第5章聚丙烯腈纤维的生产及质量控制.ppt

第五章第五章 聚丙烯腈纤维生产及质量控制聚丙烯腈纤维生产及质量控制腈纶：聚丙烯腈纤维、PAN纤维或PAC纤维 丙烯腈和第二、第三单体的共聚物（comonomer）纺制的合成纤维；常规聚丙烯腈纤维中AN含量在85%以上；改性聚丙烯腈纤维（modacrylic fiber）中 AN含量为35%85%；腈纶短纤维腈纶短纤维腈纶毛条腈纶毛条腈纶丝束腈纶丝束第一节 概述聚合（原液制备）方法 纺丝方法 溶剂主要生产厂商水相沉淀聚合（二步法）干纺 DMF DuPont（美），Bayer（德）丙酮 TennesseEastman（美）湿纺 NaSCN Cytec（美），Exlan（日）HNO3 旭化成（日）DMF Hoechst（德），PhonePoulenc（法）DMA Monsanto（美），三菱人造丝（日）丙酮 钟渊化学工业（日）EC Savinesti（罗）溶液聚合（一步法）湿纺 NaSCN Courtaulds（英）ZnCl2 DowChemical（美），东邦贝丝纶（日）DMF 钟纺（日）DMSO 东丽（日）l腈纶生产工艺路线l聚丙烯腈纤维生产工艺路线比较：一步法与二步法：一一步法是指PAN的合成采用溶液聚合，聚合物不经分离，直接配成纺丝原液去纺丝；二步法又称为水相沉淀聚合路线。PAN的合成采用水相沉 淀聚合，聚合物经分离后重新溶解，即聚合物的制备及原 液配制两步完成；干法纺丝与湿法纺丝：腈纶的成形借助于蒸发除去挤出细流中的溶剂，称为 干法纺丝；借助于挤出细流中的溶剂与凝固浴中溶剂的双向扩散，称为湿法纺丝；有机溶剂与无机溶剂：l聚丙烯腈纤维的用途 主要用于针织品、装饰纺织品市场、室外纺织品 第二节第二节 聚丙烯腈纤维生产用原料聚丙烯腈纤维生产用原料 l 丙烯腈 室温常压下，丙烯腈是具有特殊杏仁气味，无色易流动液体；可发生加成反应、氧化反应、聚合反应；CH2=CH-CH2+NH3+3/2O2 CH2=CH-CN+3H2O l第二单体 降低丙烯腈分子间引力和抵消CN基的作用，降低PAN的结晶性，改善聚丙烯腈的可溶性、弹性、手感、热塑性，提高染料向纤维内部的扩散速度，在一定程度上改善纤维的染色性（丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等）；它在纤维中的含量为4%10%左右）l第三单体 引入亲染料基团，增加纤维对染料的亲和力；（甲基丙烯磺酸钠，丙烯磺酸钠、亚甲基丁二酸）；它在纤维中的含量为0.3%2%左右。l溶剂有机溶剂：占63%，DMF、DMA、EC、丙酮、DMSO。腈纶结构致密，截面非圆 形，光泽和谐；无机溶剂：约占37%，NaSCN、HNO3、ZnCl2。腈纶蓬松性好，截面圆形，光泽较 亮，强度较高；l引发剂：偶氮二异丁腈 l浅色剂：二氧化硫脲l分子量调节剂：异丙醇（IPA）l萃取剂：异丙醚（IPE）l碳酸钡：用BaCO3即可除去SO42 l草酸钾钛：降低溶剂色度，防止铁质进入聚合体 l油剂、抗静电剂：油剂（司配60、吐温60）；抗静电剂如甲基（三羟乙基）甲基硫酸季铵盐；l其他：钛白粉、荧光增白剂、硫酸、醋酸、盐酸、离子交换树脂等原料。第三节第三节 聚丙烯腈的合成聚丙烯腈的合成 一、均相溶液聚合一、均相溶液聚合 均相溶液聚合所得的聚合液可直接用于纺丝，又称腈纶生产的一步法。省去分离聚合物的沉淀、过滤和烘干；但对原料的纯度要求较高，对原液的质量控制和检测难度较大。