第5章聚丙烯腈纤维生产及质量控制
聚丙烯腈纤维
聚丙烯腈纤维之物理化学性质及其应用与发展一、前言聚丙烯腈纤维，学名Polyacrylonitril，商品名为Acrylic，大陆称为腈纶。
聚丙烯腈纤维为今日已工业化之合成纤维中，最多采多姿的纤维。
聚丙烯腈纤维的定义为“属一种人造纤维形成这种纤维的物质是任何长练的聚合体所组成的，此聚合体至少含有85%以上之聚丙烯腈成分”。
而经改质过的聚丙烯腈纤维称为改质聚丙烯腈纤维(modacrylic fiber)，其中聚丙烯腈成分占85%以下但至少须含有35%以上(Textile Fiber Product Identification Act 1960)。
聚丙烯腈纤维之分类聚丙烯腈纤维为高熔点之聚合物，例如奥隆(Orlon)之熔点为238℃~249℃，聚丙烯腈纤维之熔点约在240℃左右，故加热至融点时容易变质，不能融熔纺丝，一班均采用融液纺丝法。
早期因为无适当的溶剂，对于溶剂的选择上，为最大的问题点。
直到1948年，美国杜邦公司(Du pont)发现DMF(dimethyl formamide二甲基甲酰胺)为聚丙烯腈纤维之最佳的溶剂，而在1950年大量生产，命名为奥隆(Orlon)。
因为聚丙烯腈单独聚合时染色较不易，故除了奥隆及极少数商品之外，现在市场上出售的聚丙烯腈纤维皆为其共聚合物(copolymer)。
例如维尼龙N为丙烯腈与醋酸乙烯酯，压克力隆为丙烯腈与苯乙烯之共聚合物。
而共聚合之意义在于强化物理性质与改善染色性(导入染色座席使盐基性染料可染或酸性染料可染)，但各个制造厂商对于所使用之共聚合原料均极端的保守秘密，不做任何明确的说明。
纯粹聚丙烯腈纤维具有甚高的强度，而改质的聚丙烯腈纤维则强度较低，与黏液嫘萦差不多。
各种聚丙烯腈纤维的纵侧面都很类似，唯有截面的形状有异。
Orlon截面之形态 Orlon纵侧面之形态Acrilan截面之形态 Acrilan纵侧面之形态特有特有性质(1)短纤维柔软、蓬松，有像羊毛般给人温暖的感觉。
聚丙烯腈纤维介绍
二、丙烯腈的聚合
完成聚合后的浆液由釜顶出料，通往脱单体塔。 脱单体后的浆液被送入后续的脱泡工段。
均相溶液聚合的优点是省去分离聚合物的沉淀、 过滤和烘干等过程，但对原料的纯度要求较高，对 原液的质量控制和检测难度较大。
二、丙烯腈的聚合
(三)丙烯腈的水相沉淀聚合（图5－2）
丙烯腈等单体可溶于水，PAN则不溶于水而沉淀。
部发生歪扭和曲折。
三、聚丙烯腈的结构和性质
2 PAN的三种不同聚集状态
x射线图发现，这种不规则螺旋状大分子在整个 纤维中的堆砌，就有序区来说，它的序态还是有缺 陷的，还未达到结晶高聚物晶区的规整程度。这是 由于这种螺旋体的歪曲和曲折，并且没有一定螺距， 所以不能整齐堆砌成较完整的晶体，通常称为“准 晶”。但就无序区来说，它的序态又高于一般高分 子物的无定形区的规整程度。因此，聚丙烯腈具有 三种不同的聚集状态，即非晶相的低序态，非晶相 中序态和准晶相高序态。
事实上， PAN纤维
中的大分子并不完全如
图所示那样是有规则的 螺旋状分子，而是具有 不规则曲折和扭转的分 子，是由于氰基的存在。 氰基中的碳原子带正电 荷，氮原子带负电荷，
所以把氰基称为偶极子。
三、聚丙烯腈的结构和性质
在同一大分子上氰基间
因极性方向相同而互相排
斥，而相邻大分子间的氰 基则因极性方向相反而互 相吸引(偶极子力)，由于这 种很大的斥力和引力的相 互作用，使大分子活动受 到极大的阻碍，而在它局
非均相溶液聚合—所用介质（水或溶剂）只能溶 解或部分溶解单体，而不能溶解所得到的聚合物， 在聚合过程中聚合物不断地呈絮状沉淀析出，经 分离后需用合适的溶剂再溶解，方可制成纺丝原 液，此法称为腈纶生产的两步法。因非均相聚合 的介质通常采用水，所以又称为水相聚合法。 由此可见，溶液聚合主要有三大部分：单体、 引发剂和溶剂。
年产聚丙烯腈纤维
年产聚丙烯腈纤维1. 简介聚丙烯腈纤维是一种合成纤维，具有优良的物理和化学性能，被广泛应用于纺织、医疗、汽车、建筑等领域。
本文档将介绍年产聚丙烯腈纤维的相关信息，包括生产工艺、产品特性和市场前景等。
2. 生产工艺2.1 原料准备聚丙烯腈纤维的生产主要原料为丙烯腈单体。
原料的准备包括丙烯腈的采购和质量检测。
2.2 聚合反应原料丙烯腈通过聚合反应生成聚丙烯腈。
聚合反应需要控制反应温度、反应时间和添加聚合催化剂等参数。
2.3 纺丝和拉伸聚合得到的聚丙烯腈通过纺丝和拉伸工艺，形成连续的聚丙烯腈纤维。
纺丝过程中需要控制纺丝温度和纺丝速度，拉伸过程中需要控制拉伸速度和温度。
2.4 染色和后处理获得的聚丙烯腈纤维可以进行染色和后处理。
染色可以改变纤维的颜色和外观，后处理可以改善纤维的强度和柔软性。
