(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111518311 A(43)申请公布日 2020.08.11
(21)申请号 201910108614.4(22)申请日 2019.02.03
(71)申请人 中国石油天然气股份有限公司
地址 100007 北京市东城区东直门北大街9
号中国石油大厦(72)发明人 吴明金 万晓军 陈刚 张晓东
肖建文 廉信淑 (74)专利代理机构 北京康信知识产权代理有限
责任公司 11240
代理人 韩建伟(51)Int.Cl.
C08J 11/08(2006.01)D01F 9/22(2006.01)C08L 33/20(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页
CN 111518311 A(54)发明名称
聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的回收方法(57)摘要
本发明提供了一种聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的回收方法。该回收方法包括：使聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝在溶剂中溶解，得到纺丝液，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺水溶液。通过溶解的方式将聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝溶解在溶剂中形成纺丝液，形成的纺丝液作为其它工艺的原料，从而实现了对聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的回收利用。同时采用N,N-二甲基甲酰胺水溶液作为溶剂能够在单一的温度下就能够完成上述溶解过程，从而简化了回收工艺。因而采用上述回收方法极大地减少了聚丙烯腈基碳纤维原丝生产中的浪费，降低生产成本，并能够减少聚丙烯腈基碳纤维制备工艺对环境的污染。
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权 利 要 求 书
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1.一种聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的回收方法，其特征在于，所述回收方法包括：使所述聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝在溶剂中溶解，得到纺丝液，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺水溶液。
2.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝与所述溶剂的重量比为1:(3.5～4.5)。
3.根据权利要求1或2所述的回收方法，其特征在于，所述溶剂中N,N-二甲基甲酰胺的浓度≥96wt％。
4.根据权利要求3所述的回收方法，其特征在于，所述溶解过程的温度为60～80℃，溶解时间为2～6h。
5.根据权利要求4所述的回收方法，其特征在于，所述回收方法还包括：在搅拌下进行所述溶解过程。
6.根据权利要求5所述的回收方法，其特征在于，所述搅拌过程的搅拌速率为20～150转/分钟。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的回收方法，其特征在于，在进行所述溶解过程之前，所述回收方法还包括：将所述聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝进行剪短。
8.根据权利要求7所述的回收方法，其特征在于，经所述剪短过程，所述聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的长度≤2cm。
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说 明 书
聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的回收方法
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技术领域
[0001]本发明涉及碳纤维制备领域，具体而言，涉及一种聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的回收方法。
背景技术
[0002]在聚丙烯腈基碳纤维生产过程中，高质量的聚丙烯腈原丝是制备合格碳纤维的前提。聚丙烯腈原丝是从聚丙烯腈聚合液通过凝固成型、凝固浴牵伸、水洗、热水牵伸、上油、蒸汽牵伸和蒸汽定型等工序制备而成，整个过程中物理牵伸贯穿始终，线形大分子链在整个过程中沿着纤维轴方向择优取向。但是原丝技术指标如何与碳化生产工艺以及最终碳纤维产品的质量指标进行有效关联依然是困扰领域内生产和研究人员的一大难题。因此原丝品质的好坏或是能否得到合格的碳丝只能在碳化处理后才能知晓，不合格的原丝只能失去其原有价值判定为废丝。此外，在原丝生产过程中，由于更换过滤器、更换喷丝板及装置周期性的开、停车等操作、断丝、指标不达标等因素也将产生大量废丝。由于这些聚丙烯腈原丝不能解聚、不能进行热塑性加工、不能作为燃料使用，只能作为固废物处理，目前，生产聚丙烯腈原丝的最初原料丙烯腈价格已经达到1.9万元/吨，每吨原丝生产成本高达5万元/吨以上，原丝废丝作为废物处理将造成极大的浪费。发明内容
