合成纖維第八章 腈綸

1、1 第八章第八章 腈綸腈綸PAN (Polyacrylonitrile) n1.腈綸的概述腈綸的概述 n2.腈綸的生產(chǎn)腈綸的生產(chǎn) n3.腈綸的性質(zhì)腈綸的性質(zhì) n4.腈綸的用途腈綸的用途 2.1 聚合聚合 2.2 紡絲紡絲 2 “奧綸奧綸”、 “開司米綸開司米綸” 3 4 n早在早在19291929年人們就已制得聚丙烯腈年人們就已制得聚丙烯腈, ,但因沒有合適但因沒有合適 的溶劑，未能制成纖維。的溶劑，未能制成纖維。 n19421942年，德國(guó)人年，德國(guó)人H.H.萊因與美國(guó)人萊因與美國(guó)人G.H.G.H.萊瑟姆幾乎萊瑟姆幾乎 同時(shí)發(fā)現(xiàn)了二甲基甲酰胺溶劑，并成功地得到了同時(shí)發(fā)現(xiàn)了二甲基甲酰胺溶劑，并

2、成功地得到了 聚丙烯腈纖維。聚丙烯腈纖維。 n19501950年，美國(guó)杜邦公司首先進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。以后年，美國(guó)杜邦公司首先進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。以后, , 又發(fā)現(xiàn)了多種溶劑又發(fā)現(xiàn)了多種溶劑, ,形成了多種生產(chǎn)工藝。形成了多種生產(chǎn)工藝。 n19541954年，聯(lián)邦德國(guó)法本拜耳公司用丙烯酸甲酯與年，聯(lián)邦德國(guó)法本拜耳公司用丙烯酸甲酯與 丙烯腈的共聚物制得纖維，改進(jìn)了纖維性能，提丙烯腈的共聚物制得纖維，改進(jìn)了纖維性能，提 高了實(shí)用性，促進(jìn)了聚丙烯腈纖維的發(fā)展。高了實(shí)用性，促進(jìn)了聚丙烯腈纖維的發(fā)展。 5 n腈綸工業(yè)從2O世紀(jì)5O年代在美國(guó)、德國(guó)和日 本實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)工業(yè)化生產(chǎn)，6O年代和7O年代世界 腈綸工業(yè)快

3、速發(fā)展工業(yè)快速發(fā)展，到8O年代由于服用纖維 轉(zhuǎn)向棉和天然纖維，而且原料價(jià)格上漲，成本 增加，導(dǎo)致腈綸增長(zhǎng)減緩。增長(zhǎng)減緩。 6 占比指中國(guó)腈綸產(chǎn)量占世界腈綸總產(chǎn)量比例 7 企業(yè)名稱溶劑產(chǎn)量工藝路線 上海石化股份公司 NaSCN NaSCN DMF 22.35 一步法濕法紡絲工藝 二步法濕法紡絲工藝 干法紡絲工藝 吉林化纖集團(tuán)公司DMAc7.86濕法紡絲工藝 安慶石化分公司NaSCN7.58二步法濕法紡絲工藝 大慶石化分公司NaSCN6.60二步法濕法紡絲工藝 齊魯石化分公司DMF5.88干法紡絲工藝 撫順石化公司DMF5.55干法紡絲工藝 秦皇島腈綸廠DMF4.56干法紡絲工藝 蘭州化工廠NaS

4、CN2.11一步法濕法紡絲工藝 淮安天意1.24 其他2.47 合計(jì)66.20 國(guó)內(nèi)主要腈綸生產(chǎn)企業(yè) 8 丙烯腈：丙烯腈：分子中含有碳分子中含有碳- -碳雙鍵碳雙鍵 和腈基，化學(xué)性質(zhì)很活潑。用量和腈基，化學(xué)性質(zhì)很活潑。用量909094%94% 第三單體：第三單體：帶有酸性基團(tuán)帶有酸性基團(tuán)的乙烯基的乙烯基 單體如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸單體如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸 、衣康酸鈉鹽等；或是、衣康酸鈉鹽等；或是帶有堿性基帶有堿性基 團(tuán)團(tuán)的乙烯基單體如的乙烯基單體如2-2-乙烯基吡啶、乙烯基吡啶、 2-2-甲基甲基-5-5乙烯基吡啶等。乙烯基吡啶等。 用量很少，一般低于用量很少，一般低于5% 5% 。

