腈纶概述-整理.pptx

1、,腈纶概述 材料化学毕业实习,内容,纤维分类 腈纶的历史和发展 腈纶生产工艺 腈纶发展展望,纤维： 是天然或人工合成的细丝状物质。 具有足够的细度（小于100微米）和足够的长径比（大于500微米乃至无限大）并且显示一定的力学特性者。,一、基本概念,纺织纤维则是指用来纺织布的纤维。 纺织纤维特点：纺织纤维具有一定的长度、细度、弹性、强度等良好物理性能，还具有较好的化学稳定性。例如：棉花、毛、丝、麻等天然纤维是理想的纺织纤维。 合成纤维（synthetic fiber） ：用石油、天然气、煤、及农副产品为原料，经一系列的化学反应，合成高分子化合物，再经过加工而制得的纤维。 如PET，PA66，PA

2、N， PP,第一节概 述,棉纤维,毛 纤 维,天然纤维,第一节 天然纤维,棉纤维,第一节 天然纤维,第一节 天然纤维,苎麻是中国特有的以纺织为主要用途的农作物，是我国国宝，我国的苎麻产量约占全世界苎麻产量的90%以上，在国际上称为“中国草”。,第一节 天然纤维,毛 纤 维,以羊毛纤维为主，主要成分是蛋白质。 纺织用的羊毛是从绵羊身上剪下的，按纤维细度、长度分级。 羊毛一般呈圆柱形，从根部到顶梢逐渐变细，具有螺旋卷曲。好羊毛多数呈白色或奶油色。,第一节 天然纤维,毛 纤 维,性 能 羊毛比棉轻，强度比棉低，但弹性好，即在小变形之后能恢复到原来形状，故其织物挺括或不易折皱。羊毛的湿强低于干强，耐酸

3、不耐碱，受碱破坏后强力下降而颜色发黄。,第一节 天然纤维,毛 纤 维,第一节 天然纤维,我国早在南宋，就有记载，周去非的岭外代答一书记述，广西某县枫树上有“食叶之虫”称做“丝虫”，它的外形“似蚕而呈赤黑色”，每当五月（农历）间“虫腹如蚕之熟”，当地人就捉回用醋浸渍，然后剖开虫腹取出丝素，在醋中牵引成丝，一虫可得丝长6-7尺，这种从野蚕身上抽丝的方法，堪称是人类人工制丝技术最早的事实。,第一节 天然纤维,桑蚕结茧：1.桑蚕；2.吐丝；3、4.成茧；5.桑蚕茧剖面,第一节 天然纤维,第二节 人造纤维,第二节 人造纤维,第二节 人造纤维,第二节 人造纤维,第二节 人造纤维,第三节 人造纤维,第三节

4、人造纤维,第三节 人造纤维,第二节 人造纤维,第三节 合成纤维,第三节合成纤维,第三节合成纤维,第三节合成纤维,过高不易加工，过低者性能不好。,主要成纤高聚物的相对分子质量,第三节合成纤维,分子间次价力越大，纤维的强度越高。,第三节合成纤维,将高聚物溶解或熔融成溶液或熔体，再经纺丝、凝固或冷却形成纤维。,合成纤维,聚酰胺6纤维（锦纶或尼龙6）， 聚丙烯腈纤维（腈纶）， 聚酯纤维（涤纶）， 聚丙烯纤维（丙纶）， 聚乙烯醇缩甲醛纤维（维纶） 特种纤维（包括用四氟乙烯聚合制成的耐腐蚀纤维，耐200以上温度的耐高温纤维，强度大于10克/旦、模量大于200克/旦的高强度、高模量纤维，以及难燃纤维、弹性体

5、纤维、功能纤维等）,合成纤维品质指标,物理机械性能：纤度、比重、吸湿性、热性能、电性能、断裂强度、初始模量、回弹性 稳定性能：对气候的稳定、化学试剂和微生物的稳定性能 加工性能：纺织加工性能和染色性 实用性能：保形性、耐洗涤性能、吸汗性、透气性,锦 纶,锦纶是中国的商品名称，它的学名叫聚酰胺纤维；有锦纶66，锦纶1010，锦纶6等不同品种。 锦纶在国外的商品名又称“尼龙”，“耐纶”，“卡普纶”，“阿米纶”等。 锦纶是世界上最早的合成纤维品种，由于性能优良，原料资源丰富，因此一直是合成纤维产量最高的品种。,耐磨、强度高、强度及耐磨性居所有纤维之首。 比重大、不怕虫蛀。 保形性差，易起皱变形，产生