3. 产品特性聚丙烯腈纤维具有以下特性：•高强度：聚丙烯腈纤维的强度比其他合成纤维高，可以用于制备强度要求高的纺织品。
•耐磨性：聚丙烯腈纤维具有良好的耐磨性，适用于制作耐久性要求高的衣物和织物。
•耐候性：聚丙烯腈纤维对紫外线和氧化性环境具有较好的耐受性，能够在户外环境中长时间使用。
•舒适性：聚丙烯腈纤维具有柔软和吸湿排汗的特性，能够增加纺织品的舒适感。
•抗菌性：聚丙烯腈纤维具有抗菌性能，可以防止细菌滋生。
4. 市场前景聚丙烯腈纤维作为一种功能性纤维，具有广阔的市场前景。
随着人们对生活品质的要求提高，对纺织品的功能性需求也越来越多样化。
聚丙烯腈纤维具备多种功能特性，可以满足不同领域的需求。
在纺织行业中，聚丙烯腈纤维可以用于制作高强度的织物和服装，如军用服装、工作服等。
在医疗行业中，聚丙烯腈纤维可以应用于医疗纺织品，如手术衣、口罩等。
在汽车行业中，聚丙烯腈纤维可以用于汽车座椅材料，提供舒适性和耐久性。
在建筑行业中，聚丙烯腈纤维可以用于制作防水材料和隔热材料，提高建筑的性能和耐久性。
综上所述，年产聚丙烯腈纤维具有广阔的市场前景，可以满足不同领域对纺织品功能性的需求。
高分子材料加工工艺学习题答案
⾼分⼦材料加⼯⼯艺学习题答案第⼆章聚酯纤维1、切⽚⼲燥的⽬的是什么？为何要分段进⾏？← 1 除去⽔分湿切⽚含⽔率0.4～0.5％，⼲燥后0.01%（常规纺）或0.003～0.005％（⾼速纺）不良影响⾼温酯键⽔解→聚合度↓→纺丝难⽔分汽化→⽓泡→纺丝断头← 2 提⾼切⽚含⽔的均匀性→纤维质量均匀← 3 提⾼结晶度及软化点（⽆定形）→防⽌环结阻料结晶度↗25～30％；软化点70～80℃↗＞210 ℃切⽚中的⽔分由两部分组成（1）⾮结合⽔粘附在切⽚表⾯⼲燥时容易除去（2）结合⽔与PET分⼦上的羰基及少量端羟基等以氢键结合，⼲燥时较难除去。
√2、简述螺杆挤出机的⼯作原理与作⽤？螺杆挤出机的作⽤是把固体⾼聚物熔融后以匀质、恒定的温度和稳定的压⼒输出⾼聚物熔体。
原理：物料从加料⼝进到螺杆的螺槽中，由于螺杆的转动，把切⽚推向前进。
切⽚不断吸收加热装置供给的热能；另⼀⽅⾯因切⽚与切⽚、切⽚与螺杆及套筒的摩擦以及液层之间的剪切作⽤，⽽由⼀部分机械能转化为热能，切⽚在前进过程中温度升⾼⽽逐渐熔化成熔体。
熔化过程聚合物在温度、压⼒、粘度和形态等⽅⾯发⽣变化，由固态(玻璃态)转变为⾼弹态，随温度的进⼀步提⾼，出现塑性流动，成为粘流体(粘流态)。
粘流态的聚合物经螺杆的推进和螺杆出⼝的阻⼒作⽤，以⼀定的压⼒向熔体管道输送。
3、何谓环结阻料？采⽤哪些措施避免？若预热段温度过⾼，切⽚在到达压缩段就过早熔化，是原来固体颗粒间的空隙消失，熔化后的熔体由于在螺槽等深的的预热段⽆法压缩，从⽽失去了往前推进的能⼒，造成“环结阻料”。
措施：预热段套筒保持合适的温度。
√4、纺丝箱有哪些作⽤？进⾏熔体保温和温度控制，⼀般采⽤4～6位（即⼀根螺杆所供给的位数）合⽤⼀个矩形载热体加热箱进⾏集中保温。
5、复合纺丝组件与普通组件的区别有哪些？复合纺丝组件由多块分配板组合⽽成的复合纺丝组件，聚酯与其它种类的成纤⾼聚物熔体分别通过各⾃的熔体管道，在组件中的适当部位汇合从同⼀喷丝孔喷出成为⼀根纤维。
第五章合成纤维
为了改善涤纶的性能，必须从改变其 大分子链结构着手，一般方法有：
（1）引入有空间阻碍的基团，降低大分子的结晶度。 （2）引入第三单体，使涤纶分子结构的规整性下降，
改变其紧密堆砌的状况，使结构变得较疏松。 （3）引入可与染料分子结合的基团，以提高其对染料
的亲和力。 （4）引入一定的吸水性基团，改善其吸湿性。 （5）改变工艺条件，增加纤维中无定形区的含量。
图5-8 假捻法加工示意图
二、锦纶的结构
锦纶的形态结构与普通涤纶相似，在显微镜下观 察，纵向光滑，横截面接近圆形。
锦纶的聚集态结构也与涤纶相似，为褶叠链和伸 直链晶体共存的体系。
锦纶的大分子主链上含有酰胺键。 锦纶的结晶度为50%～60%，最高可达70%。 锦纶纤维具有皮芯结构，一般皮层较为紧密，取
合成纤维的原料来源广泛，生产不受自然条件限制，并具 有许多优良特性，如坚牢耐磨、质轻、易洗快干、不易皱 缩、不霉不蛀等，成为很好的衣着原料。
市场上销售的涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、氨纶等都属于合 成纤维。
合成纤维的分类
聚酯类纤维——聚对苯二甲酸乙二酯纤维（涤纶）、各类 改性聚酯纤维等。
聚酰胺类纤维——聚酰胺6纤维（锦纶6）、聚酰胺66纤维 （锦纶66）、聚酰胺1010纤维（锦纶1010）、芳香族聚 酰胺纤维（芳纶）等。
