均相溶液聚合和非均相溶液聚合
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• 上油率一般在0.1~0.7%之间。
• 上油位置在水洗和干燥致密化之间。
（4）干燥致密化
• 目的：通过干燥出去纤维中的水分，使纤维中的
微孔闭合，而空洞及裂隙变小或部分消失，使其结 构致密、均匀。
• 温度和时间
干燥过程中温度可分区控制，随过程的延续逐步 降低。干燥机中的停留时间不超过15min。
• 介质相对湿度 补给量控制在10~15% • 张力：松弛式帘板干燥机或半松弛式圆网干燥机
2 水洗
• 丝束中含有溶剂，使纤维手感粗硬，色泽灰暗； 后加工中纤维发粘，不易梳分；热定型时易发黄， 严重影响染色。
• 要求水洗后纤维上残余溶剂含量不超过0.1%；水 温一般控制在50~100℃左右；
• 常用的水洗机油长槽式，多层式和喷淋式以及U 型水洗机。
3 上油
• 目的：提高纤维的平滑性和抗静电性。
二 丙烯腈的聚合
• 大多采用溶液聚合。 • 根据所用溶剂不同可分为：均相溶液聚合
和非均相溶液聚合。 • 均相溶液聚合所得聚合液可直接用于纺丝。
又称腈纶生产一步法。 • 非均相溶液聚合所得聚合物以絮状沉淀析
出，经分离后须用合适溶剂再溶解制成纺 丝原液。又称腈纶生产二步法。 • 引发剂：偶氮类，有机过氧化物类，氧化 还原体系。
体系中单体总浓度控制在17~21%）。 • 聚合温度：76~78℃，时间为1.5~2.0h。 • 聚合后的平均分子量：60000~80000。
（二）水相沉淀聚合
聚合工艺条件
• 单体：同上 • 引发剂：硫酸亚铁铵-过硫酸钾 • 活化剂：亚硫酸氢钠 • 溶剂：水 • 聚合温度：30~50℃ • 反应时间：1~2hr • 转化率：70~80%
• 聚丙烯腈纤维大多是以丙烯腈为主的三元共 聚物制得，其中丙烯腈占88~95%,第二单体 用量为4~10%，第三单体为0.3~2.0%。
• 第二单体：降低结晶性，增加柔软性，提高机械强度、
弹性和手感，提高染料扩散性。如：丙烯酸甲酯，甲基丙 烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等。
• 第三单体：引入一定数量的亲染料基团，增加纤维对染
• 甬道顶部设有加热器，氮气从上端进入甬道（甬道 外设有加热套），与丝条平行下行，带有溶剂蒸汽 的氮气从甬道下部排出。
• 纺丝甬道为直形圆柱体，一般长6~10m，直径 250~450mm，其夹套内通有联苯和联苯醚作为加热 介质。
（二）喷丝头组件
• 喷丝头要求内外部丝条中的DMF具有相同的蒸 发速度：原液在组件前的加热器需通过两个同 心圆环形通道，分别将原液供给喷丝板的外侧 和内侧，内侧温度高出外侧10℃。
（二）工艺控制
1 拉伸：湿法成型纤维的拉伸一般分两步：预 热浴拉伸和沸水或蒸汽浴拉伸。
（1）拉伸温度：预热浴温度应高于PAN大分子缔
合温度5~10℃为宜。
（2）拉伸介质：不同拉伸介质中的溶胀度不同，
所得纤维的机械性能不同。
（3）拉伸倍数：PAN初生纤维的拉伸是通过预热
浴的低倍拉伸（1.5~2.5倍）和沸水或蒸汽高倍拉 伸（4~6倍）两步完成。
纺丝甬道和甬道中介质的温度：以氮气为介质，进口温度400℃，
出口130 ℃。
纺丝速度：100~400m/min。 喷丝头拉伸：10~15倍 甬道中溶剂蒸汽的浓度：控制在35~45g/m3 纤维截面形状：与DMF蒸发速度和扩散速度有关。