6、静电，易起毛结球。 常用来制作运动服、形体衫、弹力袜等。,涤 纶,涤纶涤纶的学名叫聚对苯二甲酸乙二酯，简称聚酯纤维。涤纶是中国的商品名称，国外有称“大可纶”，“特利纶”，“帝特纶”等。 弹性比任何纤维都强；强度和耐磨性较好，比其它纤维高出34倍，而且挺括、不易变形，有“免烫”的美称；涤纶的耐热性也是较强的；具有较好的化学稳定性，在正常温度下，都不会与弱酸、弱碱、氧化剂发生作用。,吸湿性极差，由它纺织的面料穿在身上发闷、不透气。另外，由于纤维表面光滑，纤维之间的抱合力差，经常摩擦之处易起毛、结球。涤纶常与棉、毛混纺，以弥补其不足。,丙纶是聚丙烯纤维，是最轻的纤维，密度是棉花的3/5，能浮在水面上

7、。它的吸水性小，耐磨性好，做成的衣服不走样，可用来制成各种针织物、衣料、人造毛皮。还可以用来制作蚊帐布、地毯、帆布、尿不湿等，医学上丙纶可以代替棉纱布，做卫生用品。 另外，丙纶耐酸、耐碱、弹性较好，有优良的电绝缘性和机械性能，工业上大量用来制造绳索、包装材料、渔网、降落伞等。 缺点：耐光、耐热性差，因此不宜在烈日下暴晒，洗涤时也不能在开水中浸泡。丙纶的另一缺点是染色困难。,吊带,拔河绳,汽车脚垫,丙纶,无纺布,氯纶的化学名称是聚氯乙烯纤维，是将聚氯乙烯溶于丙酮和苯的混合剂或纯丙酮溶剂中，纺丝成形的。 它的化学稳定性好，耐强酸强碱，遇火不燃烧，因此常被用来作为化工厂的滤布、工作服、安全帐幕，以及

8、民用的窗帘、地毯、家具上的覆盖材料等。氯纶的保暖性很好，比棉花高50%，比羊毛高10%20%，用它的短纤维做成的絮棉很受欢迎。氯纶还有一种奇妙的特性，它的带静电作用很强，再加上它良好的保暖性，所以贴身穿氯纶织物，对于患有风湿性关节炎的人有一定的疗效。 氯纶的缺点是耐热性差，沸水收缩率大，染色也较困难。,40%氯纶,防火,滤布,腈氯纶,氨 纶,学名为聚氨酯弹性纤维，国外又称“莱克拉”，“斯潘齐尔”等。它是一种具有特别的弹性性能的化学纤维，目前已工业化生产，并成为发展最快的一种弹性纤维。 弹性优异。而强度比乳胶丝高23倍，线密度也更细，并且更耐化学降解。氨纶的耐酸碱性、耐汗、耐海水性、耐干洗性、耐

9、磨性均较好。 不单独使用，而是少量地掺入织物中，如与其它纤维合股或制成包芯纱，用于织制弹力织物。,维 纶,学名为聚乙烯醇缩甲醛纤维。国外又称“维尼纶”，“维纳尔”等。 维纶洁白如雪，柔软似棉，因而常被用作天然棉花的代用品，人称“合成棉花”。维纶的吸湿性能是合成纤维中吸湿性能最好的。另外，维纶的耐磨性、耐光性、耐腐蚀性都较好。,腈纶纤维,性能 用途,通过共聚、混合 纺丝、复合纺丝等 方法可以改进聚丙 烯腈纤维的染色性、 耐热性、蓬松性与 提高回弹性等性能。,由于聚丙烯纤维 具有优良的耐光、 耐气候性，所以除作 衣着及毛毯之外，最 适宜作室外织物， 如帐篷、苫布等。,腈纶纤维,性能 用途,腈纶是聚

