第六章 聚丙烯腈纖維

1、第六章第六章 聚丙烯腈纖維聚丙烯腈纖維第一節(jié)第一節(jié) 概述概述n最早的聚丙烯腈（最早的聚丙烯腈（polyacrylonitrile,PAN）纖）纖維由純維由純PAN制得，因染色困難且彈性較差，僅制得，因染色困難且彈性較差，僅作為工業(yè)用纖維。作為工業(yè)用纖維。n聚丙烯腈纖維通常指含丙烯腈在聚丙烯腈纖維通常指含丙烯腈在85以上的丙以上的丙烯腈共聚物或均聚纖維，國內簡稱烯腈共聚物或均聚纖維，國內簡稱腈綸腈綸。丙烯。丙烯腈含量占腈含量占35%-85%的共聚物制成的纖維稱為的共聚物制成的纖維稱為改性聚丙烯腈纖維改性聚丙烯腈纖維。n1950年，美國杜邦公司首先實現(xiàn)了工業(yè)化生年，美國杜邦公司首先實現(xiàn)了工業(yè)化生產

2、，商品名為產，商品名為ORLON，目前產量居合成纖維，目前產量居合成纖維第三位。第三位。2009年1-12化纖產量完成情況腈綸纖維有許多優(yōu)點，蓬松性、保暖性好、手腈綸纖維有許多優(yōu)點，蓬松性、保暖性好、手感柔軟、近似羊毛，而且具有優(yōu)良的耐光性和感柔軟、近似羊毛，而且具有優(yōu)良的耐光性和耐輻射性。但其強度不高，耐磨性和抗起球性耐輻射性。但其強度不高，耐磨性和抗起球性較差。較差。腈綸長絲腈綸毛條毛衣帽子第二節(jié)第二節(jié) 聚丙烯腈的制備及性質聚丙烯腈的制備及性質聚丙烯腈的制備聚丙烯腈的制備聚丙烯腈的性質聚丙烯腈的性質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、腈綸生產的主要原料及用途一、腈綸生產

3、的主要原料及用途單體單體聚丙烯腈纖維大多聚丙烯腈纖維大多由三元共聚物制得由三元共聚物制得第一單體丙烯腈，第一單體丙烯腈， 88889595第三單體，第三單體， 0.53第二單體，第二單體， 510第二單體的作用：第二單體的作用：降低大分子間的作用力，降低降低大分子間的作用力，降低PANPAN的結晶性、增加纖維的柔軟性、改善纖維的彈性。的結晶性、增加纖維的柔軟性、改善纖維的彈性。常用的第二單體有：常用的第二單體有：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（醋酸乙烯酯（V

4、AC）丙烯酰胺（丙烯酰胺（AAM）n第三單體的作用：第三單體的作用：引入親染料基團，改進纖維引入親染料基團，改進纖維的染色性和親水性。的染色性和親水性。n常用的第三單體有：常用的第三單體有：對陽離子染料有親和力對陽離子染料有親和力對酸性染料有親和力對酸性染料有親和力衣康酸（甲叉丁二酸，衣康酸（甲叉丁二酸，ITA）丙烯磺酸鈉丙烯磺酸鈉甲基甲基丙烯丙烯磺酸鈉磺酸鈉對乙烯基苯磺酸鈉對乙烯基苯磺酸鈉乙烯吡啶乙烯吡啶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溶劑溶劑 無機溶劑：無機溶劑：NaSCN水溶液，水溶液，ZnCl2水溶液水溶液有機溶劑：有機溶劑： 二甲基甲酰胺（二甲基甲酰胺（DMF）

5、二甲基乙酰胺（二甲基乙酰胺（DMAc） 二甲基亞砜（二甲基亞砜（DMSO） 碳酸乙烯酯（碳酸乙烯酯（EC）n引發(fā)劑引發(fā)劑 偶氮類：偶氮類： 偶氮二異丁腈（偶氮二異丁腈（AIBN） 氧化還原體系：氯酸鈉亞硫酸鈉氧化還原體系：氯酸鈉亞硫酸鈉 NaClO3Na2SO3 過硫酸鉀亞硫酸氫鈉過硫酸鉀亞硫酸氫鈉 K2S2O8NaHSO3n淺色劑還原劑淺色劑還原劑 可以提高纖維的白度，常用二氧化硫脲（可以提高纖維的白度，常用二氧化硫脲（TUD）。）。n分子量調節(jié)劑分子量調節(jié)劑 異丙醇（異丙醇（IPA） 異丙醇分子中仲碳原子特別活潑，易和生異丙醇分子中仲碳原子特別活潑，易和生長成的大分子自由基發(fā)生長成的大分子

6、自由基發(fā)生鏈轉移鏈轉移反應。異丙醇反應。異丙醇自由基的活性強，但由于加入量少，對反應速自由基的活性強，但由于加入量少，對反應速度沒影響。度沒影響。二、丙烯腈的聚合二、丙烯腈的聚合聚合機理：聚合機理：丙烯腈的聚合屬自由基型鏈式反應，丙烯腈的聚合屬自由基型鏈式反應，丙烯腈可以進行本體聚合、乳液聚合和溶液聚丙烯腈可以進行本體聚合、乳液聚合和溶液聚合。對于腈綸，多采用溶液聚合方法。合。對于腈綸，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）：所用的溶劑既能溶所用的溶劑既能溶解單體、又能溶解反應生成的聚合物。反應完解單體、又能溶解反應生成的聚合物。反應完畢，聚合液可直接用作紡絲。如

