第八章第八章 腈纶腈纶PAN (polyacrylic)n1.腈纶的概述腈纶的概述n2.腈纶的生产腈纶的生产n3.腈纶的性质腈纶的性质n4.腈纶的用途腈纶的用途2.1 聚合聚合2.2 纺丝纺丝 第一节 腈纶的概述腈纶纤维腈纶纤维（聚丙烯腈纤维）是以丙烯腈为（聚丙烯腈纤维）是以丙烯腈为（聚丙烯腈纤维）是以丙烯腈为（聚丙烯腈纤维）是以丙烯腈为主要单体（含量大于主要单体（含量大于主要单体（含量大于主要单体（含量大于85%85%）与少）与少）与少）与少量其他单体共聚而得的高聚物量其他单体共聚而得的高聚物量其他单体共聚而得的高聚物量其他单体共聚而得的高聚物合成羊毛合成羊毛“奥纶奥纶”、、“开司米纶开司米纶” n早在早在19291929年人们就已制得聚丙烯腈年人们就已制得聚丙烯腈, ,但因没有合适但因没有合适的溶剂，未能制成纤维的溶剂，未能制成纤维n19421942年，德国人年，德国人H.H.莱因与美国人莱因与美国人G.H.G.H.莱瑟姆几乎莱瑟姆几乎同时发现了二甲基甲酰胺溶剂，并成功地得到了同时发现了二甲基甲酰胺溶剂，并成功地得到了聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维n19501950年，美国杜邦公司首先进行工业生产。
以后年，美国杜邦公司首先进行工业生产以后, ,又发现了多种溶剂又发现了多种溶剂, ,形成了多种生产工艺形成了多种生产工艺n19541954年，联邦德国法本拜耳公司用丙烯酸甲酯与年，联邦德国法本拜耳公司用丙烯酸甲酯与丙烯腈的共聚物制得纤维，改进了纤维性能，提丙烯腈的共聚物制得纤维，改进了纤维性能，提高了实用性，促进了聚丙烯腈纤维的发展高了实用性，促进了聚丙烯腈纤维的发展 发展历史发展历史 企业名称溶剂产能产量工艺路线上海石化股份公司其中：金阳腈纶厂金甬腈纶厂NaSCNNaSCNDMF20.0522.35一步法湿法纺丝工艺二步法湿法纺丝工艺干法纺丝工艺吉林化纤集团公司DMAc10.67.86湿法纺丝工艺安庆石化分公司NaSCN7.07.58二步法湿法纺丝工艺大庆石化分公司NaSCN7.06.60二步法湿法纺丝工艺齐鲁石化分公司DMF5.45.88干法纺丝工艺抚顺石化公司DMF4.55.55干法纺丝工艺秦皇岛腈纶厂DMF4.54.56干法纺丝工艺茂名石化3.00兰州化工厂NaSCN2.02.11一步法湿法纺丝工艺淮安天意1.01.24其他7.02.47 合计69.066.20国内主要腈纶生产企业 丙烯腈：丙烯腈：分子中含有碳分子中含有碳- -碳双键碳双键和腈基，化学性质很活泼。
用量和腈基，化学性质很活泼用量9090～～94%94% 第二单体：第二单体：第二单体：第二单体：丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、醋酸乙烯酯等，丙烯酸酯、醋酸乙烯酯等，用量用量5%5%～～10%10% 第三单体：第三单体：带有酸性基团带有酸性基团的乙烯基的乙烯基单体如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸单体如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸、衣康酸钠盐等；或是、衣康酸钠盐等；或是带有碱性基带有碱性基团团的乙烯基单体如的乙烯基单体如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% 主要原料主要原料主要原料主要原料 这是由于单一丙烯腈聚合物制成的纤维，分这是由于单一丙烯腈聚合物制成的纤维，分子堆砌紧密，横向高度有序，缺乏柔性，发脆，子堆砌紧密，横向高度有序，缺乏柔性，发脆，染料分子很难进入，染色非常困难染料分子很难进入，染色非常困难 为了克服聚丙烯腈的这些缺陷，人们采用为了克服聚丙烯腈的这些缺陷，人们采用加加入第二单体的方法，破坏大分子链的规整性，降入第二单体的方法，破坏大分子链的规整性，降低大分子间的敛集密度，使纤维柔顺，改善纤维低大分子间的敛集密度，使纤维柔顺，改善纤维的弹性和手感的弹性和手感；； 加入第三单体，引入一定数量的亲染料基团，加入第三单体，引入一定数量的亲染料基团，提高染色能力提高染色能力。
