第六章 聚丙烯腈纤维

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1、第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维第一节第一节 聚丙烯腈纤维的制备及其性能聚丙烯腈纤维的制备及其性能一、单体及其他基本原料一、单体及其他基本原料 丙烯腈丙烯腈是合成聚丙烯腈的单体，丙烯腈（是合成聚丙烯腈的单体，丙烯腈（ANAN）可以由石油可以由石油天然气煤及电石等制取。目前，天然气煤及电石等制取。目前，丙烯氨氧化法丙烯氨氧化法是丙烯腈合成中是丙烯腈合成中最主要的生产方法。在所有的丙烯氨氧化法中，以最主要的生产方法。在所有的丙烯氨氧化法中，以SochioSochio法最法最为重要为重要，此法使丙烯在氨、空气与水的存在下，用，此法使丙烯在氨、空气与水的存在下，用钼酸铋与锑钼酸铋与锑酸双氧铀酸双

2、氧铀作为催化剂，在沸腾床上于作为催化剂，在沸腾床上于450450、150kPa150kPa下反应，反下反应，反应式如下：应式如下：2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维丙烯腈（丙烯腈（ANAN）均聚物制成的纤维均聚物制成的纤维弹性差弹性差，染色性不佳染色性不佳成纤聚丙烯腈常采用二元或三元共聚物成纤聚丙烯腈常采用二元或三元共聚物第二单体的作用：第二单体的作用：降低大分子间作用力，改善纤维弹性，降低大分子间作用力，改善纤维弹性，常用常用含酯基的乙烯基单体：丙烯酸甲酯（含酯基的乙烯基单体：丙烯酸甲酯（MAMA）、）、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙烯等，醋酸乙烯等，加入量为加入

3、量为5%5%-10%-10%。第三单体的作用：第三单体的作用：改进纤维的染色性及亲水性改进纤维的染色性及亲水性。常选用可离子常选用可离子化的乙烯基单体化的乙烯基单体（1 1）对阳离子染料有亲和力，含有羧基或磺酸基团的单体：丙对阳离子染料有亲和力，含有羧基或磺酸基团的单体：丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、衣康酸（烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、衣康酸（ITAITA）等；等；（2 2）对酸性染料有亲和力，含有氨基、酰胺基、吡啶基等单体：）对酸性染料有亲和力，含有氨基、酰胺基、吡啶基等单体：乙烯吡啶、乙烯吡啶、2-2-甲基甲基-5-5-乙基吡啶、甲基丙烯酸二甲替氨基乙酯等，乙基吡啶、甲基丙烯酸二甲替氨基乙酯等

4、，加入量为加入量为0.5%0.5%-3%-3%。2024/8/1一第六章一第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维引发剂引发剂偶氮类：偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈等；偶氮类：偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈等；有机过氧化物类：辛酰过氧化物、过氧化二碳酸二异丙酯；有机过氧化物类：辛酰过氧化物、过氧化二碳酸二异丙酯；氧化还原体系类：氧化剂如过硫酸盐、过氧化氢、氧酸盐，还氧化还原体系类：氧化剂如过硫酸盐、过氧化氢、氧酸盐，还原剂如亚硫酸盐，亚硫酸氢钠、氧化铜等。原剂如亚硫酸盐，亚硫酸氢钠、氧化铜等。溶剂溶剂硫氰酸钠水溶液、氯化锌水溶液、硝酸、二甲基亚砜（硫氰酸钠水溶液、氯化锌水溶液、硝酸、二甲基亚砜（DMSODMS

5、O）二甲基甲酰胺（二甲基甲酰胺（DMFDMF）、）、二甲基乙酰胺（二甲基乙酰胺（DMAcDMAc）等等其他添加剂其他添加剂异丙醇（异丙醇（IPAIPA）控制分子量控制分子量二氧化硫脲（二氧化硫脲（TUDTUD）、）、氯化亚锡等提高纤维白度氯化亚锡等提高纤维白度2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维二、丙烯腈的聚合二、丙烯腈的聚合 实际生产中丙烯腈实际生产中丙烯腈多采用溶液聚合多采用溶液聚合。根据所用溶剂的不同，。根据所用溶剂的不同，可分为可分为均相溶液聚合和非均相溶液聚合均相溶液聚合和非均相溶液聚合。 均相溶液聚合所得的聚合溶液可直接用于纺丝，故称为腈均相溶液聚合所得的聚合溶液