四、干喷湿法纺丝
• 干喷湿法纺丝可进行高倍喷丝头拉伸，纺丝速 度可达200~400m/min。
DMF浓度：50~60%；喷丝头孔数：30000~60000孔，孔径 0.07~0.2mm；纺速：5~10m/min。
拉伸机拉伸：拉伸倍数为5~8倍，热水浴为20~25%DMF
水溶液，浴温80~90℃ 。
水洗： 60~80℃ 热水。 干燥后再拉伸1.5倍。
（二）硫氰化钠溶剂路线
• 纺丝原液：PAN含量12~14% ，NaSCN含量 44%。
三 聚丙烯腈的结构和性质
• 白色粉末状，表观密度为200~250g/L，密度 1.14~1.15g/cm3。220~230 ℃时软化并分解。
• 聚丙烯腈低序区的Tg为80~100 ℃，非晶相 中序区的Tg为140~150 ℃。三元共聚聚丙烯 腈的Tg为75~100 ℃。由于水的增塑作用次 级溶胀PAN的Tg进一步下降到65~ 80 ℃；初 级溶胀PAN的Tg则在40~ 60 ℃范围内。
（5）热定型
改善纤维的超分子结构和机械性能，提高尺寸稳定性 和纺织加工性能
（6）卷曲
• 增加腈纶自身及其与棉毛混纺时的抱合力，改善纤维 加工性，提高纤维柔软性、弹性和保暖性。
• 卷曲温度比丝束Tg高10℃左右。
（7）纤维的切断
设备和工艺参数
• 水洗拉伸机是一个很大的钢质箱体，箱体底部 分成10个槽子。热的去离子水自第十槽通入， 第一槽流出。1~6槽被拉到拉紧状态，7~10槽 完成规定拉伸倍数。
（二）膨体纱的制造
第六节 聚丙烯腈纤维的性能和用途
一 性能 质轻保暖、染色鲜艳而牢固，防蛀，防霉；
具有热弹性和极好的日晒牢度。 二 用途 广泛用于混纺或纯纺，制成哔叽，华达呢，
大衣呢，运动衫，针织杉，毛毯，长绒织 物以及缩绒拉毛织物。
料的亲和力。分两类：一类对阳离子染料有亲和力，含有 羧基或磺酸基团的单体；另一类对酸性染料有亲和力，含 有氨基，酰胺基，吡啶基等的单体。
• 丙烯腈聚合转化率：低转化率 （50~55 %），中转化率（70~ 75%） 和高转化率（95%以上）。
• 硫氰酸钠一步法采用低或中转化率。 水相沉淀聚合可达70~80%。
丝甬道→冷水喷淋降温→两对导盘拉伸（拉伸倍数4-8倍）→卷
取（100~300m/min） • 常用喷丝板：1.7~3.4dtex的2800孔；5~11.1 dtex的1860孔
二 干法纺丝设备
（一）直管式干法纺丝机
• 纺丝原液从导管经过滤后进入纺丝头组件，压经喷 丝板后形成丝束，丝束进入纺丝甬道。初生纤维从 甬道下端抽搐，经上油导丝后绕在筒管上。
• 热性质：成纤用用PAN的颜色在加热到 170~180 ℃时无变化。 250~300 ℃就发生热 分解。
第二节 聚丙烯腈纺丝原液的制备
一、一步法纺丝原液制备
工艺过程
• 聚合浆液中单体的脱除 黏度上升；影响脱泡效果
• 纺丝原液的混合及脱泡 • 调温和过滤
二、二步法纺丝原液的制备
（一）以硫氰化钠水溶液为溶剂
生产所用溶解聚丙 烯腈的硫氰化钠水 溶液浓度下限为 44%，上限是 55~57%，纺丝液 中高聚物浓度为 10~13%。
（二）以二甲基甲酰胺为溶剂
干 法 纺 丝 原 液 的 制 备源自第三节 聚丙烯腈的湿法成型
（一）DMF溶剂路线的工艺流程图
主要工艺参数
原液浓度：20~25%；凝固浴温度：10~15 ℃，凝固浴中