（一）聚合工艺流程（一）聚合工艺流程 硫氰酸钠水溶液为溶剂的均相溶液聚合流程图硫氰酸钠水溶液为溶剂的均相溶液聚合流程图 1调配桶调配桶 2漩流液封加料斗漩流液封加料斗 3混合桶混合桶 4聚合釡聚合釡 5热交换器热交换器 6第一脱单体塔第一脱单体塔 7加热器加热器 8第二脱单体塔第二脱单体塔 9喷淋冷凝器喷淋冷凝器 10喷淋液冷却器喷淋液冷却器 11、12、13螺杆泵螺杆泵聚合反应器聚合反应器（二）聚合工艺控制二）聚合工艺控制l引发剂浓度引发剂浓度 引发剂自由基活化中心聚合反应速度 反应转化率 碰撞大分子链重合、歧化、转移终止聚合物分子量 大分子端基的引发剂残剩基分子结构规律性 偶氮引发剂 聚合物色泽加深纤维白度 工业：引发剂用量为总单体重量的0.2%0.8%。l 总单体浓度总单体浓度 总单体浓度聚合反应速度、聚合物平均分子量l 聚合温度聚合温度温度能量引发剂分解活化中心聚合反应速度 反应转化率 碰撞大分子链重合、歧化、转移终止分子量 工业：反应温度7682l介质介质pHpH值值 pH值50.3，才能保证黏度变化少，聚合转化率变化也不大；l单体中所含有的有机杂质单体中所含有的有机杂质 有机杂质（氢氰酸、丙烯醛、乙醛、丙酮、乙腈和噁唑、丙腈）反应速度 l硫氰酸钠中含有的杂质硫氰酸钠中含有的杂质 甲酸钠（SF）聚合浆液黏度 纺丝困难 Na2S2O3 纤维泛黄 l各种无机盐杂质各种无机盐杂质Fe3+或Fe2+：Fe3+对反应有阻聚作用 与SCN反应生成红色Fe（SCN）3或深红色络合物 Fe2+对反应有阻聚 工业：反应剂混合物中铁含量0.3mg/kgTi4：Ti4 聚合物白度 Ti4（链转移剂）聚合反应速度、平均聚合度 工业：4mg/kg。SO42：SO42 硫酸钠在原液中结晶析出 过滤与纺丝困难 工业：聚合用的硫氰酸钠溶剂中硫酸钠含量不超过0.08%Cl：Cl 腐蚀聚合及原液系统铝质设备、管材 腐蚀后的铝离子进入原液使原液凝聚故工业：控制化工原料及软水质量。NO3：NO3 影响聚合物在NaSCN溶剂中的溶解度 使原液黏度升高可纺性CH3COO：CH3COO 链转移 聚合反应速度、平均聚合度 工业：设立萃取塔，把CH3COO从系统中除去Al3：Al3 使原液絮凝可纺性 工业：少用铝材l浅色剂二氧化硫脲浅色剂二氧化硫脲 二氧化硫脲防止氧化剂对聚合反应的影响反应稳定，纤维白度好 l分子量调节剂异丙醇分子量调节剂异丙醇 异丙醇其分子中与伯碳原子相连的氢原子特别活泼，易和生长着的大分子自由基发生链转移，使大分子终止。l溶剂溶剂NaSCNNaSCN浓度浓度 浓度为51.8%的硫氰酸钠溶液中的水分子，可全部与NaSCN分子溶剂化，使丙烯腈与聚丙烯腈中的氰基与硫氰酸钠构成的溶剂化层最稳定，溶液黏度最低。工业：浓度50%52%硫氰酸钠作溶剂，制得原液中硫氰酸钠含量为43.5%44.5l聚合反应时间聚合反应时间 聚合时间引发剂分解活化中心单体转化率 单体浓度 体系黏度生成的大分子链变短平均聚合度 工业：硫氰酸钠一步法中，聚合时间1.62.5h 硝酸和二甲基亚砜为溶剂时，聚合时间为1214hl聚合转化率聚合转化率 低转化率（50%55%）聚合时间设备利用率分子量分布窄、聚合度纤维白度好 聚合好的纺丝液中残留单体量脱单体负荷 高转化率（95%）聚合时间 引发剂分解 活化中心 单体浓度黏度生成的大分子链变短平均聚合度 中转化率（70%75%）：介于低转化率和高转化率之间 工业：NaSCN一步法连续聚合（低转化率），个别厂用中转化率。硝酸为溶剂的一步法、以二甲基亚砜为溶剂和以氯化锌浓水溶液为溶剂的一步法（高转化率）各工艺因素对聚合反应的影响各工艺因素对聚合反应的影响 因素变化 转化率 平均聚合度 色泽 引发剂增加温度升高单体浓度增加二氧化硫脲增加异丙醇增加硫氰酸钠浓度（56%以下时）增加pH值增加（13以下时）有机质量增加无机盐增加：Fe3+和Fe2+Ti4SO42Cl反应时间增加 提高提高提高降低不变提高提高降低降低降低不变不变提高 降低降低提高降低降低提高提高降低降低降低略提高不变降低 加深加深加深变浅变浅不变加深加深加深加深不变不变加深 二、水相沉淀聚合二、水相沉淀聚合（一）聚合工艺流程（一）聚合工艺流程 