大丝束碳纤维原丝制备方法

技术领域

本发明涉及聚丙烯腈纤维制造技术领域，具体地涉及一种大丝束碳纤维原丝制备方法。

背景技术

被誉为“黑黄金”的大丝束碳纤维，随着需求量跳跃式增加，拉动了大丝束碳纤维制备技术和产业化技术的不断突破。相比小丝束，大丝束碳纤维最大的优势是在相同的生产条件下可大幅度提高原丝及碳纤维的单线产能，实现生产的低成本化，同时还能够保证原丝及碳纤维的性能。

然而，随着大丝束中纤维根数的增加，每束丝的宽度随即增加，要实现低成本，必须在生产线上布置尽可能多的纺位。原丝生产不同于常规腈纶生产，纺位之间的纤维是不能重叠的。这样，纺位增加后，势必需要足够长的罗拉，一旦罗拉长度增加，可操作性降低，导致生产的安全性下降，设备制造的成本大幅度增加以及设备的可靠性下降。

常规的调整丝束宽度的方法是采用挡丝棒来强制拦丝，或者，采用槽辊来强制调整丝束的位置。但是，这类方法会大幅度增加槽辊、挡丝棒同丝束的摩擦，加剧了对丝束的损伤，增加毛丝、并丝，降低了原丝和碳纤维的质量。

对此，CN 206266762U公开了一种用于碳纤维原丝生产的丝宽收幅装置，其包括辊轴、调幅辊、辊轴架、调幅辊座、底座和支架。该装置用于整条原丝线上的每束丝进行丝束中心线的调整，通过调幅辊进行各丝束的中心线的移位，实现整条线全部丝束的丝宽有效收窄。然而，原丝生产是不能将丝束和丝束重叠的，如果单股丝束不事先收幅变窄，单纯使用该专利的收幅装置是不能实现丝束中心线的移位。

此外，CN102365221A公开了一种用于控制纤维幅材的收缩的方法和装置。该发明以第一传送速度传送纤维幅材，并在纤维幅材上执行至少一个操作。在操作期间，以低于第一速度的第二操作速度传送纤维幅材，或者在操作的持续期间纤维幅材甚至完全停止。在执行该操作之前以受控方式干燥纤维幅材。该发明还涉及用于改造造纸机中现有的分切复卷机和卷纸机部的方法。可见，该发明不适合用于大丝束碳纤维原丝的制备。

综上所述，制备碳纤维的关键是碳纤维原丝，原丝性能的好坏关系到制备的碳纤维性能的好坏。通常，原丝成本约占碳纤维制备总成本的50％-60％，如果要体现出大丝束低成本优势，必须降低大丝束原丝的成本，将大丝束原丝丝宽收幅变窄，同时还不影响大丝束原丝的品质，此是生产低成本大丝束原丝的关键技术之一。

因此，急需要提供一种大丝束碳纤维原丝制备方法来解决上述技术难题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的大丝束原丝收幅操作难，大丝束原丝品质难以保证且生产成本较高的问题，提供一种大丝束碳纤维原丝制备方法，该制备方法制备得到的大丝束原丝没有并丝，品质高，成本低，大大提升了生产效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种大丝束碳纤维原丝制备方法，该制备方法包括：

步骤1、提供聚丙烯腈纺丝原液；

步骤2、将步骤1的聚丙烯腈纺丝原液挤出成型制得初生纤维；

步骤3、将步骤2中制得的初生纤维从收幅装置的宽进口进料并从所述收幅装置的窄出口收幅后出料，然后对收幅后的初生纤维进行纤维后加工；其中，收幅后的丝束宽度与收幅前的丝束宽度的比值为0.4-0.67，优选为0.48-0.54。

