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聚丙烯腈纤维介绍

  发布时间:2022-08-11 07:19:52 | 来源:亚博华体会欧冠联赛 作者:亚博华体会代理
  

  四聚丙烯腈的干喷湿纺法纺丝一干喷湿纺法的工艺流程纺丝原液计量泵烛形过滤器喷丝头气体层空气或惰性气体干法凝固浴湿法导丝钩导丝盘热浴拉伸槽一次拉伸干燥辊筒干燥蒸汽拉伸槽二次拉伸松弛干燥辊筒松弛热定型四聚丙烯腈的干喷湿纺法纺丝一干喷湿纺法的工艺流程蒸汽拉伸槽二次拉伸热浴拉伸槽一次拉伸四聚丙烯腈的干喷湿纺法纺丝二干湿法坊丝的工艺控制1纺丝原液粘度

  本章重点: 掌握丙烯腈聚合、原液制备的原理及工艺、 湿法纺丝的特点、湿法纺丝纤维成形原理。

  聚丙烯腈纤维(acrylic fibres)是指由聚丙烯腈或 丙烯腈含量占85%以上的线型聚合物所纺制的纤维。 如果聚合物中内丙烯腈含量占35~85%、其他共 聚单体含量占15~65%,则这种共聚物制成的纤 维被称为改性聚丙烯腈纤维。我国聚丙烯腈纤维的 商品名为腈纶。目前其产量在合纤中仅次于聚酯纤 维、聚酰胺纤维和聚丙烯纤维,居第四位,占合纤 8%。 20世纪30年代初期,就已着手聚丙烯腈纤维的生 产试验,直至1 950年,聚丙烯腈纤维才正式投入 大生产。

  最早的聚丙烯腈纤维由纯聚丙烯腈(PAN)制成,故染 色困难,且弹性较差,仅作为工业用纤维。后来开 发出丙烯腈与烯基化合物组成的二元或三元共聚物, 改善了聚合体的可纺性和纤维的染色性。其后又研 制成功丙烯氨氧化法制丙烯腈新方法,才使聚丙烯 腈纤维工业得以迅速发展。

  聚丙烯腈纤维具有羊毛的特性(有合成羊毛之称), 蓬松性和保暖性好,手感柔软、防霉,防蛀。并有非 常优越的耐光性和耐辐射性。 近年来,为了适应某些特殊用途的需要,通过化学 和物理改性方法,制成具有特殊性能或功能的改性聚 丙烯腈纤维,如具有永久性立体卷曲的复合纤维和具 有多孔结构的高吸水纤维;还有阻燃、抗静电、高收 缩、染色性和耐热性良好的纤维。中空聚丙烯腈纤维 可作为血液净化器的材料。聚丙烯腈纤维还可作为生 产碳纤维的原丝,可分别制成耐高温的预顶氧化纤维、 耐1000℃的碳纤维、以及耐3000℃的石墨纤维。

  丙烯腈(CH2=CH-CN),是合成聚丙烯腈的单体。 目前,丙烯氨氧化法是丙烯腈合成中最主要的生产 方法。使丙烯在氨、空气与水的存在下,用钼酸铋 与锑酸双氧铀作催化剂,在沸腾床上于450℃、 150kPa下反应,反应式如下:

  作为聚丙烯腈纤维原料的丙烯腈,少量杂质的 存在可明显影响聚合反应和成品质量,因此,除水 外的各类杂质(如醛、氢氰酸、不挥发组分及铁等) 的总含量不得超过0.005%。

  (一)聚合方法概述 1 聚合方法分类 丙烯腈的聚合属自由基型链式反应,实际生产 中大多采用溶液聚合。什么叫溶液聚合? 单体和引 发剂溶于适当的溶剂中的聚合称为溶液聚合。根据 所用溶剂的不同,可分为:均相溶液聚合和非均相溶 液聚合。

  均相溶液聚合—所用溶剂既能溶解单体,又能溶 解反应生成物,反应完毕后,所得的聚合液可直 接用于纺丝,故又称腈纶生产一步法。丙烯腈聚 合所用溶剂主要有硫氰酸钠(NaSCN)浓水溶液、 氯化锌(ZnCl2)浓水溶液、二甲基甲酰胺(DMF)、二 甲基亚砜胺(DMSO)等。

