第五章聚丙烯腈纤维.ppt
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1、高分子材料与纺丝技术 第五章 聚丙烯腈纤维 第五章 聚丙烯腈纤维 学习目的要求 初步掌握聚丙烯腈纤维的生产技术, 把握聚丙烯腈 的制备及其性能, 了解聚丙烯腈的改性和新品种。 第五章 聚丙烯腈纤维 第一节 概述 最早的聚丙烯腈(PAN)纤维由纯PAN制得,因染色 困难且弹性较差,仅作为工业用纤维。 聚丙烯腈(PAN)纤维通常指含丙烯腈在85以上 的丙稀腈共聚物或均聚纤维,国内简称腈纶。丙烯腈 含量占35%85%的共聚物制成的纤维称为改性聚丙烯 腈纤维。 第五章 聚丙烯腈纤维 1950年美国杜邦公司首先实现了工业化生产,商 品名为ORLON,目前产量居合成纤维第三位。 腈纶纤维有许多优点,蓬松性
2、、保暖性好、手感 柔软、近似羊毛,而且具有优良的耐光性和耐辐射性 。但其强度不高,耐磨性和抗起球性较差。 第五章 聚丙烯腈纤维 第一单体丙烯腈, 88 95 第二节聚丙烯腈的制备及性能 一、腈纶生产的主要原料及用途 1.单体 聚丙烯腈 纤维大多 由三元共 聚物制得 第二单体, 510 第三单体, 0.53 第二单体作用:降低大分子间的作用力从而降低PAN的 结晶性、增加纤维的柔软性。 常用的第二单体有: 丙烯酸甲酯(MA) 甲基丙烯酸甲酯(MMA) 醋酸乙烯酯(VAC) 丙烯酰胺(AAM) 第五章 聚丙烯腈纤维 第五章 聚丙烯腈纤维 第三单体作用:引入亲染料基团,提高纤维对染料的 亲和力。 常
3、用的第三单体有: 衣康酸(甲叉丁二酸,ITA) 丙烯磺酸钠 甲基丙烯磺酸钠 对乙烯基苯磺酸钠 乙烯吡啶 2甲基5乙烯吡啶 对阳离子染料有亲和力 对酸性染料有亲和力 无机溶剂:NaSCN水溶液、ZnCl2 有机溶剂: 二甲基甲酰胺(DMF) 二甲基乙酰胺(DMAC) 二甲基亚砜(DMSO) 碳酸乙烯酯(EC) 引发剂 偶氮类: 偶氮二异丁腈(AIBN) 氧化还原体系:氯酸钠亚硫酸钠 NaClO3Na2SO3 过硫酸钾亚硫酸氢钠 K2S2O8NaHSO3 第五章 聚丙烯腈纤维 2.其它原料 溶剂 浅色剂还原剂: 可以提高纤维的白度,常用二氧化硫 脲(TUD)、氧化亚锡。 分子量调节剂:异丙醇(IP
4、A) 异丙醇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作用发生链转移反应。异丙 醇自由基地活性强,但由于加入少量对反应速度没影响 。 第五章 聚丙烯腈纤维 第五章 聚丙烯腈纤维 二、丙烯腈的聚合 聚合机理:丙烯腈的聚合为自由基链式反应,丙 烯腈可以进行本体聚合、乳液聚合和溶液聚合。对于腈 纶,采用溶液聚合方法。 均相溶液聚合(一步法):所用的溶剂即能溶解单 体、又能溶解反应生成的聚合物,反应完毕,聚合液可 直接用作纺丝。如以浓NaSCN水溶液、DMSO、DMF或 DMAC为溶剂的聚合,均为均相溶液聚合。 第五章 聚丙烯腈纤维 非均相溶液聚合(二步法):可用介质只能溶解或部
5、 分溶解单体,而不能溶解反应生成的聚合物,纺丝前需要 用溶剂重新溶解聚合物制成纺丝溶液。因非均相的聚合介 质通常采用水,所以又称为水相沉淀聚合。 1、NaSCN一步法均相溶液聚合 优点:聚合后经脱单、脱泡、过滤等工序后可直接纺丝, 省去分离聚合物的沉淀、过滤和烘干等工序,国内多采用 此法。 第五章 聚丙烯腈纤维 生产工艺流程:见下页流程图。 脱单体的目的:减少消耗、减少环境污染;残存单体 在贮存中发生再聚合、影响原丝粘度;残存单体会使 纤维的强力和伸度下降。 脱单体过程:完成聚合后的浆料由釜顶出料,通往脱 单体塔,未反应的单体在脱单体器的伞面上沸腾逸去 ,在这里反应用的试剂混合液又被作为回收单
6、体的冷 凝液,经冷凝器把未反应的单体冷凝下来,带回试剂 混合槽。第一次可以除去未反应单体的9095,残 存单体仍高于工艺要求需进行第二次再脱,单体含量 0.1会使染料沉淀染得纤 维会有斑点。 水洗设备:长槽式和喷淋式等。 水洗温度:一般控制在50 左右。 洗涤后含有溶剂的洗涤水溢流而出,导入回收车间 回收溶剂。 第五章 聚丙烯腈纤维 水洗 第五章 聚丙烯腈纤维 上油 上油目的:纤维具有平滑性,柔软性改善手感和抗静 电以利于后加工。 经浸渍法或油轮法上油,一般分为柔软浴和抗静电浴 两次上油。 干燥致密化 经拉伸后的纤维超分子结构基本形成,但由于成形 时间短,纤维中还存在内应力和缺陷,经干燥致密化
7、和 热定型消除内应力和结构缺陷。 纤维致密化机理: 拉伸水洗后的纤维,其微孔被拉长拉细,内部充满 水,在适当温度下进行干燥;大分子链段能较自由地运 动;水分逐渐蒸发产生毛细管压力,使得微孔半径相应 收缩,最后微孔融合。 干燥温度:干燥的温度应高于初级溶胀纤维的Tg。 干燥设备:帘板式干燥机和圆网式干燥机。干燥致 密化后纤维的物理机械性能和染色性能具有很大提高。 第五章 聚丙烯腈纤维 第五章 聚丙烯腈纤维 卷曲 目的是增加纤维地抱合力,改善柔软性、弹性合 保暖性。 卷曲前将纤维加热到Tg以上,按加热方式可分 为干卷曲(蒸汽加热)和湿卷曲(热水加热)。 热定型 干燥致密化后,纤维的服用性能还较差,
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