5、 主要原料主要原料 9 這是由于單一丙烯腈聚合物制成的纖維，分這是由于單一丙烯腈聚合物制成的纖維，分 子堆砌緊密，橫向高度有序，缺乏柔性，發(fā)脆，子堆砌緊密，橫向高度有序，缺乏柔性，發(fā)脆， 染料分子很難進(jìn)入，染色非常困難。染料分子很難進(jìn)入，染色非常困難。 為了克服聚丙烯腈的這些缺陷，人們采用為了克服聚丙烯腈的這些缺陷，人們采用加加 入第二單體的方法，破壞大分子鏈的規(guī)整性，降入第二單體的方法，破壞大分子鏈的規(guī)整性，降 低大分子間的斂集密度，使纖維柔順，改善纖維低大分子間的斂集密度，使纖維柔順，改善纖維 的彈性和手感的彈性和手感； 加入第三單體，引入一定數(shù)量的親染料基團(tuán)，加入第三單體，引入一定數(shù)量的

6、親染料基團(tuán)， 提高染色能力提高染色能力。 10 國(guó)內(nèi)腈綸基本都是三元共聚，主要有兩類：國(guó)內(nèi)腈綸基本都是三元共聚，主要有兩類： 丙烯腈丙烯腈丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯（甲基）丙烯磺酸鈉（甲基）丙烯磺酸鈉 丙烯腈丙烯腈丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯衣康酸衣康酸 第一類第一類 第二類第二類 CH2CHCH2 CN CHCH2 COOCH3 CH CH2SO3Na CH2CHCH2 CN CHCH2 COOCH3 C CH2COONa COOH 11 2.1 PAN2.1 PAN的合成的合成 聚合機(jī)理聚合機(jī)理 自由基自由基 共聚合反應(yīng)共聚合反應(yīng) 有機(jī)化過氧有機(jī)化過氧 化物、無機(jī)過化物、無機(jī)過 氧化物和偶氮氧化物和偶氮

7、 類化合物類化合物 溶液聚合溶液聚合法法 （一步法）、（一步法）、 水相沉淀聚合水相沉淀聚合 法（法（ 二步法）二步法） 引發(fā)劑引發(fā)劑 工業(yè)聚合方法工業(yè)聚合方法 12 一步法：用油溶性引發(fā)劑，反應(yīng)熱容易控一步法：用油溶性引發(fā)劑，反應(yīng)熱容易控 制，產(chǎn)品均一，可以連續(xù)聚合、連續(xù)紡絲；制，產(chǎn)品均一，可以連續(xù)聚合、連續(xù)紡絲； 要有溶劑回收工序。要有溶劑回收工序。 二步法：用水為介質(zhì)，采用水溶性引發(fā)劑，聚合產(chǎn)二步法：用水為介質(zhì)，采用水溶性引發(fā)劑，聚合產(chǎn) 物不溶解于水相而沉淀出來，其優(yōu)點(diǎn)在于，反應(yīng)溫物不溶解于水相而沉淀出來，其優(yōu)點(diǎn)在于，反應(yīng)溫 度低，產(chǎn)品色澤潔白；可以得到相對(duì)分子質(zhì)量分布度低，產(chǎn)品色澤潔白

8、；可以得到相對(duì)分子質(zhì)量分布 窄的產(chǎn)品；聚合速度快，轉(zhuǎn)化率高，無溶劑回收工窄的產(chǎn)品；聚合速度快，轉(zhuǎn)化率高，無溶劑回收工 序等；但在紡絲前，要進(jìn)行聚合物的溶解工序。序等；但在紡絲前，要進(jìn)行聚合物的溶解工序。 2.1 PAN的合成的合成 13 投料配方投料配方以丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲叉丁二酸為單體，以丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲叉丁二酸為單體， 以硫氰酸鈉的水溶液為溶劑，單體按丙烯腈以硫氰酸鈉的水溶液為溶劑，單體按丙烯腈丙烯酸甲丙烯酸甲 酯酯甲叉丁二酸甲叉丁二酸91.771.391.771.3配比投料，配方如下：配比投料，配方如下： 單體（三元）單體（三元）17% 淺色劑（二氧化硫脲）淺色劑（二氧化硫脲）