  非均相溶液聚合—所用介质(水或溶剂)只能溶 解或部分溶解单体,而不能溶解所得到的聚合物, 在聚合过程中聚合物不断地呈絮状沉淀析出,经 分离后需用合适的溶剂再溶解,方可制成纺丝原 液,此法称为腈纶生产的两步法。因非均相聚合 的介质通常采用水,所以又称为水相聚合法。 由此可见,溶液聚合主要有三大部分:单体、 引发剂和溶剂。

  纯聚丙烯腈纤维的产量较低,均作工业用途。聚丙 烯腈纤维大多数以丙烯腈为主的三元共聚物制得,其 中丙烯腈占88~95%;第二单体含量为4~10%;第 三单体为0.3~2.0%。 第二单体的作用是降低PAN的结晶性,增加纤维的 柔软性,提高纤维的机械强度、弹性和手感,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。常用的第二单体为非离子型单体,如丙烯酸 甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等。

  第三单体的目的是引入一定数量的亲染料基团,以 增加纤维对染料的亲和力,可制得色谱齐全,颜色鲜 艳,染色牢度好的纤维,并使纤维不会因热处理等高 温过程而发黄。 第三单体为离子型,分两大类: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、甲基丙烯磺酸钠等;另一类是对酸性染料有亲 和力,含有氨基,酰胺基,吡啶基等的单体。此外, 为使聚合产物具有合适的分子量,在丙烯腈聚合过程 中还需加入分子量调节剂(如异丙醇)、终止剂(如乙 二胺四乙酸四钠盐)和浅色剂(如二氧化硫脲)等。

  丙烯腈的聚合一般控制三种转化率:低转化率 (50~55%),中转化率(70~75%)和高转化率(95% 以上)。在硫氰酸钠为溶剂的腈纶一步法生产中,通 常只用低或中转化率。水相沉淀聚合时转化率较高, 可达70~80%。在以硝酸及二甲基亚砜为溶剂的腈 纶一步法生产中,可采用高转化率。

  (二)丙烯腈的均相溶液聚合(图5-1流程简图) 丙烯腈等单体及PAN均溶于同种溶剂- NaSCN;

  单体:原料丙烯腈(AN)、第二单体丙烯酸甲酯(MA)、 第三单体衣康酸(ITA); 引发剂:偶氮二异丁腈(AIBN); 溶剂:48.8%硫氰酸钠(NaSCN); 浅色剂:二氧化硫脲(TUD); 分子量调节剂:异丙醇(IPA); 单体转化率:55~70%,中转化率; 平均分子量:60000~80000。

  完成聚合后的浆液由釜顶出料,通往脱单体塔。 脱单体后的浆液被送入后续的脱泡工段。

  均相溶液聚合的优点是省去分离聚合物的沉淀、 过滤和烘干等过程,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。

  单体:原料丙烯腈(AN)、第二单体丙烯酸甲酯(MA)、 第三单体衣康酸(ITA); 引发剂:硫酸亚铁铵-过硫酸钾、活化NaHSO3; 溶剂:无离子水;

  由引发剂与活化剂相互作用产生的自由基,引发丙烯 腈聚合反应及对反应速度、聚合物分子量的有效控制。

  丙烯腈单元的连接方式主要是首尾连接,与 -C≡N基相连接的碳原子间隔着一个-CH2基。

  图所示那样是有规则的 螺旋状分子,而是具有 不规则曲折和扭转的分 子,是由于氰基的存在。 氰基中的碳原子带正电 荷,氮原子带负电荷,

  斥,而相邻大分子间的氰 基则因极性方向相反而互 相吸引(偶极子力),由于这 种很大的斥力和引力的相 互作用,使大分子活动受 到极大的阻碍,而在它局

  x射线图发现,这种不规则螺旋状大分子在整个 纤维中的堆砌,就有序区来说,它的序态还是有缺 陷的,还未达到结晶高聚物晶区的规整程度。这是 由于这种螺旋体的歪曲和曲折,并且没有一定螺距, 所以不能整齐堆砌成较完整的晶体,通常称为“准 晶”。但就无序区来说,它的序态又高于一般高分 子物的无定形区的规整程度。因此,聚丙烯腈具有 三种不同的聚集状态,即非晶相的低序态,非晶相 中序态和准晶相高序态。