优选地，所述步骤1中，所述聚丙烯腈纺丝原液的制备方法包括：

(1)聚丙烯腈树脂与温度为10-25℃的第一硫氰酸钠水溶液混合，在15-25℃温度下进行分散打浆形成浆状混合物；

(2)将所述浆状混合物与100-140℃的第二硫氰酸钠水溶液混合后在80-90℃温度下高速剪切，得到聚丙烯腈纺丝原液；

所述聚丙烯腈树脂数均粒径为2-9um，粒径分布指数为1.5-2.8，沉降值为3.0-4.2。

优选地，第一硫氰酸钠水溶液质量浓度为30-35wt％；和/或

所述浆状混合物中，聚丙烯腈树脂的质量含量为18-25wt％。

优选地，以所述聚丙烯腈纺丝原液总重为基准，聚丙烯腈树脂质量含量为10-13wt％；和/或

第二硫氰酸钠水溶液质量浓度为56-65wt％；和/或

所述浆状混合物与第二硫氰酸钠水溶液的质量比为30-35wt％。

优选地，所述聚丙烯腈树脂的制备方法包括：

将丙烯腈单体、第一共聚单体和第二共聚单体混合于纯水中，通过水溶性引发剂在聚合反应条件下进行聚合反应，反应结束后得到聚合反应液，所述聚合反应液经脱单，水洗，过滤，干燥制备得到聚丙烯腈树脂。

优选地，以整个聚合体系质量为基准，丙烯腈单体、第一共聚单体和第二共聚单体的总含量为30-45wt％，优选为35-42wt％；和/或

以单体总质量为基准，所述第一共聚单体含量为1-5wt％，优选为2-4wt％；和/或

以单体总质量为基准，所述第二共聚单体含量为0.5-2.0wt％，优选为0.8-1.5wt％；和/或

所述水溶性偶氮引发剂质量与单体总质量比为0.2％-0.7％：1，优选为0.25％-0.65％：1。

优选地，所述聚合条件包括：反应温度为60-80℃，优选为65-75℃；和/或

反应时间为60-100min，优选为70-90min。

优选地，所述第一共聚单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和醋酸乙烯酯中的至少一种；和/或

所述第二共聚单体选自甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺中的至少一种。

优选地，所述聚合反应液固含量为25-42wt％；和/或

所述聚合反应液粘度为300-500cp。

优选地，所述步骤2中，将步骤1的聚丙烯腈纺丝原液挤出成型的方法包括：将步骤1中制得的聚丙烯腈纺丝原液过滤和计量后，经48K喷丝板挤出，并在凝固浴中凝固成型，得到初生纤维。

优选地，所述凝固浴的凝固介质为浓度11.5-15wt％的NaSCN水溶液，凝固浴温度为-5至5℃，凝固浴牵伸为0.2-0.4。

优选地，所述收幅装置包括收幅托架，所述收幅托架为异形弧形托架，所述收幅托架的进口弧度α为63°-77°，优选地，进口弧度α为69°-70°；所述收幅托架的出口弧度β为115°-139°，优选地，出口弧度β为123°-130°。

优选地，所述收幅托架的进口总宽L-进口丝宽≥20mm，所述收幅托架的深度H≥20mm。

优选地，所述收幅装置还包括支撑架，所述收幅托架安装在所述支撑架顶部，所述支撑架底部设有升降机构，并且，所述升降机构设置为能够通过升降调整所述收幅托架的水平高度，以使得所述收幅托架的底端与丝束底部接触。

优选地，所述收幅装置还包括底板，所述支撑架的底端固接在所述底板上。

优选地，所述升降机构包括升降板，所述升降板上开设有升降滑动槽，所述支撑架可滑动地嵌设在所述升降滑动槽内并通过紧固螺栓限位固定；或者，所述升降机构为伸缩气缸，所述支撑架可拆卸地固接至所述伸缩气缸的伸缩杆上。

通过上述技术方案，首先提供聚丙烯腈纺丝原液，再将聚丙烯腈纺丝原液挤出成型制得初生纤维，然后将初生纤维从收幅装置的进口进料并从出口出料，由于收幅装置的进口较宽，出口较窄，通过的初生纤维被收幅起来，原丝的丝宽变窄，为了保证收幅的效果，优选控制该大丝束碳纤维原丝收幅装置满足：收幅后的丝束宽度/收幅前的丝束宽度为0.4-0.67。更进一步的，为了使得该大丝束碳纤维原丝收幅装置能够达到最佳收幅效果，优选为0.48-0.54。这样，就能够实现在后续对初生纤维进行纤维后加工后每股丝束中的纤维之间没有并丝，得到的大丝束碳纤维原丝品质大大提高。同时，使用该制备方法还可以保证在一条生产线上尽可能多地生产出高品质的大丝束原丝，降低了成本，提升了效率。