为什么要引入第二、第三单体？为什么要引入第二、第三单体？ 国内腈纶基本都是三元共聚，主要有两类：国内腈纶基本都是三元共聚，主要有两类：丙烯腈丙烯腈丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯（甲基）丙烯磺酸钠（甲基）丙烯磺酸钠丙烯腈丙烯腈丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯衣康酸衣康酸第一类第一类第二类第二类 2.1 PAN2.1 PAN的合成的合成聚合机理聚合机理自由基自由基自由基自由基共聚合反应共聚合反应共聚合反应共聚合反应 有机化过氧有机化过氧有机化过氧有机化过氧化物、无机过化物、无机过化物、无机过化物、无机过氧化物和偶氮氧化物和偶氮氧化物和偶氮氧化物和偶氮类化合物类化合物类化合物类化合物溶液聚合法溶液聚合法溶液聚合法溶液聚合法（一步法）、（一步法）、（一步法）、（一步法）、水相沉淀聚合水相沉淀聚合水相沉淀聚合水相沉淀聚合法（法（法（法（ 二步法）二步法）二步法）二步法）引发剂引发剂工业聚合方法工业聚合方法第二节 腈纶的生产 一步法：一步法：一步法：一步法：用油溶性引发剂，反应热容易控用油溶性引发剂，反应热容易控用油溶性引发剂，反应热容易控用油溶性引发剂，反应热容易控制，产品均一，可以连续聚合、连续纺丝；制，产品均一，可以连续聚合、连续纺丝；制，产品均一，可以连续聚合、连续纺丝；制，产品均一，可以连续聚合、连续纺丝；要有溶剂回收工序。
要有溶剂回收工序要有溶剂回收工序要有溶剂回收工序 二步法：二步法：二步法：二步法：用水为介质，采用水溶性引发剂，聚合产用水为介质，采用水溶性引发剂，聚合产用水为介质，采用水溶性引发剂，聚合产用水为介质，采用水溶性引发剂，聚合产物不溶解于水相而沉淀出来，其优点在于，反应温度物不溶解于水相而沉淀出来，其优点在于，反应温度物不溶解于水相而沉淀出来，其优点在于，反应温度物不溶解于水相而沉淀出来，其优点在于，反应温度低，产品色泽洁白；可以得到相对分子质量分布窄的低，产品色泽洁白；可以得到相对分子质量分布窄的低，产品色泽洁白；可以得到相对分子质量分布窄的低，产品色泽洁白；可以得到相对分子质量分布窄的产品；聚合速度快，转化率高，无溶剂回收工序等；产品；聚合速度快，转化率高，无溶剂回收工序等；产品；聚合速度快，转化率高，无溶剂回收工序等；产品；聚合速度快，转化率高，无溶剂回收工序等；但在纺丝前，要进行聚合物的溶解工序但在纺丝前，要进行聚合物的溶解工序但在纺丝前，要进行聚合物的溶解工序但在纺丝前，要进行聚合物的溶解工序2.1 PAN的合成的合成 投料配方投料配方 以丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲叉丁二酸为单体， 以丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲叉丁二酸为单体，以硫氰酸钠的水溶液为溶剂，单体按丙烯腈以硫氰酸钠的水溶液为溶剂，单体按丙烯腈∶∶丙丙烯酸甲酸甲酯∶∶甲叉丁二酸＝甲叉丁二酸＝91.7∶7∶1.391.7∶7∶1.3配比投料，配方如下：配比投料，配方如下： 单体（三元）单体（三元）17% 浅色剂（二氧化硫脲）浅色剂（二氧化硫脲）0.75% 偶氮二异丁腈偶氮二异丁腈0.75% 