• 要求高粘度的纺丝原液，其粘度达50~100Pa·S。
• 纤维结构均匀，强度和弹性均有提高，截面形 状近似圆形，染色性和光泽比较好。
• 干燥和拉伸： 80~100℃热水或蒸汽进行第一次 拉伸，拉伸倍数1.5倍以上，然后干燥（含水率 15%以下）再进行第二次拉伸，拉伸温度 120~150℃，最后通过松弛干燥辊筒进行干燥和 松弛。
• 喷丝头孔径0.06mm，20000~60000孔 • 凝固浴：9~14% NaSCN水溶液，浴温10℃左
右，纺丝速度5~10m/min。 • 预热浴：3~4% NaSCN水溶液，浴温60~65 ℃，
拉伸1.5倍左右。 • 水洗： 50~65℃。 • 拉伸浴： 95~98℃，总拉伸倍数8~10倍。 • 蒸汽热定型：蒸汽压力250kPa，时间10min。
• 水洗拉伸温度控制在90~98℃。 • 拉伸倍数为2.2~6倍，一般4.5倍。 • 卷曲温度：65 ℃左右。 • 干燥温度：130℃。
二、干法成型聚丙烯腈纤维的后加工
三、聚丙烯腈纤维的特殊加工
（一）直接制条（或牵切纺）
通过机械加工，使长丝束既切断而又不乱，可直接成条。 1 切断法 2 拉断法
一、湿法成型聚丙烯腈纤维的后加工
（一）工艺流程：
凝固成型的纤维→导丝装置→低倍拉伸（预 热浴温度50~ 60 ℃，浴中溶剂含量 2.5~3%，拉伸倍数1.5~2.5倍）→第二次 拉伸（95~100 ℃热水或蒸汽，拉伸倍数 4~6倍）→水洗（丝条与水逆向而行，洗 后丝束含水150~200%，溶剂含量小于1%） →干燥致密化（100~160℃不同温区）。
硫氰化钠溶剂路线流程图
二 腈纶湿法纺丝机
三、腈纶湿法纺丝的工艺控制
（一）原液中高聚物的浓度
（二）凝固浴中溶剂含量
• 凝固浴一般为PAN溶剂的水溶液，水是凝 固剂
• 凝固浴中溶剂的含量对初生纤维的结构、 后加工工艺以及成品纤维的力学性能、耐 磨性、手感、染色性等都有明显影响。
（三）凝固浴的温度
• 在以硝酸及二甲基亚砜为溶剂的一步 法生产中采用高转化率。
（一）均相溶液聚合
聚合工艺条件
• 单体原料：丙烯腈；丙烯酸甲酯；衣康酸 • 溶剂： 48.8% NaSCN • 引发剂：偶氮二异丁腈，单体总量的0.2~0.8% • 浅色剂：二氧化硫脲；分子量调节剂：异丙醇 • 单体转化率：55~70%（为了满足纺丝要求，聚合
• 喷丝头厚度约为3~5mm或以上（湿纺0.5 mm)， 孔径0.1~0.3mm，纺长丝时孔数为30~50个，短 丝可高达2800个。
• 纺长丝可在一个纺丝位安装多个喷丝头。
三、干法成型工艺控制
干纺分子量通常为：3~4万(湿纺为5~6万） 原液浓度：干纺原液黏度600~800s（落球法）
喷丝头孔数和孔径
第五节 聚丙烯腈纤维的后加工
• 湿法纺丝腈纶：刚出凝固浴的丝条是一 种富含溶剂的冻胶，后加工工艺较为复 杂。主要包括拉伸，水洗，干燥致密化， 卷曲，热定型，上油、干燥，打包等工 序。
• 干法成型腈纶：因成型条件缓和，纤维 结构较致密，丝束后处理工艺较简单。 主要包括水洗、拉伸、上油、卷曲和切 断、干燥、上油、打包等工序。
第四节 聚丙烯腈纤维的干法纺丝及其它纺丝方法
一、干法纺丝的工艺流程
• 短纤流程：纺丝原液经计量泵→原液加热器（ 130~ 140℃）
→喷丝板→纺丝甬道（ 400 ℃ N2 与原液细流并流下行）→冷水 喷淋降温→导辊集束→皮带夹送器→摆丝装置→盛丝桶。