7、以濃畢，聚合液可直接用作紡絲。如以濃NaSCN 水溶液、水溶液、DMSO、DMF或或DMAc為溶劑的聚合，為溶劑的聚合，均為均相溶液聚合。均為均相溶液聚合。n 非均相溶液聚合（二步法）：非均相溶液聚合（二步法）：可用介質只能可用介質只能溶解或部分溶解單體，而不能溶解反應生成的溶解或部分溶解單體，而不能溶解反應生成的聚合物，紡絲前需要用溶劑重新溶解聚合物制聚合物，紡絲前需要用溶劑重新溶解聚合物制成紡絲溶液。因非均相的聚合介質通常采用水，成紡絲溶液。因非均相的聚合介質通常采用水，所以又稱為所以又稱為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優(yōu)點：優(yōu)點：聚合后經過濾、脫泡等

8、工序后可直接紡聚合后經過濾、脫泡等工序后可直接紡絲，省去分離聚合物的沉淀、過濾和烘干等工絲，省去分離聚合物的沉淀、過濾和烘干等工序，國內多采用此法。序，國內多采用此法。n生產工藝流程生產工藝流程硫氰酸鈉一步法丙烯腈聚合流程圖硫氰酸鈉一步法丙烯腈聚合流程圖n脫單體的目的：脫單體的目的：減少消耗、減少環(huán)境污染；減少消耗、減少環(huán)境污染； 殘存單體在貯存中發(fā)生再聚合，影響原液殘存單體在貯存中發(fā)生再聚合，影響原液粘度；粘度； 殘存單體會使纖維的強力和伸度下降。殘存單體會使纖維的強力和伸度下降。n 脫單體過程：脫單體過程：完成聚合后的漿料由釜頂出料，完成聚合后的漿料由釜頂出料，通往脫單體塔，未反應的單體在

9、脫單體器通往脫單體塔，未反應的單體在脫單體器的傘面上沸騰逸去，在這里反應用的試劑混合的傘面上沸騰逸去，在這里反應用的試劑混合液又被作為回收單體的冷凝液，經冷凝器把未液又被作為回收單體的冷凝液，經冷凝器把未反應的單體冷凝下來，帶回試劑混合槽。第一反應的單體冷凝下來，帶回試劑混合槽。第一次可以除去未反應單體的次可以除去未反應單體的9095，殘存單體，殘存單體仍高于工藝要求需進行第二次再脫，仍高于工藝要求需進行第二次再脫，單體含量單體含量0.3%。聚合反應主要影響因素聚合反應主要影響因素引發(fā)劑引發(fā)劑 用量用量 轉化率轉化率 引發(fā)劑用量增加，單位時間內產生的引發(fā)自引發(fā)劑用量增加，單位時間內產生的引發(fā)自

10、由基增多，單體聚合速度加快，轉化率增加；由基增多，單體聚合速度加快，轉化率增加；同時活性中心增多，不利于提高聚合產物分子同時活性中心增多，不利于提高聚合產物分子量。量。 NaSCN法用法用AIBN做引發(fā)劑，做引發(fā)劑，AIBN為總單為總單體重量的體重量的0.20.8。DP聚合溫度聚合溫度 T 轉化率轉化率 溫度升高，引發(fā)劑分解速度加快，反應總溫度升高，引發(fā)劑分解速度加快，反應總速度加快，但自由基濃度增加，聚合物分子量速度加快，但自由基濃度增加，聚合物分子量下降。下降。 生產上一般為生產上一般為7678 ?？倖误w濃度總單體濃度 C 轉化率轉化率 聚合時間聚合時間 t 轉化率轉化率 NaSCN為溶劑

11、的聚合時間為為溶劑的聚合時間為1.52小時。小時。TUD 用量用量 轉化率轉化率 TUD也有鏈轉移和阻聚作用，使轉化率和也有鏈轉移和阻聚作用，使轉化率和分子量下降。分子量下降。IPA 用量用量轉化率不變轉化率不變 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為介丙烯腈的非均相聚合一般多采用以水為介質的水相沉淀聚合法。是指以水為介質，單體質的水相沉淀聚合法。是指以水為介質，單體在水中具有一定的溶解度。當水溶性引發(fā)劑引在水中具有一定的溶解度。當水溶性引發(fā)劑引發(fā)聚合時，發(fā)聚合時，聚合產物不溶于水而不斷地從水相聚合產物不溶于水而不斷地從水相中