6、可直接用于纺丝，故称为腈纶生产一步法。溶剂典型为纶生产一步法。溶剂典型为NaSCNNaSCN，引发剂为偶氮类。，引发剂为偶氮类。 通常转化率降低为通常转化率降低为50507575。 非均相溶液聚合所得聚合物不断呈絮状沉淀析出，经分离非均相溶液聚合所得聚合物不断呈絮状沉淀析出，经分离后需要合适的溶剂再溶解，才可以溶液纺丝。溶剂典型为水，后需要合适的溶剂再溶解，才可以溶液纺丝。溶剂典型为水，采用氧化还原体系作为引发剂。采用氧化还原体系作为引发剂。 转化率可达转化率可达70708080。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维1 1、均相溶液聚合、均相溶液聚合2024/8/1第六章第六

7、章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维2 2、非均相聚合、非均相聚合- -水为聚合介质水为聚合介质2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维3 3、影响聚合反应的主要因素、影响聚合反应的主要因素（1 1）引发剂引发剂：引发剂的种类与用量对聚合工艺影响显著。引发剂的种类与用量对聚合工艺影响显著。（2 2）单体浓度单体浓度：单体浓度增加，单位时间内的大分子生产量和：单体浓度增加，单位时间内的大分子生产量和平均链长增长。均相聚合中单体浓度与转化率、纺丝原液的总平均链长增长。均相聚合中单体浓度与转化率、纺丝原液的总固体含量有关，水相沉淀聚合，单体浓度可不受纺丝原液中聚固体含量有关，水相沉淀聚合，单体

8、浓度可不受纺丝原液中聚合物浓度的限制。合物浓度的限制。（3 3）聚合温度聚合温度：温度升高，聚合物相对分子质量下降，相对分：温度升高，聚合物相对分子质量下降，相对分子量分布加宽，对产品不利，均相聚合控制温度在子量分布加宽，对产品不利，均相聚合控制温度在76-7876-78范围范围内，水相沉淀聚合控制温度在内，水相沉淀聚合控制温度在35-5535-55范围内。范围内。（4 4）聚合时间：聚合反应时间延长，可使引发剂充分分解，有）聚合时间：聚合反应时间延长，可使引发剂充分分解，有利于提高单体的转化率。但时间太长，单体浓度下降，聚合物利于提高单体的转化率。但时间太长，单体浓度下降，聚合物相对分子质量

9、下降，相对分子量分布加宽，影响纤维的物理相对分子质量下降，相对分子量分布加宽，影响纤维的物理- -机机械性能和白度。械性能和白度。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维（5 5）介质的）介质的PHPH值：均相聚合值：均相聚合PHPH值控制在值控制在5 5左右。水相左右。水相沉淀聚合中，沉淀聚合中，PHPH值控制在值控制在1.9-2.21.9-2.2左右。左右。（6 6）浅色剂：二氧化硫脲对聚合物的色泽有明显作用，）浅色剂：二氧化硫脲对聚合物的色泽有明显作用，古称其为浅色剂。古称其为浅色剂。（7 7）相对分子质量调节剂：异丙醇作为相对分子质量）相对分子质量调节剂：异丙醇作为相对分

10、子质量调节剂起着一种链转移的作用调节剂起着一种链转移的作用（8 8）铁质：）铁质：Fe2+ Fe2+ 和和Fe3+Fe3+都对反应有阻聚作用，使反都对反应有阻聚作用，使反应速度减慢，聚合物平均相对分子质量下降。应速度减慢，聚合物平均相对分子质量下降。（9 9）单体及溶剂中的杂质：有机杂质主要来自原料单）单体及溶剂中的杂质：有机杂质主要来自原料单体丙烯腈和溶剂。体丙烯腈和溶剂。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维（一）聚丙烯腈的结构（一）聚丙烯腈的结构 通过光谱分析研究证实，聚丙烯腈大分子链中通过光谱分析研究证实，聚丙烯腈大分子链中丙烯腈单元丙烯腈单元的连接方式主要是首尾连接的