  目前聚丙烯腈纤维生产都采用丙烯腈三元共聚 物为原料,第二单体的引入破坏了大分子链的规整 性,使聚丙烯腈结构发生一定程度的无序化,降低 大分子间的敛集密度,改善手感,提高弹性,改善 染色性。第三单体又向大分子中引入了一定数量的 亲染料基团,使染谱齐全,颜色鲜艳。

  1 物理性质:白色粉末状物质,加热至220~230℃时 软化,并同时发生分解。

  耐光性非常优良,-CN中的三价键连接(一个σ键两个 π健),此结构可吸收能量较多(紫外光)的光子,并转 化为热能,从而保护主键,使其不易发生降解。

  性质及加工性取决于分子量及其分布。分子量及其多 分散性与所选引发剂的性质有关。分子量低于10000 时,往往就不可能形成纤维,分子量的多分散性越大, 或低分子组分含量越多,则制成的纤维性能越差。

  2 玻璃化温度:Tg是表征大分子链段热运动的转变点。 Tg必与链段所处的聚集状态有关。PAN有三种不同的聚 集状态,即非晶相低序态,非晶相中序态和准晶相高 序态。必然也有三个与之相对应的链段运动的转变温 度,这种转变温度对非晶相是Tg ,对晶相则是熔点。 因此PAN有两个Tg 。 PAN低序区的Tg为80~100℃,非 晶相中序区的Tg约在140~1 50℃之间。 由于共聚组分的加入两个Tg逐渐相互靠近,以至完全 相同,三元共聚的PAN的Tg约为75~100℃。由于水的 增塑作用,次级溶胀PAN的Tg进一步下降到65~80℃; 而初级溶胀PAN的Tg则在40~60℃范围内。

  3 聚丙烯腈的化学性质:由于含有氰基,在碱或酸对 聚丙烯腈作用时,氰基会转变成酰胺基。温度越高, 反应越剧烈。生成的酰胺又能进一步被水解(反应式 见P126)。

  在碱性水解时释出的NH3又能与末水解的聚丙烯腈中 的氰基发生反应,使聚丙烯腈变黄。

  聚丙烯腈可溶解于浓硫酸中。聚丙烯腈中在很宽的温 度范围内,对各种醇类、有机酸(甲酸除外),碳氢 化合物、油、酮、酯及其他物质的作用都较稳定。

  4 聚丙烯腈的热性质:较高的热稳定性,在加热条 件下,既不软化亦不熔融,250~300℃,就发生 热裂解,主要是分解出氰化氢及氨。此时在获得的 液体馏分中含有各种腈类、胺及不饱和化合物。

  曾试验过在100℃下长时间加热聚丙烯腈溶液, 发现会产生分子链的成环作用。 聚丙烯腈在空气或氧存在下长时间受热时,会使 聚合物颜色变暗,先是转为黄色,最后变褐。与此 同时,聚合物就失去其溶解性能。

  熔融纺丝:纺丝原液的制备是采用加热熔融的方法。 某些聚合物(如聚丙烯腈)在加热条件下,既不软化亦 不熔融,只是在280~300℃时才进行分解,所以采 用熔融状态来成型纤维是不可能的,只能用溶液纺丝 法(干法或湿法)来成型纤维。干法纺丝主要生产长纤 维,湿法纺丝主要生产短纤维。目前,国内外大多采 用湿法纺丝来生产聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚乙烯醇纤 维(维尼龙)和聚氯乙烯纤维(氯纶)的短纤维。

  不论干法或湿法纺丝,都要先将高聚物溶解于溶 剂中,配制成溶液,或者由均相溶液聚合直接制成 高聚物溶液,然后进行纺丝。这里我们以聚丙烯腈 纤维生产来介绍溶液纺丝工艺。

  由均相溶液聚合,也就是一步法制得的纺丝原液含 有未反应的单体,气泡和少量的机械杂质,必须加 以去除。为保证纺丝原液的质量均一性,还必须进 行混合。故纺丝原液的制备包括脱单体,混合、脱 泡、调温和过滤等环节,以制得符合纺丝工艺要求 的纺丝原液。 由水相沉淀聚合所得的聚丙烯腈是细小的固体颗粒, 必须将其溶解在有机或无机溶剂中,并经混合、脱 泡和过滤等工序。