12、沉淀出來中沉淀出來。水相沉淀聚合具有下列優(yōu)點：。水相沉淀聚合具有下列優(yōu)點：n通常采用水溶性氧化通常采用水溶性氧化還原引發(fā)體系，引發(fā)劑還原引發(fā)體系，引發(fā)劑分解活化能較低。聚合可在分解活化能較低。聚合可在3050之間甚之間甚至更低的溫度下進行，所得產物色澤較白；至更低的溫度下進行，所得產物色澤較白；n反應熱容易控制反應熱容易控制，聚合產物的相對分子質量分，聚合產物的相對分子質量分布較窄。布較窄。 n 工藝流程工藝流程AN MA 水溶液水溶液聚合聚合終止反應終止反應真空過濾真空過濾烘干和粉碎烘干和粉碎聚合物粉末聚合物粉末NaClO3NaSO23HNO3NaOH無離子水無離子水引發(fā)劑引發(fā)劑水相沉淀聚合

13、采用的是水溶性氧化還原引發(fā)劑。水相沉淀聚合采用的是水溶性氧化還原引發(fā)劑。 在堿性條件下十分穩(wěn)定，不會引發(fā)聚合在堿性條件下十分穩(wěn)定，不會引發(fā)聚合反應，其水溶液的反應，其水溶液的PH值在值在89之間，不會發(fā)生分解。只有在之間，不會發(fā)生分解。只有在pH4.5時才能分解為自由基，引發(fā)聚合反應最佳時才能分解為自由基，引發(fā)聚合反應最佳pH值是值是1.92.2。聚合時一般加入。聚合時一般加入HNO3或或H2SO4使體系成為強酸性。使體系成為強酸性。反應結束后，在含單體的聚合物淤漿中，在堿性中止反應結束后，在含單體的聚合物淤漿中，在堿性中止釜中加入釜中加入NaOH，調整，調整PH值，使反應終止。值，使反應終止

14、。NaClO3Na SO23三、聚丙烯腈的性能三、聚丙烯腈的性能n聚丙烯腈為白色粉末，密度聚丙烯腈為白色粉末，密度1.141.15g/cm3， 220230 時軟化時軟化并發(fā)生分解。并發(fā)生分解。n由于側氰基作用，聚丙烯腈大分子主鏈呈由于側氰基作用，聚丙烯腈大分子主鏈呈螺旋螺旋狀空間狀空間立體構象。立體構象。n聚丙烯腈的聚丙烯腈的耐光性耐光性非常優(yōu)良，這主要是由于聚丙烯腈非常優(yōu)良，這主要是由于聚丙烯腈大分子上含有氰基，氰基中碳和氮原子間以三價鍵連大分子上含有氰基，氰基中碳和氮原子間以三價鍵連接，這種結構可吸收能量較強的光子，并能轉化為熱接，這種結構可吸收能量較強的光子，并能轉化為熱能，從而保護了

15、主鏈，使其能，從而保護了主鏈，使其不易發(fā)生降解不易發(fā)生降解。n丙烯腈均聚物有丙烯腈均聚物有兩個玻璃化轉變溫度兩個玻璃化轉變溫度，非晶區(qū)中低序，非晶區(qū)中低序區(qū)的區(qū)的80100 ，高序區(qū)的，高序區(qū)的140150 ；丙烯腈三；丙烯腈三元共聚物的兩個玻璃化轉變溫度較接近，約在元共聚物的兩個玻璃化轉變溫度較接近，約在75100 范圍。范圍。第二節(jié)第二節(jié) 聚丙烯腈纖維的生產聚丙烯腈纖維的生產n聚丙烯腈在聚丙烯腈在220230 時軟化并發(fā)生分解，不能采時軟化并發(fā)生分解，不能采取熔體紡絲。取熔體紡絲。n為實現(xiàn)為實現(xiàn)PAN增塑熔融紡絲，必須解決的問題是降低增增塑熔融紡絲，必須解決的問題是降低增塑后聚合物的熔點，

16、使其熔點低于分解溫度。通常降塑后聚合物的熔點，使其熔點低于分解溫度。通常降低聚合物分子量、改變共聚物組成或加入增塑劑。低聚合物分子量、改變共聚物組成或加入增塑劑。濕法紡絲濕法紡絲干法紡絲干法紡絲干濕法紡絲干濕法紡絲凍膠紡絲凍膠紡絲 （增塑熔融紡絲）（增塑熔融紡絲）聚丙烯腈的紡聚丙烯腈的紡絲成形方法絲成形方法商品化商品化溶液紡絲溶液紡絲用螺桿擠出機用螺桿擠出機濕法紡絲工藝流程濕法紡絲工藝流程1-噴絲頭噴絲頭 2-凝固浴凝固浴 3-導絲盤導絲盤 4-卷繞裝置卷繞裝置 一、聚丙烯腈的濕法紡絲成形一、聚丙烯腈的濕法紡絲成形（以（以NaSCN一步法生產為例）一步法生產為例）n原液制備原液制備n紡絲成形紡

