丙烯腈系聚合物溶液的制造方法及剪切装置、丙烯腈系纤维的制造方法及碳纤维的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及丙烯腈系聚合物溶液的制造方法，涉及丙烯腈系聚合物被均匀地溶解 在溶剂中，不生成凝胶的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法。进一步本发明涉及适于实施上 述方法的剪切装置、使用了上述方法的丙烯腈系纤维的制造方法以及以该丙烯腈系纤维作 为前体的碳纤维的制造方法。
【背景技术】
[0002] 以往，作为丙烯腈系聚合物溶液的制造方法，已知将丙烯腈系聚合物与溶剂的混 合物，使用双管式热交换器、多管式热交换器进行加热，将上述丙烯腈系聚合物溶解在上述 溶剂中的方法。
[0003] 将丙烯腈系聚合物作为粉体而混合在溶剂中进行分散的情况下，关于溶剂，仅丙 烯腈系聚合物粉体的块的周围被溶剂溶解，溶剂不渗透到块的内部，分散不良物易于产生。 该分散不良物即使在通过了之后的溶解工序的热交换器后也未完全溶解，有时残存未溶解 的丙烯腈系聚合物。起因于该未溶解物，将丙烯腈系聚合物溶液进行过滤的过滤器有时变 得易于堵塞。
[0004] 在专利文献1中记载了，使用具备料筒和设置于其内侧的转子，并在它们上分别 突出设置有钉齿构件的装置，通过钉齿构件彼此之间产生的剪切力所伴随的发热，将丙烯 腈系聚合物溶解的溶解方法。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本特开2002-45671号公报
【发明内容】
[0008] 发明所要解决的课题
[0009] 专利文献1的溶解方法是在将丙烯腈系聚合物均匀地溶解在该溶剂中这一点上 得到了改善的方法。然而，期望使丙烯腈系聚合物的溶解性进一步提高。实际上，如果由专 利文献1的实施例的记载来推定后面详述的指标W，则为约0. 2kWh/kg，与使用了双管式热 交换器的情况相比，虽然由过滤升压试验得到的压力上升度（溶解性的尺度）良好，但是期 望溶解性的进一步提高。
[0010] 本发明的目的是提供可以将丙烯腈系聚合物均匀且有效率地溶解在溶剂中，可抑 制过滤器、纺丝喷嘴的堵塞，可以稳定地制造丙烯腈系聚合物溶液的丙烯腈系聚合物溶液 的制造方法，以及可以适合用于实施该方法的剪切装置。
[0011] 此外本发明的目的是提供使用了所得的丙烯腈系聚合物溶液的丙烯腈系纤维的 制造方法和以该丙烯腈系纤维作为前体的碳纤维的制造方法。
[0012] 用于解决课题的手段
[0013] 通过本发明的各方式，提供以下的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法、剪切装置、丙 烯腈系纤维的制造方法、碳纤维的制造方法。
[0014] 1). -种丙烯腈系聚合物溶液的制造方法，将丙烯腈系聚合物与溶剂的混合物供 给至具有料筒和在料筒内旋转的转子的剪切装置的分散室，在下述条件下使所述转子旋转 而向所述混合物施加剪切力，然后，将所得的混合物加热而获得丙烯腈系聚合物溶液，
[0015] W = (W1-W2) /M ^ 0. 12 (kffh/kg),
[0016] 这里，W1为在向所述混合物施加剪切力时为了使转子旋转所需的功率（kW) #2为 在以质量流量与所述混合物相同的方式使用水而代替所述混合物的情况下，为了使转子的 转速相同于在得到了 W1时的转子的转速所需的功率（kW) ;M为得到W1时的、供给至分散室 的丙烯腈系聚合物的质量流量（kg/h)。
[0017] 2).根据1)所述的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法，所述W为4. 00kWh/kg以下。
[0018] 3).根据1)所述的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法，所述W小于I. 60kWh/kg。
[0019] 4).根据1)?3)的任一项所述的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法，在所述加热 时，将所述混合物加热到100?130°c。
[0020] 5).根据1)?4)的任一项所述的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法，在所述加热 时，使用选自热交换器和温度调节罐中的至少1种设备进行加热，使用钉齿型混合机作为 所述剪切装置。
[0021] 6). -种丙烯腈系聚合物溶液的制造方法，将丙烯腈系聚合物与溶剂的混合物供 给至具有料筒和在料筒内旋转的转子的剪切装置的分散室，在下述条件下使所述转子旋转 而向所述混合物施加剪切力，获得丙烯腈系聚合物溶液，
[0022] W = (W1-W2) /M ^ 1. 60 (kffh/kg),