11、连接方式主要是首尾连接。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维 聚丙烯腈主链并不是聚丙烯腈主链并不是平面锯齿形分布平面锯齿形分布，而是，而是螺旋状的空间螺旋状的空间立体构象，螺旋体直径为立体构象，螺旋体直径为0.6nm0.6nm。2024/8/1聚丙烯腈纤维的结构特征聚丙烯腈纤维的结构特征 1、聚丙烯腈纤维形态结构、聚丙烯腈纤维形态结构考旦尔考旦尔（湿纺）显微镜形态（湿纺）显微镜形态奥纶奥纶42（干纺）显微镜形态（干纺）显微镜形态湿纺聚丙湿纺聚丙烯腈纤维烯腈纤维截面基本截面基本为圆形，为圆形，干纺为花干纺为花生果形；生果形；纵向一般纵向一般都较粗糙，都较粗糙，似树皮状似树皮状2

12、024/8/1 2、聚丙烯腈纤维的聚集态结构、聚丙烯腈纤维的聚集态结构聚丙烯腈蕴晶中的主要晶面（俯视）聚丙烯腈蕴晶中的主要晶面（俯视）纤维中存在与纤维轴（纤维中存在与纤维轴（c）平行的晶面，即平行的晶面，即大分子排列有序大分子排列有序；不存在垂直于纤维轴的晶面不存在垂直于纤维轴的晶面，纵向无序纵向无序所以：聚丙烯腈纤维没有严格称谓上的结晶部分，同时无定所以：聚丙烯腈纤维没有严格称谓上的结晶部分，同时无定形区的规整程度又高于其他纤维的无定形区形区的规整程度又高于其他纤维的无定形区2024/8/1为什么？为什么？丙烯腈单元主要是首尾相接丙烯腈单元主要是首尾相接：一方面聚丙烯腈大分子带有极性强的氰基

13、，其偶极矩比较大，一方面聚丙烯腈大分子带有极性强的氰基，其偶极矩比较大，大分子间通过氰基发生大分子间通过氰基发生偶极间的相互作用和氢键结合偶极间的相互作用和氢键结合。另一方面，同一大分子上相邻的氰基因极性方向相同而另一方面，同一大分子上相邻的氰基因极性方向相同而相斥相斥。很大的吸引力和斥力作用很大的吸引力和斥力作用下，大分子活动受到阻碍，下，大分子活动受到阻碍，大分子主链不能转动成为大分子主链不能转动成为有规则螺旋体，而在某些有规则螺旋体，而在某些部位发生歪扭和曲折。使部位发生歪扭和曲折。使得聚丙烯腈大分子具有不得聚丙烯腈大分子具有不规则的螺旋棒状构象规则的螺旋棒状构象2024/8/1第六章第

14、六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维（二）聚丙烯腈的性质（二）聚丙烯腈的性质1.1.物理性质物理性质 聚丙烯腈为聚丙烯腈为白色粉末状物质白色粉末状物质，其密度为，其密度为1.141.141.15g/cm1.15g/cm3 3，加热至加热至220220230230时软化，并同时发生分解时软化，并同时发生分解。2. 2. 玻璃化温度玻璃化温度 聚丙烯腈具有三种不同的聚集状态，即聚丙烯腈具有三种不同的聚集状态，即非晶相的低序态、非晶相的低序态、非晶相中序态及准晶相高序态非晶相中序态及准晶相高序态。因此对应。因此对应两个玻璃化温度和一两个玻璃化温度和一个熔点个熔点。玻璃化温度分别为。玻璃化温度分别为8080

15、100100、140140150150。由于共。由于共聚组分的加入聚组分的加入Tg1Tg1和和Tg2Tg2逐渐互相接近至完全相同，其玻璃化温逐渐互相接近至完全相同，其玻璃化温度约为度约为7575100100。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维3.3.化学性质化学性质 聚丙烯腈的聚丙烯腈的化学稳定性较聚氯乙烯低得多化学稳定性较聚氯乙烯低得多，在碱或酸的作，在碱或酸的作用下，能发生一系列化学反应。其氰基可转变成酰胺基，进一用下，能发生一系列化学反应。其氰基可转变成酰胺基，进一步可以水解成步可以水解成NHNH3 3。4.4.聚丙烯腈的热性质聚丙烯腈的热性质 加热到加热到17017

