浅谈聚丙烯腈纤维.ppt

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1、浅谈聚丙烯腈纤维现在学习的是第1页，共38页主要内容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现在学习的是第2页，共38页概述腈纶（腈纶（PANfiberPANfiber），学名又称聚丙烯腈纤维，腈纶通），学名又称聚丙烯腈纤维，腈纶通常是指用常是指用85%85%以上的丙烯腈与第二和第三单体的共聚物，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

2、纺织上有很大的用处。腈纶在化学纤维中需求产品，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、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，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

3、前途的纤维。途，所以腈纶是一种有发展前途的纤维。现在学习的是第3页，共38页PAN-PAN-碳纤维碳纤维聚丙烯腈纤维原丝现在学习的是第4页，共38页现在学习的是第5页，共38页现在学习的是第6页，共38页聚丙烯腈纤维结构聚丙烯腈纤维结构（1）聚丙烯腈大分子）聚丙烯腈大分子结构结构现在学习的是第7页，共38页聚丙烯腈纤维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，通常其结晶度在成纤性能和使用性能，通常其结晶度在40。现在学习的是第8页，共38页聚丙烯腈纤维的性质聚

4、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1.22。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。现在学习的是第9页，共38页聚丙烯腈纤维性质聚丙烯腈纤维性质 2.热性质uu聚丙烯腈有较高的热稳定性，通常在聚丙烯腈有较高的热稳定性，通常在170180170180下不下不会产生色泽的变化会产生色泽的变化uu当聚丙烯腈中混有杂质时会降低它的热稳定性或在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。空气中长时间受热会使颜色变黄甚至变黑。u当把聚丙烯腈加热到250300时，会发生热裂解，分解出氰化氢及氨。现

5、在学习的是第10页，共38页聚丙烯腈纤维性质聚丙烯腈纤维性质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。现在学习的是第11页，共38页 4.物理性能u聚丙烯腈为白色粉末状物质，密度为1.141.15g/cm2 2uu在在220230220230软化的同时发生分解，软化的同时发生分解，uu聚丙烯腈中聚丙烯腈中CNCN的存在，使它具有优良的耐光性。的存在，使它具有优良的耐光性。u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现在学习的是第12页，共38页聚丙烯腈纤维性质聚丙烯腈纤维

6、性质5.聚丙烯腈纤维的力学性能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取向因素(FcN)0.190.280.300.340.37干态强度干态强度（cN/dtex）0.972.033.263.443.07断裂延伸度（）断裂延伸度（）5030302725现在学习的是第13页，共38页聚丙烯腈纤维性质聚丙烯腈纤维性质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。现在学习的是第14页，共38页聚丙烯腈纤维

7、性质聚丙烯腈纤维性质例如，水解：现在学习的是第15页，共38页聚丙烯腈纤维原料制备聚丙烯腈纤维原料制备q腈纶纤维的原料通常是腈纶纤维的原料通常是共聚物共聚物共聚物共聚物。qq主单体主单体主单体主单体-丙烯腈丙烯腈丙烯腈丙烯腈（含量（含量85%以上）。以上）。由由由由丙丙丙丙烯烯烯烯氨氨氨氨氧氧氧氧化化化化法法法法生生生生产产产产。丙丙丙丙烯烯烯烯在在在在氨氨氨氨、空空空空气气气气与与与与水水水水的的的的存存存存在在在在下下下下，用用用用钼钼钼钼酸酸酸酸铋铋铋铋与与与与锑锑锑锑酸双氧铀作催化剂，在酸双氧铀作催化剂，在酸双氧铀作催化剂，在酸双氧铀作催化剂，在沸腾床上于沸腾床上于沸腾床上于沸腾床上于

8、450450，150kPa150kPa下反应，反应按下式进行：下反应，反应按下式进行：下反应，反应按下式进行：下反应，反应按下式进行：第二单体第二单体第二单体第二单体-丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙烯乙烯乙烯乙烯等，等，作用是降低大分子间作用力，改善纤维弹性作用是降低大分子间作用力，改善纤维弹性 （含量（含量5 51010 ）现在学习的是第16页，共38页聚丙烯腈纤维原料制备聚丙烯腈纤维原料制备q第三单体第三单体-改进纤维的染色性及亲水性。一改进纤维的染色性及亲水性。一般选用般选用可离子化的乙烯

