第六章 聚丙烯腈纤维

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 概述概述n最早的聚丙烯腈（最早的聚丙烯腈（polyacrylonitrile,PAN）纤）纤维由纯维由纯PAN制得，因染色困难且弹性较差，仅制得，因染色困难且弹性较差，仅作为工业用纤维。作为工业用纤维。n聚丙烯腈纤维通常指含丙烯腈在聚丙烯腈纤维通常指含丙烯腈在85以上的丙以上的丙烯腈共聚物或均聚纤维，国内简称烯腈共聚物或均聚纤维，国内简称腈纶腈纶。丙烯。丙烯腈含量占腈含量占35%-85%的共聚物制成的纤维称为的共聚物制成的纤维称为改性聚丙烯腈纤维改性聚丙烯腈纤维。n1950年，美国杜邦公司首先实现了工业化生年，美国杜邦公司首先实现了工业化生产

2、，商品名为产，商品名为ORLON，目前产量居合成纤维，目前产量居合成纤维第三位。第三位。2009年1-12化纤产量完成情况 腈纶纤维有许多优点，蓬松性、保暖性好、手腈纶纤维有许多优点，蓬松性、保暖性好、手感柔软、近似羊毛，而且具有优良的耐光性和感柔软、近似羊毛，而且具有优良的耐光性和耐辐射性。但其强度不高，耐磨性和抗起球性耐辐射性。但其强度不高，耐磨性和抗起球性较差。较差。腈纶长丝腈纶毛条毛衣帽子第二节第二节 聚丙烯腈的制备及性质聚丙烯腈的制备及性质 聚丙烯腈的制备聚丙烯腈的制备 聚丙烯腈的性质聚丙烯腈的性质主要原料及用途主要原料及用途丙烯腈的聚合丙烯腈的聚合一、腈纶生产的主要原料及用途一、腈

3、纶生产的主要原料及用途单体单体聚丙烯腈纤维大多聚丙烯腈纤维大多由三元共聚物制得由三元共聚物制得第一单体丙烯腈，第一单体丙烯腈， 88889595第三单体，第三单体， 0.53第二单体，第二单体， 510第二单体的作用：第二单体的作用：降低大分子间的作用力，降低降低大分子间的作用力，降低PANPAN的结晶性、增加纤维的柔软性、改善纤维的弹性。的结晶性、增加纤维的柔软性、改善纤维的弹性。常用的第二单体有：常用的第二单体有：3CH2CHCOOCH3CH2COOCHCCH33CH2COCOCHHCH2CHCONH2丙烯酸甲酯（丙烯酸甲酯（MA）甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯（MMA）醋酸乙烯酯（醋酸乙烯

4、酯（VAC）丙烯酰胺（丙烯酰胺（AAM）n第三单体的作用：第三单体的作用：引入亲染料基团，改进纤维引入亲染料基团，改进纤维的染色性和亲水性。的染色性和亲水性。n常用的第三单体有：常用的第三单体有：对阳离子染料有亲和力对阳离子染料有亲和力对酸性染料有亲和力对酸性染料有亲和力衣康酸（甲叉丁二酸，衣康酸（甲叉丁二酸，ITA）丙烯磺酸钠丙烯磺酸钠甲基甲基丙烯丙烯磺酸钠磺酸钠对乙烯基苯磺酸钠对乙烯基苯磺酸钠乙烯吡啶乙烯吡啶6、2甲基甲基5乙烯吡啶乙烯吡啶n其它原料其它原料n溶剂溶剂 无机溶剂：无机溶剂：NaSCN水溶液，水溶液，ZnCl2水溶液水溶液有机溶剂：有机溶剂： 二甲基甲酰胺（二甲基甲酰胺（DM

5、F） 二甲基乙酰胺（二甲基乙酰胺（DMAc） 二甲基亚砜（二甲基亚砜（DMSO） 碳酸乙烯酯（碳酸乙烯酯（EC）n引发剂引发剂 偶氮类：偶氮类： 偶氮二异丁腈（偶氮二异丁腈（AIBN） 氧化还原体系：氯酸钠亚硫酸钠氧化还原体系：氯酸钠亚硫酸钠 NaClO3Na2SO3 过硫酸钾亚硫酸氢钠过硫酸钾亚硫酸氢钠 K2S2O8NaHSO3n浅色剂还原剂浅色剂还原剂 可以提高纤维的白度，常用二氧化硫脲（可以提高纤维的白度，常用二氧化硫脲（TUD）。）。n分子量调节剂分子量调节剂 异丙醇（异丙醇（IPA） 异丙醇分子中仲碳原子特别活泼，易和生异丙醇分子中仲碳原子特别活泼，易和生长成的大分子自由基发生长成的