16、0180180时不应有颜色变化，在时不应有颜色变化，在250250300300就发就发生热分解，生热分解，主要分解出氰化氢及氨主要分解出氰化氢及氨。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维第二节第二节 聚丙烯腈纺丝原液的制备聚丙烯腈纺丝原液的制备纺丝原液的生产工艺又分为一步法和二步法。纺丝原液的生产工艺又分为一步法和二步法。一步法一步法采用均相聚合，所得溶液可以直接纺丝采用均相聚合，所得溶液可以直接纺丝。二二步步法法采采用用非非均均相相水水相相沉沉淀淀聚聚合合法法，聚聚合合物物从从反反应应体体系系中中分分离离出出并并干干燥燥得得到到粉粉状状固固体体，然然后后将将其其溶溶解解在在适

17、适当溶剂中制成纺丝原液。当溶剂中制成纺丝原液。一一步步法法制制得得的的纺纺丝丝原原液液含含有有未未反反应应的的单单体体、气气泡泡和和少少量的机械杂质，必须加以去除。量的机械杂质，必须加以去除。 水相沉淀聚合所得的水相沉淀聚合所得的聚丙烯腈是细小的固体颗粒，聚丙烯腈是细小的固体颗粒，必须将其溶解在有机溶剂中。必须将其溶解在有机溶剂中。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维一、一步法纺丝原液的制备一、一步法纺丝原液的制备 如图如图6-16-1所示，完成聚合、脱单后送来的原液进入所示，完成聚合、脱单后送来的原液进入混合槽混合槽使原液充分混合使原液充分混合。后用齿轮泵送往真空脱泡塔，。

18、后用齿轮泵送往真空脱泡塔，脱除气泡脱除气泡。在。在多级混合罐中加入消光剂和荧光增白剂，多级混合罐中加入消光剂和荧光增白剂，后经热交换器调温，后经热交换器调温，以稳定压力送往纺丝机。以稳定压力送往纺丝机。脱脱单单体体：以以防防料料液液在在后后面面的的工工序序中中继继续续发发生生聚聚合合，粘粘度度上上升升，影影响响脱脱泡泡。对对于高转化率于高转化率(95(95) )的聚合溶液则不需脱除单体。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。原液混合：经脱单体后，原液在混合器内充分混合。原液混合：经脱单体后，原液在混合器内充分混合。原液混合：经脱单体后，原液在混合器内充分混合。

19、由于聚合反应是连续进行的，需控制原液质量的波动。由于聚合反应是连续进行的，需控制原液质量的波动。由于聚合反应是连续进行的，需控制原液质量的波动。由于聚合反应是连续进行的，需控制原液质量的波动。做原液做原液做原液做原液“仓库仓库仓库仓库”用。用。用。用。原原液液脱脱泡泡：输输送送过过程程和和机机械械力力作作用用，会会混混入入空空气气泡泡，引引发发剂剂分分解解产产生生的的氮氮气气形成气泡，造成纺丝时断丝或产生毛丝。形成气泡，造成纺丝时断丝或产生毛丝。过过滤滤：除除去去在在配配料料、输输送送等等工工艺艺过过程程中中混混入入原原液液中中的的机机械械杂杂质质，以以免免在在纺纺丝丝过程中阻塞喷丝孔、造成断

20、头，引起毛发。过程中阻塞喷丝孔、造成断头，引起毛发。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维湿法纺丝原液的质量指标控制湿法纺丝原液的质量指标控制 2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维二、二步法纺丝原液制备二、二步法纺丝原液制备 水相沉淀聚合所得的聚丙烯腈首先需要溶解，并经过水相沉淀聚合所得的聚丙烯腈首先需要溶解，并经过混合混合脱泡脱泡过滤等工序过滤等工序以制成符合纺丝要求的原液。以制成符合纺丝要求的原液。 一般盐溶液的离子都是溶剂化的。但盐溶液浓度较低时，一般盐溶液的离子都是溶剂化的。但盐溶液浓度较低时，溶剂化的阳离子和阴离子可以独立存在溶剂化的阳离子和阴离子可