溶剂（溶剂（NaSCN水溶液水溶液 80-80.5% 浓度浓度51%～～52% ）） 调节剂（异丙醇）调节剂（异丙醇）1%～～3%（（1）溶液聚合）溶液聚合 生产工艺生产工艺123467891012511121314151515AIBNTUD溶剂及溶剂及衣康酸衣康酸 丙烯腈 丙烯腈丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯异丙醇异丙醇聚聚 合合 物物 溶溶液液溶液聚合生产工溶液聚合生产工溶液聚合生产工溶液聚合生产工艺艺艺艺————工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程混合器混合器聚合釜聚合釜脱单体塔脱单体塔喷淋冷喷淋冷凝器凝器热交换器热交换器单体含量小于0.2% 聚合釜来聚合釜来去单体喷去单体喷淋冷凝器淋冷凝器进料进料出料出料冷水冷水冷水冷水热水热水热水热水排污排污热水热水热水热水排污排污夹套夹套视镜视镜视镜视镜伞伞搅拌器搅拌器电动机电动机进料温度控制器进料温度控制器夹套用蒸汽夹套用蒸汽盘管加热盘管加热去浆液混合贮槽去浆液混合贮槽聚合釜聚合釜 聚合条件聚合条件 聚合温度聚合温度7676～～80℃80℃，时间，时间1.21.2～～1.5h1.5h 高转化率控制在高转化率控制在70%70%～～75%75%，， 低转化率控制在低转化率控制在50%50%～～55%55% 搅拌速度搅拌速度5555～～80r/min80r/min 高转化率时溶液中聚合物浓度高转化率时溶液中聚合物浓度11.9%11.9%～～12.7%12.7% 低转化率时溶液中聚合物浓度为低转化率时溶液中聚合物浓度为10%10%～～11%11%。
1）溶液聚合）溶液聚合 （（2 2）连续水相沉淀聚合）连续水相沉淀聚合————工艺特点工艺特点水溶性氧化水溶性氧化-还原引发体系；还原引发体系；聚合在聚合在30～～50℃℃之间甚至更低温度下进行；之间甚至更低温度下进行；产物色泽较白；产物色泽较白；反应热容易移出，便于控制聚合温度；反应热容易移出，便于控制聚合温度；产物相对分子质量分布较窄；产物相对分子质量分布较窄；聚合速度快，粒子大小均一，聚合转化率比较高；聚合速度快，粒子大小均一，聚合转化率比较高；聚合物含水率低，浆液好处理；聚合物含水率低，浆液好处理；对纺丝溶剂对纺丝溶剂-硫氰酸钠浓水溶液纯度的要求低于一步法硫氰酸钠浓水溶液纯度的要求低于一步法 生产工艺生产工艺连续水相沉淀聚合生产连续水相沉淀聚合生产连续水相沉淀聚合生产连续水相沉淀聚合生产————工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程1234567891011洗涤水洗涤水聚合体聚合体低压蒸汽低压蒸汽聚合体淤浆聚合体淤浆回收单体回收单体NaOH水溶液水溶液含单体的含单体的聚合物浆液聚合物浆液计量泵计量泵终止釜终止釜脱单体塔脱单体塔 聚合条件聚合条件：： 引发剂的用量为单体质量的引发剂的用量为单体质量的0.1%0.1%～～4% 4% ；； pH pH值维持在值维持在2 2～～3.53.5之间；之间； 聚合温度聚合温度3535～～55℃ 55℃ ；； 反应时间反应时间1 1～～2h 2h ；； 高聚物产率高聚物产率80%80%～～85%85%。