10、丙烯腈纤维，素有“合成羊毛”之美称。主要特点: 蓬松、柔软，比羊毛轻，有良好的保暖性，易洗、易干，不怕虫蛀和霉烂，适于编织毛衣、毛料、毛毯，也可加工成人造毛皮等。 腈纶的耐晒性很高，因此适于制作窗帘、幕布、帐蓬、船帆等室外使用的织物。 缺点：腈纶的耐磨性、耐碱性差，所以洗涤时不要用力搓洗，不要用碱性太强的肥皂或洗涤剂。,窗帘,仿羊绒衫,帐蓬,地毯,毛毯,腈纶,腈 纶 发 展,19世纪末，法国化学家C. Moureau 合成聚丙烯腈（PAN) 1942年，德国人H.莱因与美国人G.H.莱瑟姆几乎同时发现了二甲基甲酰胺溶剂，并成功地得到了聚丙烯腈纤维 1950 杜邦公司以长丝工业化生产PAN纤维，

11、奥纶 1954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，提高了实用性，促进了聚丙烯腈纤维的发展。 60-70年代腈纶在世界范围内得到迅速发展。 80年后期，由于受到环境污染影响，部分国家地区己将原有生产设备停产或转卖。 2005 美国Solutia公司退出生产，2006 墨西哥退出生产,我国腈纶生产历史,始于1958 1965 兰州化纤厂引进英国考特尔公司一步法生产技术和设备。 1984 大庆石化引进二步法生产技术，1988年投产 2000年，腈纶生产第一大国。,腈 纶 发 展 格 局,经济一体化大趋势中，腈纶产业出现新的格局 发达国家： 个性化 功能化 环

12、保化 高级化 发展中国家： 中低档常用产品！,腈 纶 制 备 工 艺,丙烯腈的来源与制备 丙烯腈聚合 纺丝 我国锦纶展望,丙烯腈原料生产方法,丙烯腈的合成 丙烯氨氧化法 丙烯腈的聚合 均相溶液聚合 非均相溶液聚合 引发剂：偶氮类、 有机过氧化物、 氧化还原体系 还原剂：二氧化硫脲、氯化亚锡,丙烯氨氧化制备丙烯腈,丙烯、氨、空气和水按其一定量配比进入沸腾床或固定床反应器，在以硅胶作载体的磷钼铋系或锑铁系催化剂作用下，在400-500温度和常压下，生成丙烯腈。 中和塔用稀硫酸除去未反应的氨，吸收塔用水吸收丙烯腈等气体，形成水溶液，使该水溶液经萃取塔分离乙腈，在脱氢氰酸塔除去氢氰酸，经脱水、精馏而得

13、丙烯腈产品，其单程收率可达75%， 副产品有乙腈、氢氰酸和硫酸铵。,氨氧化反应,3=3/2=N519 kJ/mol =/522kJ/mol =941 kJ/mol =351kJ/mol =/268 kJ/mol =/1925 kJ/mol =1067kJ/mol,催化剂体系-Mo系,P-Mo-Bi-O(C-A)催化剂,(PBi9Mo12O52)。Bi的作用是夺取丙烯中的氢,Mo的作用是往丙烯中引入氧或氨。P是助催化剂,提高催化剂选择性的作用。 反应温度较高(460490),丙烯腈收率60%。由于在原料气中需配入大量水蒸气,约为丙烯量的3倍(mol),在反应温度下Mo和Bi因挥发损失严重。 P-

14、Mo-Bi-Fe-Co-Ni-K-O/SiO2,德国Knapsack公司在Mo-Bi中引入Fe后再经改良研制而成的。Bi是催化活性的关键组分,不含Bi的催化剂,丙烯腈的收率很低(6%15%);Fe与Bi适当的配合不仅能增加丙烯腈的收率,而且有降低乙腈生成量的作用;Ni和Co的加入起抑制生成丙烯醛和乙醛的副反应的作用;K改变催化剂表面的酸度,抑制深度氧化，Fe3Co4.5Ni2.5Bi1Mo12P0.5Ke(e=00.3)。,催化剂体系-Sb系,60年代中期用于工业生产,有Sb-U-O、Sb-Sn-O和Sb-Fe-O等。Sb-U-O催化剂活性很好,丙烯转化率和丙烯腈收率较高, 具有放射性,废催化