目前合成纤维生产中以熔融法纺丝为主，其次 是湿法纺丝，干法纺丝使用较少。根据各种高 分子聚合物的不同性质，采用熔融法纺丝生产 的有锦纶、涤纶、丙纶等；采用湿法纺丝生产 的有腈纶短纤维；采用干法纺丝生产的有腈纶 长状有圆形、三角形、五叶形、扁 平形、中空形等各种形状。
回弹性好——锦纶大分子结构中具有大量的亚甲基—CH2—，在松 弛状态下，纤维大分子易处于无规则的卷曲状态，当受外力拉伸 时，分子链被拉直，长度明显增加。外力取消后，由于氢键的作 用，被拉直的分子链重新转变为卷曲状态，表现出高伸长率和良 好的回弹性。
聚丙烯腈(pan)基碳纤维生产工艺
聚丙烯腈(pan)基碳纤维生产工艺聚丙烯腈（PAN）基碳纤维是制备高品质碳纤维的主要原料之一。
该纤维具有高强度、高模量、高导电性和优异的耐高温性能，被广泛应用于高端航空、航天、汽车和体育器械等领域。
本文将介绍PAN基碳纤维的生产工艺。
1. 原料准备根据生产工艺要求，选择合适的聚丙烯腈原料。
将原料进行初步处理，去除杂质和水分，以确保生产过程中的纤维质量。
2. 聚合反应将经过准备的聚丙烯腈原料溶解在适当的溶剂中，加入聚合催化剂和其他添加剂，进行聚合反应。
反应温度和时间、反应条件等要求均需严格控制，以确保聚合品质量和纤维性能。
3. 细纤化将聚合物溶液经过细纤化处理，使聚合物分子链排列有序，形成纤维形态。
细纤化方法有湿法和干法两种，其中湿法多使用纺丝机或旋转杯法，而干法则多采用气流旋转杯法。
4. 洗涤和脱水将细纤化后的纤维进行多次洗涤，以去除残留的溶剂和其他杂质。
洗涤后进行脱水处理，以去除水分，为后续的碳化步骤做好准备。
5. 碳化将经过脱水处理的PAN基纤维置于高温炉中进行碳化。
碳化温度和碳化速率对纤维质量和性能有着极大的影响，要根据产品要求进行合理的控制。
6. 热处理将碳化后的纤维再次进行高温热处理，使其内部结构进一步改善，提高其力学性能和稳定性。
7. 修边和检测对制备完成的碳纤维进行修边处理，去除开口、裂纹等缺陷。
然后进行质量检测，检查其力学、热学、导电等性能是否符合要求。
8. 包装通过卷绕或缠绕等方式对碳纤维进行包装，以便于运输和使用。
总之，PAN基碳纤维生产工艺控制精度要求高，涉及多个关键步骤，每一个环节都需要精益求精，以确保产品质量和性能稳定。
在实际生产过程中，还需要根据产品品种和规格进行细致的调整和改进，以满足不同用户的需求。
聚丙烯腈纤维
腈纶是所有合成纤维中工 艺路线最多的品种，其工 业化路线达12种之多。12 种工艺路线中，产量主要 集中于DMA(二甲基乙酰胺) 湿法二步法，DMF干法和 NaSCN 一步法3种工艺路 线，其产量约占腈纶总量 的58% ；其次是HNO 湿法 二步法，NaSCN 两步法， DMF湿法一步法和二步法4 种工艺路线，产量约为总 量的32% ，其他5种路线， 产量仅占1O 左右(表2)。
三、聚丙烯腈的结构和性质
(一)聚丙烯腈的结构
1.通过光谱分析研究证实，聚丙烯睛大分子链中丙 烯腈单元的连接方式主要是首尾连接，与—CN基相 连接的碳原子间隔着一个—CH2基。
2.丙烯腈均聚物大分子的主链与聚乙烯大分子链的
主链一样，都是由碳—碳键构成。但是，是聚丙烯腈 主链并不是平面锯齿形分布．而是螺旋状的空间立体 构象，螺旋体的直径为6A°，如图4-3所示。
(二)聚丙烯腈的性质
聚丙烯腈为白色粉末，散重为200— 250 g/L。密度为1.14一1.15g/cm3，220℃时软化并分 解。
1．物理性质
2．玻璃化温度 聚丙烯腈具有三种不同的聚集状态， 即非晶相的低序态、中序态和准晶相高序态。有三个与 之相对应的链段运动的转变温度。这种转变温度对非晶 相是玻璃化温度、对晶相则是熔点。因此聚丙烯腈有两 个玻璃化温度。据测定，聚丙烯腈在低序区的Tg1 =80—100℃，中序区的Tg2=140—150℃。对于三元共 聚，由于共聚组分的加入，Tg1和Tg2逐渐相互靠近， 以至完全相同。其Tg=75—100℃。水溶胀聚丙烯腈Tg 下降到65—80℃；而初级溶胀聚丙烯腈的Tg 则在40一 60℃范围内。
混合系统由几个带有搅拌器的槽组成，它 使聚合物混合更均匀，并使反应釜和干燥 机之间的工作调节有序。 混合后的淤浆在第二个旋转真空过滤机中 脱水。这里出来的聚合物含有60％的水分， 直接喂入挤出机。经挤出送入连续的链板 干燥机中，将湿度降低到小于1％。干燥后 的聚合物放风送到循环分离器，进行液固 分离，接着送至粉碎机进行粉碎。最后送 去制备溶液。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产工艺
纺丝过程中的影响因素包括纺丝液性质、喷丝头结构、拉伸条件、固化条件等。这些因素会影响原丝 的形态结构、取向度、结晶度等，进而决定碳纤维的力学性能、热稳定性等。因此，在纺丝过程中需 要对这些因素进行严格控制和优化。
预氧化与碳化工艺