17、絲成形n后處理后處理n溶劑回收溶劑回收原液制備原液制備n脫單體脫單體聚合漿液中殘存的單體會緩慢地聚合，使?jié){液粘聚合漿液中殘存的單體會緩慢地聚合，使?jié){液粘度上升；單體會在原液從噴絲孔流出時氣化逸出，既度上升；單體會在原液從噴絲孔流出時氣化逸出，既惡化勞動條件，又嚴重影響纖維的品質。要求單體殘惡化勞動條件，又嚴重影響纖維的品質。要求單體殘留量留量0.1會使染料沉淀，會使染料沉淀，染色后纖維會有斑點。染色后纖維會有斑點。水洗設備：長槽式和噴淋式等。水洗設備：長槽式和噴淋式等。水洗溫度一般控制在水洗溫度一般控制在50 左右。左右。q洗滌后含有溶劑的洗滌水溢流而出，導入回收車間洗滌后含有溶劑的洗滌水溢流

18、而出，導入回收車間回收溶劑?；厥杖軇上油上油 q上油目的：纖維具有平滑性、柔軟性，改善手感和上油目的：纖維具有平滑性、柔軟性，改善手感和抗靜電性能，以利于后加工?？轨o電性能，以利于后加工。q經浸漬法或油輪法上油，一般分為柔軟浴和抗靜電經浸漬法或油輪法上油，一般分為柔軟浴和抗靜電浴兩次上油。浴兩次上油。n干燥致密化干燥致密化 經拉伸后的纖維超分子結構基本形經拉伸后的纖維超分子結構基本形成，但由于成形時間短，纖維中還存在內應力和成，但由于成形時間短，纖維中還存在內應力和缺陷，經干燥致密化和熱定型消除內應力和結構缺陷，經干燥致密化和熱定型消除內應力和結構缺陷。缺陷。q 纖維致密化機理：纖維致密化

19、機理：拉伸水洗后的纖維，其微孔被拉長拉細，內拉伸水洗后的纖維，其微孔被拉長拉細，內部充滿水，在適當溫度下進行干燥，大分子鏈段部充滿水，在適當溫度下進行干燥，大分子鏈段能較自由地運動，水分逐漸蒸發(fā)產生毛細管壓力，能較自由地運動，水分逐漸蒸發(fā)產生毛細管壓力，使得微孔半徑相應收縮，最后使得微孔半徑相應收縮，最后微孔融合微孔融合。q干燥溫度：應高于初級溶脹纖維的干燥溫度：應高于初級溶脹纖維的Tg。q干燥設備：簾板式干燥機和圓網式干燥機。干燥設備：簾板式干燥機和圓網式干燥機。q干燥致密化后纖維的物理機械性能和染色性能有很干燥致密化后纖維的物理機械性能和染色性能有很大提高。大提高。n卷曲卷曲 q目的是增加

20、纖維的抱合力，改善柔軟性、彈性和保目的是增加纖維的抱合力，改善柔軟性、彈性和保暖性。暖性。q卷曲前將纖維加熱到卷曲前將纖維加熱到Tg以上，按加熱方式可分為以上，按加熱方式可分為干卷曲（蒸汽加熱）和濕卷曲（熱水加熱）。干卷曲（蒸汽加熱）和濕卷曲（熱水加熱）。n熱定型熱定型 q 干燥致密化后，纖維的服用性能還較差，需要通干燥致密化后，纖維的服用性能還較差，需要通過熱定型來進一步改善纖維的超分子結構。過熱定型來進一步改善纖維的超分子結構。q熱定型的目的是提高纖維熱定型的目的是提高纖維尺寸穩(wěn)定性尺寸穩(wěn)定性（熱定型后（熱定型后PAN沸水收縮率下降為沸水收縮率下降為4以下），進一步改善纖以下），進一步改善

21、纖維的機械性能、染色性能。維的機械性能、染色性能。q熱定型中，纖維中大分子鏈段因熱運動而產生解取熱定型中，纖維中大分子鏈段因熱運動而產生解取向。熱定型溫度越高，大分子解取向也隨之加劇，向。熱定型溫度越高，大分子解取向也隨之加劇，纖維的鉤強、沸水收縮率降低。但溫度過高，纖維纖維的鉤強、沸水收縮率降低。但溫度過高，纖維發(fā)黃，對纖維物理機械性能產生不良影響。發(fā)黃，對纖維物理機械性能產生不良影響。n切斷切斷 為了使產品能很好地與棉或羊毛等混紡，為了使產品能很好地與棉或羊毛等混紡，須將其切斷成相應長度。須將其切斷成相應長度。溶劑回收溶劑回收n溶劑回收的意義：節(jié)約消耗，降低成本。溶劑回收的意義：節(jié)約消耗，

22、降低成本。以以NaSCN法生產腈綸為例法生產腈綸為例 生產生產1 1噸纖維噸纖維聚合時用聚合時用 7噸噸 51的的NaSCN水溶液水溶液紡絲時用紡絲時用 28噸噸 12的的NaSCN水溶液水溶液n溶劑回收流程溶劑回收流程NaSCN稀溶液稀溶液 稀溶液蒸發(fā)稀溶液蒸發(fā) 除除SO42- 除鐵離子除鐵離子 供聚合時用溶劑供聚合時用溶劑堵塞噴絲孔引起斷頭、毛絲；堵塞噴絲孔引起斷頭、毛絲；蒸發(fā)中易產生鍋垢影響傳熱。蒸發(fā)中易產生鍋垢影響傳熱。由于由于NaSCNNaSCN的腐蝕作用引進鐵，的腐蝕作用引進鐵，二價、三價鐵都有阻聚作用，使二價、三價鐵都有阻聚作用，使反應速度降低反應速度降低, , 降低降低三價鐵與