21、以独立存在。但溶液浓度达到相当。但溶液浓度达到相当高时，高时，无机盐可以完全转变成溶剂化分子无机盐可以完全转变成溶剂化分子。 2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维二、二、湿法纺丝湿法纺丝湿法纺丝湿法纺丝1.湿法成型的凝固过程2.2. 在湿法纺丝过程中，纺丝原液由喷丝孔挤出凝固浴后，在湿法纺丝过程中，纺丝原液由喷丝孔挤出凝固浴后，纺丝细流的表层首先与凝固介质接触并很快凝固成一薄层，纺丝细流的表层首先与凝固介质接触并很快凝固成一薄层，凝固浴中的凝固剂（水）不断通过这一表层扩散至细流内部凝固浴中的凝固剂（水）不断通过这一表层扩散

22、至细流内部，而细流中的溶剂也不断通过表层扩散至凝固浴中这一过程，而细流中的溶剂也不断通过表层扩散至凝固浴中这一过程即湿法成型中的双扩散过程。由于双扩散的不断进行，使纺即湿法成型中的双扩散过程。由于双扩散的不断进行，使纺丝细流的表皮层不断增厚。当细流中间部分溶剂浓度降低到丝细流的表皮层不断增厚。当细流中间部分溶剂浓度降低到某一临界值以下时，纺丝细流发生相分离，即初生纤维从浴某一临界值以下时，纺丝细流发生相分离，即初生纤维从浴液中沉淀出来，并伴随一定程度的体积收缩。液中沉淀出来，并伴随一定程度的体积收缩。2024/8/12024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维2024/8/1第六章第

23、六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维2 2、影响纤维成型的因素、影响纤维成型的因素（一）原液中高聚物的浓度（一）原液中高聚物的浓度 冻胶化：冻胶化：原液中高聚物浓度越高，大分子链间的接触几率原液中高聚物浓度越高，大分子链间的接触几率越高。当加入凝固剂时，由于部分链段的脱溶剂化作用，将形越高。当加入凝固剂时，由于部分链段的脱溶剂化作用，将形成许多大分子间的物理交联点。当这些物理交联点不断增加并成许多大分子间的物理交联点。当这些物理交联点不断增加并超过某一临界值时，浓溶液的零切粘度由于大分子间力的增长超过某一临界值时，浓溶液的零切粘度由于大分子间力的增长而急剧上升，而急剧上升，最后完全失去流动性，成了一

24、个连续的立体网络，最后完全失去流动性，成了一个连续的立体网络，并转变为一种柔软而富有弹性的固体，并转变为一种柔软而富有弹性的固体，这种固体称为冻胶。这种固体称为冻胶。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维 当其他条件不变而当其他条件不变而增加纺丝原液中聚合物的浓度增加纺丝原液中聚合物的浓度，则可使，则可使初生纤维的密度增大，纤维中孔洞数目减少，结构均一性提高，初生纤维的密度增大，纤维中孔洞数目减少，结构均一性提高，纤维的机械性能提高。但原液的浓度不能太高。当浓度达到某纤维的机械性能提高。但原液的浓度不能太高。当浓度达到某一定值后，继续增加浓度，纤维机械性能没有明显变化，一定值后

25、，继续增加浓度，纤维机械性能没有明显变化，而溶而溶液粘度却大幅提高，流动性不良口此外液粘度却大幅提高，流动性不良口此外。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维（二）凝固浴中溶剂的含量（二）凝固浴中溶剂的含量 凝固浴一般为聚丙烯睛溶剂的水溶液，凝固浴一般为聚丙烯睛溶剂的水溶液，水是凝固剂水是凝固剂。凝。凝固浴中溶剂的含量对初生纤维的结构、后加工上艺以及成品纤固浴中溶剂的含量对初生纤维的结构、后加工上艺以及成品纤维的强度、延伸度、钩接强度、耐磨性以及手感和染色性等都维的强度、延伸度、钩接强度、耐磨性以及手感和染色性等都有明显的影响。有明显的影响。 以有机溶剂以有机溶剂DMFDMF的