04
预氧化过程及机理探讨
预氧化过程
将聚丙烯腈(PAN)纤维在空气或氧气 中进行低温热处理，使其部分氧化， 形成稳定的梯形结构。
机理探讨
预氧化过程中，PAN纤维中的氰基(-CN) 逐渐转化为羧基(-COOH)和酰胺基(CONH2)，同时伴随着分子链的交联和 环化反应，从而形成耐热的梯形结构。
碳化过程及温度控制策略
碳化过程
在惰性气氛（如氮气）中，将预氧化 后的纤维进行高温处理，使其进一步 碳化，形成碳纤维。
温度控制策略
碳化过程中需要精确控制温度，通常 采用多段升温的方式，以确保纤维在 碳化过程中的结构稳定性和性能均匀 性。
设备选型与生产线布
05
局设计
关键设备选型依据及参数设置
聚合釜
选择高效、节能、操作简便的聚 合釜，其容量和搅拌速度等参数 需根据生产规模和产品性能要求
确定。
纺丝机
选用具有高速、稳定、连续化生产 能力的纺丝机，纺丝速度、温度、 压力等参数对纤维性能有重要影响， 需精确控制。
氧化碳化炉
选择能够实现高温、高压、气氛控 制精确的氧化碳化炉，炉内温度、 气氛组成和压力等参数是影响碳纤 维性能的关键因素。
原因分析与追溯
针对不合格品进行原因分析，追溯问题根源，为后续改进措施提供依 据。
纠正与预防措施
根据原因分析结果，制定相应的纠正和预防措施，防止类似问题再次 发生。
持续改进与提升
聚丙烯腈纤维介绍
二、丙烯腈的聚合
(二)丙烯腈的均相溶液聚合（图5－1流程简图）
丙烯腈等单体及PAN均溶于同种溶剂－ NaSCN；
单体：原料丙烯腈（AN）、第二单体丙烯酸甲酯 (MA)、第三单体衣康酸(ITA)；
引发剂：偶氮二异丁腈(AIBN)；
溶剂：48.8％硫氰酸钠(NaSCN)；
浅色剂：二氧化硫脲(TUD)；
20世纪30年代初期，就已着手聚丙烯腈纤维的生产 试验，直至1 950年，聚丙烯腈纤维才正式投入大生 产。
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最早的聚丙烯腈纤维由纯聚丙烯腈(PAN)制成，故染 色困难，且弹性较差，仅作为工业用纤维。后来开 发出丙烯腈与烯基化合物组成的二元或三元共聚物， 改善了聚合体的可纺性和纤维的染色性。其后又研 制成功丙烯氨氧化法制丙烯腈新方法，才使聚丙烯 腈纤维工业得以迅速发展。
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二、丙烯腈的聚合
第三单体的目的是引入一定数量的亲染料基团，以 增加纤维对染料的亲和力，可制得色谱齐全，颜色鲜 艳，染色牢度好的纤维，并使纤维不会因热处理等高 温过程而发黄。
第三单体为离子型，分两大类：一类是对阳离子染 料有亲和力，含有羧基或磺酸基团的单体，如丙烯磺 酸钠、甲基丙烯磺酸钠等；另一类是对酸性染料有亲 和力，含有氨基，酰胺基，吡啶基等的单体。此外， 为使聚合产物具有合适的分子量，在丙烯腈聚合过程 中还需加入分子量调节剂（如异丙醇）、终止剂(如乙 二胺四乙酸四钠盐)和浅色剂(如二ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化硫脲)等。
由于共聚组分的加入两个Tg逐渐相互靠近，以至完全
相同，三元共聚的PAN的Tg约为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℃；
而初级溶胀PAN的Tg则在40～60℃范围内。
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聚丙烯腈纤维国家标准
聚丙烯腈纤维国家标准
聚丙烯腈纤维，又称为腈纶，是一种合成纤维，具有优异的性能和广泛的应用
领域。
为了规范聚丙烯腈纤维的生产和使用，国家颁布了一系列的标准，以确保产品质量和安全性。
本文将介绍聚丙烯腈纤维国家标准的相关内容。
首先，聚丙烯腈纤维国家标准主要包括产品分类、技术要求、检验方法、标志、包装、运输和贮存等方面的内容。
其中，产品分类根据用途和性能特点进行划分，以便消费者选择合适的产品。
技术要求包括纤维的物理性能、化学性能、外观质量等方面的指标，确保产品符合国家标准的要求。
检验方法则是对产品进行检测和评定的具体方法和步骤，以保证产品质量可控可测。
标志、包装、运输和贮存等方面的要求则是为了保障产品在生产、销售和使用过程中的质量和安全。
其次，聚丙烯腈纤维国家标准的制定和实施对行业发展和产品质量具有重要意义。
一方面，国家标准的制定可以统一产品质量要求，提高产品质量水平，促进行业健康发展。
另一方面，国家标准的实施可以保障消费者的权益，防止不合格产品流入市场，确保产品质量和安全性。
因此，聚丙烯腈纤维国家标准的制定和实施对行业和消费者都具有积极的意义。