水相沉淀聚合工艺流程示意图水相沉淀聚合工艺流程示意图1聚合反应釜聚合反应釜 2淤浆槽淤浆槽 3旋转真空过滤机旋转真空过滤机 4真空泵真空泵 5第二淤浆槽第二淤浆槽 6分离槽分离槽 7淤浆混合槽淤浆混合槽8挤压机挤压机 9干燥机干燥机 1 0气体系统气体系统 11循环分离器循环分离器 l2一粉碎机一粉碎机 l3聚合物储槽聚合物储槽 l4泵泵（二）聚合工艺控制（二）聚合工艺控制l引发剂浓度引发剂浓度 氧化剂（即改变NaClO3单体的比例）聚合物分子量转化率 还原剂（即改变Na2SO3 单体的比例）聚合物分子量、转化率、纤维白度 工业：水溶性氧化还原引发体系（NaClO3-Na2SO3、K2S2O8NaHSO3、NaClO3NaHSO3）l单体浓度单体浓度 单体浓度 转化率转化率 聚合物增比黏度聚合物颗粒形态均匀，沉降值下降 l聚合温度聚合温度 温度反应速度应 温度转化率 聚合物平均分子量 工艺：控聚合反应温度4050l聚合时间聚合时间 聚合时间反应热来不及散发出去 转化率 聚合时间设备生产能力 聚合时间对平均分子量影响很小。通常聚合时间取13hl介质介质pHpH pH值在1.92.2较为适宜，酸对于氧化还原引发体系起活化作用 l无机盐的影响无机盐的影响 Fe2聚合反应 NaCl、Na2SO3聚合反应速度 l氧的影响氧的影响 微量对聚合反应影响小，大量空气使反应速度减慢，分子量升高，副产物 HCN、HCHO、CO2 产生 l搅拌搅拌 搅拌器转速转化率 分子量平均粒径、粒径分布变窄、沉降值l聚合物粒子大小和聚合物效应聚合物粒子大小和聚合物效应 聚合物悬浮体粒子平均分子量l水洗的影响水洗的影响 水洗水温度：温度杂质溶解洗涤效果；工业：水洗水温度为22，水洗水分布：水洗水分布不均匀聚合物出现干裂纹 水洗水大量通过裂纹 水洗效果真空度：真空度压差水洗水流动的动力水洗水不能穿过聚合物层 真空度转鼓上吸附聚合物层厚水洗效果l脱水的影响脱水的影响 真空度：真空度压差水流动的动力脱水效果 真空度滤饼中水含量 能耗 真空度水脱除量滤饼中水含量转鼓转数：转数滤饼的停留时间脱水效果 产量 第四节第四节 聚丙烯腈纺丝原液的制备及其性质聚丙烯腈纺丝原液的制备及其性质 原液准备流程示意图原液准备流程示意图1、7管道混合器管道混合器 2原液混合槽原液混合槽 3脱泡器脱泡器 4密封槽密封槽 5多级混合器多级混合器 6冷却器冷却器8板框过滤机板框过滤机 9振荡研磨机振荡研磨机 10荧光浆液计量罐荧光浆液计量罐 11球磨机球磨机 12球磨机接受槽球磨机接受槽 13消光浆液贮槽消光浆液贮槽一、纺丝原液的制备一、纺丝原液的制备（一）一步法纺丝原液的制备（一）一步法纺丝原液的制备 l脱单：脱单：高转化率（转化率大于95%）：聚合产物不需脱除单体；中、低转化率：必须将聚合浆液进行脱单体。脱单体流程示意图脱单体流程示意图 脱单体塔结构示意图脱单体塔结构示意图1试剂混合桶试剂混合桶 2列管式冷却器列管式冷却器 3单体喷冷器单体喷冷器 4脱单体器脱单体器 脱单体效果的因素：原液温度、喷淋液温度和循环量、原液黏度、脱单塔伞面的面积、聚合转化率 低转化反应须经两次脱单体 l混合混合 混合原液混合均匀质量均匀 一旦聚合停车，在一定时间内，不会影响纺丝的连续开车。l脱泡脱泡 常压静置脱泡法、连续式真空脱泡法 l消光和增白消光和增白 常用的消光剂为锐钛型二氧化钛，对于半消光纤维，其加入量为纤维重量的0.2%0.3%。