聚丙烯腈纤维

第三章聚丙烯腈纤维第三章聚丙烯腈纤维第三章聚丙烯腈纤维〔acrylicfibers〕85％以上的线型聚合物所纺制的纤维。我国聚丙烯腈纤维的商品名称为腈纶。2030年月德国Hoechst化学公司和美国DuPont公司就已着手聚丙烯腈纤维的生1950年，聚丙烯腈纤维才正式投入大生产。最早的聚丙烯腈纤维由纯聚丙烯腈〔PAN〕制成，因染色困难，且弹性差，故仅作为工业用纤维。后来开发出丙烯腈与烯基化合物组成的二元或三元共聚物，改善了聚合体的可纺性和纤维的染色性。第三章聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维原丝第三章聚丙烯腈纤维第一节聚丙烯腈纤维原料一、丙烯腈的合成与性质丙烯腈是合成聚丙烯腈的单体。目前，丙烯氨氧化法是丙烯腈合成中最主要的生产方Sochio法最为重要，此法使丙烯在氨、空气与水的存在450℃、150kPa下反响，反响式如下：第三章聚丙烯腈纤维二、丙烯腈的聚合实际生产中丙烯腈多承受溶液聚合。依据所用溶剂的不同，可分为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，故称为腈纶生产一步法。溶剂典型为NaSCN，引发剂为偶氮类。50％～75％。非均相溶液聚合所得聚合物不断呈絮状沉淀析出，经分别后需要适宜的溶剂再溶解，才可以溶液纺丝。溶剂典型为水，承受氧化复原体系作为引发剂。70～80％。第三章聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维大多是以丙烯腈为主的三元共聚物制得，其中丙烯腈占88％～95％，其次4％～100.3％～2％。第三章聚丙烯腈纤维其次单体的作用是降低PAN的结晶性，增加纤维的松软性，提高纤维的机械强度、弹性和手感。其多为非离子型单体，如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等。第三章聚丙烯腈纤维第三单体是引入肯定数量的亲染料基团，以增加纤维对染料的亲和力。其为离子型单体，可分为两类：一类是对阳离子染料有亲和作用，含有羧基或磺酸基的单体，如丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠等；另一类是对酸性染料有亲和作用，含有氨基、酰胺基、吡啶基等的单体，如乙烯吡啶等。第三章聚丙烯腈纤维〔一〕聚丙烯腈的构造通过光谱分析争论证明，聚丙烯腈大分子链中丙烯腈单元的连接方式主要是首尾连接。聚丙烯腈主链并不是平面锯齿形分布，而是螺旋状的空间立体构象，螺旋体直径为0.6nm。第三章聚丙烯腈纤维〔二〕聚丙烯腈的性质物理性质聚丙烯腈为白色粉末状物质，其密度为1.14～1.15g/cm3，加热至220～230℃时软化，并同时发生分解。玻璃化温度聚丙烯腈具有三种不同的聚拢状态，即非晶相的低序态、非晶相中序态及准晶相高序态。因此对应两个玻璃化温度和一个熔点。玻璃化温度分别为80～100℃、140～150℃。由Tg1和Tg275～100℃。化学性质聚丙烯腈的化学稳定性较聚氯乙烯低得多，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，进一步可以水解成NH。3聚丙烯腈的热性质加热到170～180℃时不应有颜色变化，在250～300℃就发生热分解，主要分解出氰化氢及氨。第三章聚丙烯腈纤维其次节聚丙烯腈纺丝原液的制备一步法制得的纺丝原液含有未反响的单体、气泡和少量的机械杂质，必需加以去除。水相沉淀聚合所得的聚丙烯腈是细小的固体颗粒，必需将其溶解在有机溶剂中。第三章聚丙烯腈纤维一、一步法纺丝原液的制备如下图，完成聚合、脱单后送来的原液进入混合槽使原液充分混合。后用齿轮泵送以稳定压力送往纺丝机。第三章聚丙烯腈纤维第三章聚丙烯腈纤维二、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，并经过混合脱泡过滤等工序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，溶剂化的阳离子和阴离子可以独立存在。但溶液浓度到达相当高时，无机盐可以完全转变成溶剂化分子。第三章聚丙烯腈纤维第三章聚丙烯腈纤维第三节聚丙烯腈纤维的湿法成型280～300℃下分解，故一般不能承受熔融纺27085％。一、工艺流程NaSCN为溶剂时，一般承受丙烯腈在NaSCN溶液中聚合，并直接用聚合液进展纺丝。该法的优点是工艺过程简洁、聚合速度快，NaSCN不易挥发、溶剂消耗较少。纺丝原液〔PAN12％～14％，NaSCN44％〕经计量泵，再经喷丝头〔孔径0.06mm，20230～60000孔〕9％～14％的NaSCN的水溶液，浴温105～10m/min1.5倍。后水洗、二次拉伸、上油、枯燥、热定形及切断打包。二、腈纶湿法纺丝机我国腈纶生产所用纺丝机主要为斜底水平式纺丝机，又称卧式纺丝机。凝固浴从装有NaSCN不断集中入凝固浴。第三章聚丙烯腈纤维三、腈纶湿法纺丝的工艺掌握〔一〕原液中高聚物的浓度冻胶化：原液中高聚物浓度越高，大分子链间的接触几率越高。当参加凝固剂时，由于局部链段的脱溶剂化作用，将形成很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而急剧上升，最终完全失去流淌性，成了一个连续的立体网络，并转变为一种松软而富有弹性的固体，这种固体称为冻胶。