2）连续水相沉淀聚合）连续水相沉淀聚合为了降低表面张力以使相对分子质量稳定，为了降低表面张力以使相对分子质量稳定，一般要向反应混合物中加入硫醇及其他物质一般要向反应混合物中加入硫醇及其他物质 2.2.12.2.1纺丝方法纺丝方法 聚丙烯腈具有很高的软化点，其理论熔点聚丙烯腈具有很高的软化点，其理论熔点TmTm（（267℃267℃）超）超过分解温度过分解温度Td (200-250℃)Td (200-250℃)，所以聚丙烯腈不能用熔融纺丝法，所以聚丙烯腈不能用熔融纺丝法纺丝 2.2聚丙烯腈纤维的生产聚丙烯腈纤维的生产溶液法纺丝溶液法纺丝湿法纺丝湿法纺丝干法纺丝干法纺丝生产长丝生产长丝生产短丝生产短丝 腈纶是合成纤维中工艺路线最多的一个品种腈纶是合成纤维中工艺路线最多的一个品种这些工艺路线的共同点是这些工艺路线的共同点是：：采用溶液采用溶液(湿法和干法湿法和干法)纺丝方法，纺丝方法，有相应的溶剂回收处理等有相应的溶剂回收处理等不同点是：不同点是：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) ；；不同的纺丝溶剂不同的纺丝溶剂(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，二甲基亚砜，碳酸乙烯酯，硫氰酸钠，硝酸，氯化锌等基亚砜，碳酸乙烯酯，硫氰酸钠，硝酸，氯化锌等)；；不同的纺丝方法不同的纺丝方法(湿法或干法纺丝，湿法中采用不同凝固浴湿法或干法纺丝，湿法中采用不同凝固浴)；；不同的牵伸、后处理工艺；不同的牵伸、后处理工艺；不同的溶剂回收工艺。
不同的溶剂回收工艺 一步法：单体直接聚合一步法：单体直接聚合 聚合物溶液聚合物溶液二步法：固体成纤聚合物二步法：固体成纤聚合物 纺丝液纺丝液 纺丝机纺丝机混合、过滤、脱泡+溶剂溶解分离、干燥 计量泵、烛形滤器计量泵、烛形滤器 喷丝头喷丝头 凝固浴凝固浴 后处理后处理目前用于工业化生产的共有目前用于工业化生产的共有8种溶剂、种溶剂、12种工艺路线，其种工艺路线，其中中以以DMA湿法二步法、湿法二步法、NaSCN湿法和湿法和DMF干法为主干法为主 其中湿法纺丝的又分一步法和二步法其中湿法纺丝的又分一步法和二步法 n2.2.2 湿法纺丝工艺（以二步法为例）湿法纺丝工艺（以二步法为例）1 1、纺丝原液的制备、纺丝原液的制备（（以硫氰酸钠溶液为溶剂以硫氰酸钠溶液为溶剂）） 由水相聚合得到的聚丙烯腈是细小的固体颗粒状，首先由水相聚合得到的聚丙烯腈是细小的固体颗粒状，首先需要将它溶解在需要将它溶解在NaSCN溶液溶液中，并经过混合、脱泡、过滤中，并经过混合、脱泡、过滤等工序，以制成符合纺丝要求的纺丝原液等工序，以制成符合纺丝要求的纺丝原液——浆化。
浆化NaSCN水溶液水溶液的浓度为的浓度为44%~57%高聚物浓度为高聚物浓度为10~13%取决于共聚物的取决于共聚物的组成、分子量组成、分子量 及其多分散性及其多分散性在溶液中加入适当的稀释剂可以降低溶液的黏度，例如用在溶液中加入适当的稀释剂可以降低溶液的黏度，例如用硫氰酸钠、乙醇、水三组分（硫氰酸钠、乙醇、水三组分（45：：40；；15）溶液作溶剂溶液作溶剂 2 2、成型过程、成型过程 将聚合工段送来的纺丝溶液经计量泵压入烛形过滤器至喷将聚合工段送来的纺丝溶液经计量泵压入烛形过滤器至喷头，以头，以5 5～～10m/s10m/s的纺丝速度喷出纺丝细流，在凝固溶中凝的纺丝速度喷出纺丝细流，在凝固溶中凝固成形初生的丝条再经预热进一步凝固脱水，并给予适固成形初生的丝条再经预热进一步凝固脱水，并给予适当的拉伸后，於蒸汽加热下进行高倍率拉伸拉伸后的纤当的拉伸后，於蒸汽加热下进行高倍率拉伸拉伸后的纤维再经水洗、上油、干燥、热定型、卷曲、切断、打包等维再经水洗、上油、干燥、热定型、卷曲、切断、打包等工序制得聚丙烯腈短纤维工序制得聚丙烯腈短纤维 原液细流原液细流凝固浴凝固浴临临界界浓浓度度•这一过程的完成是以双扩散为基础的。