对于消光纤维，其加入量为纤维重量的0.6%l调温和过滤调温和过滤 原液纺前的调温：原液温度调整为3235，原液稳定，黏度较低，流变较好，有利于过滤纺丝过滤：除去混合浆液中的机械杂质和少量聚合凝胶，以免在纺丝中堵塞喷丝孔，保证纺丝顺利进行 指标 大小 指标 大小 指标大小 聚合度浓度(%)130.2 聚合物增比黏度0.350.45 阻塞系数 30 硫氰酸钠浓度(%)440.55 特性黏度 1.490.02 外观 浅黄色透明黏液 原液黏度（落球法）/s280 380 黏均分子量/万 68 残余单体/%0.3 硫氰酸钠一步法制备纺丝原液质量指标硫氰酸钠一步法制备纺丝原液质量指标（二）二步法纺丝原液的制备（二）二步法纺丝原液的制备 由水相沉淀聚合所得的聚丙烯腈是细小固体颗粒状，首先需要将它溶解于有机或无机溶剂中。并经过混合、脱泡、过滤纺前调温等工序，以制成符合纺丝要求的原液。由于溶解之后的混合、脱泡、过滤、纺前调温等工序，与一步法纺丝原液制备相同，所以这里只介绍溶解。l溶解溶解 第一步：溶剂化，使高聚物浆化（即溶胀）第二步：有限溶胀发展为无限溶胀溶解二、纺丝原液的性质二、纺丝原液的性质 l 纺丝原液的黏度 影响聚丙烯腈纺丝原液黏度有：相对分子质量、聚丙烯腈浓度、温度、共聚物组成 l 纺丝原液中共聚物浓度 随着原液中PAN含量的提高，纤维的物理机械性能有所改善，并且可相应提高设备的生产能力。但是随着浓度的增大，原液的黏度将明显增加，这将给原液的过滤、输送和纺丝带来困难 l聚丙烯腈分子量及其分布聚丙烯腈分子量及其分布 相对分子质量：4000080000 相对分子质量分布：一步法所得PAN的相对分子质量分布较宽（分散度指数为2.02.5）二步法PAN分散度指数较窄（1.72.0）。NaSCN水溶液浓度（）聚丙烯腈用量（%）原液放置不同时间后的落球黏度（s）24小时 48小时 72小时 120小时 4446485052545658 14.914.514.814.914.514.714.915.0 冻胶化567195170.5176233283.5485 1154201175178.5233.5287.5491 冻胶化207175178232287.5 216.5175177231285.5492 l纺丝原液的稳定性纺丝原液的稳定性 配制原液用的NaSCN水溶液中NaSCN浓度低于48%时，原液的稳定性降低，如低于46%，易于冻胶化，因此腈纶生产上纺丝的原液中NaSCN浓度44%45%，相当于采用51%52.1%的NaSCN水溶液配制含有12.8%聚丙烯腈的纺丝原液 l纺丝原液的白度纺丝原液的白度 原液的白度受溶剂的色泽、聚合转化率、原液的pH值、引发剂和还原剂用量等因素的影响。转化率或体系pH值较高或溶剂色泽较深时，原液的白度较差；引发剂用量较多时，原液容易发黄；增加还原剂、二氧化硫脲、二亚乙基三胺亚乙酸的用量时，可有效地改善原液的白度。第五节第五节 聚丙烯腈纺丝成型聚丙烯腈纺丝成型 一、聚丙烯腈的湿法纺丝成型一、聚丙烯腈的湿法纺丝成型 湿法纺丝的凝固浴示意图湿法纺丝的凝固浴示意图（一）工艺流程（一）工艺流程 lDMFDMF溶剂路线溶剂路线 DMF法腈纶的纺丝，后加工流程图法腈纶的纺丝，后加工流程图 1凝固浴槽凝固浴槽 2拉伸机拉伸机 3水洗机水洗机 4上油浴上油浴 5干燥致密化机干燥致密化机 6拉伸机拉伸机 7卷曲机卷曲机 8汽蒸热定型机汽蒸热定型机 9冷却机冷却机 l0切断机切断机 ll打包机打包机lNaSCNNaSCN溶剂路线溶剂路线 NaSCN法腈纶的纺丝，后加工流程图法腈纶的纺丝，后加工流程图 1凝固浴凝固浴 2预热浴预热浴 3水洗槽水洗槽 4压辊压辊 5拉伸机拉伸机 6拉伸浴槽拉伸浴槽 7第一上油浴第一上油浴 8干燥机干燥机 9张力架张力架 10卷曲加热器卷曲加热器 11卷曲机卷曲机 12装丝箱装丝箱 13汽蒸锅汽蒸锅 14第二上油浴第二上油浴 15干燥机干燥机 16切断机切断机 17吹风机吹风机 18打包机打包机（二）湿法成型的凝固原理（二）湿法成型的凝固原理 纺丝原液由喷丝头喷出进入凝固浴后，原液细流的表层首先与凝固浴接触而很快凝固成一薄层，凝固浴中的凝固剂（水）不断通过这一薄层扩散到细流内部，而细流中的溶剂也通过薄层扩散至凝固浴中。