[0003]本发明的主要目的在于提供一种聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的回收方法，以解决现有的聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝处理方法无法对其进行回收利用的问题。[0004]为了实现上述目的，本发明提供了一种聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的回收方法，该回收方法包括：使聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝在溶剂中溶解，得到纺丝液，其中溶剂为N,N-二甲基甲酰胺水溶液。[0005]进一步地，聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝与溶剂的重量比为1:(3.5～4.5)。[0006]进一步地，溶剂中N,N-二甲基甲酰胺的浓度≥96wt％。[0007]进一步地，该回收方法还包括：在搅拌下进行溶解过程。[0008]进一步地，溶解过程的温度为60～80℃，溶解时间为2～6h。[0009]进一步地，搅拌过程的搅拌速率为20～150转/分钟。[0010]进一步地，在进行溶解过程之前，回收方法还包括：将聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝进行剪短。
[0011]进一步地，经剪短过程，聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的长度≤2cm。[0012]应用本发明的技术方案，通过溶解的方式将聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝溶解在溶剂中形成纺丝液，形成的纺丝液作为其它工艺的原料，从而实现了对聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的回收利用。同时采用N,N-二甲基甲酰胺水溶液作为溶剂能够在单一的温度下就能够完成上述溶解过程，从而简化了回收工艺。因而采用上述回收方法极大地减少了聚丙烯腈基碳纤维原丝生产中的浪费，降低生产成本，并能够减少聚丙烯腈基碳纤维制备工艺对
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说 明 书
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环境的污染。
具体实施方式
[0013]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。[0014]本申请中术语“聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝”是指不合格的聚丙烯腈基碳纤维原丝。
[0015]正如背景技术所描述的，现有的聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝处理方法无法对其进行回收利用的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的回收方法，该回收方法包括：使聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝在溶剂中溶解，得到纺丝液，其中上述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺水溶液。[0016]本申请提供的回收方法中，通过溶解的方式将聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝溶解在溶剂中形成纺丝液，形成的纺丝液作为其它工艺的原料，从而实现了对聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的回收利用。同时采用N,N-二甲基甲酰胺水溶液作为溶剂能够在单一的温度下就能够完成上述溶解过程，从而简化了回收工艺。因而采用上述回收方法极大地减少了聚丙烯腈基碳纤维原丝生产中的浪费，降低生产成本，并能够减少聚丙烯腈基碳纤维制备工艺对环境的污染。[0017]优选地，上述聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝溶解过程可以直接并入原丝生产系统，溶解后的聚合物可作为纺丝液用于原丝纺制，溶解所用的溶剂也会随原丝生产系统一并进入溶剂回收单元，经济效益明显。
[0018]采用上述回收方法能够降低聚丙烯腈基碳纤维原丝生产中的浪费，降低生产成本，并能够减少聚丙烯腈基碳纤维原丝制备工艺对环境的污染。在一种优选的实施例中，聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝与溶剂的重量比为1:(3.5～4.5)。聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝与溶剂的重量比包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于进一步提高聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的溶解率，从而有利于提高聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的回收效率。可选地，聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝与溶剂的重量比为1:3.5，1:3.8，1:4等。[0019]优选地，当溶剂为N,N-二甲基甲酰胺水溶液时，N,N-二甲基甲酰胺的含量大于等于96wt％。采用上述浓度的溶剂能够提高聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的溶解效率。[0020]上述回收方法中，溶解过程的温度和溶解时间可以根据需要进行调节。在一种优选的实施例中，溶解过程的温度为60～80℃，溶解时间为2～6h。将溶解过程的温度和时间限定在上述范围内有利于提高聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的溶解率，同时还能够将溶解时间限定在合理的范围内，进而有利于提高溶解过程的效率。