浅谈聚丙烯腈(纤维)

聚丙烯腈纤维-后加工
1.干燥致密化以后的纤维性能变化
聚丙烯腈纤维-后加工
2. 干燥致密化条件
①要有适当的温度，使大分子链段能比较自 由地运动； ②要有在适当温度下脱除水分时所产生的毛 细管压力，以使微孔被压缩并融合。
聚丙烯腈纤维-后加工
3. 干燥致密化的工艺条件
聚丙烯腈纤维的干燥一般采用空气作干燥介质。 干燥温度应高于初级溶胀纤维的Tg，但过高和 时间过长将会造成纤维变色。 干燥致密化过程中纤维所受张力可分为三种情 况：定长状态——不发生轴向收缩；略施加张 力——发生一定程度的收缩；松弛状态——自 由收缩。 干燥致密化过程中纤维轴向和径向都要发生收 缩。
聚丙烯腈纤维-后加工
初生纤维由于其内部含有溶剂，并且凝固 还不够充分，纤维没有实用价值，因此必 须经过一系列的后加工。 后加工主要包括拉伸、水洗、干燥、卷曲、 热定型、上油和打包等。 从工艺上又可分为先水洗后拉伸和先拉伸 后水洗两种类型。
聚丙烯腈纤维-后加工
主要介绍干燥致密化
干燥致密化及热定型的作用是消除纤维的内应 力和结构缺陷，改进纤维的物理机械性能和纺 织加工性能。 在干燥时，纤维中微孔基本消除，致密化程度 提高，强度、伸度、钩强等都有所提高，光泽 增加，具有良好的使用性能。 在干燥过程中，纤维大分子的运动能力增强， 大分子间相互堆砌的规整程度得到提高，纤维 中有序区的比例扩大，有利于改善纤维的物理 机械性能。
聚丙烯腈纤维性质
5.聚丙烯腈纤维的力学性能
聚丙烯腈纤维总取向因素与纤维力学性能的关系
取向因素(FcN) 干态强度 （cN/dtex）
0.19
0.28
0.30
0.34
0.37
0.97
2.03
3.26
3.44
3.07
断裂延伸度（％）
50
30
30
27
25
聚丙烯腈纤维性质
6.聚丙烯腈纤维的化学性质
腈纶对化学药品的稳定性良好，但在浓硫 酸、浓硝酸、浓磷酸的作用下会溶解。耐 碱性比锦纶差，在热稀碱、冷浓碱溶液中 会变黄，在热浓碱溶液中会立即被破坏。
性为准 (2)凝固浴：