附图说明

图1是本发明提供的一种大丝束碳纤维原丝制备方法中收幅装置的主视图；

图2是本发明提供的一种大丝束碳纤维原丝制备方法中收幅装置的侧视图；

图3是本发明提供的一种大丝束碳纤维原丝制备方法中收幅装置的俯视图。

附图标记说明

1-底板2-支撑架

3-升降机构4-收幅托架

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，“顶、底”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。

参见图1，本发明提供一种大丝束碳纤维原丝制备方法，该制备方法包括：

步骤1、提供聚丙烯腈纺丝原液；

步骤2、将步骤1的聚丙烯腈纺丝原液挤出成型制得初生纤维；

步骤3、将步骤2中制得的初生纤维从收幅装置的宽进口进料并从所述收幅装置的窄出口收幅后出料，然后对收幅后的初生纤维进行纤维后加工。

上述步骤1中的聚丙烯腈纺丝原液可以是本领域中常见的任何一种形式得到的聚丙烯腈纺丝原液。优选情况下，为了进一步改善现有技术存在的聚丙烯腈纺丝原液固含量低、粘度大的问题，所述聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，包括：

(1)聚丙烯腈树脂与温度为10-25℃的第一硫氰酸钠水溶液混合，在15-25℃温度下进行分散打浆形成浆状混合物；

(2)将所述浆状混合物与100-140℃的第二硫氰酸钠水溶液混合后在80-90℃温度下高速剪切，得到聚丙烯腈纺丝原液；

所述聚丙烯腈树脂数均粒径为2-9um，粒径分布指数为1.5-2.8，沉降值为3-4.2。

根据本发明的一种优选实施方式，第一硫氰酸钠水溶液质量浓度为30-35wt％，优选为31-34wt％。

根据本发明的一种优选实施方式，所述浆状混合物中，聚丙烯腈树脂的质量含量为18-25wt％，优选为19-23wt％。

根据本发明的一种优选实施方式，以所述聚丙烯腈纺丝原液总重为基准，聚丙烯腈树脂质量含量为10-13wt％，优选为11-12.5wt％。

根据本发明的一种优选实施方式，第二硫氰酸钠水溶液质量浓度为56-65wt％。

根据本发明的一种优选实施方式，所述浆状混合物与第二硫氰酸钠水溶液的质量比为30-35wt％。

根据本发明，本发明对所述聚丙烯腈没有特别的要求，本领域具有前述性质的聚丙烯腈均能够适用于本发明，针对本发明，本发明提供一种具有前述性质的聚丙烯腈的制备方法，该方法包括：

将丙烯腈单体、第一共聚单体和第二共聚单体混合于纯水中，通过水溶性引发剂在聚合反应条件下进行聚合反应，反应结束后得到聚合反应液，所述聚合反应液经脱单，水洗，过滤，干燥制备得到聚丙烯腈树脂。

在本发明中，所述脱单是指在真空状态下脱除未反应单体。

本发明对聚合反应液水洗，过滤，干燥的条件均没有特别的要求，本领域常规的水洗，过滤，干燥条件均适用于本发明所述的聚合物反应液；优选地，聚丙烯腈树脂干燥过程在氮气氛围下，100-150℃温度下进行，优选为在氮气氛围下，110-130℃温度下进行干燥。

根据本发明的一种优选实施方式，以整个聚合体系质量为基准，丙烯腈单体、第一共聚单体和第二共聚单体的总含量为30-45wt％，优选为35-42wt％。

根据本发明的一种优选实施方式，以单体总质量为基准，所述第一共聚单体含量为1-5wt％，优选为2-4wt％。

根据本发明的一种优选实施方式，以单体总质量为基准，所述第二共聚单体含量为0.5-2.0wt％，优选为0.8-1.5wt％。

根据本发明的一种优选实施方式，所述水溶性偶氮引发剂质量与单体总质量比为0.2％-0.7％：1，优选为0.25％-0.65％：1。

根据本发明的一种优选实施方式，所述聚合条件包括：反应温度为60-80℃，优选为65-75℃。

根据本发明，根据反应温度合理调节反应时间，优选地，聚合反应时间为60-100min，更优选为70-90min

根据本发明的一种优选实施方式，所述第一共聚单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和醋酸乙烯酯中的至少一种。

根据本发明的一种优选实施方式，所述第二共聚单体选自甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺中的至少一种。