6、大分子自由基发生链转移链转移反应。异丙醇反应。异丙醇自由基的活性强，但由于加入量少，对反应速自由基的活性强，但由于加入量少，对反应速度没影响。度没影响。二、丙烯腈的聚合二、丙烯腈的聚合 聚合机理：聚合机理：丙烯腈的聚合属自由基型链式反应，丙烯腈的聚合属自由基型链式反应，丙烯腈可以进行本体聚合、乳液聚合和溶液聚丙烯腈可以进行本体聚合、乳液聚合和溶液聚合。对于腈纶，多采用溶液聚合方法。合。对于腈纶，多采用溶液聚合方法。n均相溶液聚合（一步法）：均相溶液聚合（一步法）：所用的溶剂既能溶所用的溶剂既能溶解单体、又能溶解反应生成的聚合物。反应完解单体、又能溶解反应生成的聚合物。反应完毕，聚合液可直接用作

7、纺丝。如以浓毕，聚合液可直接用作纺丝。如以浓NaSCN 水溶液、水溶液、DMSO、DMF或或DMAc为溶剂的聚合，为溶剂的聚合，均为均相溶液聚合。均为均相溶液聚合。n 非均相溶液聚合（二步法）：非均相溶液聚合（二步法）：可用介质只能可用介质只能溶解或部分溶解单体，而不能溶解反应生成的溶解或部分溶解单体，而不能溶解反应生成的聚合物，纺丝前需要用溶剂重新溶解聚合物制聚合物，纺丝前需要用溶剂重新溶解聚合物制成纺丝溶液。因非均相的聚合介质通常采用水，成纺丝溶液。因非均相的聚合介质通常采用水，所以又称为所以又称为水相沉淀聚合水相沉淀聚合。 NaSCN法均相溶液聚合法均相溶液聚合n优点：优点：聚合后经过滤

8、、脱泡等工序后可直接纺聚合后经过滤、脱泡等工序后可直接纺丝，省去分离聚合物的沉淀、过滤和烘干等工丝，省去分离聚合物的沉淀、过滤和烘干等工序，国内多采用此法。序，国内多采用此法。n生产工艺流程生产工艺流程硫氰酸钠一步法丙烯腈聚合流程图硫氰酸钠一步法丙烯腈聚合流程图n脱单体的目的：脱单体的目的：减少消耗、减少环境污染；减少消耗、减少环境污染； 残存单体在贮存中发生再聚合，影响原液残存单体在贮存中发生再聚合，影响原液粘度；粘度； 残存单体会使纤维的强力和伸度下降。残存单体会使纤维的强力和伸度下降。n 脱单体过程：脱单体过程：完成聚合后的浆料由釜顶出料，完成聚合后的浆料由釜顶出料，通往脱单体塔，未反应

9、的单体在脱单体器通往脱单体塔，未反应的单体在脱单体器的伞面上沸腾逸去，在这里反应用的试剂混合的伞面上沸腾逸去，在这里反应用的试剂混合液又被作为回收单体的冷凝液，经冷凝器把未液又被作为回收单体的冷凝液，经冷凝器把未反应的单体冷凝下来，带回试剂混合槽。第一反应的单体冷凝下来，带回试剂混合槽。第一次可以除去未反应单体的次可以除去未反应单体的9095，残存单体，残存单体仍高于工艺要求需进行第二次再脱，仍高于工艺要求需进行第二次再脱，单体含量单体含量0.3%。聚合反应主要影响因素聚合反应主要影响因素引发剂引发剂 用量用量 转化率转化率 引发剂用量增加，单位时间内产生的引发自引发剂用量增加，单位时间内产生

10、的引发自由基增多，单体聚合速度加快，转化率增加；由基增多，单体聚合速度加快，转化率增加；同时活性中心增多，不利于提高聚合产物分子同时活性中心增多，不利于提高聚合产物分子量。量。 NaSCN法用法用AIBN做引发剂，做引发剂，AIBN为总单为总单体重量的体重量的0.20.8。DP聚合温度聚合温度 T 转化率转化率 温度升高，引发剂分解速度加快，反应总温度升高，引发剂分解速度加快，反应总速度加快，但自由基浓度增加，聚合物分子量速度加快，但自由基浓度增加，聚合物分子量下降。下降。 生产上一般为生产上一般为7678 。总单体浓度总单体浓度 C 转化率转化率 聚合时间聚合时间 t 转化率转化率 NaSC

11、N为溶剂的聚合时间为为溶剂的聚合时间为1.52小时。小时。TUD 用量用量 转化率转化率 TUD也有链转移和阻聚作用，使转化率和也有链转移和阻聚作用，使转化率和分子量下降。分子量下降。IPA 用量用量转化率不变转化率不变 DPDPDPDPDP非均相聚合（水相沉淀聚合）非均相聚合（水相沉淀聚合）丙烯腈的非均相聚合一般多采用以水为介丙烯腈的非均相聚合一般多采用以水为介质的水相沉淀聚合法。是指以水为介质，单体质的水相沉淀聚合法。是指以水为介质，单体在水中具有一定的溶解度。当水溶性引发剂引在水中具有一定的溶解度。当水溶性引发剂引发聚合时，发聚合时，聚合产物不溶于水而不断地从水相聚合产物不溶于水而不断地