[0023] 这里，W1为在向所述混合物施加剪切力时为了使转子旋转所需的功率（kW) #2为 在以质量流量与所述混合物相同的方式使用水而代替所述混合物的情况下，为了使转子的 转速相同于在得到了 W1时的转子的转速所需的功率（kW) ;M为得到W1时的、供给至分散室 的丙烯腈系聚合物的质量流量（kg/h)。
[0024] 7).根据6)所述的丙稀腈系聚合物溶液的制造方法，所述W为5. 00kWh/kg以下。
[0025] 8).根据1)?7)的任一项所述的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法，所述混合物在 剪切装置的分散室中停留的时间为3秒以上1500秒以下。
[0026] 9).根据1)?8)的任一项所述的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法，所述分散室出 口处的混合物的温度为40°C以上115°C以下。
[0027] 10).根据1)?9)的任一项所述的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法，所述剪切装 置为钉齿型混合机，其是在料筒内壁和转子外壁分别突出设置有钉齿构件，所述钉齿构件 在于彼此不接触的位置，突出设置在转子外壁的钉齿构件的前端与料筒内壁的距离为2_ 以上且小于5mm。
[0028] 11).根据1)?10)的任一项所述的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法，所述剪切装 置为钉齿型混合机，其是在料筒内壁和转子外壁分别突出设置有钉齿构件，所述钉齿构件 在于彼此不接触的位置，突出设置在料筒内壁的钉齿构件的前端与转子外壁的距离为2_ 以上且小于5mm。
[0029] 12).根据1)?11)的任一项所述的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法，突出设置在 料筒内壁的钉齿构件、与突出设置在转子外壁的钉齿构件最接近时的相邻钉齿构件彼此之 间的轴向距离为2mm以上IOmm以下。
[0030] 13). -种丙烯腈系聚合物溶液的剪切装置，是具有料筒和在料筒内旋转的转子 的剪切装置，在料筒内壁和转子外壁分别突出设置有钉齿构件，所述钉齿构件在于彼此不 接触的位置，突出设置在转子外壁的钉齿构件的前端与料筒内壁的距离为2mm以上且小于 5mm 〇
[0031] 14).根据13)所述的丙烯腈系聚合物溶液的剪切装置，所述突出设置在料筒内壁 的钉齿构件的前端与所述转子外壁的距离为2mm以上且小于5mm。
[0032] 15).根据13)或14)所述的丙烯腈系聚合物溶液的剪切装置，突出设置在料筒内 壁的钉齿构件与突出设置在转子外壁的钉齿构件的相邻钉齿构件彼此之间的轴向距离为 2mm以上IOmm以下。
[0033] 16). -种丙烯腈系纤维的制造方法，将通过上述1)?12)的任一项所述的制造方 法制造的丙烯腈系聚合物溶液进行纺丝来获得丙烯腈系纤维。
[0034] 17). -种碳纤维的制造方法，将通过上述16)所述的制造方法制造的丙烯腈系纤 维进行烧成来获得碳纤维。
[0035] 发明的效果
[0036] 根据本发明，可以提供可以将丙烯腈系聚合物均匀且有效率地溶解在溶剂中，可 抑制过滤器、纺丝喷嘴的堵塞，可以稳定地制造丙烯腈系聚合物溶液的丙烯腈系聚合物溶 液的制造方法，以及可以适合用于实施该方法的剪切装置。
[0037] 此外根据本发明，可以提供使用了所得的丙烯腈系聚合物溶液的丙烯腈系纤维的 制造方法和以该丙烯腈系纤维作为前体的碳纤维的制造方法。
【附图说明】
[0038] 图1是示意性示出可以适合用于本发明的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法的丙 烯腈系聚合物溶液的制造装置的一例的图。
[0039] 图2是示意性示出通过剪切力将丙烯腈系聚合物与溶剂的混合物分散的装置（剪 切装置）的一例的图。
[0040] 图3是示意性示出将丙烯腈系聚合物与溶剂的混合物或丙烯腈系聚合物溶液进 行加热的装置的一例的图。
【具体实施方式】
[0041] 本发明中，将丙烯腈系聚合物与溶剂的混合物供给至剪切装置（特别是其分散 室）。剪切装置具有料筒和在料筒内旋转的转子。在料筒内壁与转子外壁之间形成分散室。 通过使转子旋转，在分散室中向混合物施加剪切力。此时，至少分散聚合物，但也可以伴有 聚合物的溶解。
[0042] 根据本发明的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法的第一方式，在分散室中向混合物 施加剪切力后，将所得的混合物加热而获得丙烯腈系聚合物溶液。
[0043] 根据本发明的丙烯腈系聚合物溶液的制造方法的第二方式，在分散室中向混合物 施加剪切力而获得丙烯腈系聚合物溶液。在该情况下，在施加剪切力后不进行加热。
[0044] 在上述第一方式中，即在向混合物施加