由于双扩散，使薄层不断增厚，当细流中间部分溶剂浓度降低到某一临界浓度以下时，原为均相的丙烯腈共聚合溶液发生相分离，聚丙烯腈从溶液中沉淀析出，构成初生纤维芯层，并产生体积收缩。（三）湿法成型工艺控制（三）湿法成型工艺控制l原液中丙烯腈共聚物的浓度原液中丙烯腈共聚物的浓度 原液的聚合物浓度初生纤维的密度 纤维中孔洞数目结构均一性、纤维强度l原液的黏度原液的黏度 原液黏度原液从喷丝孔挤出的速度出丝速度导丝速度丝束下堕 原液黏度烛形过滤器和喷头的承压损坏过滤器和喷头，另外也会产生断丝 工业：黏度（3.80.2）Pas 影响因素：平均分子量、聚合物浓度、温度 l原液中气泡的含量原液中气泡的含量 气泡丝、毛丝、断头 l原液的压力原液的压力 压力计量泵抽空气蚀气泡 压力 纺前的压力喷头承受压力 l原液的温度原液的温度 原液温度传质系数凝固速度导致和凝固浴浓度过低的结果一样 原液温度扩散系数扩散速度凝固速度会导致和凝固浴浓度过高的结果一样 l凝固浴中溶剂含量（凝固浴浓度）凝固浴中溶剂含量（凝固浴浓度）凝固浴一般为聚丙烯腈溶剂的水溶液，水是凝固剂。DMF法为50%60%；DMAc法为45%55%；EC法为15%20%；NaSCN法为8%12%；HNO3法为2.5%3.5%；ZnCl2法为18522%凝固浴浓度对纤维物理机械性能的影响（凝固浴浓度对纤维物理机械性能的影响（NaSCN法）法）凝固浴浓度()纺丝过程情况 外观 密度(g/2)强力（g/d）延伸度（）2830251823102067凝固难，纤维硬凝固难，纤维硬纤维较紧张正常凝固快，纤维紧张 并丝手感粗硬泛白并丝手感稍有改善纤维柔软透明同上纤维泛白 1.1621.1711.1811.1841.178 2.42.73.13.32.0 35.631.524.628.23.8 l凝固浴温度凝固浴温度 温度扩散系数扩散速度纤维成形的速度凝固浴浓度过低的结果一样 温度扩散速度纤维成形的速度纤维芯层凝固不够充分拉伸时造成毛丝凝固浴温度凝固浴温度 l凝固浴循环量凝固浴循环量 一般浓度允许偏差（落差）为0.2%循环量对刚形成的纤维冲击 毛丝 循环量纺丝箱前后的浓度差l凝固浴中浸长凝固浴中浸长 工业上控制浸长为0.81.0min。浸长丝条在浴中停留时间凝固充分纤维质量 浸长纺线机占地面积 凝固浴中运行阻力 毛丝 浸长丝条凝固不充分并丝 l凝固浴中的含杂量凝固浴中的含杂量 通过对其体积质量进行控制间接实现的。一定的体积质量对应一定的浓度。l初生纤维的卷绕速度初生纤维的卷绕速度 卷绕速度纺丝箱中的初生纤维下垂影响丝束的成形和连续性 卷绕速度断丝影响纺丝的连续性 工业：喷丝头的负拉伸率为65%，即卷绕速度相当出喷丝孔细流速度的65%。（四）腈纶湿法纺丝机（四）腈纶湿法纺丝机斜底水平式纺丝机斜底水平式纺丝机l纺丝机结构纺丝机结构 凝固浴凝固浴喷丝板喷丝板纺丝生产线纺丝生产线纺丝机纺丝机l纺丝计量泵纺丝计量泵 纺丝计量泵原理及结构如同纺粘胶纤维的纺丝计量泵 l喷丝头喷丝头 l烛形过滤器烛形过滤器 烛形过滤器烛形过滤器 二、二、聚丙烯腈的干法纺丝成型聚丙烯腈的干法纺丝成型 干法纺丝喷丝头孔数较少，一般为200300孔。这样用干法纺短纤维就不够经济，而比较适合于纺制长丝，由于成形过程缓和，因此结构比较均匀致密。其纺成长丝的手感和外观似蚕丝，物理机械性能、染色性能较好。劳动条件较好，流程紧凑，占地面积少，溶剂回收简单。但干法纺丝设备复杂，对设备密闭性要求高。