  图5-6为NaSCN一步法(均相溶液聚合)原液准备 流程图,完成前面聚合、脱单体后送来的原液浆液 →原液混合槽(混合)→真空脱泡塔(脱泡)→多 级混合槽(混合、加消光剂TiO2和荧光增白剂)→ 热交换器(调温)→压滤机(过滤)→纺丝机(纺 丝)。

  (一)聚合浆液中单体的脱除 大于95%的高转化率聚合产物不需脱单体,而中、 低转化率的工艺路线、未反应的单体聚合,使浆液浓度提高,粘度上升。

  2、未经脱单体的聚合液直接进入脱泡塔后,在脱泡塔 内可逸出大量挥发性单体,影响脱泡效果。

  3、直接纺丝,单体会在原液从喷丝孔挤出时气化逸出, 既恶化劳动条件,又严重影响纤维的品质。

  混合原因:聚合反应是连续进行的,在不同时间内所 得原液的各种性能难免产生某些波动,为使原液性能 稳定,必须进行混合。然后送入浆液混合储槽。

  混合贮槽作用:大容积,为原液储存桶,一旦聚合或 纺丝发生临时性故障,可有缓冲余地。充分进行混合。 脱泡:浆液在输送或在机械力作用下会混入气泡,较 大气泡通过喷丝孔会造成断头或产生毛丝,较小气泡 会通过喷丝孔而留在纤维中,造成气泡丝,在拉伸时 易断裂或影响成品丝强力,所以纺丝前必须脱泡。

  (三)调温和过滤 调温:目的是稳定纺丝浆液的粘度,以有利于过滤 和纺丝。 过滤:主要除去混合浆液中的各种机械杂质,以保 证纺丝的顺利进行。过滤设备一般用板框式压滤机。

  单体; 脱单体:脱去未反应的  混合:质量均一性;   脱泡:除气泡; 调温:稳定粘度;   质。 过滤:除去少量机械杂

  水相沉淀聚合(非均相溶液聚合)所得的聚丙烯 腈是细小颗粒状固体,首先需要将它溶解于某种有机 或无机溶剂中,并经过混合、脱泡,过滤等工序,以 制成符合纺丝要求的原液(二步法)。 下面以硫氰酸钠水溶液及二甲基甲酰胺(DMF)为 溶剂讨论聚丙烯腈的溶解过程。

  (一)以硫氰酸钠( NaSCN )水溶液为溶剂 NaSCN水溶液溶剂化作用。在溶剂化NaSCN水 溶液中,加入PAN时, PAN中的氰基参与溶剂化层 的组成,在NaSCN水溶液浓度达到43~45%时,大 分子处于溶剂系统的包围之中,使得固体的PAN转 化成高分子溶液。当NaSCN水溶液浓度达到50%左 右时, PAN中的氰基与溶剂系统构成的溶剂化层是 最适宜的,此时溶液的粘度最低。如果NaSCN溶液 浓度继续增高,则溶剂化度降低,大分子间相互作 用力增大,溶液的粘度反而回升(图5-7)。

  生产上所用溶解聚丙烯腈的硫氰酸钠水溶液浓度 下限为44%,上限是55%~57%,这时纺丝溶液 中高聚物浓度一般为10~13%,其变动范围主要取 决于共聚物的组成、分子量及其多分散性。

  DMF是聚丙烯腈干法纺丝最常用的溶剂,也 是湿法纺丝最常用的溶剂,其主要性质见P141。 图5-8为以DMF为溶剂的干法纺丝原液制备流 程图。

  以DMF为溶剂的干法纺 丝原液制备流程 聚丙烯腈+热DMF +TiO2+浅色剂 DTPA→混合 →溶胀、 溶解 (65℃)→过 滤 → 储罐→加热 (80~110 ℃) → 纺丝

  聚丙烯腈溶剂的选择:应综合考虑溶剂对聚丙烯 腈的化学稳定性、溶解能力、沸点、汽化潜热、毒 性、安全性、腐蚀性、可回收性及价格等多重因素。 下表给出几种常用溶剂的性能。