23、三價鐵與SCN根生成深紅色絡合根生成深紅色絡合物，使纖維白度降低。物，使纖維白度降低。DP二、聚丙烯腈的干法紡絲二、聚丙烯腈的干法紡絲n聚丙烯腈的干法紡絲發(fā)展比較迅速，其產量約聚丙烯腈的干法紡絲發(fā)展比較迅速，其產量約占腈綸總產量的占腈綸總產量的2530，國內有齊魯石，國內有齊魯石化淄博腈綸廠、秦皇島腈綸廠及撫順石化腈綸化淄博腈綸廠、秦皇島腈綸廠及撫順石化腈綸廠等采用干法紡絲技術。廠等采用干法紡絲技術。nPAN纖維的濕法紡絲和干法紡絲纖維的濕法紡絲和干法紡絲相同點相同點：干法紡絲和濕法紡絲均屬于溶液：干法紡絲和濕法紡絲均屬于溶液紡絲，均需要將聚合物溶解在溶劑中配置紡絲紡絲，均需要將聚合物溶解在溶

24、劑中配置紡絲溶液。溶液。凝固機理不同凝固機理不同： 濕法在凝固浴中雙擴散成形濕法在凝固浴中雙擴散成形 干法依靠溶劑揮發(fā)成形干法依靠溶劑揮發(fā)成形原液準備原液準備n原液配置原液配置q原液濃度原液濃度：為加快紡絲原液的凝固，避免初生纖維相互粘結，為加快紡絲原液的凝固，避免初生纖維相互粘結，干法紡絲的原液采用較高濃度。干法紡絲的原液采用較高濃度。q溶劑：濕法紡絲可是用多種溶劑，如溶劑：濕法紡絲可是用多種溶劑，如NaSCN，DMF，DMSO，DMAc等；等； 目前，干法紡絲只用目前，干法紡絲只用DMF為溶劑。因為為溶劑。因為DMF溶解溶解能力最強，且其沸點較低，易揮發(fā)。能力最強，且其沸點較低，易揮發(fā)。各

25、種溶劑對聚丙烯腈溶解能力：各種溶劑對聚丙烯腈溶解能力： DMFDMAcDMSOECNaSCN ZnCl2 成形方法成形方法PAN含量含量干法紡絲（干法紡絲（ DMF為溶劑）為溶劑）2530濕法紡絲（濕法紡絲（DMF為溶劑）為溶劑）2025qPAN分子量：分子量： 濕法紡絲濕法紡絲PAN分子量為分子量為58萬，干萬，干法紡絲法紡絲PAN的分子量的分子量3.54萬。萬。n混合、脫泡、調溫和過濾（板框式過濾）混合、脫泡、調溫和過濾（板框式過濾）紡絲成形紡絲成形n紡絲機及主要附件紡絲機及主要附件n工藝流程工藝流程n干法紡絲成形機理干法紡絲成形機理n影響成形速度的因素影響成形速度的因素n紡絲機及主要附件

26、紡絲機及主要附件紡絲機：紡絲機：根據(jù)紡絲甬道的不同可分為古典式干法紡絲根據(jù)紡絲甬道的不同可分為古典式干法紡絲機和密閉循環(huán)式干法紡絲機。機和密閉循環(huán)式干法紡絲機。 古典干法紡絲中熱風的送風方式可分為順風式、逆風古典干法紡絲中熱風的送風方式可分為順風式、逆風式、分流式、雙進式。原液細流中的溶劑（式、分流式、雙進式。原液細流中的溶劑（DMF）在甬道）在甬道中受熱而蒸發(fā)，并被流動的熱空氣帶走，帶走的溶劑在溶中受熱而蒸發(fā)，并被流動的熱空氣帶走，帶走的溶劑在溶劑回收車間進行冷凝回收。劑回收車間進行冷凝回收。 干法紡絲的示意圖干法紡絲的示意圖甬道長甬道長5 58 8米米熱風熱風的送風方式可分：的送風方式可分

27、：順風式、逆風式、分流式、雙進式。順風式、逆風式、分流式、雙進式。順流式順流式逆流式逆流式分流式分流式雙進式雙進式密閉循環(huán)式干法紡絲機除具有干法紡絲機密閉循環(huán)式干法紡絲機除具有干法紡絲機的功能外，還兼有溶劑回收系統(tǒng)，可使溶劑蒸的功能外，還兼有溶劑回收系統(tǒng)，可使溶劑蒸汽在密閉體系中回收。汽在密閉體系中回收。n計量泵計量泵：由齒數(shù)相同且互相嚙合的齒輪、泵板、由齒數(shù)相同且互相嚙合的齒輪、泵板、一幅聯(lián)軸器及泵軸等組成。一幅聯(lián)軸器及泵軸等組成。n噴絲組件噴絲組件：干法紡絲粘度大，故紡絲壓力較濕干法紡絲粘度大，故紡絲壓力較濕法高，噴絲頭必須用硬度較大的金屬（鎳或不法高，噴絲頭必須用硬度較大的金屬（鎳或不銹

