碳纤维是高性能复合材料的主要增强相、是国家的战略性物资。碳纤维原丝直接影响碳纤维的质量,要提高碳纤维的质量,首先要提高原丝的质量;同时,提高碳纤维产量、降低造价,也是我国碳纤维产业急需解决的问题,要提高碳纤维的产量,首先是提高原丝的产量,原丝的产量主要由纺速决定。基于此,本文针对提高聚丙烯腈基碳纤维原丝的质量和产量展开研究,研究了300米/分纺速的聚丙烯腈基碳纤维原丝的干湿法纺丝。相比于喷丝之后直接进入凝固浴的湿法纺丝,干湿法纺丝是提高纺丝速度,提高生产效率,降低成本的有效方法,干湿法纺丝是近些年发展起来的一种新型纺丝方法,其传值、传热等机理还不十分清楚,目前的工艺研究以实验为主。研究目的是对决定高速干湿法纺丝质量的几个重要工序进行实验研究,以实现高质高速的干湿法纺丝。首先进行了聚合反应(纺丝原液)研究。研究制定了纺丝原液的搅拌方式——浆式搅拌,使搅拌更均匀;研究制定了聚合反应釜的温度控制方式——用内置蛇管及夹套进行控温,保证了聚合反应质量;根据纺丝原液可纺性和纺丝原液与碳纤维强度的关系,研究确定了聚合物分子量和纺丝原液的固含量。然后对纺丝工艺进行研究。对决定纺丝质量的关键工艺参数进行研究。通过对纺丝原液细流及成丝效果的研究,确定了喷丝板的光洁度、凝固液的温度和浓度;通过反复实验,确定了引丝速度、牵伸倍数、凝固时间等参数;引入超声水洗,控制水洗温度,达到了需要的水洗效果。最后完成了成丝后处理研究。研究确定采用梯度升温方式,对丝束进行干燥致密化,防止单丝间并丝,同时消除了皮芯结构,实现原丝结构的致密化;在高于软化点的温度条件下,确定了原丝二次牵伸参数,以5倍的牵伸倍数。本文研究成果已经在千吨生产线上得到实施,实现了300m/min的纺丝设计目标,达到了持续稳定生产。所产原丝经碳化后,碳纤维性能达到了T700S的指标,实现了研发目标。