  我们知道,聚丙烯腈在加热下既不软化又不熔融, 在280~300℃下分解,故一般不能采用熔融纺丝, 而采用溶液纺丝法中的干法纺丝或湿法纺丝。目前, 全世界每年用这两种纺丝方法生产的腈纶中,湿法 纺丝约占85%,据报道,也有采用熔融法纺丝的研 究,纺丝用聚合体应是另一种共聚物结构。 在湿法纺丝时,高聚物溶液从浸于凝固浴中的喷 丝板小孔喷出,通过双扩散作用最终使纤维成型。 凝固浴通常为制备原液所用溶剂的水溶液。

  因纺丝原液所选用的溶剂的不同,相应的湿法成型 工艺也有所不同。仅以DMF及NaSCN两种溶剂路线为 例,讨论聚丙烯腈湿法成型工艺。

  (一)DMF溶剂路线 以DMF为溶剂的PAN的湿法纺丝工艺应用较多, 此法的优点是溶剂溶解能力优良,能制得浓度高的纺 丝原液,且溶剂回收也较简单。但在较高温度(80℃) 下溶解时,会使纺丝原液颜色发黄变深。还有DMF有 致癌性,现在逐渐减少使用。一般将粉末状的PAN溶 解100%DMF中,制成含PAN20~25%的纺丝原液。

  以NaSCN为溶剂时一般都采用丙烯腈在NaSCN溶 液中聚合,制成PAN含量12~14%, NaSCN含量44 %纺丝原液,并直接用聚合液进行纺丝(一步法)。 该法的主要优点是工艺过程简单,实现了聚合和纺 丝连续化,聚合速度较快,降低了成本。此外,硫 氰酸钠价廉易得,不易挥发,消耗量低,因此,目 前普遍采用。但是对设备腐蚀严重,溶剂回收工艺 也较为复杂。

  生产所用主要为斜底水平式纺丝机,又称卧式纺 丝机。它是一种单面式纺丝机,凝固浴从装有喷丝头 的一端(前端)进入浴槽,与丝条并行流向浴槽的另 一端(后端)。

  其作用是定量地把纺丝溶液压入烛形过滤器,以 保证纺成一定规格而且纤度均匀的纤维。由于腈纶 湿法纺丝大多用于生产短纤维,所以计量泵为大容 量计量泵,常用的是齿轮泵,其结构原理同熔融纺 丝泵相似,使用时转速不宜过高,一般不超过 45r/min。

  (三)烛形过滤器 在纺丝泵和喷丝头之间连接有烛形过滤器,其作用 是在纺丝溶液流向喷丝头之前再进行一道纺前过滤。 它由滤头、滤栓、外壳以及连接头等组合而成 。滤栓 与外壳同心套在一起,滤栓系一空管,表面有螺纹及 通液的小孔,在其外面紧密地裹扎滤布。它的结构如 下图所示。

  (三)喷丝头 喷丝头的作用是将准确计量过的纺丝溶液的总 流,分成许多股细流,形成一定纤度的多根单纤维。 这种分配是借助于分布在喷丝头上的许多孔眼来完 成的,孔数和孔径的大小对纺丝的条件以及对纤维 的物理机械性能等有很大的影响。 喷丝头孔数:孔数的选用主要决定于纤维的总纤度 和单纤维的纤度。纺制短纤维时喷丝头孔数较多, 一般常用的是几万孔以至十几万孔。

  喷丝头孔径大小:决定于纺丝的方法、纺丝原液 的组成和粘度,喷丝头拉伸以及成品单纤维所要 求的纤度,通常湿法纺丝所用的喷丝头孔径比熔 纺喷丝孔小,约为0.06~0.10mm。表5-2列举 目前腈纶生产中常用喷丝头的孔数和孔径,随纤 维的纤度(特数)增加孔径增大。

  喷丝头形状:一般为圆形,但也有矩形的或瓦楞 形的。若喷丝头直径过大,受压时易于变形,可 以采用组合型喷丝头,如由12个2000孔的小喷 丝头组合而成24000孔的一个大喷丝头。

  组合喷丝头的优点是制造方便,组装简单,更 换容易。其缺点是组件直径太大易造成成型不 均匀。 喷丝头的材料:要求既耐腐蚀,又有一定的强 度,目前采用金和铂的合金等。

  再看看纺丝工艺流程,纺丝溶液由纺丝计量泵 定量压入烛形过滤器,并由喷丝头喷出。喷出的浆 液细流在凝固浴中凝固成型为丝条,以成型的丝条 在预热浴中进一步凝固脱水,并给予适当的拉伸, 再在蒸汽加热下高倍拉伸,后经水洗、干燥、定型、 卷曲、切断、打包等工序,制得纤维供纺织用。