28、鋼）制造。紡長絲，孔數(shù)為銹鋼）制造。紡長絲，孔數(shù)為3050個，短纖個，短纖為為200300孔?？住燭形過濾器燭形過濾器：燭形過濾器用作噴絲頭前最后一燭形過濾器用作噴絲頭前最后一道過濾。道過濾。n干法成形機理：干法成形機理：n凝固介質凝固介質熱空氣熱空氣n溶劑蒸發(fā)溶劑蒸發(fā)紡絲原液從噴絲孔擠出后進入紡絲甬道，溶紡絲原液從噴絲孔擠出后進入紡絲甬道，溶液細流與甬道中熱空氣的熱交換，使原液細流溫液細流與甬道中熱空氣的熱交換，使原液細流溫度上升，當細流表面溫度達到溶劑沸點時，便開度上升，當細流表面溫度達到溶劑沸點時，便開始蒸發(fā)，細流內部的溶劑不斷擴散至表面而蒸發(fā)。始蒸發(fā)，細流內部的溶劑不斷擴散至表面而蒸

29、發(fā)。n原液細流固化原液細流固化由于溶劑蒸發(fā)，使原液細流中高聚物濃度增由于溶劑蒸發(fā)，使原液細流中高聚物濃度增加，而溶劑含量則不斷降低，當達到凝固臨界濃加，而溶劑含量則不斷降低，當達到凝固臨界濃度時，原液細流便固化為絲條。度時，原液細流便固化為絲條。n影響成形速度的因素：影響成形速度的因素：n甬道中溶劑蒸汽的濃度甬道中溶劑蒸汽的濃度甬道中溶劑濃度越低，絲條中溶劑蒸發(fā)速甬道中溶劑濃度越低，絲條中溶劑蒸發(fā)速度越快，成形的均勻性就越差，纖維橫截面形度越快，成形的均勻性就越差，纖維橫截面形狀偏離圓形就遠，所得纖維的機械性能也差。狀偏離圓形就遠，所得纖維的機械性能也差。實際生產時，甬道中實際生產時，甬道中D

30、MF的濃度控制在的濃度控制在3545g/m3。DMF爆炸的上、下極限分別為爆炸的上、下極限分別為200250，5055g/m3。n甬道中熱空氣溫度和紡絲溫度甬道中熱空氣溫度和紡絲溫度適當降低甬道內熱空氣的溫度，有利于成適當降低甬道內熱空氣的溫度，有利于成形均勻；但若溫度過低，而絲條中溶劑含量較形均勻；但若溫度過低，而絲條中溶劑含量較高，將會造成絲條相互粘結。溫度過高，溶劑高，將會造成絲條相互粘結。溫度過高，溶劑揮發(fā)過快而造成揮發(fā)過快而造成氣泡絲氣泡絲。一般情況下，甬道中。一般情況下，甬道中熱空氣的溫度以熱空氣的溫度以230260 為宜。淄博腈綸為宜。淄博腈綸廠，甬道分四段進行溫度控制分別為廠，

31、甬道分四段進行溫度控制分別為270 、250 、190 、165 。干法紡絲干法紡絲濕法紡絲濕法紡絲聚丙烯腈分子量聚丙烯腈分子量3.54萬萬58萬萬紡絲原液濃度紡絲原液濃度2530DMF：2025，DMSO:1620，NaSCN:1214%溶劑溶劑只用只用DMF為溶劑為溶劑有多種溶劑供選擇有多種溶劑供選擇噴絲頭孔數(shù)噴絲頭孔數(shù)20030010萬孔以上萬孔以上絲條凝固機理絲條凝固機理在甬道中溶劑揮發(fā)在甬道中溶劑揮發(fā)在凝固浴中雙擴散成形在凝固浴中雙擴散成形紡絲速度（紡絲速度（m/min）100300510成形成形成形和緩，纖維結構均勻成形和緩，纖維結構均勻成形較劇烈，易形成孔洞成形較劇烈，易形成孔洞

32、纖維性能纖維性能物理機械及染色新能較好物理機械及染色新能較好一般不如干法纖維一般不如干法纖維溶劑回收溶劑回收簡單簡單較復雜較復雜勞動條件勞動條件設備密閉性高，溶劑揮發(fā)少，勞設備密閉性高，溶劑揮發(fā)少，勞動條件好。動條件好。溶劑揮發(fā)較多，勞動條件較差。溶劑揮發(fā)較多，勞動條件較差。聚丙烯腈纖維干法和濕法紡絲比較聚丙烯腈纖維干法和濕法紡絲比較三種紡絲成形方法的基本特征三種紡絲成形方法的基本特征 紡絲方法紡絲方法熔紡法熔紡法干法干法濕法濕法紡絲液狀態(tài)紡絲液狀態(tài)熔體熔體溶液溶液溶液溶液紡絲液濃度紡絲液濃度/%1001835據(jù)所選溶劑據(jù)所選溶劑1225紡絲液粘度/Pas10010002104102210噴絲