（一）工艺流程（一）工艺流程 干纺工艺流程图干纺工艺流程图1贮槽贮槽 2溶解釡溶解釡 3过滤器过滤器 4计量泵计量泵 5纺丝甬道纺丝甬道 6洗涤槽洗涤槽 7拉伸浴槽拉伸浴槽8干燥热定型（长丝）干燥热定型（长丝）9卷曲机卷曲机 10干燥热定型（丝束）干燥热定型（丝束）11切断机切断机（二）干法纺丝设备（二）干法纺丝设备 古典式纺丝机古典式纺丝机1一原液导管一原液导管 2一喷丝头一喷丝头 3一温度计一温度计 4一喷丝头载热体进口一喷丝头载热体进口5一喷丝头载热体出口一喷丝头载热体出口 6一喷丝板一喷丝板 7一丝束一丝束 8一加热载体进口一加热载体进口9一加热载体出口一加热载体出口 10一纺丝甬道套管一纺丝甬道套管 11一溶剂蒸发与加热气体出口一溶剂蒸发与加热气体出口12一干燥热气进口一干燥热气进口 13一丝条出口一丝条出口 14一导盘一导盘 15一筒管一筒管密闭循环式干法纺丝机密闭循环式干法纺丝机 1一喷丝头一喷丝头 2一纺丝甬道一纺丝甬道 3、4一低温夹套一低温夹套 5一冷凝后溶剂出口一冷凝后溶剂出口 6一加热套管一加热套管 7观察孔观察孔（三）纺丝原液凝固（三）纺丝原液凝固 纺丝原液被压出喷丝孔进入纺丝甬道后，与甬道中热空气接触，使原液细流温度上升，当细流表面温度达到溶剂沸点时，细流内部溶剂不断扩散至表面而蒸发，由于溶剂蒸发，使原液细流中高聚物浓度增加，而溶剂含量不断降低，当达到凝固临界浓度时，原液细流固化为丝条。（四）干法成形工艺控制（四）干法成形工艺控制l聚合物分子量聚合物分子量 为加速原液凝固，减少纺丝中溶剂蒸发量，故干法成形的原液采用较高的浓度（25%30%），相应地适当降低聚合物分子量（3.5万4万），否则原液黏度太高，影响过滤和脱泡，降低原液可纺性。l纺丝原液浓度纺丝原液浓度 纺丝原液浓度纺丝时溶剂蒸发量及溶剂单耗甬道中热空气循环量 纺丝速度 纤维品质好，横截面圆整度好 延伸度l喷丝头孔数和孔径喷丝头孔数和孔径 纺丝条件相同：喷丝头孔数或孔径未拉伸纤维的总线密度丝束中DMF的残存量单纤维间互相粘连断裂强度、延伸度吐液量和纺丝速度不变：孔径、孔数 丝束的总纤度不变而降低单丝的线密度，有利于DMF的蒸发，使纤维的截面结构均匀，形状更接近于圆形，纤维的机械性能也较好。但是，孔径过小时，喷丝孔容易堵塞或产生毛丝。l纺丝甬道长度纺丝甬道长度 在成形时间和成形温度不变下，提高通道长度，则纺速可以增加；在纺速不变下，甬道越长，成形时间也越长，则可适当降低成形温度或增加甬道中溶剂蒸气浓度，纤维品质指标好。工业上纺丝甬道长度以48m为宜，内径150300mm。l纺丝温度纺丝温度 随着纺丝温度的下降，纤维的断裂强度和热水收缩率有所上升；延伸度和喷丝头最大拉伸倍数开始时随温度的下降延伸度和拉伸倍数有所增加，至最大值后则随温度的下降而下降；未拉伸纤维中DMF的残存量则明显地随纺丝温度的下降而上升。工业：N2为甬道循环介质时其进口温度为400，出口温度为l30。热空气为循环介质，其温度一般为230260。l纺丝甬道中溶剂蒸气浓度纺丝甬道中溶剂蒸气浓度 甬道中溶剂浓度越低，丝条中溶剂蒸发速度越快，成形均匀性越差，纤维横截面圆整度越差。工业：甬道中混合气体中溶剂的浓度为3545g/m3l纺丝速度纺丝速度 纺丝速度喷丝头拉伸比 纤维取向度、纤维的线密度降低、断裂强度 工业：纺丝速度100400m/min l喷丝头拉伸喷丝头拉伸 干纺腈纶只有在塑性状态下经拉伸后，才成为纤维，在拉伸中，喷丝头拉伸倍数通常比湿纺时高，但比熔纺时小。l纤维截面形状纤维截面形状 干法腈纶的截面近似圆形或哑铃形 三、聚丙烯腈的干喷湿纺法纺丝成型三、聚丙烯腈的干喷湿纺法纺丝成型（一）工艺流程（一）工艺流程 腈纶干喷湿纺法成型工艺流程图腈纶干喷湿纺法成型工艺流程图1计量泵计量泵 2烛形滤器烛形滤器 3喷丝头喷丝头 4凝固浴凝固浴 5导丝钩导丝钩 6导丝盘导丝盘 7拉伸浴拉伸浴 8干燥辊筒干燥辊筒 9蒸汽拉伸槽蒸汽拉伸槽 10松弛干燥辊筒松弛干燥辊筒（二）工艺控制（二）工艺控制 l纺丝原液黏度纺丝原液黏度 原液黏度流动困难纺丝不能顺利进行 原液黏度喷出的原液流容易拉断，或发生相互粘连 工业：原液黏度50100Pasl干纺距离干纺距离 喷丝头表面到凝固浴液面之间的距离即干纺距离，它随原液黏度的增加而增加。