  凝固浴一般为PAN溶剂的水溶液, 丝 水是凝固剂。纺丝原液由喷丝头喷出 条 进入凝固浴后,原液细流表层首先与 溶剂 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 皮层扩散至细流内部,而细流中的溶剂也通过扩散 至凝固浴中,这实际上是双扩散作用,由于双扩散 的不断进行,细流中溶剂浓度逐渐降低到某一临界 浓度以下,PAN析出凝固形成初生纤维。

  表5—3为由几种常用溶剂制备的原液中丙烯腈聚 合物的浓度。 纺丝原液的成型是一个浓溶液向冻胶转化的过程 称为冻胶化,而形成冻胶体。原液中高聚物浓度越 高,大分子链间的接触几率越高。 原液细流→加入凝固剂 →高聚物分子链段脱溶剂化 →大分子物理交联点 →交联点增加超过临界值 → 失去流动性→ 连续立体网络弹性体(冻胶)

  当其他条件不变而增加纺丝原液中聚合物的浓度, 则可使初生纤维的密度增大,纤维中孔洞数目减 少,结构均一性提高,纤维的机械性能提高。原 液中聚合物浓度越高,需脱除的溶剂越少,则成 型速度越快。因此,提高原液中丙烯腈共聚物的 浓度不仅在经济上是合理的,同时对改善纺丝条 件及初生纤维的结构和成品纤维的性能也都是有 利的。

  原液的浓度不能太高,当浓度达到某一定值后,继 续增加浓度,纤维机械性能没有明显变化,而溶液 粘度却大幅提高,流动性不良。此外,在确定原液 浓度工艺时,还应考虑溶剂的溶解能力和原液流动 性等因素。 如果原液浓度过低,则在沉淀剂的作用下高聚物只 能脱溶剂而呈松散絮状凝聚体析出,无法形成具有 一定强度的冻胶体,因而,不能形成纤维。

  (三)凝固浴中溶剂的含量 凝固浴一般为PAN溶剂的水溶液(以DMF为溶剂, 凝固浴是DMF的水溶液;以NaSCN为溶剂,凝固浴 是NaSCN的水溶液),水是凝固剂。 下面通过分析凝固浴中溶剂的含量及溶剂凝固能 力对丝条凝固过程的影响。

  高:浓度差小→双扩散慢→凝固困难→不充分; 低:浓度差大→双扩散快→凝固剧烈→皮芯结构→不均匀,

  表层凝固过于激烈,很快在原液细流外层形成缺乏弹 性而又脆硬的皮层,这不仅导致纤维的可拉伸性下降, 还阻碍了内层原液和凝固浴间的双扩散,使内层凝固 变慢,进一步加大皮芯层结构的差异,同时因皮层和 芯层脱溶剂化而产生的收缩不一致,造成内应力不均, 使纤维产生空洞,结构疏松并失去光泽。此初生纤维 拉伸时,易断裂而产生毛丝,干燥后手感发硬,色泽 泛白,强度和伸度都很差。 因此选择凝固浴浓度时,应在保证表面凝固良好的前 提下,采取较缓和而均匀的凝固条件,在生产上还应 使喷丝头各单根纤堆周围的凝固浴浓度尽可能一致。

  以有机溶剂(如DMF)的水溶液为凝固浴时,因凝 固能力较高,故浴中溶剂含量应较高(浓度差减小, 丝条DMF 75~80%;凝固浴DMF 50~60%),借 以抑制高聚物的凝固速度,以获得结构较为致密的 初生纤维。以无机物(如NaSCN)的水溶液为凝固浴时, 因凝固能力较差,故浴中的溶剂含量较低(浓度差 增大, 丝条NaSCN 44%;凝固浴NaSCN 9~14%)。

  (四)凝固浴的温度 凝固浴温度直接影响浴中凝固剂和溶剂的扩散 速度,从而影响成型过程。所以凝固浴温度和凝固 浴浓度一样,也是影响成型过程的一个主要因素, 必须严格控制。下表为几种主要溶剂路线纺丝时所 采用的凝固浴温度范围。