12、从水相中沉淀出来中沉淀出来。水相沉淀聚合具有下列优点：。水相沉淀聚合具有下列优点：n通常采用水溶性氧化通常采用水溶性氧化还原引发体系，引发剂还原引发体系，引发剂分解活化能较低。聚合可在分解活化能较低。聚合可在3050之间甚之间甚至更低的温度下进行，所得产物色泽较白；至更低的温度下进行，所得产物色泽较白；n反应热容易控制反应热容易控制，聚合产物的相对分子质量分，聚合产物的相对分子质量分布较窄。布较窄。 n 工艺流程工艺流程AN MA 水溶液水溶液聚合聚合终止反应终止反应真空过滤真空过滤烘干和粉碎烘干和粉碎聚合物粉末聚合物粉末NaClO3NaSO23HNO3NaOH无离子水无离子水引发剂引发剂水相

13、沉淀聚合采用的是水溶性氧化还原引发剂。水相沉淀聚合采用的是水溶性氧化还原引发剂。 在碱性条件下十分稳定，不会引发聚合在碱性条件下十分稳定，不会引发聚合反应，其水溶液的反应，其水溶液的PH值在值在89之间，不会发生分解。只有在之间，不会发生分解。只有在pH4.5时才能分解为自由基，引发聚合反应最佳时才能分解为自由基，引发聚合反应最佳pH值是值是1.92.2。聚合时一般加入。聚合时一般加入HNO3或或H2SO4使体系成为强酸性。使体系成为强酸性。反应结束后，在含单体的聚合物淤浆中，在碱性中止反应结束后，在含单体的聚合物淤浆中，在碱性中止釜中加入釜中加入NaOH，调整，调整PH值，使反应终止。值，使

14、反应终止。NaClO3Na SO23三、聚丙烯腈的性能三、聚丙烯腈的性能n聚丙烯腈为白色粉末，密度聚丙烯腈为白色粉末，密度1.141.15g/cm3， 220230 时软化时软化并发生分解。并发生分解。n由于侧氰基作用，聚丙烯腈大分子主链呈由于侧氰基作用，聚丙烯腈大分子主链呈螺旋螺旋状空间状空间立体构象。立体构象。n聚丙烯腈的聚丙烯腈的耐光性耐光性非常优良，这主要是由于聚丙烯腈非常优良，这主要是由于聚丙烯腈大分子上含有氰基，氰基中碳和氮原子间以三价键连大分子上含有氰基，氰基中碳和氮原子间以三价键连接，这种结构可吸收能量较强的光子，并能转化为热接，这种结构可吸收能量较强的光子，并能转化为热能，从

15、而保护了主链，使其能，从而保护了主链，使其不易发生降解不易发生降解。n丙烯腈均聚物有丙烯腈均聚物有两个玻璃化转变温度两个玻璃化转变温度，非晶区中低序，非晶区中低序区的区的80100 ，高序区的，高序区的140150 ；丙烯腈三；丙烯腈三元共聚物的两个玻璃化转变温度较接近，约在元共聚物的两个玻璃化转变温度较接近，约在75100 范围。范围。第二节第二节 聚丙烯腈纤维的生产聚丙烯腈纤维的生产n聚丙烯腈在聚丙烯腈在220230 时软化并发生分解，不能采时软化并发生分解，不能采取熔体纺丝。取熔体纺丝。n为实现为实现PAN增塑熔融纺丝，必须解决的问题是降低增增塑熔融纺丝，必须解决的问题是降低增塑后聚合物

16、的熔点，使其熔点低于分解温度。通常降塑后聚合物的熔点，使其熔点低于分解温度。通常降低聚合物分子量、改变共聚物组成或加入增塑剂。低聚合物分子量、改变共聚物组成或加入增塑剂。湿法纺丝湿法纺丝干法纺丝干法纺丝干湿法纺丝干湿法纺丝冻胶纺丝冻胶纺丝 （增塑熔融纺丝）（增塑熔融纺丝）聚丙烯腈的纺聚丙烯腈的纺丝成形方法丝成形方法商品化商品化溶液纺丝溶液纺丝用螺杆挤出机用螺杆挤出机湿法纺丝工艺流程湿法纺丝工艺流程1-喷丝头喷丝头 2-凝固浴凝固浴 3-导丝盘导丝盘 4-卷绕装置卷绕装置 一、聚丙烯腈的湿法纺丝成形一、聚丙烯腈的湿法纺丝成形（以（以NaSCN一步法生产为例）一步法生产为例）n原液制备原液制备n纺