9、基单体可离子化的乙烯基单体，可分为两，可分为两大类：一类是对阳离子染料有亲和力，含大类：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、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、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、吡啶基等单体，如乙烯吡啶、2甲基甲基5乙基吡啶、甲基丙烯酸乙基吡啶、甲基丙烯酸二甲替氨基乙酯二甲替氨基乙酯等。加入量约等。加入量约0.53。现在学习的是第17页，共38页聚丙烯腈纤维原料制备聚丙烯腈纤维原料制备q引发剂：偶氮类、过氧化物

10、类、氧化还原引发剂：偶氮类、过氧化物类、氧化还原体系体系q溶溶剂剂：常常用用的的溶溶剂剂有有硫硫氰氰酸酸钠钠水水溶溶液液，氯氯化化锌锌水水溶溶液液、硝硝酸酸、二二甲甲基基亚亚砜砜、二二甲甲基基甲酰胺、甲酰胺、二甲基乙酰胺二甲基乙酰胺(DMAc)等。等。q分子量调节剂分子量调节剂-异丙醇。异丙醇。现在学习的是第18页，共38页聚丙烯腈纤维原料制备聚丙烯腈纤维原料制备丙烯腈的聚合丙烯腈的聚合均均相相溶溶液液聚聚合合：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，该法为一步法现在学习的是第19页，共38页聚丙烯腈纤维原料制备聚丙烯腈纤维原料制备现在学习的是第20页，共3

11、8页聚丙烯腈纤维原料制备聚丙烯腈纤维原料制备 非均相聚合非均相聚合-水为聚合介质水为聚合介质现在学习的是第21页，共38页聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维-纺丝成型纺丝成型一、纺丝原液的制备一、纺丝原液的制备（以湿法纺丝为例）（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。一步法采用均相聚合，所得溶液可以直接纺丝。二二步步法法采采用用非非均均相相水水相相沉沉淀淀聚聚合合法法，聚聚合合物物从从反反应应体体系系中中分分离离出出并并干干燥燥得得到到粉粉状状固固体体，然然后后将将其其溶溶解解在适当溶剂中制成纺丝原液。在适

12、当溶剂中制成纺丝原液。现在学习的是第22页，共38页聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维-纺丝成型纺丝成型1一步法制备纺丝原液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。脱单体：聚合釜送出的料液进入真空脱单体塔。对于高转化率对于高转化率对于高转化率对于高转化率(95(95)的聚合溶液则不需脱除单体。的聚合溶液则不需脱除单体。原原液液混混合合：经经脱脱单单体体后后，原原液液在在混混合合器器内内充充分分混混合。合。由由于于聚聚合合反反应应是是连连续续进进行行的的，需需控控制制原原野野质质量的波动。量的波动。做原液做原液“仓库仓库”用。用。原液脱泡和过滤原液脱泡和过滤现在学习的是第23页，共38

13、页聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维-纺丝成型纺丝成型湿法纺丝原液的质量指标控制湿法纺丝原液的质量指标控制湿法纺丝原液的质量指标控制湿法纺丝原液的质量指标控制现在学习的是第24页，共38页聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维-纺丝成型纺丝成型2.二步法制备纺丝原液二步法制备纺丝原液工工艺艺过过程程：溶溶剂剂选选择择、溶溶解解、混混合合、脱脱泡泡、过滤等过滤等。现在学习的是第25页，共38页现在学习的是第26页，共38页聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维-纺丝成型纺丝成型二、湿法纺丝二、湿法纺丝1.1.纺丝机纺丝机现在学习的是第27页，共38页聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维-纺丝成型纺丝成型现在学习的是第28页，共38页聚丙烯腈纤维

14、聚丙烯腈纤维-纺丝成型纺丝成型2 2影响纤维成形的因素影响纤维成形的因素o(1)原液中聚合物浓度原液中聚合物浓度-应尽量高，以可纺应尽量高，以可纺性为准性为准o(2)凝固浴：凝固浴：oo组组成成：湿湿法法纺纺丝丝中中一一般般采采用用制制备备纺纺丝丝原原液液时时所所用用溶溶剂剂的的水水溶溶液液作作为为凝凝固固浴浴。浓浓度度高高低低取取决于凝固速度。决于凝固速度。现在学习的是第29页，共38页聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维-纺丝成型纺丝成型oo凝固浴温度：凝固浴温度：高低取决于成型速度。高低取决于成型速度。oo循循环环量量：大大，有有利利于于保保持持浴浴液液温温度度恒恒定定，但但不不利于加工控制。利于加