9、0.75% 偶氮二異丁腈偶氮二異丁腈0.75% 溶劑（溶劑（NaSCN水溶液水溶液 80-80.5% 濃度濃度51%52% ） 調(diào)節(jié)劑（異丙醇）調(diào)節(jié)劑（異丙醇）1%3% （1）溶液聚合）溶液聚合 14 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝 1 2 3 46 78 9 10 12 5 11 12 13 14 15 15 15 AIBNTUD 溶劑及溶劑及 衣康酸衣康酸 丙烯腈丙烯腈 丙 烯 酸 甲丙 烯 酸 甲 酯酯 異丙醇異丙醇 聚 合 物 溶聚 合 物 溶 液液 混合器混合器 聚合釜聚合釜 脫單體塔脫單體塔 噴淋冷噴淋冷 凝器凝器 熱交換器熱交換器 單體含量小 于0.2% 15 聚合釜來聚合釜來 去單體噴去單體

10、噴 淋冷凝器淋冷凝器 進(jìn)料進(jìn)料 出料出料 冷水冷水 冷水冷水 熱水熱水 熱水熱水 排污排污 熱水熱水 熱水熱水 排污排污 夾套夾套 視鏡視鏡 視鏡視鏡 傘傘 攪拌器攪拌器 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 進(jìn)料溫度控制器進(jìn)料溫度控制器 夾套用蒸汽夾套用蒸汽 盤管加熱盤管加熱 去漿液混合貯槽去漿液混合貯槽 聚合釜聚合釜 16 聚合條件聚合條件聚合溫度聚合溫度76768080，時(shí)間，時(shí)間1.21.21.5h1.5h 高轉(zhuǎn)化率控制在高轉(zhuǎn)化率控制在70%70%75%75%， 低轉(zhuǎn)化率控制在低轉(zhuǎn)化率控制在50%50%55%55% 攪拌速度攪拌速度555580r/min80r/min 高轉(zhuǎn)化率時(shí)溶液中聚合物濃度高轉(zhuǎn)化率時(shí)溶液

11、中聚合物濃度11.9%11.9%12.7%12.7% 低轉(zhuǎn)化率時(shí)溶液中聚合物濃度為低轉(zhuǎn)化率時(shí)溶液中聚合物濃度為10%10%11%11%。 （1）溶液聚合）溶液聚合 17 （2 2）連續(xù)水相沉淀聚合）連續(xù)水相沉淀聚合工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn) 水溶性氧化水溶性氧化-還原引發(fā)體系；還原引發(fā)體系； 聚合在聚合在3050之間甚至更低溫度下進(jìn)行；之間甚至更低溫度下進(jìn)行； 產(chǎn)物色澤較白；產(chǎn)物色澤較白； 反應(yīng)熱容易移出，便于控制聚合溫度；反應(yīng)熱容易移出，便于控制聚合溫度； 產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量分布較窄；產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量分布較窄； 聚合速度快，粒子大小均一，聚合轉(zhuǎn)化率比較高；聚合速度快，粒子大小均一，聚合轉(zhuǎn)化率比較高； 聚

12、合物含水率低，漿液好處理；聚合物含水率低，漿液好處理； 對(duì)紡絲溶劑對(duì)紡絲溶劑-硫氰酸鈉濃水溶液純度的要求低于一步法硫氰酸鈉濃水溶液純度的要求低于一步法 18 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝 123 4 5 6 7 8 9 10 11 洗滌水洗滌水 聚合體聚合體 低壓蒸低壓蒸 汽汽 聚合體淤漿聚合體淤漿 回收單體回收單體 NaOH 水溶液水溶液 含單體的含單體的 聚合物漿液聚合物漿液 計(jì)量泵計(jì)量泵 終止釜終止釜 脫單體塔脫單體塔 19 聚合條件聚合條件： 引發(fā)劑的用量為單體質(zhì)量的引發(fā)劑的用量為單體質(zhì)量的0.1%0.1%4% 4% ； pHpH值維持在值維持在2 23.53.5之間；之間； 聚合溫度聚合溫度35

13、3555 55 ； 反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間1 12h 2h ； 高聚物產(chǎn)率高聚物產(chǎn)率80%80%85%85%。 為了降低表面張力以使相對(duì)分子質(zhì)量穩(wěn)定，為了降低表面張力以使相對(duì)分子質(zhì)量穩(wěn)定， 一般要向反應(yīng)混合物中加入硫醇及其他物質(zhì)。一般要向反應(yīng)混合物中加入硫醇及其他物質(zhì)。 20 2.2.12.2.1紡絲方法紡絲方法 聚丙烯腈具有很高的軟化點(diǎn)，其理論熔點(diǎn)聚丙烯腈具有很高的軟化點(diǎn)，其理論熔點(diǎn)TmTm（267267）超）超 過分解溫度過分解溫度Td (200-250)Td (200-250)，所以聚丙烯腈不能用熔融紡絲法，所以聚丙烯腈不能用熔融紡絲法 紡絲。紡絲。 2.2聚丙烯腈纖維的生產(chǎn)聚丙烯腈纖維的生產(chǎn)

