浅谈聚丙烯腈(纤维)

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（PANfiber），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。PAN-碳纤维聚丙烯腈纤维原丝聚丙烯腈纤维结构（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。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)0.190.280.300.340.37干态强度（cN/dtex）0.972.033.263.443.07断裂延伸度（％）5030302725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。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，该法为一步法聚丙烯腈纤维原料制备聚丙烯腈纤维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-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-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-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。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