15、工控制。o(3)凝凝固固浴浴浸浸长长：大大，纺纺丝丝速速度度低低，丝丝条条在在凝凝固固浴浴中中的的停停留留时时间间就就长长，凝凝固固就就较较充充分分，有助于改善纤维的质量有助于改善纤维的质量。现在学习的是第30页，共38页聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维-后加工后加工初初生生纤纤维维由由于于其其内内部部含含有有溶溶剂剂，并并且且凝凝固固还还不不够够充充分分，纤纤维维没没有有实实用用价价值值，因因此此必必须须经过一系列的后加工。经过一系列的后加工。后后加加工工主主要要包包括括拉拉伸伸、水水洗洗、干干燥燥、卷卷曲曲、热定型、上油和打包等。热定型、上油和打包等。从从工工艺艺上上又又可可分分为为先先水水洗洗后

16、后拉拉伸伸和和先先拉拉伸伸后后水洗两种类型。水洗两种类型。现在学习的是第31页，共38页现在学习的是第32页，共38页现在学习的是第33页，共38页聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维-后加工后加工 主要介绍干燥致密化主要介绍干燥致密化qq干干干干燥燥燥燥致致致致密密密密化化化化及及及及热热热热定定定定型型型型的的的的作作作作用用用用是是是是消消消消除除除除纤纤纤纤维维维维的的的的内内内内应应应应力力力力和和和和结构缺陷，改进纤结构缺陷，改进纤结构缺陷，改进纤结构缺陷，改进纤维的物理机械性能和纺织加工性能。维的物理机械性能和纺织加工性能。维的物理机械性能和纺织加工性能。维的物理机械性能和纺织加工性能。q在

17、在干干燥燥时时，纤纤维维中中微微孔孔基基本本消消除除，致致密密化化程程度度提提高高，强强度度、伸伸度度、钩钩强强等等都都有有所所提提高高，光光泽泽增增加加，具有良好的使用性能。具有良好的使用性能。q在在干干燥燥过过程程中中，纤纤维维大大分分子子的的运运动动能能力力增增强强，大大分分子子间间相相互互堆堆砌砌的的规规整整程程度度得得到到提提高高，纤纤维维中中有有序序区区的的比比例例扩扩大大，有有利利于于改改善善纤纤维维的的物物理理机机械械性性能。能。现在学习的是第34页，共38页聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维-后加工后加工 1.1.干燥致密化以后的纤维性能变化干燥致密化以后的纤维性能变化干燥致密化以后的

18、纤维性能变化干燥致密化以后的纤维性能变化现在学习的是第35页，共38页聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维-后加工后加工2.干燥致密化条件干燥致密化条件要要有有适适当当的的温温度度，使使大大分分子子链链段段能能比比较较自自由地运动；由地运动；要要有有在在适适当当温温度度下下脱脱除除水水分分时时所所产产生生的的毛毛细管压力，以使微孔被压缩并融合细管压力，以使微孔被压缩并融合。现在学习的是第36页，共38页聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维-后加工后加工3.干燥致密化的工艺条件干燥致密化的工艺条件qq聚丙烯腈纤维的干燥一般采用空气作干燥介质。聚丙烯腈纤维的干燥一般采用空气作干燥介质。聚丙烯腈纤维的干燥一般采用空气作干燥

19、介质。聚丙烯腈纤维的干燥一般采用空气作干燥介质。q干干燥燥温温度度应应高高于于初初级级溶溶胀胀纤纤维维的的Tg，但但过过高高和和时间过长将会造成纤维变色。时间过长将会造成纤维变色。qq干干干干燥燥燥燥致致致致密密密密化化化化过过过过程程程程中中中中纤纤纤纤维维维维所所所所受受受受张张张张力力力力可可可可分分分分为为为为三三三三种种种种情情情情况况况况：定定定定长长长长状状状状态态态态不不不不发发发发生生生生轴轴轴轴向向向向收收收收缩缩缩缩；略略略略施施施施加加加加张张张张力力力力发发发发生一定程度的收缩；松弛状态生一定程度的收缩；松弛状态生一定程度的收缩；松弛状态生一定程度的收缩；松弛状态自由

20、收缩。自由收缩。q干燥致密化过程中纤维轴向和径向都要发生收缩。干燥致密化过程中纤维轴向和径向都要发生收缩。现在学习的是第37页，共38页结语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

21、域；腈氯纶纤维兼有聚丙烯腈纤维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，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，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。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腈纤维的应用领域将进一步的扩大现在学习的是第38页，共38页