33、頭（板）孔數(shù)13000010400024160000噴絲孔直徑/mm 0.20.80.030.20.070.1凝固介質冷卻空氣，不回收熱空氣，回收，再生凝固浴，回收，再生凝固機理冷卻溶劑揮發(fā)脫溶劑（或伴有化學反應）卷取速度/(m/min)10007000100150018380后處理后處理 干法成形的腈綸，因成形條件較緩和，纖干法成形的腈綸，因成形條件較緩和，纖維結構較致密，所以絲束的后處理工藝較濕法維結構較致密，所以絲束的后處理工藝較濕法簡單。簡單。n水洗水洗熱的無離子水與絲束逆向流動，洗滌后含熱的無離子水與絲束逆向流動，洗滌后含有溶劑的洗滌水溢流而出，導入回收車間回收有溶劑的洗滌水溢流而出

34、，導入回收車間回收溶劑。絲束經洗滌后基本不含溶劑。溶劑。絲束經洗滌后基本不含溶劑。n拉伸拉伸一般在水洗拉伸機中完成，絲束在水洗一般在水洗拉伸機中完成，絲束在水洗拉伸機中既洗去纖維中的溶劑，又進行拉伸，拉伸機中既洗去纖維中的溶劑，又進行拉伸，一般拉伸倍數(shù)為一般拉伸倍數(shù)為4.5左右。適宜的拉伸左右。適宜的拉伸溫度與絲條中的溶劑含量有關，絲條中的溶劑溫度與絲條中的溶劑含量有關，絲條中的溶劑相當于增塑劑。因此，溶劑含量越高，拉伸溫相當于增塑劑。因此，溶劑含量越高，拉伸溫度越低。如未拉伸纖維中溶劑含量度越低。如未拉伸纖維中溶劑含量3（8），），拉伸溫度在拉伸溫度在140 （120 ）；）；n上油上油減少

35、在纖維卷曲和絲束輸送中摩擦磨損，減少在纖維卷曲和絲束輸送中摩擦磨損，并增加纖維在卷曲和整理時的抱合力。并增加纖維在卷曲和整理時的抱合力。n卷曲卷曲一般經蒸汽箱后進入卷曲機。一般經蒸汽箱后進入卷曲機。n熱定型熱定型提高尺寸穩(wěn)定性，消除內應力，提高物理提高尺寸穩(wěn)定性，消除內應力，提高物理機械性能和染色性能。機械性能和染色性能。n切斷切斷按長度，可切斷為棉型或毛型等。按長度，可切斷為棉型或毛型等。n干燥干燥短纖維干燥是絲束經上油，切斷后進入干短纖維干燥是絲束經上油，切斷后進入干燥機；絲束狀干燥則是絲束直接進入干燥機，燥機；絲束狀干燥則是絲束直接進入干燥機，干燥后的絲束再牽切加工，或經上油、切斷后干燥

36、后的絲束再牽切加工，或經上油、切斷后打包。打包。第三節(jié)第三節(jié) 聚丙烯腈纖維的特殊加工聚丙烯腈纖維的特殊加工一、直接制條（牽切紡）一、直接制條（牽切紡）直接成條直接成條為了縮短紡絲工藝、提高勞動生產率，可將長絲為了縮短紡絲工藝、提高勞動生產率，可將長絲束經適當?shù)募庸ぃ蛊浼惹袛嘤植粊y而且直接成條的束經適當?shù)募庸?，使其既切斷又不亂而且直接成條的方法。目前切斷法和拉斷法是生產中最常用的兩種直方法。目前切斷法和拉斷法是生產中最常用的兩種直接成條方法。接成條方法。切斷法切斷法將片狀絲束經專用切絲輥切斷成一定將片狀絲束經專用切絲輥切斷成一定長度的纖維片。其切斷點排成對角線，長度的纖維片。其切斷點排成對角線

37、，然后通過拉伸使切斷點由平面排布變?yōu)槿缓笸ㄟ^拉伸使切斷點由平面排布變?yōu)橄嗷ソ诲e的狀態(tài)，從而制成條子。相互交錯的狀態(tài)，從而制成條子。拉斷法拉斷法聚丙烯腈纖維具有聚丙烯腈纖維具有熱塑性熱塑性，在高溫下可以進行高，在高溫下可以進行高倍拉伸。倍拉伸。膨體紗膨體紗利用聚丙烯腈纖維的熱可塑性，可制成膨體紗，利用聚丙烯腈纖維的熱可塑性，可制成膨體紗，例如將經濕熱處理而回縮過的纖維條子與未經濕熱處例如將經濕熱處理而回縮過的纖維條子與未經濕熱處理的條子按一定比例混紡成細紗，并進行一次濕熱處理的條子按一定比例混紡成細紗，并進行一次濕熱處理。這時細紗中未回縮過的纖維就發(fā)生回縮，成為細理。這時細紗中未回縮過的纖維就發(fā)