26、水溶液为凝固浴时的水溶液为凝固浴时，因凝固能力较高，因凝固能力较高，故浴中溶剂含量应较高，借以抑制高聚物的凝固速度，以获得故浴中溶剂含量应较高，借以抑制高聚物的凝固速度，以获得结构较为致密的初生纤维。以无机物结构较为致密的初生纤维。以无机物( (如如NaSCNNaSCN) )的水溶液为凝的水溶液为凝而浴时，因凝固能力较差，故浴中的溶剂含量较低。而浴时，因凝固能力较差，故浴中的溶剂含量较低。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维（三）凝固浴的温度（三）凝固浴的温度 凝固浴的温度直接凝固浴的温度直接影响浴中凝固剂和溶剂的扩散速度影响浴中凝固剂和溶剂的扩散速度，从，从而影响成型过程。

27、所以凝固浴温度和凝固浴浓度一样，也是影而影响成型过程。所以凝固浴温度和凝固浴浓度一样，也是影响成型过程的一个主要因素，必须严格控制。响成型过程的一个主要因素，必须严格控制。 2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维（四）凝固浴循环量（四）凝固浴循环量 在纤维成形过程中，在纤维成形过程中，纺丝原液中的溶剂不断地进入凝固浴，纺丝原液中的溶剂不断地进入凝固浴，使凝固浴中榕剂浓度逐渐增浓使凝固浴中榕剂浓度逐渐增浓，同时由于原液温度和室温都比，同时由于原液温度和室温都比凝而浴温度高，所以浴温也会有所升高。而凝固浴的浓度和温凝而浴温度高，所以浴温也会有所升高。而凝固浴的浓度和温度又直接影响纤

28、维的品质，因此必须不断地使凝固浴循环，以度又直接影响纤维的品质，因此必须不断地使凝固浴循环，以保证凝固浴浓度及温度在工艺要求的范围内波动以确保所得纤保证凝固浴浓度及温度在工艺要求的范围内波动以确保所得纤维的质量。维的质量。 2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维（五）初生纤维的卷绕速度（五）初生纤维的卷绕速度 卷绕速度是指第一导盘把丝条从凝固浴中曳出的速度，通卷绕速度是指第一导盘把丝条从凝固浴中曳出的速度，通常用常用v v2 2表示。表示。 提高卷绕速度提高卷绕速度，就能提高纺丝机的生产能力。但是卷绕速，就能提高纺丝机的生产能力。但是卷绕速度受丝束的凝固程度和凝固浴动力学阻力的

29、限制。提高卷绕速度受丝束的凝固程度和凝固浴动力学阻力的限制。提高卷绕速度必然度必然降低丝束在浴中的停留时间降低丝束在浴中的停留时间，为达到工艺规定的凝固程，为达到工艺规定的凝固程度，必须提高凝固浴的凝固能力，但过快的固化速度必定影响度，必须提高凝固浴的凝固能力，但过快的固化速度必定影响成品纤维的质量及其均匀性成品纤维的质量及其均匀性。卷绕速度提高后，凝固浴对丝束。卷绕速度提高后，凝固浴对丝束的动力学阻力也提高，容易使刚成型的丝条发生毛丝或断裂，的动力学阻力也提高，容易使刚成型的丝条发生毛丝或断裂，上述因素都必须综合考虑。上述因素都必须综合考虑。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈

30、纤维三三 聚丙烯腈的干法纺丝及其它纺丝方法聚丙烯腈的干法纺丝及其它纺丝方法 聚丙烯腈的干法纺丝是有美国杜邦公司于聚丙烯腈的干法纺丝是有美国杜邦公司于19441944年开发成功。年开发成功。直到目前，腈纶的干法纺丝只使用直到目前，腈纶的干法纺丝只使用DMFDMF为溶剂。但为溶剂。但DMFDMF致癌，其致癌，其干法纺丝产量较少。干法纺丝产量较少。其他纺丝方法：冻胶纺丝、干湿法纺丝。其他纺丝方法：冻胶纺丝、干湿法纺丝。冻胶纺丝又称增塑熔融纺丝法，关键是降低聚合物的相对分子冻胶纺丝又称增塑熔融纺丝法，关键是降低聚合物的相对分子质量、改变共聚物的组分和组成，或加入增塑剂，使其熔点低质量、改变共聚物的组分