组成：湿法纺丝中一般采用制备纺丝原液时 所用溶剂的水溶液作为凝固浴。浓度高低取 决于凝固速度。
聚丙烯腈纤维-纺丝成型

凝固浴温度：高低取决于成型速度。 循环量：大，有利于保持浴液温度恒定，但不 利于加工控制。
(3) 凝固浴浸长：大，纺丝速度低，丝条在
凝固浴中的停留时间就长，凝固就较充分， 有助于改善纤维的质量。
聚丙烯腈纤维原料制备
聚丙烯腈纤Байду номын сангаас原料制备
非均相聚合-水为聚合介质
聚丙烯腈纤维-纺丝成型
一、纺丝原液的制备（以湿法纺丝为例）
纺丝原液的生产工艺又分为一步法和二步法。 一步法采用均相聚合，所得溶液可以直接纺丝。 二步法采用非均相水相沉淀聚合法，聚合物从 反应体系中分离出并干燥得到粉状固体，然后 将其溶解在适当溶剂中制成纺丝原液。
聚丙烯腈纤维原料制备
第三单体-改进纤维的染色性及亲水性。一 般选用可离子化的乙烯基单体，可分为两 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、衣康酸等；另一类是对 酸性染料有亲和力，含有氨基、酰胺基、 吡啶基等单体，如乙烯吡啶、2—甲基— 5—乙基吡啶、甲基丙烯酸二甲替氨基乙酯 等。加入量约0.5％~3％。
聚丙烯腈纤维原 丝
PAN-碳纤维
聚丙烯腈纤维结构
（1）聚丙烯腈大分 子结构
聚丙烯腈纤维结构
（2）聚丙烯腈纤维的超分子结构
聚丙烯腈是半结晶高聚物，具有最合适的综合 成纤性能和使用性能，通常其结晶度在40％。
聚丙烯腈纤维的性质
1．聚丙烯腈纤维的吸湿性与染色性
吸湿性较差，标准回潮率为1.2％～2％。由 于腈纶中加入了第二、第三单体，改善了 染色性，可采用阳离子染料或酸性染料染 色。
聚丙烯腈纤维原料制备
引发剂：偶氮类、过氧化物类、氧化还原 体系 溶剂 ：常用的溶剂有硫氰酸钠水溶液，氯 化锌水溶液、硝酸、二甲基亚砜、二甲基 甲酰胺、二甲基乙酰胺(DMAc)等。 分子量调节剂-异丙醇。
聚丙烯腈纤维原料制备
丙烯腈的聚合
均相溶液聚合： 所用溶剂既能溶解单体又
可溶解聚合产物。反应结束后，聚合物溶 液可直接用于纺丝，该法为一步法
结语
聚丙烯腈纤维由于它的生产工艺不同，与其他纤维相比有 着自身的独特特点，使得它不仅在人们的日常生活中得到 了很好应用，而且随着科学的发展使聚丙烯腈纤维在高科 技领域及建筑业上得到了更广泛的应用。近年来一些进口 的改性腈纶纤维已被做成针刺毡应用于环保领域；腈氯纶 纤维兼有聚丙烯腈纤维和聚氯乙烯纤维的性能，质轻，保 暖，耐气候，耐化学腐蚀，药品性好，且有一定难燃性， 可用作室内装饰品，防寒衣服，工业用滤布等；此外，聚 丙烯腈与蛋白质接枝共聚纤维已有小量生产。 我们相信，随着研究及实验的不断深入，改性及差别化的 聚丙烯腈纤维的应用领域将进一步的扩大
浅谈聚丙烯腈（纤维）
化学与材料学院
10级应用化学2班
38号
官盛泉
主要内容
概述 聚丙烯腈纤维的结构、性质 聚丙烯腈纤维的原料制备 聚丙烯腈纤维-纺丝成型 聚丙烯腈纤维的后加工 结语
概述
腈纶（PAN fiber），学名又称聚丙烯腈纤维， 腈纶通常是指用85%以上的丙烯腈与第二和第三 单体的共聚物，经湿法纺丝或干法纺丝制得的合 成纤维。聚丙烯腈纤维可以用来制作套衫、地毯、 童装以及诸如遮阳篷等户外产品，在纺织上有很 大的用处。腈纶在化学纤维中需求量一直身居显 赫，并能保持此位置而抵住涤纶、尼龙汲取烯烃 类纤维的强烈竞争，原因在于腈纶具有诸多非常 有用而重要的优势。腈纶的优良性能使其在服装、 服饰、产业三大领域有广泛的应用。腈纶通过化 学和物理改性，制成不少新的变性纤维，扩大了 腈纶在民用和工业的用途，所以腈纶是一种有发 展前途的纤维。
聚丙烯腈纤维-纺丝成型
1．一步法制备纺丝原液
脱单体：聚合釜送出的料液进入真空脱单体塔。 对于高转化率 (>95 ％ ) 的聚合溶液则不需脱除
单体。 原液混合：经脱单体后，原液在混合器内充分 混合。 由于聚合反应是连续进行的，需控制原野质 量的波动。 做原液“仓库”用。 原液脱泡和过滤
聚丙烯腈纤维-纺丝成型
湿法纺丝原液的质量指标控制
聚丙烯腈纤维-纺丝成型
2. 二步法制备纺丝原液 工艺过程：溶剂选择、溶解、混合、脱泡、 过滤等。
聚丙烯腈纤维-纺丝成型
二、湿法纺丝
1. 纺丝机
聚丙烯腈纤维-纺丝成型
聚丙烯腈纤维-纺丝成型
2．影响纤维成形的因素
(1)原液中聚合物浓度-应尽量高，以可纺
腈纶大分子中含有氰基，能吸收日光中的 紫外线而保护分子主链，因而腈纶的耐光 性是最好的。
聚丙烯腈纤维性质
4.物理性能
聚丙烯腈为白色粉末状物质，密度为 1.14~1.15g/cm2 在220~230℃软化的同时发生分解， 聚丙烯腈中－CN的存在，使它具有优良的耐光性。 成纤聚丙烯腈的分子量通常在10000以上，而且 要求分子量分散性较小。
聚丙烯腈纤维性质
例如，水解：
聚丙烯腈纤维原料制备
腈纶纤维的原料通常是共聚物。 主单体-丙烯腈（含量85%以上）。
由丙烯氨氧化法生产。丙烯在氨、空气与水的存在下，用钼酸铋 与锑酸双氧铀作催化剂，在沸腾床上于450℃，150kPa下反应， 反应按下式进行：
第二单体-丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙 烯等，作用是降低大分子间作用力，改善纤维弹 性 （含量5％～10％ ）
聚丙烯腈纤维性质
2.热性质
聚丙烯腈有较高的热稳定性，通常在 170~180℃下不会产生色泽的变化 当聚丙烯腈中混有杂质时会降低它的热稳定性 或在空气中长时间受热会使颜色变黄甚至变黑。 当把聚丙烯腈加热到250~300℃时，会发生热 裂解，分解出氰化氢及氨。
聚丙烯腈纤维性质
3．聚丙烯腈纤维的光学性质