根据本发明的一种优选实施方式，所述聚合反应液固含量为所述聚合反应液固含量为25-42wt％，优选为31-42wt％，更优选为35-42wt％。

根据本发明的一种优选实施方式，所述聚合反应液粘度为300-500cp。

使用上述优选的制备方法制备聚丙烯腈纺丝原液，得到的浆状混合物粘度低、流动性好、性质稳定，浆状混合物与高温高浓硫氰酸钠溶液混合后，硫氰酸钠溶液容易扩散至聚丙烯腈颗粒内部；聚丙烯腈纺丝原液制备过程淤浆粘度低，流动性好，可用于连续生产，且制备得到的聚丙烯腈纺丝原液固含量高、粘度小，所述聚丙烯腈纺丝原液挤出均匀性和稳定性好。

在步骤2中，将制得的聚丙烯腈纺丝原液过滤和计量后，经48K喷丝板挤出，并在凝固浴中凝固成型，得到初生纤维。

在实际制备过程中，步骤1中聚合得到的聚丙烯腈聚合体的分子量为5-15万，步骤2中用于凝固成型的凝固浴的凝固介质为浓度11.5wt％-15wt％的NaSCN水溶液。优选情况下，凝固浴温度为-5℃至5℃，凝固浴牵伸为0.2-0.4。

根据本发明，由于初生纤维较柔软、较脆弱，难以适应纺织加工和使用的要求，为了满足最终成品的质量要求，通常需要对初生态纤维进行后处理工艺。其中，所述后处理工艺的工艺步骤可以参考本领域的常规方法进行。步骤3中的纤维后加工包括对初生纤维依次进行牵伸、水洗、热牵伸、前上油、干燥致密化、后上油、热定型及收丝。这样，经过一系列的后处理加工，使得最终的成品纤维的结构和性能得到完善和提高。其中，所述对初生纤维进行后加工的各步骤的具体加工方法和条件为本领域技术人员所公知，并且可以参考本领域的常规加工方法和条件进行，在此不再赘述。优选情况下，在步骤3进行的纤维后加工中，所述水洗温度可以为30℃-60℃，前上油的油槽浓度可以为1-4wt％，后上油的油槽浓度可以为2-5wt％，干燥致密化温度和热定型温度一般控制在140℃以下。

根据本发明，在步骤3中，将初生纤维通过收幅装置进行收幅的过程为将初生纤维从收幅装置的进口进料并从出口出料，由于收幅装置的进口较宽，出口较窄，通过的初生纤维被收幅起来，原丝的丝宽变窄，能够实现在后续对初生纤维进行纤维后加工后每股丝束中的纤维之间没有并丝，得到的大丝束碳纤维原丝品质大大提高。具体来说，本发明所述制备方法使用的收幅装置包括支撑架2，支撑架2顶部安装有收幅托架4，支撑架2底部设有升降机构3，并且，升降机构3设置为能够通过升降调整收幅托架4的水平高度，以使得收幅托架4的底端与丝束底部接触。

这样，通过在支撑架2顶部安装收幅托架4，在支撑架2底部设置升降机构3，使用时，通过升降机构3升降来调整收幅托架4的水平高度，保证收幅托架4的底部正好和丝束底部接触。这样，大丝束碳纤维原丝从收幅托架4上的较宽的进口进入而从较窄的出口离开收幅托架4，实现了将大丝束碳纤维原丝收幅，使得原丝的丝宽变窄。同时，收幅后不会影响丝束中每根纤维在后续的牵伸、水洗、上油及干燥致密化，能够实现每股丝束中纤维之间没有并丝。

在使用该大丝束碳纤维原丝收幅装置时，为了提升整体的稳定性，防止收幅过程中方向发生改变而影响丝束的正常收幅操作，导致收幅效果差甚至是收幅失败，优选地，该大丝束碳纤维原丝收幅装置还包括底板1，支撑架2的底端固接在底板1上。这样，该装置的整体性和稳定性得到了很大的提升，操作过程顺畅，收幅效果更好。

在本实施方式中，为了提升该大丝束碳纤维原丝收幅装置对丝束的收幅效果，同时，优化该大丝束碳纤维原丝收幅装置的基本结构，使得收幅托架4加工方便，优选地，收幅托架4为异形弧形托架。