31、和组成，或加入增塑剂，使其熔点低于分解温度。于分解温度。干湿法纺丝又称喷湿法纺丝，可以纺高粘度的纺丝原液，从而干湿法纺丝又称喷湿法纺丝，可以纺高粘度的纺丝原液，从而减小溶剂的回收及单体消耗。减小溶剂的回收及单体消耗。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维第五节第五节 聚丙烯腈纤维的后加工聚丙烯腈纤维的后加工 对于湿纺而言，刚出凝固浴的丝条实际上是一种对于湿纺而言，刚出凝固浴的丝条实际上是一种富含溶液富含溶液的冻胶，后处理工艺较为复杂的冻胶，后处理工艺较为复杂； 而干法成型

32、的腈纶，而干法成型的腈纶，因成型条件缓和，纤维结构致密，后因成型条件缓和，纤维结构致密，后处理工艺简单。处理工艺简单。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维六、聚丙烯腈纤维的后加工六、聚丙烯腈纤维的后加工 后加工主要包括后加工主要包括拉伸、水洗、干燥致密化、卷曲、热定形、拉伸、水洗、干燥致密化、卷曲、热定形、上油及干燥打包上油及干燥打包等工序。等工序。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维拉伸拉伸 湿法成型聚丙烯腈纤维的拉伸一般分湿法成型聚丙烯腈纤维的拉伸一般分两步完成两步完成，即，即预热浴预热浴拉伸及沸水或蒸气拉伸拉伸及沸水或蒸气拉伸。如直接蒸气拉伸，纤维泛白

33、、机械性。如直接蒸气拉伸，纤维泛白、机械性能差。能差。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维干燥致密化干燥致密化1. 1. 目的：目的： 由于在凝固浴成型过程中溶剂和沉淀剂之间的相互扩散，由于在凝固浴成型过程中溶剂和沉淀剂之间的相互扩散，是纤维中存在大小不等的空洞及裂隙结构，造成纤维的透光率是纤维中存在大小不等的空洞及裂隙结构，造成纤维的透光率低、机械性能差等。因此，低、机械性能差等。因此，必须通过干燥去除纤维中的水分，必须通过干燥去除纤维中的水分，使纤维中的微孔闭合。使纤维中的微孔闭合。2. 2. 机理：机理： 在适当温度下进行干燥，由于水分逐渐蒸发并从微孔中移在适当温度下进

34、行干燥，由于水分逐渐蒸发并从微孔中移出，在微孔中产生一定的负压。出，在微孔中产生一定的负压。大分子链段能比较自由地运动大分子链段能比较自由地运动而引起热收缩，使微孔半径相应地发生收缩，最终达到微孔的而引起热收缩，使微孔半径相应地发生收缩，最终达到微孔的融合。融合。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维热定型热定型目的：经干燥致密化后，目的：经干燥致密化后，纤维的结构均匀性和形态稳定性纤维的结构均匀性和形态稳定性还较还较差，其主要表现在沸水收缩率高等。差，其主要表现在沸水收缩率高等。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维 热定型工艺的传热介质主要有：热定型工艺的传

35、热介质主要有：热板热板空气空气水浴水浴饱和蒸气饱和蒸气过热蒸气过热蒸气 实验表明采用实验表明采用加压饱和蒸气热定型效果加压饱和蒸气热定型效果最好。最好。 原因：加压饱和蒸气提供了充足的热量；另一方面饱和蒸原因：加压饱和蒸气提供了充足的热量；另一方面饱和蒸气中的水分起到增塑作用，使纤维溶胀，气中的水分起到增塑作用，使纤维溶胀，TgTg下降，有利于定型下降，有利于定型效果的提高。效果的提高。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维二、干法成型聚丙烯腈纤维的后加工二、干法成型聚丙烯腈纤维的后加工 干法成型的腈纶的后加工主要包括干法成型的腈纶的后加工主要包括水洗、拉伸、卷曲及干水洗、拉伸