14、 溶液法紡絲溶液法紡絲 濕法紡絲濕法紡絲 干法紡絲干法紡絲 生產(chǎn)長(zhǎng)絲生產(chǎn)長(zhǎng)絲 生產(chǎn)短絲生產(chǎn)短絲 21 腈綸是合成纖維中工藝路線最多的一個(gè)品種。腈綸是合成纖維中工藝路線最多的一個(gè)品種。 這些工藝路線的共同點(diǎn)是這些工藝路線的共同點(diǎn)是：采用溶液采用溶液(濕法和干法濕法和干法)紡絲方法，紡絲方法， 有相應(yīng)的溶劑回收處理等。有相應(yīng)的溶劑回收處理等。 不同點(diǎn)是：不同點(diǎn)是： 不同的聚合方法不同的聚合方法(非均相沉淀聚合或均相聚合非均相沉淀聚合或均相聚合) ； 不同的紡絲溶劑不同的紡絲溶劑(可采用二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲可采用二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲 基亞砜，碳酸乙烯酯，硫氰酸鈉，硝酸，氯化鋅

15、等基亞砜，碳酸乙烯酯，硫氰酸鈉，硝酸，氯化鋅等)； 不同的紡絲方法不同的紡絲方法(濕法或干法紡絲，濕法中采用不同凝固浴濕法或干法紡絲，濕法中采用不同凝固浴)； 不同的牽伸、后處理工藝；不同的牽伸、后處理工藝； 不同的溶劑回收工藝。不同的溶劑回收工藝。 22 23 一步法：?jiǎn)误w直接聚合一步法：?jiǎn)误w直接聚合 聚合物溶液聚合物溶液 二步法：固體成纖聚合物二步法：固體成纖聚合物 紡絲液紡絲液 紡絲機(jī)紡絲機(jī) 混合、過濾、脫泡 +溶劑 溶解 分離、干燥 計(jì)量泵、燭形濾器計(jì)量泵、燭形濾器 噴絲頭噴絲頭 凝固浴凝固浴 后處理后處理 目前用于工業(yè)化生產(chǎn)的共有目前用于工業(yè)化生產(chǎn)的共有8種溶劑、種溶劑、12種工藝路

16、線，其種工藝路線，其 中中以以DMAC濕法濕法二步法、二步法、NaSCN濕法和濕法和DMF干法為主干法為主。 其中濕法紡絲的又分一步法和二步法其中濕法紡絲的又分一步法和二步法 24 n2.2.2 濕法紡絲工藝（以二步法為例）濕法紡絲工藝（以二步法為例） 1 1、紡絲原液的制備、紡絲原液的制備（以硫氰酸鈉溶液為溶劑以硫氰酸鈉溶液為溶劑） 由水相聚合得到的聚丙烯腈是細(xì)小的固體顆粒狀，首先由水相聚合得到的聚丙烯腈是細(xì)小的固體顆粒狀，首先 需要將它溶解在需要將它溶解在NaSCN溶液溶液中，并經(jīng)過混合、脫泡、過濾中，并經(jīng)過混合、脫泡、過濾 等工序，以制成符合紡絲要求的紡絲原液等工序，以制成符合紡絲要求的

17、紡絲原液漿化。漿化。 NaSCN水溶液水溶液的濃度為的濃度為44%57%。 高聚物濃度為高聚物濃度為1013%。 取決于共聚物的取決于共聚物的 組成、分子量組成、分子量 及其多分散性及其多分散性 在溶液中加入適當(dāng)?shù)南♂寗┛梢越档腿芤旱酿ざ?，例如用在溶液中加入適當(dāng)?shù)南♂寗┛梢越档腿芤旱酿ざ?，例如?硫氰酸鈉、乙醇、水三組分（硫氰酸鈉、乙醇、水三組分（45：40；15）溶液作溶劑。）溶液作溶劑。 25 2 2、成型過程、成型過程 將聚合工段送來的紡絲溶液經(jīng)計(jì)量泵壓入燭形過濾器至噴將聚合工段送來的紡絲溶液經(jīng)計(jì)量泵壓入燭形過濾器至噴 頭，以頭，以5 510m/s10m/s的紡絲速度噴出紡絲細(xì)流，在凝固

