚合反應釜內聚積的物料達到聚合反應釜測溫口上表面后，開始對聚合反應釜進行控溫，并且控制聚合溫度與連續(xù)進物料同時進行。本發(fā)明通過聚合反應溫度的控制達到連續(xù)進物料、緩慢聚合的效果，有助于延長聚合反應時間，避免聚合反應放熱過快、聚合反應釜散熱不均的缺陷，有效抑制聚合過程中凝膠生成；不斷進入的新鮮物料有助于平衡聚合反應體系熱量，使啟動過程在一個比較溫和的反應條件下進行，聚合液性能參數(shù)波動較小；由于從啟釜開始反應條件比較溫和且較易控制，使聚合反應體系較穩(wěn)定，從而縮短了啟釜至整個聚合體系穩(wěn)定所需時間。
文檔編號D01F9/22GK102532363SQ20111017020
公開日2012年7月4日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權日2011年6月23日
發(fā)明者張文發(fā), 張雄偉, 王麗娟, 葛光濤 申請人:西安康本材料有限公司