上述收幅托架4的一端为进口，另一端为出口，进一步优选地，收幅托架4的进口总宽L-进口丝宽≥20mm，收幅托架4的深度H≥20mm。这样，进口总宽略大于所需进口的丝宽可以使得该大丝束碳纤维原丝进入收幅装置会更加顺畅，收幅效果更佳。

在收幅过程中，进口弧度的大小决定了该大丝束碳纤维原丝收幅装置能够处理的丝束的丝宽大小，为了使得该收幅托架4能够处理具有较宽丝宽的丝束，优选地，收幅托架4的进口弧度α为63°-77°。为了使得进口弧度的大小更加合适，更适合生产加工，进一步优选地，进口弧度α为69°-70°。

同样的，在收幅过程中，出口弧度的大小决定了该大丝束碳纤维原丝收幅装置处理后丝束的丝宽大小，为了使得该收幅托架4处理后的丝束具有较小的丝宽，优选地，收幅托架4的出口弧度β为115°-139°。为了使得出口弧度的大小更加合适，防止其过宽或者过窄，进一步优选地，出口弧度β为123°-130°。

此外，收幅操作的效果如何决定了丝束的加工良品率，为了保证收幅的效果，优选控制该大丝束碳纤维原丝收幅装置满足：收幅后的丝束宽度/收幅前的丝束宽度为0.4-0.67。更进一步的，为了使得该大丝束碳纤维原丝收幅装置能够达到最佳收幅效果，优选为0.48-0.54。

另外，上述升降机构3可以是本领域中常见的任何一种能够实现升降操作并固定调整后位置的结构构成，在一种实施方式中，优选升降机构3包括升降板，升降板上开设有升降滑动槽，支撑架2可滑动地嵌设在升降滑动槽内并通过紧固螺栓限位固定。这样，当需要提升收幅托架4的高度时，松开紧固螺栓，将升降板沿着升降滑动槽向上拉拽，至所需要的位置后重新旋紧紧固螺栓固定，此时收幅托架4的调高操作完成；当需要降低收幅托架4的高度时，松开紧固螺栓，将升降板沿着升降滑动槽向下按压，至所需要的位置后重新旋紧紧固螺栓固定，此时收幅托架4的降低操作完成。

在另一种实施方式中，优选升降机构3为伸缩气缸，支撑架2可拆卸地固接至伸缩气缸的伸缩杆上。采用伸缩气缸可以实现远程、自动化控制该收幅托架4的升降，当收幅托架4需要升高时，伸缩气缸上的伸缩杆伸长；当收幅托架4需要降低时，伸缩气缸上的伸缩杆缩短即可。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

在本发明中，为了制备高品质的聚丙烯腈原丝，采用：

实施例1-10

第一、第二共聚单体分别为丙烯酸甲酯和衣康酸，丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸的投料质量比为96:3:1。以整个聚合体系重量为基准，单体总投放量见表1。引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)，以丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸总重量为基准，引发剂投放量见表1。将所有单体、引发剂和纯水通入到连续搅拌聚合釜中，在聚合条件下进行聚合反应，反应温度和时间见表1，反应结束后，得到聚合反应液，在真空状态下脱除聚合反应液中未反应单体，再经过真空抽滤洗涤和氮气氛围下120℃干燥处理，得到聚丙烯腈树脂粉末。

对比例1-2

第一、第二共聚单体分别为丙烯酸甲酯和衣康酸，丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸单体的投料质量比为96:3:1。以整个聚合体系重量为基准，单体总投放量见表1。引发剂采用氯酸钠-焦亚硫酸钠(氧化-还原体系)，以丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸总重量为基准，引发剂投放量见表1。聚合反应时间和温度见表1，反应结束后，得到聚合反应液，在真空状态下脱除聚合反应液中未反应单体，将所得的聚合体再经过真空抽滤洗涤和氮气氛围下120℃干燥处理，得到颗粒尺寸可控且分布均匀的聚丙烯腈树脂粉末。

表1实施例1-10和对比例1-2的原料组成和聚合反应条件

为了考察实施例和对比例的聚合反应情况，可用聚合反应液固含量表征反应程度，具体方法是：取一定质量的聚合反应液，反复抽滤、洗涤，除去单体、引发剂和其它杂质，60℃烘箱内烘干至恒重，称取粉体重量，固含量即为粉体重量与聚合反应液重量之比；可用反应液粘度表征其流动性，具体方法是：先将反应液淤浆搅拌均匀，采用旋转流变仪(DV-II-P型)选取S63转子，转速70RPM，开启转动后30s读取粘度数据。具体测试结果见表2。