l纤维的干燥和拉伸纤维的干燥和拉伸第一次拉伸：80100热水或蒸汽，拉伸倍数大于1.5倍第二次拉伸；拉伸倍数为510倍，拉伸温度为120150干燥：排出冻胶状初生纤维中的水分，使纤维结构致密化第六节第六节 聚丙烯腈纤维后加工聚丙烯腈纤维后加工 一、湿法成型聚丙烯腈纤维的后加工一、湿法成型聚丙烯腈纤维的后加工（一）后加工工艺流程（一）后加工工艺流程 湿纺腈纶后加工主要包括拉伸，水洗，干燥致密化，卷曲，热定型，上油，干燥，打包 湿法纺丝工艺流程示意图1凝固浴凝固浴 2预热浴预热浴 3水洗槽水洗槽 4压辊压辊 5拉伸机拉伸机 6拉伸浴槽拉伸浴槽 7第一上油浴第一上油浴 8干燥机干燥机 9张力架张力架 10卷曲加热器卷曲加热器 11卷曲机卷曲机 12装丝箱装丝箱 13汽蒸锅汽蒸锅 14第二上油浴第二上油浴 15干燥机干燥机 16切断机切断机 17吹风机吹风机 18打包机打包机（二）后加工工艺控制（二）后加工工艺控制l拉伸拉伸 预热浴拉伸：为高倍拉伸作准备 拉伸倍数为1.52.5倍，温度5060，浴内溶剂含量2.5%4%沸水或蒸汽浴拉伸：Tg以上进行拉伸温度100左右，沸水或蒸汽浴拉伸倍数为46倍l水洗水洗 除去丝束中的溶剂，使纤维手感好，白度好，在加工中纤维不发粘，在干燥和热定型时纤维不泛黄，使纤维染色性良好。l上油上油柔软浴采用浸渍法，而抗静电浴采用喷淋法或辊子定量法上油。棉型腈纶因长度短，抱合力差，上油率0.4%0.5%，毛型腈纶上油率0.2%0.3%。上油位置：水洗和干燥致密化之间，这主要是为了避免在干燥致密化过程中因纤维与设备的摩擦引起静电而使纤维过度蓬松和紊乱造成绕鼓。水洗水洗l干燥致密干燥致密化化 目的：消除内应力和纤维内存在的缺陷，固定卷曲度，提高尺寸稳定性，降低纤维含湿量。机理：拉伸水洗后的纤维，其微孔已被拉长拉细，微孔内充满着水，在适当的温度下进行干燥，由于水分逐渐蒸发并从微孔移出，在微孔中产生一定的负压，即有毛细管压力。又在适当温度下，大分子链段能自由运动而引起热收缩，使微孔半径也收缩，导致分子间作用力急剧上升，然后达到微孔融合。工艺控制：温度和时间：干燥介质（热空气），100150，时间为23min；介质湿度：含湿量致密化中大分子链段运动 但不利于水分驱除 含湿量造成与温度过高同样的弊病 工业：高温高湿相结合的方法。充分利用回风，回风利用率85%90%，可节约能源。张力：干燥致密化过程中纤维要产生轴向和径向收缩。和松弛态相比，紧张状态所得纤维的干强较 高，但延伸度和钩强低，沸水收缩率较高。纤维收缩率：在保证温度、风量下，丝束在烘干机内保持松弛状态使之收缩19%25%。这样有利 于 纤维致密化。干燥致密化后纤维性能变化：尺寸稳定性、物理机械性能、匀染性、含水率、透光率 l热定型热定型目的：纤维尺寸稳定性，机械性能（主要是勾强、勾伸）、染色性 腈纶在热定型中性能的变化：沸水收缩率、尺寸稳定性、纤度、初始模量、勾强 干伸、染色均匀性热定型工艺控制：介质种类、介质温度、热定型时间、纤维张力 l卷曲卷曲 目的：增加腈纶自身及其与棉、毛混纺时的抱合力，提高纤维的柔软性、弹性和保暖性。方法：机械卷曲；供棉纺用的纤维卷曲数45个/cm，供毛纺的纤维卷曲数3.55个/cm。