最后，作为聚丙烯腈纤维生产和使用的相关企业和个人，应当严格遵守国家标
准的要求，加强产品质量管理，提高产品质量和安全性。
同时，应当加强对国家标准的宣传和推广，增强行业从业人员和消费者的标准意识，共同维护行业的良好秩序和消费者的权益。
综上所述，聚丙烯腈纤维国家标准是保障产品质量和安全的重要依据，对行业
发展和消费者权益都具有重要意义。
各相关方应当共同遵守和执行国家标准的要求，共同维护行业的良好秩序和消费者的权益。
腈纶纤维安全生产要点
腈纶纤维安全生产要点1工艺简述腈纶纤维（聚丙烯腈纤维）是丙烯腈和其它单体共聚制成。
一般是三元共聚物。
共聚单体种类较多，第二单体常用丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、醋酸乙烯。
第三单体常用含亲染料基团（碱性基因，酸性基团）、烯类化合物。
聚合方法可分为均相溶液聚合（一步法）和水相沉淀聚合（二步法）。
这里介绍的腈纶纤维生产工艺是采用第二单体为丙烯酸甲酯。
第三单体为衣康酸，溶剂为硫氰酸钠水溶液的一步法生产流程。
本装置所用原料丙烯腈、丙烯酸甲酯、异丙醇、异丙醚等为一级易燃液体，大部分为Ⅱ级毒物。
2重点部位2.1聚合反应器反应器是聚丙烯腈原液生产的中心部位，有七种物料同时在器内进行化学反应，而且反应机理比较复杂。
为了满足反应条件的苛刻要求，必须严格控制投料的质量、数量、比例。
同时各控制点的调节手段更要按照相关规定程序精确的配合，如转化率控制器调温，搅拌装置的调速等。
无论是设备、自动控制系统发生故障，还是操作控制的失误，都可给工艺过程造成紊乱甚至发生事故。
如加料量和比例失调、温度失控造成反应器超温超压或爆聚；大量泄漏物料造成中毒或着火等等。
2.2萃取系统该系统是将纺丝工序循环使用的稀硫氰酸钠溶液和含有硫氰酸钠的污水，以异丙醚进行萃取回收再利用的装置。
由于本装置的各类贮罐和贮槽及其附属的机泵、管线、阀门等甚多，因此其静、动密封点也多。
还因防腐蚀的需要，许多设备和管道采用树脂或塑料制成，不仅强度较差，易产生静电，还容易泄漏。
某厂的该萃取系统曾发生过因设备漏料（主要成分为异丙醚），由通风管道静电引发火灾。
另外，该系统有硫酸强腐蚀物质，它与硫氰酸钠混合可使其生成硫氰酸，常温下可快速分解生成新毒物，某腈纶厂检测、修理一硫酸罐，因曾窜进过硫氰酸钠未进行彻底清洗，盲目进罐造成3人中毒死亡。
3安全要点本装置的安全监督工作，原液系统以防火、防爆、防中毒为主；纺丝及短纤维、毛条工序以防火和防机械伤害为主。
安全监督要点分述如下：3.1聚合系统3.1.1聚合系统开车前的气密性试压，包括各安全阀定压工作在内的各项试验，均应实行确认性的检查，不合格不能投料开车。
聚丙烯腈生产中应注意的几个环节探讨
聚丙烯腈生产中应注意的几个环节探讨摘要：腈纶即聚丙烯腈纤维，通常是指含丙烯腈85%以上的丙烯腈共聚物或均聚合物纤维，其在服装、饰品、户外等产业均有广泛应用。
因此，探讨腈纶生产应注意的环节具有十分重要的现实意义。
关键词：腈纶（聚丙烯腈）；化学组成；结构形态；生产中应注意环节我国已经是世界上最大的腈纶生产基地，同时也是腈纶产品最大的消费市场。
目前，我国几乎拥有所有的腊纶纤维生产工艺路线，有干法、湿法，一步法、二步法等纺丝工艺，所用的溶剂变化很大，腈纶纤维共聚成分也不尽相同。
可以说，所有这些都是我国腈纶纤维发展的先天优越条件。
下面就对腈纶生产中应当注意的几个问题进行探讨。
1.聚丙烯腈的化学组成100%聚丙烯腊纤维弹性很差，染色困难，一般在工业上很少使用，大部分的腈纶纤维是含丙烯鸟6o/o以上的丙烯腈共聚物或均聚合物，第么三单体的加入量分别为4～10%的非离子单体和0.5～1.0%离子单体。
非离子单体通常选用含用酷基的乙烯基单体，它们的功能是增加柔软性，同时加快染料上染的速度，离子单体为阳离子染料的上染提供染座，使染料更为容易上染纤维，另外它们的存在使得纤维的延展拉伸性能更好。
2.聚丙烯腈的结构形态聚丙烯腈纤维的截面因溶剂及纺丝方法的不同而有所不同。
通常用圆形纺丝孔进行喷丝，采用硫氰酸钠为溶剂进行湿法纺丝得到的聚丙烯腈纤维其截面是圆形的，但纤维的结构中存在微孔，微孔的大小与共聚休的组成、纺丝成形的条件等有很大的关系，微孔的大小及多少影响纤维的机械及染色性能。
阳离子染料上染聚丙烯腊纤维的染色温度跟聚合物的单体有密切的关系，一般情况下在75℃进行染色，通过对纤维处理后可以在低于40℃进行染色。
3.聚丙烯腈生产中应注意的几个环节探讨3.1聚丙烯腈生产中化工物料的停留时间延长各种化工物料在聚合釜的停留时间会使反应更加充分，进而可提高转化率。
但对于固定容积的聚合釜而言增加停留时间只能相应的降低化工物料的流量，实际就是降低了产量，这在实践生产中应予以避免。