  性能好; 过低:凝固速度过慢,凝固不充分,结构性能不好, 拉伸时易造成毛丝,NaSCN析出; 升高:双扩散加快,凝固速度加快,纤维强伸度有所

  综上可知,凝固浴浓度和温度都能影响原液细流的 凝固程度和速度,所以在一定范围内两者可互相调 节。但凝固速度受浴温的影响较大,受浴液浓度的 影响较小。此外,细流表面的凝固受浴液浓度的影 响较大,而芯层的凝固主要是通过分子扩散来实现 的,受浴温的影响较大。因此在调节凝固浴温度和 浓度时,要特别注意原液细流皮芯层的凝固情况。

  在湿法纺丝过程中,可以通过调整凝固浴浓度和温 度等工艺参数使用圆形喷丝孔纺出圆形,豆型及哑 铃形等多种截面形状的纤维。

  (五)凝固浴循环量 在纤维成形过程中,纺丝原液中的溶剂不断地进入 凝固浴,使凝固浴中溶剂浓度逐渐增浓,同时由于原 液温度和室温都比凝固浴温度(10~15℃)高,所以 浴温也会有所升高。而凝固浴的浓度和温度又直接影 响纤维的品质,因此必须不断地使凝固浴循环,以保 证凝固浴浓度 及温度在工 艺要求的范 围内波动, 以确保所得 纤维的质量。

  溶剂浓度 凝固浴 太小:不同部位浓度和温度差异增大 和浴温↗ 循环量 太大:流体力学状态不稳定,毛丝。 凝固浴循环量Q的计算: W=Q/e 通常,凝固浴的流动状态可以通过改善浴槽结构和 采用分区喷丝头排列等方法来加以改善。

  是指第一导盘把丝条从凝固浴中曳出的速度。 它与生产能力关系很大,提高卷绕速度,就能提高 生产能力。

  (六)初生纤维的卷绕速度 但卷绕速度受丝束的凝固程度和凝固浴动力学 阻力的限制,提高卷绕速度必然降低丝束在浴中的

  凝固浴的凝固能力,但过快的固化速度必定影响成 品纤维的质量及其均匀性。卷绕速度提高后。凝固 浴对丝束的动力学阻力也提高,容易使刚成型的丝 条发生毛丝或断裂,上述因素都必须综合考虑。

  聚丙烯腈的干法纺丝是由美国杜邦公司于1944 年开发成功,并于1950年完成工业化生产的。虽然 聚丙烯腈及其共聚物可溶于多种溶剂,但直到目前 为止腈纶的干法纺丝只使用二甲基甲酰胺( DMF ) 为溶剂。近年来,由于各国对DMF致癌性的担心, 使腈纶干法纺丝产量下降,只占很小的比例。而我 国湿干法平分秋色,这与世界干法纺丝产量的下降 形成明显反差。

  纺丝原液→计量泵 →原液加热器(130~140℃) → 纺丝组件(喷丝板1.7~3.3dtex / 2800f 和 5~11.1dtex / 1860f)→纺丝甬道 (400 ℃ N2其他 惰性气体并流下行)→ 溶剂蒸发→ 纤维成型→喷 淋室(冷水喷淋降温) → 导辊集束→ 皮带牵引辊 → 摆丝器→盛丝桶→后加工

  纺丝原液→ 计量泵 →原液 加热器→ 纺丝 组件→纺丝甬 道 → 溶剂蒸 发→ 纤维成型 →喷淋室→ 导 辊集束→ 皮带 牵引辊→ 摆丝 器→盛丝桶→ 后加工

  纺丝甬道的保温及温度梯度分布; 热风的送风方式。 (1) 纺丝甬道为直形圆柱体,一般长 为6~10m,直径为250~450mm。 靠夹套保持甬道内的温度和温度梯 度。通常夹套中通有联苯(26.5%)和 联苯醚(73.5%)作为加热介质。

  (2)热风的送 风方式是干法 纺丝的重要技 术问题之一, 热风的方向对 纺丝操作、成 品纤维质量以 及丝斑的多少 都有直接影响。 有下列四种送 风方式。

  丝条同向,阻力小,溶 剂蒸发较慢,质量均匀 ; 顺流式:上进下出,与  丝条逆向,阻力大,溶 剂蒸发较快,成型不太 均匀; 逆流式:下进上出,与  与丝条部分同向,部分 逆向,溶剂蒸发速度更 快,阻力小; 分流式:中进上下出, 双进式:上下进中出, 与丝条部分同向,部分 逆向。 