[0021]优选地，上述回收方法还包括：在搅拌下进行溶解过程。将搅拌下进行上述溶解过程中有利于提高聚丙烯腈原丝废丝与溶剂的接触面积，从而有利于缩短溶解所需的时间。[0022]优选地，搅拌过程的搅拌速率为20～150转/分钟。搅拌过程的搅拌速率包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于进一步提高溶解过程的效率。[0023]为了进一步提高溶解的效率，优选地，在进行溶解过程之前，回收方法还包括：将聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝进行剪短。在聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝与溶剂进行溶解过程之前，先将聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝进行剪短，有利于提高聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝
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说 明 书
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与溶剂的接触面积，从而有利于进一步提高溶解效率。更优选地，经上述剪短过程，聚丙烯腈基碳纤维原丝废丝的长度≤2cm。
[0024]以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为本申请所要求保护的范围。[0025]实施例1
[0026]将一定量的聚丙烯腈原丝废丝放入溶解釜中，按照废丝与溶剂的重量比为1:4的比例加入浓度为99wt％的N,N-二甲基甲酰胺溶液，将溶解釜的温度控制在70℃，搅拌速度设置为50转/分钟，进行溶解处理，溶解处理的时间为2h。溶解后的废丝与溶剂一起形成了浅黄色透明树脂状液体(纺丝液)，废丝溶解率为82.3wt％。将溶解液输送至原丝纺制系统，按照原丝生产工艺完成溶解液的纺制，原丝经碳化处理评价，性能达标。[0027]实施例2
[0028]将一定量的聚丙烯腈原丝废丝放入溶解釜中，按照废丝与溶剂的重量比为1:4的比例加入浓度为90wt％的N,N-二甲基甲酰胺溶液，将溶解釜的温度控制在70℃，搅拌速度设置为50转/分钟，进行溶解处理，溶解处理的时间为3h。溶解后的废丝与溶剂一起形成了浅黄色透明树脂状液体(纺丝液)，废丝溶解率为83.5wt％。将溶解液输送至原丝纺制系统，按照原丝生产工艺完成溶解液的纺制，原丝经碳化处理评价，性能达标。[0029]实施例3
[0030]将一定量的聚丙烯腈原丝废丝放入溶解釜中，按照废丝与溶剂的重量比为1:1.5的比例加入浓度为90wt％的N,N-二甲基甲酰胺溶液，将溶解釜的温度控制在70℃，搅拌速度设置为50转/分钟，进行溶解处理，溶解处理的时间为4h。溶解后的废丝与溶剂一起形成了浅黄色透明树脂状液体(纺丝液)，废丝溶解率为69.2wt％。将溶解液输送至原丝纺制系统，按照原丝生产工艺完成溶解液的纺制，原丝经碳化处理评价，性能达标。[0031]实施例4
[0032]将一定量的聚丙烯腈原丝废丝放入溶解釜中，按照废丝与溶剂的重量比为1:4的比例加入浓度为99wt％的N,N-二甲基甲酰胺溶液，将溶解釜的温度控制在70℃，搅拌速度设置为50转/分钟，进行溶解处理，溶解处理的时间为5h。溶解后的废丝与溶剂一起形成了浅黄色透明树脂状液体(纺丝液)，废丝溶解率为100wt％。将溶解液输送至原丝纺制系统，按照原丝生产工艺完成溶解液的纺制，原丝经碳化处理评价，性能达标。[0033]实施例5
[0034]将一定量的聚丙烯腈原丝废丝放入溶解釜中，按照废丝与溶剂的重量比为1:4的比例加入浓度为90wt％的N,N-二甲基甲酰胺溶液，将溶解釜的温度控制在50℃，搅拌速度设置为200转/分钟，进行溶解处理，溶解处理的时间为6h。溶解后的废丝与溶剂一起形成了浅黄色透明树脂状液体(纺丝液)，废丝溶解率为92.4wt％。将溶解液输送至原丝纺制系统，按照原丝生产工艺完成溶解液的纺制，原丝经碳化处理评价，性能达标。[0035]实施例6
[0036]将一定量的聚丙烯腈原丝废丝放入溶解釜中，按照废丝与溶剂的重量比为1:3.5的比例加入浓度为90wt％的N,N-二甲基甲酰胺溶液，将溶解釜的温度控制在50℃，搅拌速度设置为200转/分钟，进行溶解处理，溶解处理的时间为6h。溶解后的废丝与溶剂一起形成了浅黄色透明树脂状液体(纺丝液)，废丝溶解率为98wt％。将溶解液输送至原丝纺制系统，
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按照原丝生产工艺完成溶解液的纺制，原丝经碳化处理评价，性能达标。[0037]对比例1
[0038]与实施例2的区别为：溶剂为90wt％二甲基亚砜水溶液。[0039]废丝溶解率为70wt％。[0040]从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：[0041]比较实施例1和2可知，将溶剂中N,N-二甲基甲酰胺的重量百分含量限定在本申请优选的范围内有利于提高聚丙烯腈原丝废丝的回收率。[0042]比较实施例1至6可知，将聚丙烯腈原丝废丝与溶剂的重量比限定在本申请优选的范围内有利于提高聚丙烯腈原丝废丝的回收率。[0043]比较实施例1和4可知，将采用本申请优选的溶剂能够使回收方法具有较高的聚丙烯腈原丝废丝回收率。
[0044]比较实施例1和5可知，将溶解过程的温度、时间及搅拌速率限定在本申请优选的范围内有利于提高聚丙烯腈原丝废丝的回收率。[0045]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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