15、剂处理困难, 已不采用。 Sb-Fe-O催化剂由日本化学公司开发成功。催化剂中Fe/Sb比为11(mol)，XRD表明催化剂的主体是FeSbO4,还有少量的Sb2O4。丙烯腈收率75%,副产乙腈生成量甚少，添加V、Mo、W等可改善该催化剂的耐还原性。,氨氧化工艺,丙烯和氨的配比 丙烯和氧的配比 丙烯和水蒸气的配比 反应温度 反应压力 接触时间,丙烯腈聚合,丙烯腈：分子中含有碳-碳双键 和腈基，化学性质很活泼,第二单体：丙烯酸酯、甲基 丙烯酸酯、醋酸乙烯酯等为，用 量5%10%，可减少 聚丙烯腈分 子间力，消除其脆性，从而可纺 制成具有适当弹性的合成纤维 腈纶纤维。,第三单体：用量很少，一般 低

16、于5%，主要改进腈纶纤维的染色 性能，多是带有酸性基团的乙烯基 单体如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸 、甲叉丁二 酸等；或是带有碱性基 团的乙烯基单体如2-乙烯基吡啶、 2-甲基-5乙烯基吡啶等。,丙烯腈聚合,丙烯腈聚合,聚丙烯腈生产方法,丙烯腈聚合,丙烯腈聚合,丙烯腈聚合,丙烯腈聚合,腈纶纺丝,干法 湿法 干湿法 熔法 冻胶法,聚丙烯腈纺丝,共聚物纺丝,湿法纺丝,干法纺丝,生产长丝,生产短丝,干法纺丝（dry spinning）工艺原理,溶液干法纺丝是历史上最早制备化学纤维的成形方法。 1884年世界上第一根人造丝纤维素硝酸酯纤维就是用干法成形的。 目前世界上干纺的主要产品是 首先以DMF为溶剂生

17、产的聚丙烯腈长纤维； 其次以丙酮为溶剂的醋酯纤维香烟滤嘴丝束。,干法纺丝工艺流程,纺丝液由计量泵输送到喷丝头,经喷丝孔挤出的纺丝细流进入垂直甬道与热气流接触,在热气流中随着溶剂的挥发，丝中聚合物浓度升高，丝条固化，,丝条以一定的速度卷取，使丝条拉伸细化而形成初生纤维,干法纺丝,湿法纺丝（wet spinning)工艺原理,定义：湿法纺丝将高聚物在溶剂中配成纺丝原液（成纤聚合物的浓溶液）后，然后把原液经过滤、脱泡，通过计量泵从喷丝头挤出，在凝固浴的作用下，粘液细流内的溶剂扩散以及凝固剂向粘液细流中渗透，经过适当的喷丝头拉伸形成初生纤维的方法。 腈纶、维纶、粘胶纤维、氨纶、氯纶和芳纶采用湿法纺丝。

18、,71,72,湿法纺丝工艺流程,湿法纺丝要求事先把聚合物制成纺丝原液（成纤聚合物的浓溶液），然后使原液过滤、脱泡，并经计量泵精确计量后进入浸泡在凝固浴中的喷丝头。由喷丝孔挤出的原液细流与凝固浴之间进行质量交换，交换的结果使原液细流的低分子组分的组成发生变化，导致聚合物析出成为溶剂含量较高的凝胶。在进一步脱溶剂化的同时，发生了凝胶的脱水收缩并转变成流动性很差的初生纤维。,73,纺丝包括的工序是： (1)制备纺丝原液； (2)将原液从喷丝孔压出形成细流； (3)原液细流凝固成初生纤维； (4)初生纤维卷装或直接进行后处理。,74,特点：湿法纺丝的纺丝速度较低，一般为50100m/min，而喷丝板的