表2聚合反应液的性质

为了考察实施例和对比例的聚合产物分子量情况，可用凝胶渗透色谱(GPC)测定分子量及其分布，具体方法是：以PMMA为标样，0.065mol/LNaNO

表3聚合物分子量、颗粒尺寸与沉降值

实施例11-20

将实施例1-10得到的聚丙烯腈树脂粉末和温度20℃、浓度32.6wt％的NaSCN水溶液混合，混合物中聚丙烯腈树脂的含量控制为21wt％，维持混合物物料温度为20℃进行分散打浆，使聚丙烯腈树脂均匀分散于NaSCN水溶液中形成浆状混合物；后续将该混合物与140℃、58％的NaSCN水溶液一起送入高速剪切机中，维持混合物物料温度为80℃，在高速剪切机的快速分散和研磨作用下快速溶解，即得到纺丝粗原液。以整个原液体系重量为基准，树脂含量和NaSCN含量见表4。

实施例21

将实施例8得到的聚丙烯腈树脂粉末和温度11℃、浓度35wt％的NaSCN水溶液混合，混合物中聚丙烯腈树脂的含量控制为25wt％，维持混合物物料温度为11℃进行分散打浆，使聚丙烯腈树脂均匀分散于NaSCN水溶液中形成浆状混合物；后续将该混合物与100℃、60％的NaSCN水溶液一起送入高速剪切机中，维持混合物物料温度为90℃，在高速剪切机的快速分散和研磨作用下快速溶解，即得到纺丝粗原液。以整个原液体系重量为基准，树脂含量和NaSCN含量见表4。

实施例22

将实施例8得到的聚丙烯腈树脂粉末和温度25℃、浓度30wt％的NaSCN水溶液混合，混合物中聚丙烯腈树脂的含量控制为18wt％，维持混合物物料温度为25℃进行分散打浆，使聚丙烯腈树脂均匀分散于NaSCN水溶液中形成浆状混合物；后续将该混合物与120℃、65％的NaSCN水溶液一起送入高速剪切机中，维持混合物物料温度为85℃，在高速剪切机的快速分散和研磨作用下快速溶解，即得到纺丝粗原液。以整个原液体系重量为基准，树脂含量和NaSCN含量见表4。

实施例23

按照实施例18的方法制备纺丝粗原液，不同的是，采用的聚丙烯腈树脂粉末为商购的聚丙烯腈树脂粉末，购自网络，厂家Disel、牌号CAS25014-41-9。以整个原液体系重量为基准，树脂含量和NaSCN含量见表4。

对比例3-4

将对比例1-2得到的聚丙烯腈树脂粉末按照实施例11-20的方法制备聚丙烯腈纺丝原液。以整个原液体系重量为基准，树脂含量和NaSCN含量见表4。以整个原液体系重量为基准，树脂含量和NaSCN含量见表4。

表4聚丙烯腈纺丝原液配制条件

为了考察实施例11-22和对比例3-4的浆状混合物情况，可用DV-II-P型旋转流变仪测定浆状混合物粘度，具体方法是：先将浆状混合物搅拌均匀，选取S63转子，转速70RPM，开启转动后30s读取粘度数据；可通过25℃恒温静置24hr后，再测试浆状混合物的粘度，比较稳定性；浆状混合物的流动性，可用100mL烧杯量取浆液约50mL，搅拌均匀后在60°角度下进行倾倒，观察烧杯壁上的浆液残留情况，混合物全部流下为不挂壁，混合物流出后有一定厚度沉积为略有挂壁，沉积厚度随流出时间增加为粘壁，具体结果见表5。

表5浆状混合物的粘度、流动性和稳定性

为了考察实施例11-22和对比例3-4的纺丝原液性能，可用DV-II-P型旋转流变仪测定原液粘度，具体方法是：先将纺丝原液原液样品放置于54℃恒温水浴中保温3小时，选取S63转子，转速2.0RPM，开启转动读数稳定读取粘度；可通过恒温挤出试验测定纺丝原液原液均匀性和可纺性，具体方法是：利用自制的纺丝原液原液挤出试验装置，测试一定体积(600mL)的原液在一定压力(0.3MPa)和温度(45℃)下，经过装有400目滤材的滤器后、再通过孔径3mm的挤出口后自重流下，测试挤出平均长度、1分钟内的挤出质量和断头次数，测试结果见表6。