17、丝成形纺丝成形n后处理后处理n溶剂回收溶剂回收原液制备原液制备n脱单体脱单体聚合浆液中残存的单体会缓慢地聚合，使浆液粘聚合浆液中残存的单体会缓慢地聚合，使浆液粘度上升；单体会在原液从喷丝孔流出时气化逸出，既度上升；单体会在原液从喷丝孔流出时气化逸出，既恶化劳动条件，又严重影响纤维的品质。要求单体残恶化劳动条件，又严重影响纤维的品质。要求单体残留量留量0.1会使染料沉淀，会使染料沉淀，染色后纤维会有斑点。染色后纤维会有斑点。水洗设备：长槽式和喷淋式等。水洗设备：长槽式和喷淋式等。水洗温度一般控制在水洗温度一般控制在50 左右。左右。q洗涤后含有溶剂的洗涤水溢流而出，导入回收车间洗涤后含有溶剂的洗

18、涤水溢流而出，导入回收车间回收溶剂。回收溶剂。n上油上油 q上油目的：纤维具有平滑性、柔软性，改善手感和上油目的：纤维具有平滑性、柔软性，改善手感和抗静电性能，以利于后加工。抗静电性能，以利于后加工。q经浸渍法或油轮法上油，一般分为柔软浴和抗静电经浸渍法或油轮法上油，一般分为柔软浴和抗静电浴两次上油。浴两次上油。n干燥致密化干燥致密化 经拉伸后的纤维超分子结构基本形经拉伸后的纤维超分子结构基本形成，但由于成形时间短，纤维中还存在内应力和成，但由于成形时间短，纤维中还存在内应力和缺陷，经干燥致密化和热定型消除内应力和结构缺陷，经干燥致密化和热定型消除内应力和结构缺陷。缺陷。q 纤维致密化机理：纤

19、维致密化机理：拉伸水洗后的纤维，其微孔被拉长拉细，内拉伸水洗后的纤维，其微孔被拉长拉细，内部充满水，在适当温度下进行干燥，大分子链段部充满水，在适当温度下进行干燥，大分子链段能较自由地运动，水分逐渐蒸发产生毛细管压力，能较自由地运动，水分逐渐蒸发产生毛细管压力，使得微孔半径相应收缩，最后使得微孔半径相应收缩，最后微孔融合微孔融合。q干燥温度：应高于初级溶胀纤维的干燥温度：应高于初级溶胀纤维的Tg。q干燥设备：帘板式干燥机和圆网式干燥机。干燥设备：帘板式干燥机和圆网式干燥机。q干燥致密化后纤维的物理机械性能和染色性能有很干燥致密化后纤维的物理机械性能和染色性能有很大提高。大提高。n卷曲卷曲 q目

20、的是增加纤维的抱合力，改善柔软性、弹性和保目的是增加纤维的抱合力，改善柔软性、弹性和保暖性。暖性。q卷曲前将纤维加热到卷曲前将纤维加热到Tg以上，按加热方式可分为以上，按加热方式可分为干卷曲（蒸汽加热）和湿卷曲（热水加热）。干卷曲（蒸汽加热）和湿卷曲（热水加热）。n热定型热定型 q 干燥致密化后，纤维的服用性能还较差，需要通干燥致密化后，纤维的服用性能还较差，需要通过热定型来进一步改善纤维的超分子结构。过热定型来进一步改善纤维的超分子结构。q热定型的目的是提高纤维热定型的目的是提高纤维尺寸稳定性尺寸稳定性（热定型后（热定型后PAN沸水收缩率下降为沸水收缩率下降为4以下），进一步改善纤以下），进

21、一步改善纤维的机械性能、染色性能。维的机械性能、染色性能。q热定型中，纤维中大分子链段因热运动而产生解取热定型中，纤维中大分子链段因热运动而产生解取向。热定型温度越高，大分子解取向也随之加剧，向。热定型温度越高，大分子解取向也随之加剧，纤维的钩强、沸水收缩率降低。但温度过高，纤维纤维的钩强、沸水收缩率降低。但温度过高，纤维发黄，对纤维物理机械性能产生不良影响。发黄，对纤维物理机械性能产生不良影响。n切断切断 为了使产品能很好地与棉或羊毛等混纺，为了使产品能很好地与棉或羊毛等混纺，须将其切断成相应长度。须将其切断成相应长度。溶剂回收溶剂回收n溶剂回收的意义：节约消耗，降低成本。溶剂回收的意义：节

22、约消耗，降低成本。以以NaSCN法生产腈纶为例法生产腈纶为例 生产生产1 1吨纤维吨纤维聚合时用聚合时用 7吨吨 51的的NaSCN水溶液水溶液纺丝时用纺丝时用 28吨吨 12的的NaSCN水溶液水溶液n溶剂回收流程溶剂回收流程NaSCN稀溶液稀溶液 稀溶液蒸发稀溶液蒸发 除除SO42- 除铁离子除铁离子 供聚合时用溶剂供聚合时用溶剂堵塞喷丝孔引起断头、毛丝；堵塞喷丝孔引起断头、毛丝；蒸发中易产生锅垢影响传热。蒸发中易产生锅垢影响传热。由于由于NaSCNNaSCN的腐蚀作用引进铁，的腐蚀作用引进铁，二价、三价铁都有阻聚作用，使二价、三价铁都有阻聚作用，使反应速度降低反应速度降低, , 降低降低