38、生回縮，成為細紗的中心；而已回縮過的纖維就不再回縮，被推向細紗的中心；而已回縮過的纖維就不再回縮，被推向細紗外部，并形成小圓圈狀的卷曲，浮在細紗表面，這紗外部，并形成小圓圈狀的卷曲，浮在細紗表面，這樣就成為膨體紗。樣就成為膨體紗。第七節(jié)第七節(jié) 改性和新型聚丙烯腈纖維改性和新型聚丙烯腈纖維一、抗靜電聚丙烯腈纖維一、抗靜電聚丙烯腈纖維制取抗靜電腈綸，常采用如下措施：制取抗靜電腈綸，常采用如下措施： 把親水性化合物通過共聚引入聚合體，制成高吸濕把親水性化合物通過共聚引入聚合體，制成高吸濕纖維；纖維； 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； 在紡絲原液中混入少量

39、在紡絲原液中混入少量碳黑或金屬氧化物碳黑或金屬氧化物等導電性等導電性物質或在后整理時使纖維表面涂覆金屬物質，降低纖物質或在后整理時使纖維表面涂覆金屬物質，降低纖維的電阻率。維的電阻率。 在纖維的后加工中，纖維經在纖維的后加工中，纖維經抗靜電劑抗靜電劑溶液處理后，溶液處理后，能在纖維表面涂覆上一層抗靜電劑，具有暫時性的抗能在纖維表面涂覆上一層抗靜電劑，具有暫時性的抗靜電性能。靜電性能。 目前，抗靜電腈綸可用于學生服裝，夜禮目前，抗靜電腈綸可用于學生服裝，夜禮服，抗靜電工作服，無塵工作服，無絨毛、無服，抗靜電工作服，無塵工作服，無絨毛、無菌工作服，煉油及石化部門用的防爆型特殊工菌工作服，煉油及石化

40、部門用的防爆型特殊工作服，以及地毯、被單、復印帶等。作服，以及地毯、被單、復印帶等。二、高吸濕吸水聚丙烯腈纖維二、高吸濕吸水聚丙烯腈纖維改善腈綸的吸濕、吸水性的方法主要有：改善腈綸的吸濕、吸水性的方法主要有：使共聚體大分子含親水基團；使共聚體大分子含親水基團；與親水化合物接枝或共聚；與親水化合物接枝或共聚；與親水性聚合體進行共混紡絲；與親水性聚合體進行共混紡絲；與親水性聚合體進行復合紡絲；與親水性聚合體進行復合紡絲；使纖維表面含有親水層；使纖維表面含有親水層；使纖維截面粗糙和異形化；使纖維截面粗糙和異形化；使芯層呈泡沫微孔狀，并有微導管通向皮層；使芯層呈泡沫微孔狀，并有微導管通向皮層；使纖維超

41、細化；如纖度為使纖維超細化；如纖度為0.45dtex的腈綸短纖維，其的腈綸短纖維，其保水性為普通腈綸的兩倍多。保水性為普通腈綸的兩倍多。高吸濕腈綸改變了普通腈綸不適于制作春秋服裝高吸濕腈綸改變了普通腈綸不適于制作春秋服裝的狀況，可制作四季服裝，內衣，運動衫，兒童服裝的狀況，可制作四季服裝，內衣，運動衫，兒童服裝，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、阻燃聚丙烯腈纖維三、阻燃聚丙烯腈纖維為增加聚丙烯腈纖維的阻燃性，通常可采用如下為增加聚丙烯腈纖維的阻燃性，通常可采用如下三種方法：三種方法：應用含氯、溴或磷化合物等阻燃性單體，如氯乙烯、應用含氯、溴或磷化合物

42、等阻燃性單體，如氯乙烯、偏二氯乙烯、溴乙烯以及帶乙烯基的磷酸酯作第二單偏二氯乙烯、溴乙烯以及帶乙烯基的磷酸酯作第二單體，通過與丙烯腈共聚，制得阻燃腈綸。體，通過與丙烯腈共聚，制得阻燃腈綸。 將聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯等阻燃性聚合物與將聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯等阻燃性聚合物與聚丙烯腈原液共混紡絲。聚丙烯腈原液共混紡絲。纖維在后處理時用阻燃劑作表面整理。但此法纖維在后處理時用阻燃劑作表面整理。但此法所得纖維的阻燃性不持久，經多次洗滌后即失所得纖維的阻燃性不持久，經多次洗滌后即失去阻燃性。去阻燃性。四、抗起球聚丙烯腈纖維四、抗起球聚丙烯腈纖維為降低腈綸的起球性，通常采用如下措施：為降低腈綸的起球性，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，降低第二組分（降低第二組分（0.1.5）的含量，提高）的含量，提高纖維的剛性和脆性，使織物中纖維末端不易纏纖維的剛性和脆性，使織物中纖維末端不易纏繞成結。繞成結。降低降低PAN的重均相對分子質量至的重均相對分子質量至4000050000，并適當加寬相對分子質量分布，從而，并適當加寬相對分子質量分布，從而降低纖維的斷裂延伸度，即使織物起球也易于降低纖維的斷