碳纤维的结构和性能会影响碳纤维的质量,原丝的性能又受到聚合时各种因素的制约。在碳纤维的生产制备中,作为制造过程的起始步骤,聚合工艺是决定碳纤维性能的关键。本文介绍聚丙烯腈原丝聚合的生产工艺,如原料配制、聚合、脱单、脱泡、过滤、中和,对各工序的操作过程进行详细描述。聚合单元特点有:1、具有溶解、反应、相分离、吸收、过滤等操作,主流程相对较长;2、反应产物为大分子,是粘性流体,传质传热方面有其特殊性;3、生产和输送过程对温度较敏感,强调恒温操作;4、需要设置较复杂的辅助系统及流程。本文研究以丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸为共聚单体的聚丙烯腈原丝自由基溶液聚合工艺。重点探讨聚丙烯腈纺丝液特性的变化。对原料及主聚合条件与纺丝液性能指标的关系进行研究,为高性能碳纤维的制备提供理论指导。聚合涉及参数主要有:旋转粘度、特性粘数、转化率、分子量特性等;涉及原料和工艺条件主要有引发剂、反应温度、投料浓度、二元、三元溶液聚合比较、回收溶剂对比使用。工艺反应条件对性能参数变化存在对应关系:1、合理幅度内提高引发剂浓度或聚合温度,产生的影响效果类似,都会造成转化率增长加快,但最终旋转粘度和特性粘数明显降低;2、提高单体投料浓度,会同时提高转化率、旋转粘度和特性粘数三项指标。根据对上述不同影响因素的实验,基本确定了较理想的工艺条件范围。实验针对二元、三元溶液聚合和使用回收溶剂展开,发现:1、三元溶液聚合更加优异。2、使用回收溶剂溶剂不会对产品性能造成明显不利影响,这是对降低成本作用最大的工艺措施。