23、三价铁与三价铁与SCN根生成深红色络合根生成深红色络合物，使纤维白度降低。物，使纤维白度降低。DP二、聚丙烯腈的干法纺丝二、聚丙烯腈的干法纺丝n聚丙烯腈的干法纺丝发展比较迅速，其产量约聚丙烯腈的干法纺丝发展比较迅速，其产量约占腈纶总产量的占腈纶总产量的2530，国内有齐鲁石，国内有齐鲁石化淄博腈纶厂、秦皇岛腈纶厂及抚顺石化腈纶化淄博腈纶厂、秦皇岛腈纶厂及抚顺石化腈纶厂等采用干法纺丝技术。厂等采用干法纺丝技术。nPAN纤维的湿法纺丝和干法纺丝纤维的湿法纺丝和干法纺丝相同点相同点：干法纺丝和湿法纺丝均属于溶液：干法纺丝和湿法纺丝均属于溶液纺丝，均需要将聚合物溶解在溶剂中配置纺丝纺丝，均需要将聚合物

24、溶解在溶剂中配置纺丝溶液。溶液。凝固机理不同凝固机理不同： 湿法在凝固浴中双扩散成形湿法在凝固浴中双扩散成形 干法依靠溶剂挥发成形干法依靠溶剂挥发成形原液准备原液准备n原液配置原液配置q原液浓度原液浓度：为加快纺丝原液的凝固，避免初生纤维相互粘结，为加快纺丝原液的凝固，避免初生纤维相互粘结，干法纺丝的原液采用较高浓度。干法纺丝的原液采用较高浓度。q溶剂：湿法纺丝可是用多种溶剂，如溶剂：湿法纺丝可是用多种溶剂，如NaSCN，DMF，DMSO，DMAc等；等； 目前，干法纺丝只用目前，干法纺丝只用DMF为溶剂。因为为溶剂。因为DMF溶解溶解能力最强，且其沸点较低，易挥发。能力最强，且其沸点较低，易

25、挥发。各种溶剂对聚丙烯腈溶解能力：各种溶剂对聚丙烯腈溶解能力： DMFDMAcDMSOECNaSCN ZnCl2 成形方法成形方法PAN含量含量干法纺丝（干法纺丝（ DMF为溶剂）为溶剂）2530湿法纺丝（湿法纺丝（DMF为溶剂）为溶剂）2025qPAN分子量：分子量： 湿法纺丝湿法纺丝PAN分子量为分子量为58万，干万，干法纺丝法纺丝PAN的分子量的分子量3.54万。万。n混合、脱泡、调温和过滤（板框式过滤）混合、脱泡、调温和过滤（板框式过滤）纺丝成形纺丝成形n纺丝机及主要附件纺丝机及主要附件n工艺流程工艺流程n干法纺丝成形机理干法纺丝成形机理n影响成形速度的因素影响成形速度的因素n纺丝机及

26、主要附件纺丝机及主要附件纺丝机：纺丝机：根据纺丝甬道的不同可分为古典式干法纺丝根据纺丝甬道的不同可分为古典式干法纺丝机和密闭循环式干法纺丝机。机和密闭循环式干法纺丝机。 古典干法纺丝中热风的送风方式可分为顺风式、逆风古典干法纺丝中热风的送风方式可分为顺风式、逆风式、分流式、双进式。原液细流中的溶剂（式、分流式、双进式。原液细流中的溶剂（DMF）在甬道）在甬道中受热而蒸发，并被流动的热空气带走，带走的溶剂在溶中受热而蒸发，并被流动的热空气带走，带走的溶剂在溶剂回收车间进行冷凝回收。剂回收车间进行冷凝回收。 干法纺丝的示意图干法纺丝的示意图甬道长甬道长5 58 8米米热风热风的送风方式可分：的送风

27、方式可分：顺风式、逆风式、分流式、双进顺风式、逆风式、分流式、双进式。式。顺流式顺流式逆流式逆流式分流式分流式双进式双进式密闭循环式干法纺丝机除具有干法纺丝机密闭循环式干法纺丝机除具有干法纺丝机的功能外，还兼有溶剂回收系统，可使溶剂蒸的功能外，还兼有溶剂回收系统，可使溶剂蒸汽在密闭体系中回收。汽在密闭体系中回收。n计量泵计量泵：由齿数相同且互相啮合的齿轮、泵板、由齿数相同且互相啮合的齿轮、泵板、一幅联轴器及泵轴等组成。一幅联轴器及泵轴等组成。n喷丝组件喷丝组件：干法纺丝粘度大，故纺丝压力较湿干法纺丝粘度大，故纺丝压力较湿法高，喷丝头必须用硬度较大的金属（镍或不法高，喷丝头必须用硬度较大的金属（