第三章聚丙烯腈纤维当其他条件不变而增加纺丝原液中聚合物的浓度，则可使初生纤维的密度增大，纤维中孔洞数目削减，构造均一性提高，纤维的机械性能提高。但原液的浓度不能太高。当浓流淌性不良口此外。第三章聚丙烯腈纤维〔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，水是凝固剂。凝固浴中溶剂的含量对初生纤维的构造、后加工上艺以及成品纤维的强度、延长度、钩接强度、耐磨性以及手感和染色性等都有明显的影响。DMF的水溶液为凝固浴时，因凝固力量较高，故浴中溶剂含量应较高，借以抑制高聚物的凝固速度，以获得构造较为致密的初生纤维。以无机物(如NaSCN)的水溶液为凝而浴时，因凝固力量较差，故浴中的溶剂含量较低。第三章聚丙烯腈纤维〔三〕凝固浴的温度凝固浴的温度直接影响浴中凝固剂和溶剂的集中速度，从而影响成型过程。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，必需严格掌握。第三章聚丙烯腈纤维〔四〕凝固浴循环量在纤维成形过程中，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渐渐增浓，同时由于原液温度和室温都比凝而浴温度高，所以浴温也会有所上升。而凝固浴的浓度和温度又直接影响纤维的品质，因此必需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维的质量。Q的计算：第三章聚丙烯腈纤维〔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，通常用v2表示。提高卷绕速度，就能提高纺丝机的生产力量。但是卷绕速度受丝束的凝固程度和凝固浴动力学阻力的限制。提高卷绕速度必定降低丝束在浴中的停留时间，为到达工艺规定的凝固程度，必需提高凝固浴的凝固力量，但过快的固化速度必定影响成品纤维的质量及其均匀性。卷绕速度提高后，凝固浴对丝束的动力学阻力也提高，简洁使刚成型的丝条发生毛丝或断裂，上述因素都必需综合考虑。第三章聚丙烯腈纤维第四节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1944年开发成功。直到目前，腈纶的干法纺DMF为溶剂。但DMF致癌，其干法纺丝产量较少。第三章聚丙烯腈纤维第三章聚丙烯腈纤维第五节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富含溶液的冻胶，后处理工艺较为简单；而干法成型的腈纶，因成型条件缓和，纤维构造致密，后处理工艺简洁。一、湿法成型聚丙烯腈纤维的后加工后加工主要包括拉伸、水洗、枯燥致密化、卷曲、热定形、上油及枯燥打包等工序。拉伸湿法成型聚丙烯腈纤维的拉伸一般分两步完成，即预热浴拉伸及沸水或蒸气拉伸。如直接蒸气拉伸，纤维泛白、机械性能差。第三章聚丙烯腈纤维枯燥致密化目的：由于在凝固浴成型过程中溶剂和沉淀剂之间的相互集中，是纤维中存在大小不等的空洞及裂隙构造，造成纤维的透光率低、机械性能差等。因此，必需通过枯燥去除纤维中的水分，使纤维中的微孔闭合。机理：在适当温度下进展枯燥，由于水分渐渐蒸发并从微孔中移出，在微孔中产生肯定的负压。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，最终到达微孔的融合。第三章聚丙烯腈纤维热定型目的：经枯燥致密化后，纤维的构造均匀性和形态稳定性还较差，其主要表现在沸水收缩率高等。第三章聚丙烯腈纤维热定型工艺的传热介质主要有：热板空气水浴饱和蒸气过热蒸气试验说明承受加压饱和蒸气热定型效果最好。缘由：加压饱和蒸气供给了充分的热量；另一方面饱和蒸气中的水分起到增塑作用，使纤维溶胀，Tg下降，有利于定型效果的提高。第三章聚丙烯腈纤维二、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水洗、拉伸、卷曲及枯燥上油。第三章聚丙烯腈纤维三、聚丙烯腈纤维的特别加工〔一〕直接制条而纺织加工又需将杂乱无章的短纤维进展开松梳理，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机械加工方法，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。:切断法和拉断法。第三章聚丙烯腈纤维〔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，经过吹风冷却，能临时维持拉伸状态，但再经湿热处理时，还会重回到拉伸以前的状态，这就是腈纶的热弹性。64份未经湿热处理(即未回缩过)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发生回缩，成为细纱的中心;而已回缩过的纤维不再回缩，被推向细纱外部，并形成小圆圈状卷曲，浮在细纱外表，这样就成为膨体纱。第三章聚丙烯腈纤维第六节聚丙烯腈纤维的性能和用途一、聚丙烯腈纤维的性能防霉。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，不具有这种热弹性，即高弹形变。第三章聚丙烯腈纤维第三章聚丙烯腈纤维二、聚丙烯腈的用途腈纶具有