聚丙烯腈基碳纤维生产工艺
聚丙烯腈基碳纤维生产工艺聚丙烯腈基碳纤维生产工艺可以简单分为以下几个步骤：原料准备、聚合、纺丝、氧化、炭化和后处理。
首先，原料准备是生产过程的第一步。
原料主要包括聚丙烯腈、聚合物助剂和纺丝助剂等。
这些原料需要经过筛分、洗涤和干燥等处理，确保纤维的质量。
接下来是聚合的过程。
将聚丙烯腈与聚合物助剂和溶剂混合，并由聚合剂催化，进行聚合反应。
聚丙烯腈的均聚度和聚合温度会影响最终纤维的力学性能和结构特点。
然后是纺丝过程。
聚合完成后，将溶剂除去，得到聚合物纤维化。
纺丝可以通过湿法或干法进行。
湿法纺丝是将聚合物溶解在溶液中，然后通过喷射、旋转或拉丝等方法将溶液拉伸成细丝。
干法纺丝是将聚合物直接熔融，并通过气流将熔融聚合物拉丝。
氧化是将纺丝得到的聚合物纤维经过热氧化处理。
在高温下，聚丙烯腈纤维会氧化成高分子含氮的纤维，氧化反应可以提高纤维的热稳定性和加工性能。
炭化是将经过氧化的聚丙烯腈纤维经过高温处理，使其转变为碳纤维。
炭化过程是在非氧化条件下进行的，通常会使用一定的温度和保温时间来控制炭化程度。
炭化反应可以使纤维中的非碳成分脱离，最终得到高纯度的碳纤维。
最后是后处理。
经过炭化后的碳纤维需要经过表面处理，包括浸渍、热处理和机械加工等。
浸渍是通过浸泡碳纤维在树脂浆料中，以提高纤维的强度和刚度。
热处理是通过高温处理，改变纤维的晶体结构和性能。
机械加工则是将碳纤维进行切割、编织、缠绕等加工，使其符合具体的使用要求。
以上是聚丙烯腈基碳纤维生产工艺的主要步骤，每个步骤都需要严格控制参数和条件，以确保最终产品的质量和性能。
聚丙烯腈生产工艺与特点
聚丙烯腈生产工艺与特点摘要：本文论述了用采用水相沉淀聚合法和均相溶液聚合法合成聚丙烯腈共聚物生产工艺，讨论两种不同聚合方法和聚合条件所合成的丙烯腈共聚物的生产工艺，并对生产聚丙烯腈的两种工艺进行综述评述。
关键词：聚丙烯腈溶液聚合水相沉淀聚合对比聚丙烯腈，通常称为聚丙烯腈纤维(Polyacry-lonitrile or acrylic )}睛纶是聚丙烯腈纤维在我国的商品名。
用85%以上的丙烯腈和其它第二、第三单体共聚的高分子聚合物纺制的合成纤维，又称聚丙烯腈纤维。
如果丙烯腈含量在35%-85%之间，而第二单体含量占15%-65%，这种共聚物纤维则称为改性聚丙烯腈纤维。
聚丙烯腈的特点：聚丙烯腈外观为白色粉末状，密度为1.14~1.15g/cm ，加热至220~300℃时软化并发生分解。
玻璃化转变温度：104℃为白色或略带黄色的不透明粉末；相对密度1.12，玻璃化温度约90℃。
它溶于二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、环丁砜、硝酸亚乙基酯等极性有机溶剂，还能溶于硫氰酸盐、过氯酸盐、氯化锌、溴化锂等无机盐的浓水溶液，以及浓硝酸等特殊溶剂。
它的软化温度和分解温度很接近，加热至200℃以上也不熔化,而是逐渐着色，以至碳化。
用途：聚丙烯腈主要用于制造合成纤维(如腈纶)。
用85%以上的丙烯腈和其他第二、第三单体共聚的高分子聚合物仿制的合成纤维。
聚丙烯腈纤维的中国商品名。
俗称人造羊毛。
美国杜邦公司于20世纪40年代研制成功纯聚丙烯腈纤维（商品名为奥纶），因染色困难、易原纤化，一直未投入工业化生产。
后来在改善聚合物的可仿性和纤维的染色性的基础上，腈纶才得以实现工业化生产。
各个国家有不同的商品名，如美国有奥纶、阿克利纶、克丽斯纶、泽弗纶，英国有考特尔，日本有毛丽龙、开司米纶、依克丝兰、贝丝纶等。
腈纶密度一般为 1.16～1.18克/厘米3，标准回潮率为1.0%～2.5%。
纤维的特点是蓬松性和保暖性好，手感柔软，并具有良好的耐气候性和防霉、防蛀性能。
聚丙烯腈纤维生产工艺流程
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1. 原料制备。
丙烯腈、甲基丙烯腈和丙烯酸酯等原料经过提纯，调整其组成和粘度。
第5章聚丙烯腈纤维的生产及质量控制
聚丙烯腈纤维生产工艺路线比较： 一步法与二步法 ：一步法是指PAN的合成采用溶液聚合，聚合物不经分离， 直接配成纺丝原液去纺丝； 二步法又称为水相沉淀聚合路线。PAN的合成采用水相沉 淀聚合，聚合物经分离后重新溶解，即聚合物的制备及原 液配制两步完成 ； 干法纺丝与湿法纺丝 ：腈纶的成形借助于蒸发除去挤出细流中的溶剂，称为 干法纺丝； 借助于挤出细流中的溶剂与凝固浴中溶剂的双向扩散， 称为湿法纺丝； 有机溶剂与无机溶剂 ： 聚丙烯腈纤维的用途 主要用于针织品 、装饰纺织品市场 、室外纺织品
聚合反应时间