l纤维切断纤维切断 棉型纤维长度：40mm毛型纤维长度：粗梳毛纺的纤维长度64 76mm 精梳毛纺的纤维长度89114mm卷曲机卷曲机切断机切断机二、干法成型聚丙烯腈纤维的后加工二、干法成型聚丙烯腈纤维的后加工 干纺腈纶的水洗拉伸上油卷曲流程示意图干纺腈纶的水洗拉伸上油卷曲流程示意图1丝束桶丝束桶 2拉伸机拉伸机 3给油机给油机 4集束导辊集束导辊 5蒸汽箱蒸汽箱 6卷曲机卷曲机7冷却输送带水冼冷却输送带水冼 8输送带输送带 9卷曲丝束桶卷曲丝束桶 10导辊导辊 11丝束检测器丝束检测器集束拉伸水洗上油干燥拉伸卷曲热定型切断输送、开松打包干纺腈纶切断干燥上油打包的流程示意图干纺腈纶切断干燥上油打包的流程示意图1丝束桶丝束桶 2切断机切断机 3短纤输送箱短纤输送箱 4丝束平铺辊丝束平铺辊 5汽蒸室汽蒸室 6风扇风扇 7加热区加热区 8张力辊张力辊 9喷油泵喷油泵 10计量泵计量泵 11集捕器集捕器 12短纤打包机短纤打包机 13输送带输送带 14成品丝束桶成品丝束桶 切断法直接制条工艺流程图切断法直接制条工艺流程图 1引导罗拉引导罗拉 2螺旋刀切丝辊螺旋刀切丝辊 3分离罗拉分离罗拉 4输送皮带输送皮带 5后罗拉后罗拉 6双针梳箱双针梳箱 7前罗拉前罗拉 8导槽导槽 9卷曲装置卷曲装置 10导槽导槽 11条筒条筒 12铜辊铜辊 切断以后短纤维在条子中的分布切断以后短纤维在条子中的分布三、聚丙烯腈纤维的特殊加工三、聚丙烯腈纤维的特殊加工（一）直接制条（一）直接制条l切断法切断法 l拉断法拉断法 拉断后的纤维分布情况拉断后的纤维分布情况 拉断法直接制条工艺流程图拉断法直接制条工艺流程图1张力杆张力杆 2喂入罗拉喂入罗拉 3引导罗拉引导罗拉 4加热板加热板 5中罗拉中罗拉 6刀轮刀轮 7出条罗拉出条罗拉 腈纶毛条生产线腈纶毛条生产线 针梳针梳 牵切纺牵切纺（二）膨体纱（二）膨体纱 腈纶的热弹性：拉断法制备成纤维时，纤维在加热区拉伸以后，经过吹风冷却，能暂时维持拉伸状态，但再经湿热处理，还会重新回到拉伸以前的状态方法：将6份经湿热处理而回缩过的条子与4份未经湿热处理（即未回缩）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 在细纱表面，这样就成为膨体纱。第七节第七节 溶剂回收和净化溶剂回收和净化 一、硫氰酸钠溶液的蒸发浓缩一、硫氰酸钠溶液的蒸发浓缩目的：从车间各部分收集来的硫氰酸钠溶液，混合后的浓度为12%14%52%（聚合溶剂）方法：多效蒸发流程，较常用的是双效，最多的达五效。二、硫氰酸钠溶液中硫酸根的去除二、硫氰酸钠溶液中硫酸根的去除l硫酸根来源硫酸根来源原料的分解原料的分解原料带入原料带入聚合及蒸发过程中产生聚合及蒸发过程中产生 萃取后料液带入萃取后料液带入l硫酸根危害硫酸根危害 硫酸钠纺丝原液中沉淀出来堵塞喷丝孔 断头，毛丝 在蒸发器中结晶出来 锅垢影响传热硫酸根去除：硫酸根去除：用溶解度较大的碳酸钡，将硫酸根转变为难溶的硫酸钡沉淀，然后经真空转鼓过滤器加 以去除，而生成的碳酸在加热时可分解为二氧化碳和水，从溶剂中分离出去。三、硫氰酸钠溶液中铁离子的去除三、硫氰酸钠溶液中铁离子的去除l铁离子危害：聚合反应产生阻聚作用；聚合液着色铁离子去出：离子交换法，强碱性阴离子交换树脂，除铁加料槽的温度3540。四、硫氰酸钠溶液的净化四、硫氰酸钠溶液的净化 将硫氰酸钠溶液中的杂质除去，采用液体萃取法，以异丙醚作为萃取剂。异丙醚能够溶解硫氰酸，而对水、硫酸、硫酸钠及其他杂质均不溶解，故首先用硫酸将硫氰酸钠转化为硫氰酸，再用异丙醚作为萃取剂将硫氰酸转入醚层而被萃取。醚层提取后，再用高纯碱还原，重新置换成硫氰酸钠，在混合液中除去异丙醚，达到净化硫氰酸钠溶液的目的。第八节第八节 聚丙烯腈纤维的质量控制（自学）聚丙烯腈纤维的质量控制（自学）第九节第九节 聚丙烯腈纤维的结构和性能聚丙烯腈纤维的结构和性能 l聚丙烯腈纤维的结构聚丙烯腈纤维的结构 通过光谱分析，聚丙烯腈大分子链中丙烯腈单元的连接方式主要是首尾相接，与CN 基相连接的碳原子间隔着一个CH2基。l聚丙烯腈纤维的性能聚丙烯腈纤维的性能 腈纶很像羊毛，有“人造羊毛”之美称。其主要特点是质轻保暖，染色鲜艳而牢固，防虫，防蛀，耐日晒。腈纶的热弹性和极好的日晒牢度是腈纶最突出的优点。第十节第十节 聚丙烯腈纤维的新品种（自学）聚丙烯腈纤维的新品种（自学）返回目录