19、孔数较熔体纺丝多，一般达40002000孔。湿法纺丝得到纤维截面大多呈非圆形，且有较明显的皮芯结构，这主要是由凝固液的固化作用而造成的。 湿法纺丝的缺点是工艺流程复杂，投资大、纺丝速度低，生产成本较高。一般在短纤维生产时，可采用多孔喷丝头或级装喷丝孔来提高生产能力，从而弥补纺丝速度低的缺陷。,75,异形截面纤维,经一定几何形状（非圆型）的喷丝孔纺制的具有特殊横截面形状的化学纤维。也称“异形截面纤维”。 合成纤维制成截面畸形的纤维。像天然纤维那样，使它们呈现三角形、星形、多叶形等，也可以是异形中空纤维，或者是复合异形纤维。,异形截面合成纤维,蚕丝的闪光来源于它的断面呈三角形。在光的照射下，由于折

20、光率不一样，折射出来的光线炫目多彩。 仿生学的成果：闪色围巾、闪光人造狐毛皮、可以乱真的人造貂皮、银枪大衣呢，归因于异形纤维。 五星形、豆形截面的涤纶异形纤维混纺成织物，由于间隙多，可使织物具有良好的透气性，可提高10%20%。 异形纤维中的“T”、“Y”型截面纤维，由于其表面积大，可用作空气净化材料。,异形纱图片,扁平纱,异形纱图片,“+”字纱,异形纱图片,三孔中空纱,异形纱图片,四孔中空纱,异形纱图片,“米”字纱,异形纱图片,中空纱,异形截面纤维特点,光学效应好，特别是三角形纤维，具有小棱镜般的分光作用，能使自然光分光后再度组合，给人以特殊的感觉。 表面积大，能增强覆盖能力，减小织物的透明

21、度。还能改善圆环纤维易起球的不足。 因截面呈特殊形状，能增强纤维间的抱合力，改善纤维的蓬松性和透气性。 抗抽丝性能优于圆形纤维。,常用的物性指标-线密度（纤度）,在法定计量单位中，表示纤维粗细程度的两的名称为“线密度”，在我国化学纤维工业中，旧称“纤度”。 线密度的单位名称为特，符号为tex，其1/10称分特，符号记为dtex。 10000m长纤维质量的克数即为该纤维的分特数。 旦尼尔（Denien简称旦）和公制支数（简称公支）为非法定计量单位，以后不单独使用。 特数=1000/公制支数 特数0.11*旦尼尔数,常用相对强度表示化学纤维的断裂强度。即纤维在连续增加负荷的作用下，直至断裂所能承受

22、的最大负荷与纤维的线密度之比。单位为厘牛/分特（CN/dtex）。 断裂强度是反映纤维质量的一项重要指标，断裂强度高，纤维在加工过程中不易断头，绕辊，纱线和织物的牢度高，但断裂强度太高，纤维刚性增加，手感变硬。,常用的物性指标-断裂强度,纤维的断裂伸长率一般用断裂时的相对伸长率，即纤维在伸长至断裂时的长度比原来长度增加的百分数表示： Y=（L-L0）/L0*100% L0纤维原长；L纤维伸长至断裂时的强度。 断裂伸长率是一种反映纤维韧性的指标。对于衣着用长丝，伸长率愈大，手感愈柔软，后加工中毛丝、断头较少；但过大时，织物易变形。对于工业用长丝，伸长率愈小，其最终产品不易变形。,常用的物性指标-

23、断裂伸长,条干不匀率是一种表示长丝条干均匀度的指标，用CV值（变异系数）或U(Uster%)表示。这项指标对预取向丝和拉伸丝尤为重要。 长丝条干不匀，在加工过程中容易产生毛丝和染色不匀。,常用的物性指标-条干不匀率,运行中的卷绕头,POY生产现场,1、显微镜法：利用显微镜配合切片方法观察纤维的纵向外观和横截面形状来鉴别纤维,补充、合成纤维的鉴别,2、燃烧法：根据不同纤维的燃烧特性来鉴别纤维,掌握好：烟、焰、味、灰,3、着色法：根据不同纤维在着色剂中着色后颜色的不同来鉴别纤维,配置A、B两种试剂 A：3g KI（60mL水）+1g I2 （40mL水），放置几分钟，滤去溶液中过剩的I2 ； B：两份甘油，先加入一份水，再加入三份硫酸； 鉴别过程：A 2份+B 1份充分混合，把待测纤维放入，1min后取出用清水洗净，观察纤维的颜色。,4、溶解法：根据不同纤维在不同化学试剂中溶解性能的不同来鉴别纤维,重点：合成纤维的种类 和鉴别方