聚合时间↑→→引发剂分解↑→活化中心↑→单体转化率↑ →单体浓度↓ →体系黏度↑→生成的大分子链变短→平均聚合度↓ 工业：硫氰酸钠一步法中，聚合时间1.6~2.5h 硝酸和二甲基亚砜为溶剂时，聚合时间为12~14h
聚合转化率
低转化率（50%～55%）→→聚合时间↓→设备利用率↑→分子量分布窄、聚合度↑→纤维白度好 →聚合好的纺丝液中残留单体量↑→脱单体负荷↑ 高转化率（＞95%）→聚合时间↑ →→引发剂分解↑→ 活化中心↑ →单体浓度↓→黏度↑→生成的大分子链变短→平均聚合度↓ 中转化率（70%～75%）：介于低转化率和高转化率之间 工业：NaSCN一步法连续聚合（低转化率），个别厂用中转化率。 硝酸为溶剂的一步法、以二甲基亚砜为溶剂和以氯化锌浓水溶液为溶剂的一步法（高转化率）
硫氰酸钠一步法制备纺丝原液质量指标
指标 聚合度浓度(%) 硫氰酸钠浓度(%) 大小 13±0.2 44±0.55 指标 聚合物增比黏度 特性黏度 黏均分子量/万 大小 0.35～0.45 1.49±0.02 6～8 指标 阻塞系数 外观 残余单体/% 大小 ＜30 浅黄色透明 黏液 ＜0.3
原液黏度（落球法） 280 ～380 /s
第五章 聚丙烯腈纤维
第五章 聚丙烯腈纤维
先预拉伸，后高倍拉伸。预拉伸2倍左右，总拉伸8 ～11倍。在高倍拉伸前，应对冻胶体的初生纤维进行预 热浴处理以降低其溶胀度，加强纤维结构单元之间的作 用力，为进一步的高倍拉伸创造条件。 拉伸条件：预拉伸3％～4%NaSCN中45℃拉伸；高倍 拉伸在95～100℃热水或蒸汽介质中拉伸。 拉伸后纤维的形态：初生纤维的微孔被拉长变细。
第五章 聚丙烯腈纤维
凝固浴浓度：凝固浴中NaSCN的浓度Cb↑ 双扩散速率↓ 成形速度↓ 以无机物水溶液为凝固浴时，因凝固能力较差，浴 中溶剂含量应低些，如NaSCN法，NaSCN含量为10% 左右。 以有机溶剂的水溶液为凝固浴时，其凝固能力较 强，故浴中溶剂含量应较高，以抑制高聚物的凝固速 度，获得结构较致密的初生纤维。如DMF法凝固浴中 溶剂含量50％～60％，DMA为5单体作用：引入亲染料基团，提高纤维对染料的
亲和力。
常用的第三单体有：
衣康酸（甲叉丁二酸，ITA） 丙烯磺酸钠 甲基丙烯磺酸钠 对乙烯基苯磺酸钠 乙烯吡啶 2－甲基－5－乙烯吡啶 对阳离子染料有亲和力
对酸性染料有亲和力
第五章 聚丙烯腈纤维
2.其它原料 溶剂 无机溶剂：NaSCN水溶液、ZnCl2 有机溶剂： 二甲基甲酰胺（DMF） 二甲基乙酰胺（DMAC） 二甲基亚砜（DMSO） 碳酸乙烯酯（EC） 引发剂 偶氮类： 偶氮二异丁腈（AIBN） 氧化还原体系：氯酸钠－亚硫酸钠 过硫酸钾－亚硫酸氢钠 NaClO3－Na2SO3 K2S2O8－NaHSO3
第五章 聚丙烯腈纤维
原液细流析出：当细流中间部分溶剂浓度降低到某一临界 浓度以下时，原为均相的溶液发生相分离PAN从溶液中沉 淀出来、并伴有一定程度的体积收缩。 影响成形速度的主要因素 成形速度对纤维质量的影响：成形太慢 ：凝固困难，不 易生头，容易并丝、芯层凝固不充分拉伸容易造成毛丝； 成形太快：容易生成缺乏弹性又脆硬的皮层纤维孔洞多， 强伸度差。成形适当：初生纤维结构紧密，纤维网络骨架 较细强伸度高。
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丙烯腈
室温常压下，丙烯腈是具有特殊杏仁气味，无色易流动液体；可发生加成反应 、氧化
反应、聚合反应；
CH2=CH-CH2+NH3+3/2O2
No Image
CH2=CH-CN+ 3H2O
第二单体
降低丙烯腈分子间引力和抵消－CN基的作用，降低PAN的结晶性，改善聚丙烯腈的 可溶性、弹性、手感、热塑性，提高染料向纤维内部的扩散速度，在一定程度上改善 纤维的染色性（丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等）；它在纤维 中的含量为4%～10%左右）
——Cl－：
Cl－ →腐蚀聚合及原液系统铝质设备、管材→ 腐蚀后的铝离子进入原液使原液凝聚故 工业：控制化工原料及软水质量。
——NO3－：
NO3－ →影响聚合物在NaSCN溶剂中的溶解度→ 使原液黏度升高↑→可纺性↓
——CH3COO－： CH3COO－ ↑ →链转移↑ →聚合反应速度↓、平均聚合度↓ 工业：设立萃取塔，把CH3COO－从系统中除去
亮，强度较高； 引发剂：偶氮二异丁腈 浅色剂：二氧化硫脲 分子量调节剂：异丙醇（IPA） 萃取剂 ：异丙醚（IPE） 碳酸钡：用BaCO3即可除去SO42－ 草酸钾钛：降低溶剂色度，防止铁质进入聚合体 油剂、抗静电剂：油剂（司配60、吐温60）；
抗静电剂如甲基（三羟乙基）甲基硫酸季铵盐； 其他：钛白粉、荧光增白剂、硫酸、醋酸、盐酸、离子交换树脂等原料。