这一过程的完成是以双扩散为基础的•双扩散包括凝固浴中的凝固剂向原液细流双扩散包括凝固浴中的凝固剂向原液细流内部的扩散，也包括原液中溶剂向凝固浴扩内部的扩散，也包括原液中溶剂向凝固浴扩散湿法成形凝固历程湿法成形凝固历程 3、纺丝工艺流程、纺丝工艺流程n原液细流原液细流——凝固浴固化成型凝固浴固化成型——溶剂拉伸溶剂拉伸（预热）（预热）—水洗水洗—热拉伸热拉伸——骤冷骤冷——调温调调温调湿热定型湿热定型——二次拉伸二次拉伸——调质上油调质上油——卷曲卷曲——干燥干燥——打包装箱打包装箱 溶剂拉伸溶剂拉伸a、、概念概念 所谓溶剂拉伸是指将刚成形的纤维在一定温度、一定浓度所谓溶剂拉伸是指将刚成形的纤维在一定温度、一定浓度的的NaSCN溶液中进行低倍拉伸溶液中进行低倍拉伸b、、目的目的 1. 为达到工艺总牵伸创造条件为达到工艺总牵伸创造条件 2. 提高初生纤维的强度提高初生纤维的强度 3. 降低丝的直径，提高水洗的效率降低丝的直径，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 使使纤维手感粗硬，且色泽灰暗，加工中纤维发粘，纤维手感粗硬，且色泽灰暗，加工中纤维发粘，不易梳分，干燥和热定型时纤维容易发黄不易梳分，干燥和热定型时纤维容易发黄，特别，特别是在以后的染色过程中更会有不良影响，是在以后的染色过程中更会有不良影响，使染料使染料沉淀，产生斑点沉淀，产生斑点。
水洗的目的水洗的目的由凝固浴或拉伸浴出来的丝束含有一定量的溶剂由凝固浴或拉伸浴出来的丝束含有一定量的溶剂不除不除水洗后纤维上的残余溶剂含量水洗后纤维上的残余溶剂含量<0.1% 干燥致密化后纤维性能和结构的变化干燥致密化后纤维性能和结构的变化 1. 透光率透光率 提高提高 2. 白度白度 空洞引起光散射空洞引起光散射 3. 染色性能染色性能 匀染性提高匀染性提高 4. 物理机械性能物理机械性能 模量提高，屈服应力提高，断裂伸长降低模量提高，屈服应力提高，断裂伸长降低纤维结构变化纤维结构变化①①微孔和裂隙的融合微孔和裂隙的融合 经致密化后，微孔变小，裂隙融合，经致密化后，微孔变小，裂隙融合，纤维呈现透明纤维呈现透明②②脱溶胀，纤维的序态结构得到加强，玻璃化温度升高脱溶胀，纤维的序态结构得到加强，玻璃化温度升高③③结晶粒子和结晶取向度的变化结晶粒子和结晶取向度的变化 温度温度 120 ℃℃ 介质湿度介质湿度 10-15% 热定型 提高纤维的形状稳定性，进一步改善纤维提高纤维的形状稳定性，进一步改善纤维的机械性能以及改善纤维的染色性能和纺织加工的机械性能以及改善纤维的染色性能和纺织加工性能。
性能 沸水收缩率沸水收缩率 由由8%8%下降到下降到4%4% 纤度略有增大，强度略有下降纤度略有增大，强度略有下降 染色性能染色性能 均匀染色均匀染色 结晶度变化不大，晶粒尺寸明显变大结晶度变化不大，晶粒尺寸明显变大 取向度略有下降取向度略有下降 4 4、影响纺丝成形的因素、影响纺丝成形的因素 （（1）原液中的聚合物的含量）原液中的聚合物的含量 （（2）凝固浴条件）凝固浴条件 （温度，浓度，种类）（温度，浓度，种类） （（3））溶剂种类溶剂种类溶剂种类溶剂种类 （（4）原液的压力）原液的压力 （（5）原液的温度）原液的温度 （（6）原液的粘度）原液的粘度 （（7）凝固浴中含杂量）凝固浴中含杂量 （（8）导丝速度）导丝速度 n(1)纺丝溶液中聚合物含量纺丝溶液中聚合物含量 纺丝溶液中聚合物含量纺丝溶液中聚合物含量CP ↑ 固化表面层的硬度固化表面层的硬度↓ 因此纤维的截面会变得更圆。
因此纤维的截面会变得更圆PAN浓度：浓度：21％％ PAN浓度：浓度：23％％ 25 35 45 55 65凝固浴温度凝固浴温度(℃℃)凝固浴温度不同时得到的凝固浴温度不同时得到的PAN原丝的截面形状原丝的截面形状(2)凝固浴温度凝固浴温度 T ↑ 纤维截面更圆纤维截面更圆 n降降低凝固浴温度，可减小空隙尺寸低凝固浴温度，可减小空隙尺寸§这是由于扩散和相分离速率降低的缘故这是由于扩散和相分离速率降低的缘故 凝固浴浓度凝固浴浓度(％％)：：0 10 30 55 70 75 