18、溶中凝的紡絲速度噴出紡絲細(xì)流，在凝固溶中凝 固成形。初生的絲條再經(jīng)預(yù)熱進(jìn)一步凝固脫水，并給予適固成形。初生的絲條再經(jīng)預(yù)熱進(jìn)一步凝固脫水，并給予適 當(dāng)?shù)睦旌螅墩羝訜嵯逻M(jìn)行高倍率拉伸。拉伸后的纖當(dāng)?shù)睦旌?，於蒸汽加熱下進(jìn)行高倍率拉伸。拉伸后的纖 維再經(jīng)水洗、上油、干燥、熱定型、卷曲、切斷、打包等維再經(jīng)水洗、上油、干燥、熱定型、卷曲、切斷、打包等 工序制得聚丙烯腈短纖維。工序制得聚丙烯腈短纖維。 26 原液細(xì)流原液細(xì)流 凝固浴凝固浴 臨臨 界界 濃濃 度度 這一過程的完成是以雙擴(kuò)散為基礎(chǔ)的。這一過程的完成是以雙擴(kuò)散為基礎(chǔ)的。 雙擴(kuò)散包括凝固浴中的凝固劑向原液細(xì)流內(nèi)雙擴(kuò)散包括凝固浴中的凝固劑向原

19、液細(xì)流內(nèi) 部的擴(kuò)散，也包括原液中溶劑向凝固浴擴(kuò)散。部的擴(kuò)散，也包括原液中溶劑向凝固浴擴(kuò)散。 濕法成形凝固歷程濕法成形凝固歷程 27 雙擴(kuò)散過程雙擴(kuò)散過程 紡絲原液由噴絲頭噴出進(jìn)入凝固浴后，原液細(xì)流的表紡絲原液由噴絲頭噴出進(jìn)入凝固浴后，原液細(xì)流的表 層首先與凝固浴接觸而很快凝固成一薄層，層首先與凝固浴接觸而很快凝固成一薄層，凝固浴中的凝凝固浴中的凝 固劑固劑（水）不斷通過這一皮層（水）不斷通過這一皮層擴(kuò)散至細(xì)流內(nèi)部擴(kuò)散至細(xì)流內(nèi)部，而，而細(xì)流中細(xì)流中 的溶劑的溶劑也通過皮層也通過皮層擴(kuò)散至凝固浴中。擴(kuò)散至凝固浴中。 由于雙擴(kuò)散的不斷進(jìn)行，使皮層不斷增厚，當(dāng)由于雙擴(kuò)散的不斷進(jìn)行，使皮層不斷增厚，當(dāng)細(xì)

20、流中間部分的細(xì)流中間部分的 溶劑濃度降低到某一臨界濃度以下溶劑濃度降低到某一臨界濃度以下時(shí)，原為均相的丙烯腈的共時(shí)，原為均相的丙烯腈的共 聚物溶液發(fā)生相分離，聚丙烯腈從溶液中沉淀析出，構(gòu)成初生聚物溶液發(fā)生相分離，聚丙烯腈從溶液中沉淀析出，構(gòu)成初生 纖維的芯層，并產(chǎn)生一定的體積收縮。纖維的芯層，并產(chǎn)生一定的體積收縮。 濕法成形凝固歷程濕法成形凝固歷程 28 隨著紡程的增加，細(xì)流中的隨著紡程的增加，細(xì)流中的NaSCN含量不斷下含量不斷下 降，而降，而H2O的含量不斷增加，導(dǎo)致體系中的含量不斷增加，導(dǎo)致體系中 NaSCN濃度明顯下降。濃度明顯下降。 由于脫溶劑化所引起的體積收縮使聚丙烯腈的濃由于脫溶

21、劑化所引起的體積收縮使聚丙烯腈的濃 度相應(yīng)地提高。度相應(yīng)地提高。初生纖維是一種高度溶脹立體網(wǎng)初生纖維是一種高度溶脹立體網(wǎng) 絡(luò)狀的凍膠體，絡(luò)狀的凍膠體，立體網(wǎng)絡(luò)骨架由大分子鏈?zhǔn)M成，立體網(wǎng)絡(luò)骨架由大分子鏈?zhǔn)M成， 大分子鏈間的纏結(jié)是骨架的物理交聯(lián)點(diǎn)。大分子鏈間的纏結(jié)是骨架的物理交聯(lián)點(diǎn)。 濕法成形凝固歷程濕法成形凝固歷程 29 3、紡絲工藝流程、紡絲工藝流程 n原液細(xì)流原液細(xì)流凝固浴固化成型凝固浴固化成型溶劑拉伸溶劑拉伸 （預(yù)熱）（預(yù)熱）水洗水洗熱拉伸熱拉伸驟冷驟冷調(diào)溫調(diào)調(diào)溫調(diào) 濕熱定型濕熱定型二次拉伸二次拉伸調(diào)質(zhì)上油調(diào)質(zhì)上油卷卷 曲曲干燥干燥打包裝箱打包裝箱 30 溶劑拉伸溶劑拉伸 a、概念概念