• 长丝流程：纺丝原液经计量泵→原液加热器→喷丝板→纺
• 上油位置在水洗和干燥致密化之间。
（4）干燥致密化
• 目的：通过干燥出去纤维中的水分，使纤维中的
微孔闭合，而空洞及裂隙变小或部分消失，使其结 构致密、均匀。
• 温度和时间
干燥过程中温度可分区控制，随过程的延续逐步 降低。干燥机中的停留时间不超过15min。
• 介质相对湿度 补给量控制在10~15% • 张力：松弛式帘板干燥机或半松弛式圆网干燥机
2 水洗
• 丝束中含有溶剂，使纤维手感粗硬，色泽灰暗； 后加工中纤维发粘，不易梳分；热定型时易发黄， 严重影响染色。
• 要求水洗后纤维上残余溶剂含量不超过0.1%；水 温一般控制在50~100℃左右；
• 常用的水洗机油长槽式，多层式和喷淋式以及U 型水洗机。
3 上油
• 目的：提高纤维的平滑性和抗静电性。
二 丙烯腈的聚合
• 大多采用溶液聚合。 • 根据所用溶剂不同可分为：均相溶液聚合
和非均相溶液聚合。 • 均相溶液聚合所得聚合液可直接用于纺丝。
又称腈纶生产一步法。 • 非均相溶液聚合所得聚合物以絮状沉淀析
出，经分离后须用合适溶剂再溶解制成纺 丝原液。又称腈纶生产二步法。 • 引发剂：偶氮类，有机过氧化物类，氧化 还原体系。
体系中单体总浓度控制在17~21%）。 • 聚合温度：76~78℃，时间为1.5~2.0h。 • 聚合后的平均分子量：60000~80000。
（二）水相沉淀聚合
聚合工艺条件
• 单体：同上 • 引发剂：硫酸亚铁铵-过硫酸钾 • 活化剂：亚硫酸氢钠 • 溶剂：水 • 聚合温度：30~50℃ • 反应时间：1~2hr • 转化率：70~80%
• 聚丙烯腈纤维大多是以丙烯腈为主的三元共 聚物制得，其中丙烯腈占88~95%,第二单体 用量为4~10%，第三单体为0.3~2.0%。
• 第二单体：降低结晶性，增加柔软性，提高机械强度、
弹性和手感，提高染料扩散性。如：丙烯酸甲酯，甲基丙 烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等。
• 第三单体：引入一定数量的亲染料基团，增加纤维对染
• 甬道顶部设有加热器，氮气从上端进入甬道（甬道 外设有加热套），与丝条平行下行，带有溶剂蒸汽 的氮气从甬道下部排出。
• 纺丝甬道为直形圆柱体，一般长6~10m，直径 250~450mm，其夹套内通有联苯和联苯醚作为加热 介质。
（二）喷丝头组件
• 喷丝头要求内外部丝条中的DMF具有相同的蒸 发速度：原液在组件前的加热器需通过两个同 心圆环形通道，分别将原液供给喷丝板的外侧 和内侧，内侧温度高出外侧10℃。
（二）工艺控制
1 拉伸：湿法成型纤维的拉伸一般分两步：预 热浴拉伸和沸水或蒸汽浴拉伸。
（1）拉伸温度：预热浴温度应高于PAN大分子缔
合温度5~10℃为宜。
（2）拉伸介质：不同拉伸介质中的溶胀度不同，
所得纤维的机械性能不同。
（3）拉伸倍数：PAN初生纤维的拉伸是通过预热
浴的低倍拉伸（1.5~2.5倍）和沸水或蒸汽高倍拉 伸（4~6倍）两步完成。
纺丝甬道和甬道中介质的温度：以氮气为介质，进口温度400℃，
出口130 ℃。
纺丝速度：100~400m/min。 喷丝头拉伸：10~15倍 甬道中溶剂蒸汽的浓度：控制在35~45g/m3 纤维截面形状：与DMF蒸发速度和扩散速度有关。