28、镍或不锈钢）制造。纺长丝，孔数为锈钢）制造。纺长丝，孔数为3050个，短纤个，短纤为为200300孔。孔。n烛形过滤器烛形过滤器：烛形过滤器用作喷丝头前最后一烛形过滤器用作喷丝头前最后一道过滤。道过滤。n干法成形机理：干法成形机理：n凝固介质凝固介质热空气热空气n溶剂蒸发溶剂蒸发纺丝原液从喷丝孔挤出后进入纺丝甬道，溶纺丝原液从喷丝孔挤出后进入纺丝甬道，溶液细流与甬道中热空气的热交换，使原液细流温液细流与甬道中热空气的热交换，使原液细流温度上升，当细流表面温度达到溶剂沸点时，便开度上升，当细流表面温度达到溶剂沸点时，便开始蒸发，细流内部的溶剂不断扩散至表面而蒸发。始蒸发，细流内部的溶剂不断扩散至

29、表面而蒸发。n原液细流固化原液细流固化由于溶剂蒸发，使原液细流中高聚物浓度增由于溶剂蒸发，使原液细流中高聚物浓度增加，而溶剂含量则不断降低，当达到凝固临界浓加，而溶剂含量则不断降低，当达到凝固临界浓度时，原液细流便固化为丝条。度时，原液细流便固化为丝条。n影响成形速度的因素：影响成形速度的因素：n甬道中溶剂蒸汽的浓度甬道中溶剂蒸汽的浓度甬道中溶剂浓度越低，丝条中溶剂蒸发速甬道中溶剂浓度越低，丝条中溶剂蒸发速度越快，成形的均匀性就越差，纤维横截面形度越快，成形的均匀性就越差，纤维横截面形状偏离圆形就远，所得纤维的机械性能也差。状偏离圆形就远，所得纤维的机械性能也差。实际生产时，甬道中实际生产时，

30、甬道中DMF的浓度控制在的浓度控制在3545g/m3。DMF爆炸的上、下极限分别为爆炸的上、下极限分别为200250，5055g/m3。n甬道中热空气温度和纺丝温度甬道中热空气温度和纺丝温度适当降低甬道内热空气的温度，有利于成适当降低甬道内热空气的温度，有利于成形均匀；但若温度过低，而丝条中溶剂含量较形均匀；但若温度过低，而丝条中溶剂含量较高，将会造成丝条相互粘结。温度过高，溶剂高，将会造成丝条相互粘结。温度过高，溶剂挥发过快而造成挥发过快而造成气泡丝气泡丝。一般情况下，甬道中。一般情况下，甬道中热空气的温度以热空气的温度以230260 为宜。淄博腈纶为宜。淄博腈纶厂，甬道分四段进行温度控制分

31、别为厂，甬道分四段进行温度控制分别为270 、250 、190 、165 。干法纺丝干法纺丝湿法纺丝湿法纺丝聚丙烯腈分子量聚丙烯腈分子量3.54万万58万万纺丝原液浓度纺丝原液浓度2530DMF：2025，DMSO:1620，NaSCN:1214%溶剂溶剂只用只用DMF为溶剂为溶剂有多种溶剂供选择有多种溶剂供选择喷丝头孔数喷丝头孔数20030010万孔以上万孔以上丝条凝固机理丝条凝固机理在甬道中溶剂挥发在甬道中溶剂挥发在凝固浴中双扩散成形在凝固浴中双扩散成形纺丝速度（纺丝速度（m/min）100300510成形成形成形和缓，纤维结构均匀成形和缓，纤维结构均匀成形较剧烈，易形成孔洞成形较剧烈，易

32、形成孔洞纤维性能纤维性能物理机械及染色新能较好物理机械及染色新能较好一般不如干法纤维一般不如干法纤维溶剂回收溶剂回收简单简单较复杂较复杂劳动条件劳动条件设备密闭性高，溶剂挥发少，劳设备密闭性高，溶剂挥发少，劳动条件好。动条件好。溶剂挥发较多，劳动条件较差。溶剂挥发较多，劳动条件较差。聚丙烯腈纤维干法和湿法纺丝比较聚丙烯腈纤维干法和湿法纺丝比较三种纺丝成形方法的基本特征三种纺丝成形方法的基本特征 纺丝方法纺丝方法熔纺法熔纺法干法干法湿法湿法纺丝液状态纺丝液状态熔体熔体溶液溶液溶液溶液纺丝液浓度纺丝液浓度/%1001835据所选溶剂据所选溶剂1225纺丝液粘度/Pas100100021041022