22、 所謂溶劑拉伸是指將剛成形的纖維在一定溫度、一定濃度所謂溶劑拉伸是指將剛成形的纖維在一定溫度、一定濃度 的的NaSCN溶液中進(jìn)行低倍拉伸。溶液中進(jìn)行低倍拉伸。 b、目的目的 1. 為達(dá)到工藝總牽伸創(chuàng)造條件為達(dá)到工藝總牽伸創(chuàng)造條件 2. 提高初生纖維的強(qiáng)度提高初生纖維的強(qiáng)度 3. 降低絲的直徑，提高水洗的效率降低絲的直徑，提高水洗的效率 55-65 3-4%的的NaSCN 水溶液水溶液 1.5-2.5倍倍 31 使使纖維手感粗硬，且色澤灰暗，加工中纖維發(fā)粘，纖維手感粗硬，且色澤灰暗，加工中纖維發(fā)粘， 不易梳分，干燥和熱定型時(shí)纖維容易發(fā)黃不易梳分，干燥和熱定型時(shí)纖維容易發(fā)黃，特別，特別 是在以后的

23、染色過程中更會(huì)有不良影響，是在以后的染色過程中更會(huì)有不良影響，使染料使染料 沉淀，產(chǎn)生斑點(diǎn)沉淀，產(chǎn)生斑點(diǎn)。 水洗的目的水洗的目的 由凝固浴或拉伸浴出來的絲束含有一定量的溶劑由凝固浴或拉伸浴出來的絲束含有一定量的溶劑 不除不除 水洗后纖維上的殘余溶劑含量水洗后纖維上的殘余溶劑含量 1 略偏離圓形（存在皮層）略偏離圓形（存在皮層） 1 近梅花形近梅花形 1 呈扁平狀，近于大豆形或啞鈴形呈扁平狀，近于大豆形或啞鈴形 紡絲液濃度紡絲液濃度，越偏離圓形，越偏離圓形 (2)其他形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)其他形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 無明顯孔洞和微纖結(jié)構(gòu)，皮芯結(jié)構(gòu)不如濕紡明顯無明顯孔洞和微纖結(jié)構(gòu)，皮芯結(jié)構(gòu)不如濕紡明顯 51 1形態(tài)形

24、態(tài) 隨溶劑和紡絲方法不同而不同。腈綸的縱隨溶劑和紡絲方法不同而不同。腈綸的縱 面有少量溝槽，干法紡絲的纖維截面呈啞鈴形，濕法面有少量溝槽，干法紡絲的纖維截面呈啞鈴形，濕法 紡絲（紡絲（NaSCN為溶劑）的則為圓形。為溶劑）的則為圓形。 52 n2強(qiáng)伸性和彈性強(qiáng)伸性和彈性 品種腈綸滌綸錦綸 強(qiáng)度 cN/tex 173235443353 斷裂伸長(zhǎng) 率% 254620502545 腈綸蓬松、卷曲而柔軟，彈性較好，但多次拉伸的剩腈綸蓬松、卷曲而柔軟，彈性較好，但多次拉伸的剩 余變形較大，因此腈綸織物的袖口、領(lǐng)口等易變形。余變形較大，因此腈綸織物的袖口、領(lǐng)口等易變形。 53 和羊毛比：和羊毛比： 1、比

25、羊毛輕、比羊毛輕10以上，但強(qiáng)度卻大以上，但強(qiáng)度卻大2倍多；倍多； 2、回彈性在伸長(zhǎng)較小時(shí)、回彈性在伸長(zhǎng)較小時(shí)羊毛羊毛 2 回彈率腈綸回彈率腈綸9299%，羊毛，羊毛99% 3、穿著過程中羊毛的回彈性、穿著過程中羊毛的回彈性腈綸的腈綸的 多次循環(huán)負(fù)荷的回彈性好多次循環(huán)負(fù)荷的回彈性好 剩余形變值剩余形變值OR大。大。 54 3吸濕性和染色性吸濕性和染色性 腈綸結(jié)構(gòu)緊密腈綸結(jié)構(gòu)緊密 吸濕性低，一般大氣吸濕性低，一般大氣 條件下回潮率為條件下回潮率為 1.22.0%左右。左右。 染色性不好，引入第染色性不好，引入第 二、第三單體后得到二、第三單體后得到 了改善了改善 4腈綸的腈綸的Tg 丙烯腈的丙烯