四、干喷湿法纺丝
• 干喷湿法纺丝可进行高倍喷丝头拉伸，纺丝速 度可达200~400m/min。
DMF浓度：50~60%；喷丝头孔数：30000~60000孔，孔径 0.07~0.2mm；纺速：5~10m/min。
拉伸机拉伸：拉伸倍数为5~8倍，热水浴为20~25%DMF
水溶液，浴温80~90℃ 。
水洗： 60~80℃ 热水。 干燥后再拉伸1.5倍。
（二）硫氰化钠溶剂路线
• 纺丝原液：PAN含量12~14% ，NaSCN含量 44%。
三 聚丙烯腈的结构和性质
• 白色粉末状，表观密度为200~250g/L，密度 1.14~1.15g/cm3。220~230 ℃时软化并分解。
• 聚丙烯腈低序区的Tg为80~100 ℃，非晶相 中序区的Tg为140~150 ℃。三元共聚聚丙烯 腈的Tg为75~100 ℃。由于水的增塑作用次 级溶胀PAN的Tg进一步下降到65~ 80 ℃；初 级溶胀PAN的Tg则在40~ 60 ℃范围内。
（5）热定型
改善纤维的超分子结构和机械性能，提高尺寸稳定性 和纺织加工性能
（6）卷曲
• 增加腈纶自身及其与棉毛混纺时的抱合力，改善纤维 加工性，提高纤维柔软性、弹性和保暖性。
• 卷曲温度比丝束Tg高10℃左右。
（7）纤维的切断
设备和工艺参数
• 水洗拉伸机是一个很大的钢质箱体，箱体底部 分成10个槽子。热的去离子水自第十槽通入， 第一槽流出。1~6槽被拉到拉紧状态，7~10槽 完成规定拉伸倍数。
（二）膨体纱的制造
第六节 聚丙烯腈纤维的性能和用途
一 性能 质轻保暖、染色鲜艳而牢固，防蛀，防霉；
具有热弹性和极好的日晒牢度。 二 用途 广泛用于混纺或纯纺，制成哔叽，华达呢，
大衣呢，运动衫，针织杉，毛毯，长绒织 物以及缩绒拉毛织物。
料的亲和力。分两类：一类对阳离子染料有亲和力，含有 羧基或磺酸基团的单体；另一类对酸性染料有亲和力，含 有氨基，酰胺基，吡啶基等的单体。
• 丙烯腈聚合转化率：低转化率 （50~55 %），中转化率（70~ 75%） 和高转化率（95%以上）。
• 硫氰酸钠一步法采用低或中转化率。 水相沉淀聚合可达70~80%。
丝甬道→冷水喷淋降温→两对导盘拉伸（拉伸倍数4-8倍）→卷
取（100~300m/min） • 常用喷丝板：1.7~3.4dtex的2800孔；5~11.1 dtex的1860孔
二 干法纺丝设备
（一）直管式干法纺丝机
• 纺丝原液从导管经过滤后进入纺丝头组件，压经喷 丝板后形成丝束，丝束进入纺丝甬道。初生纤维从 甬道下端抽搐，经上油导丝后绕在筒管上。
• 热性质：成纤用用PAN的颜色在加热到 170~180 ℃时无变化。 250~300 ℃就发生热 分解。
第二节 聚丙烯腈纺丝原液的制备
一、一步法纺丝原液制备
工艺过程
• 聚合浆液中单体的脱除 黏度上升；影响脱泡效果
• 纺丝原液的混合及脱泡 • 调温和过滤
二、二步法纺丝原液的制备
（一）以硫氰化钠水溶液为溶剂
生产所用溶解聚丙 烯腈的硫氰化钠水 溶液浓度下限为 44%，上限是 55~57%，纺丝液 中高聚物浓度为 10~13%。
（二）以二甲基甲酰胺为溶剂
干 法 纺 丝 原 液 的 制 备源自第三节 聚丙烯腈的湿法成型
（一）DMF溶剂路线的工艺流程图
主要工艺参数
原液浓度：20~25%；凝固浴温度：10~15 ℃，凝固浴中
• 要求高粘度的纺丝原液，其粘度达50~100Pa·S。