凝固浴浓度不同时，凝固浴浓度不同时，PAN原丝截面形状原丝截面形状 (3)凝固浴浓度凝固浴浓度 凝固浴浓度凝固浴浓度Cb↑ 固化表面层的硬度降低固化表面层的硬度降低, 因此湿纺纤维的截面会变得更圆因此湿纺纤维的截面会变得更圆. n凝固浴浓度凝固浴浓度对初生纤维形态结构的影响对初生纤维形态结构的影响 凝固浴浓度凝固浴浓度初生纤维横截初生纤维横截面平均空洞数面平均空洞数初生纤维表观初生纤维表观密度密度( g/cm2 )初生纤维表面初生纤维表面积积( m2/g )40%DMAc, 60%H2O80.4410055%DMAc, 45%H2O40.4510070%DMAc, 30%H2O10.47130当凝固浴浓度较低时，因凝固能力过强，易产生空隙。
当凝固浴浓度较低时，因凝固能力过强，易产生空隙 n n(4)溶剂种类溶剂种类 无机溶剂，纤维的横截面无机溶剂，纤维的横截面无机溶剂，纤维的横截面无机溶剂，纤维的横截面形状为圆形形状为圆形形状为圆形形状为圆形 有机溶剂，有机溶剂，有机溶剂，有机溶剂， 皮层的凝固程度皮层的凝固程度皮层的凝固程度皮层的凝固程度高于芯层，芯层收缩时皮层高于芯层，芯层收缩时皮层高于芯层，芯层收缩时皮层高于芯层，芯层收缩时皮层相应的收缩较小，因此纤维相应的收缩较小，因此纤维相应的收缩较小，因此纤维相应的收缩较小，因此纤维的横截面形状呈非圆形的横截面形状呈非圆形的横截面形状呈非圆形的横截面形状呈非圆形无机溶剂无机溶剂无机溶剂无机溶剂有机溶剂有机溶剂有机溶剂有机溶剂 2.2.3 干法纺丝工艺干法纺丝工艺干法纺丝更适合于干法纺丝更适合于纺长丝纺长丝 以二甲基甲酰胺为溶剂的干法纺丝以二甲基甲酰胺为溶剂的干法纺丝 基本过程基本过程：将丙烯腈共聚物和二甲基甲酰胺加入溶解釜中溶解，：将丙烯腈共聚物和二甲基甲酰胺加入溶解釜中溶解，制得浓度为制得浓度为26%～～30%，粘度为，粘度为600～～800s（落球法）的（落球法）的纺丝纺丝溶液溶液，经，经过滤及脱泡过滤及脱泡后，将纺丝液预热，并加入还原性稳定剂。
后，将纺丝液预热，并加入还原性稳定剂纺丝液经纺丝液经计量泵计量泵压入压入喷丝头喷丝头，在加热条件下喷出，挥发的溶剂，在加热条件下喷出，挥发的溶剂送回收装置，凝固后的丝束经送回收装置，凝固后的丝束经高速拉伸后，洗涤、上油、加捻、高速拉伸后，洗涤、上油、加捻、定型、卷绕定型、卷绕即得聚丙烯腈长丝即得聚丙烯腈长丝干法纺丝具有纺丝速度较高，溶剂回收过程简单，制得的纤维干法纺丝具有纺丝速度较高，溶剂回收过程简单，制得的纤维具有柔性、弹性、耐磨性较好的具有柔性、弹性、耐磨性较好的特点特点不足之处不足之处是高温纺丝操作设备复杂，生产效率比湿法低是高温纺丝操作设备复杂，生产效率比湿法低 干法纺丝的示意图 干法纺丝中纤维结构的形成干法纺丝中纤维结构的形成1.超分子结构超分子结构 特点：一般存在结晶或准晶，但分子和微晶的取向度很低特点：一般存在结晶或准晶，但分子和微晶的取向度很低2.形态结构形态结构(1)截面形状结构特点及影响因素截面形状结构特点及影响因素E/V≤≤ 1 趋于圆形（无皮层）趋于圆形（无皮层）稍稍>1 略偏离圆形（存在皮层）略偏离圆形（存在皮层）> >1 近梅花形近梅花形>> 1 呈扁平状，近于大豆形或哑铃形呈扁平状，近于大豆形或哑铃形纺丝液浓度纺丝液浓度↓↓，越偏离圆形，越偏离圆形(2)其他形态结构特点其他形态结构特点 无明显孔洞和微纤结构，皮芯结构不如湿纺明显无明显孔洞和微纤结构，皮芯结构不如湿纺明显 1．形态．形态 随溶剂和纺丝方法不同而不同。