26、腈的均聚物均聚物一般有一般有2個(gè)個(gè)Tg： 低序區(qū)低序區(qū)Tg1=80100 高序區(qū)高序區(qū)Tg2=140150 丙烯腈的丙烯腈的三元共聚物三元共聚物Tg：75100 含較多水分或膨化劑下含較多水分或膨化劑下Tg：7580 55 5. 腈綸的熱彈性腈綸的熱彈性 熱回彈性熱回彈性：在緊張狀態(tài)下使纖維迅速冷卻，使纖維在具有：在緊張狀態(tài)下使纖維迅速冷卻，使纖維在具有 較大內(nèi)應(yīng)力的情況下固定下來，這種纖維就潛伏著受熱后較大內(nèi)應(yīng)力的情況下固定下來，這種纖維就潛伏著受熱后 的收縮性，即熱回彈性。的收縮性，即熱回彈性。 腈綸的高收縮纖維腈綸的高收縮纖維：在外力作用下，強(qiáng)迫熱拉伸而具有熱彈：在外力作用下，強(qiáng)迫熱拉伸

27、而具有熱彈 性的纖維性的纖維 A B 高收縮纖維高收縮纖維 100進(jìn)行熱松弛處理進(jìn)行熱松弛處理 A B 腈綸膨體紗腈綸膨體紗 56 主鏈對(duì)酸堿穩(wěn)定，側(cè)基主鏈對(duì)酸堿穩(wěn)定，側(cè)基氰基氰基發(fā)生水解發(fā)生水解 6耐酸堿性耐酸堿性 CH2CH CN H2O H or OH CH2CH CO NH2 H2O H or OH CH2CH CO OH + NH3 水解反應(yīng)中水解反應(yīng)中燒堿的催化作用燒堿的催化作用硫酸。硫酸。 水解的結(jié)果水解的結(jié)果：聚丙烯腈溶解，纖維失重，強(qiáng)力降低：聚丙烯腈溶解，纖維失重，強(qiáng)力降低 PAN強(qiáng)堿處理下為什么發(fā)黃？強(qiáng)堿處理下為什么發(fā)黃？ 水解出的水解出的NH3與為與為 水解的氰基反應(yīng)生水

28、解的氰基反應(yīng)生 成脒基，產(chǎn)生黃色成脒基，產(chǎn)生黃色 57 7耐光性耐光性 腈綸耐光性和耐氣候性特別優(yōu)良，在腈綸耐光性和耐氣候性特別優(yōu)良，在常見紡織纖維中最好常見紡織纖維中最好。 腈綸放在室外曝曬一年，其強(qiáng)度只下降腈綸放在室外曝曬一年，其強(qiáng)度只下降5%，對(duì)日光的抵抗性也，對(duì)日光的抵抗性也 比羊毛大比羊毛大1倍，比棉花大倍，比棉花大10倍。因此腈綸最適宜做室外用織物。倍。因此腈綸最適宜做室外用織物。 8其他性質(zhì)其他性質(zhì) 腈綸耐熱性好，熨燙溫度腈綸耐熱性好，熨燙溫度130-140。不發(fā)霉，不怕蟲。不發(fā)霉，不怕蟲 蛀，但耐磨性差，尺寸穩(wěn)定性差。腈綸相對(duì)密度較小。蛀，但耐磨性差，尺寸穩(wěn)定性差。腈綸相對(duì)密度

29、較小。 58 通過共聚、混合紡?fù)ㄟ^共聚、混合紡 絲、復(fù)合紡絲等方絲、復(fù)合紡絲等方 法可以改進(jìn)聚丙烯法可以改進(jìn)聚丙烯 腈纖維的染色性、腈纖維的染色性、 耐熱性、蓬松性與耐熱性、蓬松性與 提高回彈性等性能提高回彈性等性能 。 由于聚丙烯纖維由于聚丙烯纖維 具有優(yōu)良的耐光、具有優(yōu)良的耐光、 耐氣候性，所以除耐氣候性，所以除 作衣著及毛毯之外作衣著及毛毯之外 ，最適宜作室外織，最適宜作室外織 物，如帳篷、苫布物，如帳篷、苫布 等。等。 59 60 將將聚丙烯腈纖聚丙烯腈纖 維（共聚組分盡維（共聚組分盡 量少）經(jīng)過高溫量少）經(jīng)過高溫 處理可得到碳纖處理可得到碳纖 維和石墨纖維。維和石墨纖維。 聚丙烯腈纖