表6纺丝原液原液粘度、均匀性和稳定性

通过表5的结果可以看出，采用本发明，将聚丙烯腈树脂与温度为10-25℃的第一硫氰酸钠水溶液混合，再在15-25℃进行分散打浆，所得的浆状混合物流动性好、性质稳定。

通过表6的结果可以看出，实施例11-22制备的浆状混合物与100-140℃的第二硫氰酸钠水溶液混合后在温度为80-90℃下高速剪切，硫氰酸钠浓溶液容易扩散至颗粒内部，得到的聚丙烯腈纺丝原液溶解均匀，凝胶粒子少，粘度低且挤出均匀性好，适合于制备高品质聚丙烯腈原丝。

实验例1

本实验例用于说明大丝束碳纤维原丝的制备。

将实施例11制备得到的聚丙烯腈纺丝原液经48K喷丝板挤出，然后在凝固浴中凝固成型，得到初生纤维。用于凝固成型的凝固浴的凝固介质为浓度13wt％的NaSCN水溶液，并且，凝固浴温度为0℃，凝固浴牵伸为0.3。

将得到的初生纤维经过上述收幅装置进行收幅，将收幅装置的收幅效果设为0.67，即收幅后的丝束宽度与收幅前的丝束宽度的比值为0.67。具体的，将收幅装置进口总宽L设置为186mm，进口丝宽设置为166mm，收幅后丝宽为111mm；设置收幅托架的进口弧度α为77°，出口弧度β为139°，由此制得的原丝并丝根数为0。

将收幅后得到的原丝进行纤维后加工。其中，纤维后加工包括牵伸、水洗、热牵伸、前上油、干燥致密化、后上油、热定型及收丝。各步骤条件分别为：水洗温度控制在50℃；前上油的油槽浓度控制在3％；后上油的油槽浓度控制在3％；干燥致密化温度和热定型温度控制在130℃。

实验例2

本实验例用于说明大丝束碳纤维原丝的制备。

按照实验例1的方式制备大丝束碳纤维原丝，不同的是：用于凝固成型的凝固浴的凝固介质为浓度12wt％的NaSCN水溶液。

将得到的初生纤维经过上述收幅装置进行收幅，将收幅装置的收幅效果设为0.61，即收幅后的丝束宽度与收幅前的丝束宽度的比值为0.61。具体的，将收幅装置进口总宽L设置为186mm，进口丝宽设置为166mm，收幅后丝宽为101mm；设置收幅托架的进口弧度α为73°，出口弧度β为134°，由此制得的原丝并丝根数为0。

实验例3

本实验例用于说明大丝束碳纤维原丝的制备。

按照实验例1的方式制备大丝束碳纤维原丝，不同的是：用于凝固成型的凝固浴的凝固介质为浓度14wt％的NaSCN水溶液。

将得到的初生纤维经过上述收幅装置进行收幅，将收幅装置的收幅效果设为0.54，即收幅后的丝束宽度与收幅前的丝束宽度的比值为0.54。具体的，将收幅装置进口总宽L设置为188mm，进口丝宽设置为166mm，收幅后丝宽为90mm；设置收幅托架的进口弧度α为70°，出口弧度β为130°，由此制得的原丝并丝根数为0。

实验例4

本实验例用于说明大丝束碳纤维原丝的制备。

按照实验例1的方式制备大丝束碳纤维原丝，不同的是：凝固浴温度为-2℃。

将得到的初生纤维经过上述收幅装置进行收幅，将收幅装置的收幅效果设为0.48，即收幅后的丝束宽度与收幅前的丝束宽度的比值为0.48。具体的，将收幅装置进口总宽L设置为188mm，进口丝宽设置为166mm，收幅后丝宽为80mm；设置收幅托架的进口弧度α为69°，出口弧度β为123°，由此制得的原丝并丝根数为0。