腈纶的纵随溶剂和纺丝方法不同而不同腈纶的纵面有少量沟槽，干法纺丝的纤维截面呈哑铃形，湿法面有少量沟槽，干法纺丝的纤维截面呈哑铃形，湿法纺丝（纺丝（NaSCN为溶剂）的则为圆形为溶剂）的则为圆形 第三节 腈纶的性质 n2．强伸性和弹性．强伸性和弹性 品种品种腈纶腈纶涤纶涤纶锦纶锦纶强度强度cN/tex17~3235~4433~53断裂伸长率断裂伸长率%25~4620~5025~45 腈纶蓬松、卷曲而柔软，弹性较好，但多次拉伸的剩腈纶蓬松、卷曲而柔软，弹性较好，但多次拉伸的剩余变形较大，因此腈纶织物的袖口、领口等易变形余变形较大，因此腈纶织物的袖口、领口等易变形 和羊毛比：和羊毛比：1、比羊毛轻、比羊毛轻10％以上，但强度却大％以上，但强度却大2倍多；倍多；2、回弹性在伸长较小时、回弹性在伸长较小时≈羊毛羊毛2％％回弹率腈纶回弹率腈纶92~99%，羊毛，羊毛99%3、穿着过程中羊毛的回弹性、穿着过程中羊毛的回弹性>腈纶的腈纶的多次循环负荷的回弹性好多次循环负荷的回弹性好剩余形变值剩余形变值OR大 3．吸湿性和染色性．吸湿性和染色性腈纶结构紧密腈纶结构紧密吸湿性低，一般大气吸湿性低，一般大气条件下回潮率为条件下回潮率为1.2~2.0%左右。
左右染色性不好，引入第染色性不好，引入第二、第三单体后得到二、第三单体后得到了改善了改善4．腈纶的．腈纶的Tg丙烯腈的丙烯腈的均聚物均聚物一般有一般有2个个Tg：：低序区低序区Tg1=80~100℃℃高序区高序区Tg2=140~150℃℃丙烯腈的丙烯腈的三元共聚物三元共聚物Tg：：75~100℃℃含较多水分或膨化剂下含较多水分或膨化剂下Tg：：75~80℃℃ 5. 腈纶的热弹性腈纶的热弹性热回弹性热回弹性：在紧张状态下使纤维迅速冷却，使纤维在具有：在紧张状态下使纤维迅速冷却，使纤维在具有较大内应力的情况下固定下来，这种纤维就潜伏着受热后较大内应力的情况下固定下来，这种纤维就潜伏着受热后的收缩性，即热回弹性的收缩性，即热回弹性腈纶的高收缩纤维腈纶的高收缩纤维：在外力作用下，强迫热拉伸而具有热弹：在外力作用下，强迫热拉伸而具有热弹性的纤维性的纤维AB高收缩纤维高收缩纤维>100℃℃进行热松弛处理进行热松弛处理AB腈纶膨体纱腈纶膨体纱 主链对酸碱稳定，侧基主链对酸碱稳定，侧基——氰基氰基发生水解发生水解6．耐酸碱性．耐酸碱性水解反应中水解反应中烧碱的催化作用烧碱的催化作用>硫酸水解的结果水解的结果：聚丙烯腈溶解，纤维失重，强力降低：聚丙烯腈溶解，纤维失重，强力降低PAN强碱处理下为什么发黄？强碱处理下为什么发黄？水解出的水解出的NH3与为与为水解的氰基反应生水解的氰基反应生成脒基，产生黄色成脒基，产生黄色 7．耐光性．耐光性 腈纶耐光性和耐气候性特别优良，在腈纶耐光性和耐气候性特别优良，在常见纺织纤维中最好常见纺织纤维中最好。
腈纶放在室外曝晒一年，其强度只下降腈纶放在室外曝晒一年，其强度只下降5%，对日光的抵抗性也，对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倍因此腈纶最适宜做室外用织物因此腈纶最适宜做室外用织物 8．其他性质．其他性质 腈纶耐热性好，熨烫温度腈纶耐热性好，熨烫温度130-140℃℃不发霉，不怕虫不发霉，不怕虫蛀，但耐磨性差，尺寸稳定性差腈纶相对密度较小蛀，但耐磨性差，尺寸稳定性差腈纶相对密度较小 用途用途用途用途 通过共聚、混合通过共聚、混合纺丝、复合纺丝等纺丝、复合纺丝等方法可以改进聚丙方法可以改进聚丙烯腈纤维的染色性、烯腈纤维的染色性、耐热性、蓬松性与耐热性、蓬松性与提高回弹性等性能提高回弹性等性能 由于聚丙烯纤维由于聚丙烯纤维具有优良的耐光、具有优良的耐光、耐气候性，所以除作耐气候性，所以除作衣着及毛毯之外，最衣着及毛毯之外，最适宜作室外织物，适宜作室外织物，如帐篷、苫布等如帐篷、苫布等 第四节 腈纶的用途 用途用途用途用途 将聚丙烯腈纤将聚丙烯腈纤维（共聚组分尽量维（共聚组分尽量少）经过高温处理少）经过高温处理可得到碳纤维和石可得到碳纤维和石墨纤维。