• 纤维结构均匀，强度和弹性均有提高，截面形 状近似圆形，染色性和光泽比较好。
• 干燥和拉伸： 80~100℃热水或蒸汽进行第一次 拉伸，拉伸倍数1.5倍以上，然后干燥（含水率 15%以下）再进行第二次拉伸，拉伸温度 120~150℃，最后通过松弛干燥辊筒进行干燥和 松弛。
• 喷丝头孔径0.06mm，20000~60000孔 • 凝固浴：9~14% NaSCN水溶液，浴温10℃左
右，纺丝速度5~10m/min。 • 预热浴：3~4% NaSCN水溶液，浴温60~65 ℃，
拉伸1.5倍左右。 • 水洗： 50~65℃。 • 拉伸浴： 95~98℃，总拉伸倍数8~10倍。 • 蒸汽热定型：蒸汽压力250kPa，时间10min。
• 水洗拉伸温度控制在90~98℃。 • 拉伸倍数为2.2~6倍，一般4.5倍。 • 卷曲温度：65 ℃左右。 • 干燥温度：130℃。
二、干法成型聚丙烯腈纤维的后加工
三、聚丙烯腈纤维的特殊加工
（一）直接制条（或牵切纺）
通过机械加工，使长丝束既切断而又不乱，可直接成条。 1 切断法 2 拉断法
一、湿法成型聚丙烯腈纤维的后加工
（一）工艺流程：
凝固成型的纤维→导丝装置→低倍拉伸（预 热浴温度50~ 60 ℃，浴中溶剂含量 2.5~3%，拉伸倍数1.5~2.5倍）→第二次 拉伸（95~100 ℃热水或蒸汽，拉伸倍数 4~6倍）→水洗（丝条与水逆向而行，洗 后丝束含水150~200%，溶剂含量小于1%） →干燥致密化（100~160℃不同温区）。
硫氰化钠溶剂路线流程图
二 腈纶湿法纺丝机
三、腈纶湿法纺丝的工艺控制
（一）原液中高聚物的浓度
（二）凝固浴中溶剂含量
• 凝固浴一般为PAN溶剂的水溶液，水是凝 固剂
• 凝固浴中溶剂的含量对初生纤维的结构、 后加工工艺以及成品纤维的力学性能、耐 磨性、手感、染色性等都有明显影响。
（三）凝固浴的温度
• 在以硝酸及二甲基亚砜为溶剂的一步 法生产中采用高转化率。
（一）均相溶液聚合
聚合工艺条件
• 单体原料：丙烯腈；丙烯酸甲酯；衣康酸 • 溶剂： 48.8% NaSCN • 引发剂：偶氮二异丁腈，单体总量的0.2~0.8% • 浅色剂：二氧化硫脲；分子量调节剂：异丙醇 • 单体转化率：55~70%（为了满足纺丝要求，聚合
• 喷丝头厚度约为3~5mm或以上（湿纺0.5 mm)， 孔径0.1~0.3mm，纺长丝时孔数为30~50个，短 丝可高达2800个。
• 纺长丝可在一个纺丝位安装多个喷丝头。
三、干法成型工艺控制
干纺分子量通常为：3~4万(湿纺为5~6万） 原液浓度：干纺原液黏度600~800s（落球法）
喷丝头孔数和孔径
第五节 聚丙烯腈纤维的后加工
• 湿法纺丝腈纶：刚出凝固浴的丝条是一 种富含溶剂的冻胶，后加工工艺较为复 杂。主要包括拉伸，水洗，干燥致密化， 卷曲，热定型，上油、干燥，打包等工 序。
• 干法成型腈纶：因成型条件缓和，纤维 结构较致密，丝束后处理工艺较简单。 主要包括水洗、拉伸、上油、卷曲和切 断、干燥、上油、打包等工序。
第四节 聚丙烯腈纤维的干法纺丝及其它纺丝方法
一、干法纺丝的工艺流程
• 短纤流程：纺丝原液经计量泵→原液加热器（ 130~ 140℃）
→喷丝板→纺丝甬道（ 400 ℃ N2 与原液细流并流下行）→冷水 喷淋降温→导辊集束→皮带夹送器→摆丝装置→盛丝桶。
• 长丝流程：纺丝原液经计量泵→原液加热器→喷丝板→纺