30、維聚丙烯腈纖維 目前目前已知的熱穩(wěn)已知的熱穩(wěn) 定性最好的纖維之定性最好的纖維之 一，可耐一，可耐30003000的的 高溫。在高溫下能高溫。在高溫下能 經(jīng)久不變形，并具經(jīng)久不變形，并具 有很高的化學(xué)穩(wěn)定有很高的化學(xué)穩(wěn)定 性，良好的導(dǎo)電性性，良好的導(dǎo)電性 和導(dǎo)熱性。和導(dǎo)熱性。 石墨纖維石墨纖維 碳纖維碳纖維 是宇宙飛行是宇宙飛行 、火箭、噴氣技、火箭、噴氣技 術(shù)以及工業(yè)一耐術(shù)以及工業(yè)一耐 高溫、防腐蝕領(lǐng)高溫、防腐蝕領(lǐng) 域的良好材料。域的良好材料。 在醫(yī)療上，還可在醫(yī)療上，還可 以用于人工肋骨以用于人工肋骨 和肌腱韌帶等。和肌腱韌帶等。 61 62 由有機(jī)纖維或低分子烴氣體原料在由有機(jī)纖維或低分子

31、烴氣體原料在 惰性氣氛中經(jīng)高溫惰性氣氛中經(jīng)高溫(1500C)碳化而成的碳化而成的 纖維狀碳化合物，其碳含量在纖維狀碳化合物，其碳含量在90%以上。以上。 特點(diǎn)特點(diǎn)：強(qiáng)度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼：強(qiáng)度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼 還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導(dǎo)還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導(dǎo) 電，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新電，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新 型材料。型材料。 63 輕巧，而且消耗動(dòng)力輕巧，而且消耗動(dòng)力 少，推力大，噪音小少，推力大，噪音小 碳纖維碳纖維 碳纖維碳纖維+塑料塑料 能提高計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存能提高計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存 量和運(yùn)算速度

32、量和運(yùn)算速度 碳纖維增強(qiáng)塑料碳纖維增強(qiáng)塑料衛(wèi)星衛(wèi)星 機(jī)械強(qiáng)度高，質(zhì)量小，機(jī)械強(qiáng)度高，質(zhì)量小， 可節(jié)約大量的燃料可節(jié)約大量的燃料 64 預(yù)氧化：預(yù)氧化：200300的氧化氣氛中，原絲受張力情況下進(jìn)行的氧化氣氛中，原絲受張力情況下進(jìn)行 PAN的的Tg低于低于100，分解前會(huì)軟化熔融，不能直接在惰性氣體中，分解前會(huì)軟化熔融，不能直接在惰性氣體中 進(jìn)行碳化。先在空氣中進(jìn)行預(yù)氧化處理，使進(jìn)行碳化。先在空氣中進(jìn)行預(yù)氧化處理，使PAN的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的 梯形六元環(huán)結(jié)構(gòu)，就不易熔融。另外，當(dāng)加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)間，將產(chǎn)生梯形六元環(huán)結(jié)構(gòu)，就不易熔融。另外，當(dāng)加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)間，將產(chǎn)生 纖維吸氧作用，形

33、成纖維吸氧作用，形成PAN纖維分子間的化學(xué)鍵合。纖維分子間的化學(xué)鍵合。 PAN原絲制備碳纖維的過程分為三個(gè)階段：原絲制備碳纖維的過程分為三個(gè)階段： 65 碳化：碳化： 在 在4001900的惰性氣氛中進(jìn)行，碳纖的惰性氣氛中進(jìn)行，碳纖 維生成的主要階段。除去大量的氮、氫、氧等維生成的主要階段。除去大量的氮、氫、氧等 非碳元素，改變了原非碳元素，改變了原PAN纖維的結(jié)構(gòu)，形成了纖維的結(jié)構(gòu)，形成了 碳纖維。碳化收率碳纖維。碳化收率4045，含碳量，含碳量95%左右。左右。 66 67 在在25003000的溫度下，密封裝置，施加的溫度下，密封裝置，施加 壓力，保護(hù)氣體中進(jìn)行。壓力，保護(hù)氣體中進(jìn)行。 目的：目的：是使纖維中的