Fe2+ →对反应有阻聚
工业：反应剂混合物中铁含量≤0.3mg/kg
——Ti4＋：
Ti4＋ ↑→→聚合物白度↑
→ Ti4＋（链转移剂） → 聚合反应速度↓、平均聚合度↓
工业：4mg/kg。
——SO42－：
SO42－↑ → 硫酸钠在原液中结晶析出→ 过滤与纺丝困难
工业：聚合用的硫氰酸钠溶剂中硫酸钠含量不超过0.08%
第五章 聚丙烯腈纤维生产及质量控制
腈纶：聚丙烯腈纤维 、PAN纤维或PAC纤维 丙烯腈和第二、第三单体的共聚物（comonomer）纺制的合成纤维； 常规聚丙烯腈纤维中AN含量在85%以上； 改性聚丙烯腈纤维（modacrylic fiber）中 AN含量为35%～85% ；
腈纶短纤维
腈纶毛条
第5章聚丙烯腈纤维生产及质量控 制
第三单体 引入亲染料基团，增加纤维对染料的亲和力；（甲基丙烯磺酸钠，丙烯磺酸钠、亚甲
基丁二酸）；它在纤维中的含量为0.3%～2%左右。
第5章聚丙烯腈纤维生产及质量控 制
溶剂 ——有机溶剂：占63% ，DMF、DMA、EC、丙酮、DMSO。腈纶结构致密，截面非圆
形，光泽和谐； ——无机溶剂：约占37%，NaSCN、HNO3、ZnCl2。腈纶蓬松性好，截面圆形，光泽较
总单体浓度↑→聚↑→能量↑→引发剂分解↑→活化中心↑→→聚合反应速度↑ →反应转化率↑ →碰撞↑→大分子链重合、歧化、转移终止↑→分子量↓
工业：反应温度76~82℃
介质pH值
pH值5±0.3，才能保证黏度变化少，聚合转化率变化也不大；
单体中所含有的有机杂质
第5章聚丙烯腈纤维生产及质量控 制
第三节 聚丙烯腈的合成
一、均相溶液聚合
均相溶液聚合所得的聚合液可直接用于纺丝，又称腈纶生产的一步法。省去分离聚合 物的沉淀、过滤和烘干；但对原料的纯度要求较高，对原液的质量控制和检测难度较大。
（一）聚合工艺流程
聚合反应器 硫氰酸钠水溶液为溶剂的均相溶液聚合流程图
1—调配桶8—2第—二漩脱流单液第体封塔5加章料9聚—斗喷丙3淋—烯冷混腈凝合纤制器桶维14生0——产聚喷及合淋釡质液量冷5—却控热器交1换1、器126、—1第3—一螺脱杆单泵体塔 7—加热器
DMA
Monsanto（美），三菱人造丝 （日）
丙酮
钟渊化学工业（日）
EC
Savinesti（罗）
溶液聚合（一步法）
湿纺
NaSCN
Courtaulds（英）
ZnCl2
DowChemical（美），东邦贝丝 纶（日）
DMF
钟纺（日）
DMSO
东丽（日）
第5章聚丙烯腈纤维生产及质量控 制
聚丙烯腈纤维生产工艺路线比较： 一步法与二步法 ：一步法是指PAN的合成采用溶液聚合，聚合物不经分离， 直接配成纺丝原液去纺丝； 二步法又称为水相沉淀聚合路线。PAN的合成采用水相沉 淀聚合，聚合物经分离后重新溶解，即聚合物的制备及原 液配制两步完成 ；
腈纶丝束
第一节 概述
腈纶生产工艺路线
聚合（原液制备）方法 纺丝方法
溶剂
主要生产厂商
水相沉淀聚合（二步法） 干纺
DMF
DuPont（美），Bayer（德）
丙酮
TennesseEastman（美）
湿纺
NaSCN HNO3 DMF
Cytec（美），Exlan（日）
旭化成（日）
Hoechst（德），PhonePoulenc （法）
（二）聚合工艺控制
引发剂浓度
引发剂↑→→自由基↑→活化中心↑→→聚合反应速度↑ →反应转化率↑ →碰撞↑→大分子链重合、歧化、转移终止↑→聚合物分子量↓ →大分子端基的引发剂残剩基↑→分子结构规律性↓
→ 偶氮引发剂→ 聚合物色泽加深→纤维白度↓
工业：引发剂用量为总单体重量的0.2%~0.8%。
总单体浓度
干法纺丝与湿法纺丝 ：腈纶的成形借助于蒸发除去挤出细流中的溶剂，称为 干法纺丝； 借助于挤出细流中的溶剂与凝固浴中溶剂的双向扩散， 称为湿法纺丝；
有机溶剂与无机溶剂 ： 聚丙烯腈纤维的用途
主要用于针织品 、装饰纺织品市场 、室外纺织品
第5章聚丙烯腈纤维生产及质量控 制
第二节 聚丙烯腈纤维生产用原料
有机杂质（氢氰酸、丙烯醛、乙醛、丙酮、乙腈和噁唑、丙腈）→反应速度↓
硫氰酸钠中含有的杂质
甲酸钠（SF） →聚合浆液黏度↓ ↓ →纺丝困难
Na2S2O3 →纤维泛黄
第5章聚丙烯腈纤维生产及质量控 制
各种无机盐杂质
——Fe3+或Fe2+： Fe3+→→对反应有阻聚作用 → 与SCN→反应生成红色Fe（SCN）3或深红色络合物
——Al3＋：
Al3＋ →使原液絮凝→可纺性↓
工业：少用铝材
第5章聚丙烯腈纤维生产及质量控
制
浅色剂二氧化硫脲
二氧化硫脲→防止氧化剂对聚合反应的影响→反应稳定，纤维白度好
分子量调节剂异丙醇
异丙醇其分子中与伯碳原子相连的氢原子特别活泼，易和生长着的大分子自由基发生链转移，使大分 子终止。