墨纤维聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维 目前已知的热目前已知的热稳定性最好的纤维稳定性最好的纤维之一，可耐之一，可耐3000℃3000℃的高温在高温下的高温在高温下能经久不变形，并能经久不变形，并具有很高的化学稳具有很高的化学稳定性，良好的导电定性，良好的导电性和导热性性和导热性石墨纤维石墨纤维石墨纤维石墨纤维碳纤维碳纤维碳纤维碳纤维 是宇宙飞行、是宇宙飞行、火箭、喷气技术以及火箭、喷气技术以及工业一耐高温、防腐工业一耐高温、防腐蚀领域的良好材料蚀领域的良好材料在医疗上，还可以用在医疗上，还可以用于人工肋骨和肌腱韧于人工肋骨和肌腱韧带等 由有机纤维或低分子烃气体原料在由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气氛中经高温惰性气氛中经高温(1500ºC)碳化而成的碳化而成的纤维状碳化合物，其碳含量在纤维状碳化合物，其碳含量在90%以上特点特点：强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢：强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。
型材料 轻巧，而且消耗动力轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小少，推力大，噪音小碳纤维碳纤维碳纤维碳纤维+塑料塑料能提高计算机的储存能提高计算机的储存量和运算速度量和运算速度碳纤维增强塑料碳纤维增强塑料卫星卫星机械强度高，质量小，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料可节约大量的燃料 预氧化：预氧化：200℃℃～～300℃℃的氧化气氛中，原丝受张力情况下进行的氧化气氛中，原丝受张力情况下进行 PAN的的Tg低于低于100℃，分解前会软化熔融，不能直接在惰性气体中，分解前会软化熔融，不能直接在惰性气体中进行碳化先在空气中进行预氧化处理，使进行碳化先在空气中进行预氧化处理，使PAN的结构转化为稳定的的结构转化为稳定的梯形六元环结构，就不易熔融另外，当加热足够长的时间，将产生梯形六元环结构，就不易熔融另外，当加热足够长的时间，将产生纤维吸氧作用，形成纤维吸氧作用，形成PAN纤维分子间的化学键合纤维分子间的化学键合PAN原丝制备碳纤维的过程分为三个阶段：原丝制备碳纤维的过程分为三个阶段： 碳化：碳化： 在在400℃～～1900℃的惰性气氛中进行，碳纤的惰性气氛中进行，碳纤维生成的主要阶段。
除去大量的氮、氢、氧等维生成的主要阶段除去大量的氮、氢、氧等非碳元素，改变了原非碳元素，改变了原PAN纤维的结构，形成了纤维的结构，形成了碳纤维碳化收率碳纤维碳化收率40％％~45％，含碳量％，含碳量95%左右 在在2500℃～～3000℃的温度下，密封装置，施的温度下，密封装置，施加压力，保护气体中进行加压力，保护气体中进行 目的：目的：是使纤维中的结晶碳向石墨晶体取向，使是使纤维中的结晶碳向石墨晶体取向，使之与纤维轴方向的夹角进一步减小以提高碳纤维之与纤维轴方向的夹角进一步减小以提高碳纤维的弹性模量的弹性模量石墨化石墨化高模量碳纤维高模量碳纤维 含碳量高于含碳量高于99%的碳纤维的碳纤维 n1、制作腈纶时，为什么要引入第二、第三单体？、制作腈纶时，为什么要引入第二、第三单体？n2、腈纶湿法纺丝凝固历程，工艺流程？、腈纶湿法纺丝凝固历程，工艺流程？n3、什么是溶剂拉伸？为什么要进行溶剂拉伸？、什么是溶剂拉伸？为什么要进行溶剂拉伸？n4、水洗的目的？、水洗的目的？n5、腈纶的性能？、腈纶的性能？n6、简述、简述PAN原丝怎么制备碳纤维原丝怎么制备碳纤维复习思考题复习思考题 。