实验例5

本实验例用于说明大丝束碳纤维原丝的制备。

按照实验例1的方式制备大丝束碳纤维原丝，不同的是：凝固浴温度为2℃。

将得到的初生纤维经过上述收幅装置进行收幅，将收幅装置的收幅效果设为0.42，即收幅后的丝束宽度与收幅前的丝束宽度的比值为0.42。具体的，将收幅装置进口总宽L设置为190mm，进口丝宽设置为166mm，收幅后丝宽为70mm；设置收幅托架的进口弧度α为66°，出口弧度β为120°，由此制得的原丝并丝根数为0。

实验例6

本实验例用于说明大丝束碳纤维原丝的制备。

按照实验例1的方式制备大丝束碳纤维原丝，不同的是：凝固浴牵伸为0.4。

将得到的初生纤维经过上述收幅装置进行收幅，将收幅装置的收幅效果设为0.4，即收幅后的丝束宽度与收幅前的丝束宽度的比值为0.4。具体的，将收幅装置进口总宽L设置为190mm，进口丝宽设置为166mm，收幅后丝宽为66mm；设置收幅托架的进口弧度α为63°，出口弧度β为115°，由此制得的原丝并丝根数为0。

对比实验例1

按照实验例1的方式制备大丝束碳纤维原丝，不同的是：

将得到的初生纤维经过上述收幅装置进行收幅，将收幅装置的收幅效果设为0.35，即收幅后的丝束宽度与收幅前的丝束宽度的比值为0.35。具体的，将收幅装置进口总宽L设置为186mm，进口丝宽设置为166mm，收幅后丝宽为58mm；设置收幅托架的进口弧度α为60°，出口弧度β为110°，由此制得的原丝并丝根数为5。

对比实验例2

按照实验例1的方式制备大丝束碳纤维原丝，不同的是：

将得到的初生纤维经过上述收幅装置进行收幅，将收幅装置的收幅效果设为0.32，即收幅后的丝束宽度与收幅前的丝束宽度的比值为0.32。具体的，将收幅装置进口总宽L设置为186mm，进口丝宽设置为166mm，收幅后丝宽为53mm；设置收幅托架的进口弧度α为52°，出口弧度β为102°，由此制得的原丝并丝根数为8。

对比实验例3

按照实验例1的方式制备大丝束碳纤维原丝，不同的是：

将得到的初生纤维经过上述收幅装置进行收幅，将收幅装置的收幅效果设为0.3，即收幅后的丝束宽度与收幅前的丝束宽度的比值为0.3。具体的，将收幅装置进口总宽L设置为186mm，进口丝宽设置为166mm，收幅后丝宽为50mm；设置收幅托架的进口弧度α为45°，出口弧度β为95°，由此制得的原丝并丝根数为13。

实验例7

本实验例用于说明大丝束碳纤维原丝的制备。

按照实验例1的方式制备大丝束碳纤维原丝，不同的是：

将实施例23制备得到的聚丙烯腈纺丝原液经48K喷丝板挤出，然后在凝固浴中凝固成型，得到初生纤维。用于凝固成型的凝固浴的凝固介质为浓度13wt％的NaSCN水溶液，并且，凝固浴温度为0℃，凝固浴牵伸为0.3。

将得到的初生纤维经过上述收幅装置进行收幅，将收幅装置进口总宽L设置为186mm，进口丝宽设置为166mm，收幅后丝宽为111mm，即收幅效果为0.67；设置收幅托架的进口弧度α为77°，出口弧度β为139°，制得的原丝并丝根数为0。

由此可见，使用该收幅装置对制得的初生纤维进行收幅，即使在原丝单股丝束根数增加到48K后，经过收幅后的原丝的丝宽变窄，并不影响丝束中每根纤维后续的牵伸、水洗、上油、干燥致密化等纤维后加工，还能够实现每股丝束中纤维之间没有并丝，品质大大提高。同时，使用该制备方法还可以保证在一条生产线上尽可能多地生产出高品质的大丝束原丝，降低了成本，提升了效率。

特别的，收幅操作的效果如何决定了丝束的加工良品率，而为了保证收幅的效果，本发明通过控制该大丝束碳纤维原丝收幅装置的尺寸，使其满足收幅后的丝束宽度/收幅前的丝束宽度为0.4-0.67。更进一步的，为了使得该大丝束碳纤维原丝收幅装置能够达到最佳收幅效果，优选为0.48-0.54。这样，获得的大丝束原丝没有并丝，品质更佳。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。