33、10喷丝头（板）孔数13000010400024160000喷丝孔直径/mm 0.20.80.030.20.070.1凝固介质冷却空气，不回收热空气，回收，再生凝固浴，回收，再生凝固机理冷却溶剂挥发脱溶剂（或伴有化学反应）卷取速度/(m/min)10007000100150018380后处理后处理 干法成形的腈纶，因成形条件较缓和，纤干法成形的腈纶，因成形条件较缓和，纤维结构较致密，所以丝束的后处理工艺较湿法维结构较致密，所以丝束的后处理工艺较湿法简单。简单。n水洗水洗热的无离子水与丝束逆向流动，洗涤后含热的无离子水与丝束逆向流动，洗涤后含有溶剂的洗涤水溢流而出，导入回收车间回收有溶剂的洗涤水

34、溢流而出，导入回收车间回收溶剂。丝束经洗涤后基本不含溶剂。溶剂。丝束经洗涤后基本不含溶剂。n拉伸拉伸一般在水洗拉伸机中完成，丝束在水洗一般在水洗拉伸机中完成，丝束在水洗拉伸机中既洗去纤维中的溶剂，又进行拉伸，拉伸机中既洗去纤维中的溶剂，又进行拉伸，一般拉伸倍数为一般拉伸倍数为4.5左右。适宜的拉伸左右。适宜的拉伸温度与丝条中的溶剂含量有关，丝条中的溶剂温度与丝条中的溶剂含量有关，丝条中的溶剂相当于增塑剂。因此，溶剂含量越高，拉伸温相当于增塑剂。因此，溶剂含量越高，拉伸温度越低。如未拉伸纤维中溶剂含量度越低。如未拉伸纤维中溶剂含量3（8），），拉伸温度在拉伸温度在140 （120 ）；）；n上油

35、上油减少在纤维卷曲和丝束输送中摩擦磨损，减少在纤维卷曲和丝束输送中摩擦磨损，并增加纤维在卷曲和整理时的抱合力。并增加纤维在卷曲和整理时的抱合力。n卷曲卷曲一般经蒸汽箱后进入卷曲机。一般经蒸汽箱后进入卷曲机。n热定型热定型提高尺寸稳定性，消除内应力，提高物理提高尺寸稳定性，消除内应力，提高物理机械性能和染色性能。机械性能和染色性能。n切断切断按长度，可切断为棉型或毛型等。按长度，可切断为棉型或毛型等。n干燥干燥短纤维干燥是丝束经上油，切断后进入干短纤维干燥是丝束经上油，切断后进入干燥机；丝束状干燥则是丝束直接进入干燥机，燥机；丝束状干燥则是丝束直接进入干燥机，干燥后的丝束再牵切加工，或经上油、切

36、断后干燥后的丝束再牵切加工，或经上油、切断后打包。打包。第三节第三节 聚丙烯腈纤维的特殊加工聚丙烯腈纤维的特殊加工一、直接制条（牵切纺）一、直接制条（牵切纺）直接成条直接成条为了缩短纺丝工艺、提高劳动生产率，可将长丝为了缩短纺丝工艺、提高劳动生产率，可将长丝束经适当的加工，使其既切断又不乱而且直接成条的束经适当的加工，使其既切断又不乱而且直接成条的方法。目前切断法和拉断法是生产中最常用的两种直方法。目前切断法和拉断法是生产中最常用的两种直接成条方法。接成条方法。切断法切断法将片状丝束经专用切丝辊切断成一定将片状丝束经专用切丝辊切断成一定长度的纤维片。其切断点排成对角线，长度的纤维片。其切断点排

37、成对角线，然后通过拉伸使切断点由平面排布变为然后通过拉伸使切断点由平面排布变为相互交错的状态，从而制成条子。相互交错的状态，从而制成条子。拉断法拉断法聚丙烯腈纤维具有聚丙烯腈纤维具有热塑性热塑性，在高温下可以进行高，在高温下可以进行高倍拉伸。倍拉伸。膨体纱膨体纱利用聚丙烯腈纤维的热可塑性，可制成膨体纱，利用聚丙烯腈纤维的热可塑性，可制成膨体纱，例如将经湿热处理而回缩过的纤维条子与未经湿热处例如将经湿热处理而回缩过的纤维条子与未经湿热处理的条子按一定比例混纺成细纱，并进行一次湿热处理的条子按一定比例混纺成细纱，并进行一次湿热处理。这时细纱中未回缩过的纤维就发生回缩，成为细理。这时细纱中未回缩过的

38、纤维就发生回缩，成为细纱的中心；而已回缩过的纤维就不再回缩，被推向细纱的中心；而已回缩过的纤维就不再回缩，被推向细纱外部，并形成小圆圈状的卷曲，浮在细纱表面，这纱外部，并形成小圆圈状的卷曲，浮在细纱表面，这样就成为膨体纱。样就成为膨体纱。第七节第七节 改性和新型聚丙烯腈纤维改性和新型聚丙烯腈纤维一、抗静电聚丙烯腈纤维一、抗静电聚丙烯腈纤维制取抗静电腈纶，常采用如下措施：制取抗静电腈纶，常采用如下措施： 把亲水性化合物通过共聚引入聚合体，制成高吸湿把亲水性化合物通过共聚引入聚合体，制成高吸湿纤维；纤维； 把聚丙烯腈大分子中的氰基部分水解成把聚丙烯腈大分子中的氰基部分水解成羧基羧基； 在纺丝原液中