36、、卷曲及干燥上油燥上油。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维三、聚丙烯腈纤维的特殊加工三、聚丙烯腈纤维的特殊加工（一）直接制条（一）直接制条 腈纶生产中，切断以前的纤维是连续不断的长丝束，切断腈纶生产中，切断以前的纤维是连续不断的长丝束，切断以后才变成紊乱无序的短纤，而纺织加工又需将杂乱无章的短以后才变成紊乱无序的短纤，而纺织加工又需将杂乱无章的短纤维进行开松梳理，使纤维回复到比较整齐排列的状态，为了纤维进行开松梳理，使纤维回复到比较整齐排列的状态，为了缩短纺纱上艺，提高劳动生产率，可将睛纶长丝束经过适当的缩短纺纱上艺，提高劳动生产率，可将睛纶长丝束经过适当的机械加工方法，机

37、械加工方法，使长丝束既切断而又不乱，从而可直接成条。使长丝束既切断而又不乱，从而可直接成条。这种机械加工方法，称为直接制条，或称牵切纺这种机械加工方法，称为直接制条，或称牵切纺。 要使长丝束变成短纤维而又保持平行排列，目前生产上要使长丝束变成短纤维而又保持平行排列，目前生产上最常用的有下列两种方法最常用的有下列两种方法: :切断法和拉断法切断法和拉断法。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维（二）膨体纱的制造（二）膨体纱的制造 拉断法制备纤维时，纤维在加热区拉伸以后，经过吹风冷拉断法制备纤维时，纤维在加热区拉伸以后，经过吹风冷却，能暂时维持拉伸状态，但再经湿热处理时，还会重新回

38、到却，能暂时维持拉伸状态，但再经湿热处理时，还会重新回到拉伸以前的状态，这就是拉伸以前的状态，这就是腈纶的热弹性。腈纶的热弹性。 方法是将方法是将6 6份经湿热处理而回缩过的条子与份经湿热处理而回缩过的条子与4 4份未经湿热处份未经湿热处理理( (即未回缩过即未回缩过) )的条子合并在一起，按一般纺纱工艺纺成细纱，的条子合并在一起，按一般纺纱工艺纺成细纱，然后对这种细纱施加一次湿热处理。这时未回缩过的纤维就会然后对这种细纱施加一次湿热处理。这时未回缩过的纤维就会发生回缩，成为细纱的中心发生回缩，成为细纱的中心; ;而已回缩过的纤维不再回缩，被而已回缩过的纤维不再回缩，被推向细纱外部，并形成小圆

39、圈状卷曲，浮在细纱表面，推向细纱外部，并形成小圆圈状卷曲，浮在细纱表面，这样就这样就成为膨体纱成为膨体纱。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维第六节第六节 聚丙烯腈纤维的性能和用途聚丙烯腈纤维的性能和用途一、聚丙烯腈纤维的性能一、聚丙烯腈纤维的性能 腈纶很像羊毛，故以腈纶很像羊毛，故以人造羊毛人造羊毛著称。其主要特点是质轻保著称。其主要特点是质轻保暖、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是腈纶最突出的优点。聚酯纤维、聚酰胺纤维由于结晶性，牢度是腈纶最突出的优点。聚酯纤维、聚酰胺纤维由于结晶性，不具有这种热弹性，即高弹形变。不具有这种热弹性，即高弹形变。2024/8/1第六章第六章 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维第七节第七节 聚丙烯腈纤维的改性及新品种聚丙烯腈纤维的改性及新品种1. 1. 聚丙烯腈复合纤维聚丙烯腈复合纤维2. 2. 抗静电和导电聚丙烯腈纤维抗静电和导电聚丙烯腈纤维3. 3. 高吸湿、吸水聚丙烯腈纤维高吸湿、吸水聚丙烯腈纤维4. 4. 阻燃聚丙烯腈纤维阻燃聚丙烯腈纤维5. 5. 抗起球聚丙烯腈纤维抗起球聚丙烯腈纤维6. 6. 高收缩聚丙烯腈纤维高收缩聚丙烯腈纤维7. 7. 腈氯纶腈氯纶2024/8/1