39、混入少量在纺丝原液中混入少量碳黑或金属氧化物碳黑或金属氧化物等导电性等导电性物质或在后整理时使纤维表面涂覆金属物质，降低纤物质或在后整理时使纤维表面涂覆金属物质，降低纤维的电阻率。维的电阻率。 在纤维的后加工中，纤维经在纤维的后加工中，纤维经抗静电剂抗静电剂溶液处理后，溶液处理后，能在纤维表面涂覆上一层抗静电剂，具有暂时性的抗能在纤维表面涂覆上一层抗静电剂，具有暂时性的抗静电性能。静电性能。 目前，抗静电腈纶可用于学生服装，夜礼目前，抗静电腈纶可用于学生服装，夜礼服，抗静电工作服，无尘工作服，无绒毛、无服，抗静电工作服，无尘工作服，无绒毛、无菌工作服，炼油及石化部门用的防爆型特殊工菌工作服，炼

40、油及石化部门用的防爆型特殊工作服，以及地毯、被单、复印带等。作服，以及地毯、被单、复印带等。二、高吸湿吸水聚丙烯腈纤维二、高吸湿吸水聚丙烯腈纤维改善腈纶的吸湿、吸水性的方法主要有：改善腈纶的吸湿、吸水性的方法主要有：使共聚体大分子含亲水基团；使共聚体大分子含亲水基团；与亲水化合物接枝或共聚；与亲水化合物接枝或共聚；与亲水性聚合体进行共混纺丝；与亲水性聚合体进行共混纺丝；与亲水性聚合体进行复合纺丝；与亲水性聚合体进行复合纺丝；使纤维表面含有亲水层；使纤维表面含有亲水层；使纤维截面粗糙和异形化；使纤维截面粗糙和异形化；使芯层呈泡沫微孔状，并有微导管通向皮层；使芯层呈泡沫微孔状，并有微导管通向皮层；

41、使纤维超细化；如纤度为使纤维超细化；如纤度为0.45dtex的腈纶短纤维，其的腈纶短纤维，其保水性为普通腈纶的两倍多。保水性为普通腈纶的两倍多。高吸湿腈纶改变了普通腈纶不适于制作春秋服装高吸湿腈纶改变了普通腈纶不适于制作春秋服装的状况，可制作四季服装，内衣，运动衫，儿童服装的状况，可制作四季服装，内衣，运动衫，儿童服装，睡衣，毛巾，浴巾，尿布及床上用品等。，睡衣，毛巾，浴巾，尿布及床上用品等。三、阻燃聚丙烯腈纤维三、阻燃聚丙烯腈纤维为增加聚丙烯腈纤维的阻燃性，通常可采用如下为增加聚丙烯腈纤维的阻燃性，通常可采用如下三种方法：三种方法：应用含氯、溴或磷化合物等阻燃性单体，如氯乙烯、应用含氯、溴或

42、磷化合物等阻燃性单体，如氯乙烯、偏二氯乙烯、溴乙烯以及带乙烯基的磷酸酯作第二单偏二氯乙烯、溴乙烯以及带乙烯基的磷酸酯作第二单体，通过与丙烯腈共聚，制得阻燃腈纶。体，通过与丙烯腈共聚，制得阻燃腈纶。 将聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯等阻燃性聚合物与将聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯等阻燃性聚合物与聚丙烯腈原液共混纺丝。聚丙烯腈原液共混纺丝。纤维在后处理时用阻燃剂作表面整理。但此法纤维在后处理时用阻燃剂作表面整理。但此法所得纤维的阻燃性不持久，经多次洗涤后即失所得纤维的阻燃性不持久，经多次洗涤后即失去阻燃性。去阻燃性。四、抗起球聚丙烯腈纤维四、抗起球聚丙烯腈纤维为降低腈纶的起球性，通常采用如下措施：为降低腈纶的起球性，通常采用如下措施：提高聚合物中的丙烯腈（提高聚合物中的丙烯腈（92以上）含量，以上）含量，降低第二组分（降低第二组分（0.1.5）的含量，提高）的含量，提高纤维的刚性和脆性，使织物中纤维末端不易缠纤维的刚性和脆性，使织物中纤维末端不易缠绕成结。绕成结。降低降低PAN的重均相对分子质量至的重均相对分子质量至4000050000，并适当加宽相对分子质量分布，从而，并适当加宽相对分子质量分布，从而降低纤维的断裂延伸度，即使织物起球也易于降低纤维的断