  干法纺丝的喷丝头组件结构比较复杂。由于干 法纺丝原液的粘度较大,故纺丝压力较湿纺法高, 喷丝头必须用硬度较大的金属(镍或不锈钢)制造。 喷丝头的厚度、孔径和孔间距离比湿纺喷丝头大。 纺长丝时孔数一般30~50个,纺短丝时孔数可高达 2800个。为了提高每一纺丝位的生产率,纺长丝时 可以在一个纺丝位中装上多个喷丝头,或者把从同 一喷丝头上纺出的丝束分成两股或数股分别卷绕。

  为了使喷丝头内、外部丝条中的 DMF具有基本相同的蒸发速度。原 液在组件前的加热器中需通过两个 同心圆柱环形通道。每个通道所控 制的温度不同,并分别将原液供给 喷丝板的外侧和内侧。内侧温度约 高出外侧10℃。组件中的分离环能 使供给喷丝板内侧与外侧的原液直 至到达喷丝孔前一直保持分离状态。

  干法纺丝原液浓度较高(干法25~33%,湿法 20~25%),为此应适当降低聚合物的分子量,否 则由于原液的粘度太高,不但增加过滤和脱泡的困 难,还会降低原液的可纺性。湿法纺丝聚合物分子 量一般为50000~80000,干法纺丝为30000~ 40000,一般不超过50000。当然分子量过低,也 是不合适的,它会使纤维的某些物理—机械性能指 标变差。

  提高浓度:减少溶剂蒸发量及单耗,降低甬道中 热空气循环量,避免纤维相互粘结,并可提高纺速; 还对物理-机械性能有良好影响,如横截面变圆, 光泽较好,断裂强度增加,但延伸度有所下降。

  在一定温度下,原液组成和聚合物分子量决定原 液粘度。干法纺丝,原液粘度最好控制在600~ 800s(落球法)。因为在一定范围内,初生纤维可拉 伸性随粘度的增加而增加,但达到某一最大值后, 又随粘度进一步增加而降低。

  喷丝头孔数或孔径的增大,未拉伸纤维的总线密 度增加,丝束中DMF的残存量增大,有时甚至使单 纤维间互相粘连,而断裂强度和延伸度有所下降。 纤维的最大拉伸倍数降低,纤维的热水收缩率增加, 所以喷丝头的孔数和孔径不能随意增加。 减小孔径而增加孔数,总纤度不变而降低单丝线 密度,有利于DMF蒸发。使纤维截面结构均匀,形 状接近于圆形,纤维机械性能较好。但孔径过小, 喷丝孔易堵塞或产生毛丝,对纺丝工艺要求较高。

  包括喷丝头出口处纺丝原液温度,通入甬道热空 气温度以及甬道夹套温度。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与纺丝温度关系曲线上有极大 值,即开始时随温度的下降延伸度和拉伸倍数有所 增加,至最大值时则随温度的下降而下降。纤维中 DMF的残存量则明显地随纺丝温度的下降而上升。

  甬道热介质温度与原液中高聚物浓度,溶剂沸点,纤 维线密度,混合气体中溶剂浓度及甬道夹层温度有关。

  适当降低热介质温度有利于成型均匀,结构较均匀, 横截面趋于圆形,机械性能提高。若温度过低,而使 丝条中溶剂含量较高时,将造成丝条相互粘结。温度 过高,会因溶剂蒸发过快而造成气泡丝,影响物理- 机械性能和外观质量。PAN是热敏性聚合物,温度过 高时因热分解而使纤维变黄。同时纺丝温度过高,使 操作条件恶化,并消耗较多热能,使成本上升。

  (五)喷丝头拉伸 在干纺过程中,喷丝头拉伸倍 数比湿纺时高,但比熔纺时小。 通常为10~15倍。由于纤维中残 存的溶剂对大分子有增塑作用, 纤维中溶剂残存量越高,拉伸温 度就应越低。

  (六)纺丝速度 取决于原液细流在纺丝甬道中溶剂蒸发速度和原液 细流中需要释出的溶剂量。一般取100~400 m/min。 蒸发速度:提高甬道温度和降低混合气体中溶剂浓度→ 蒸发速度加快→纺速提高; 溶剂量:提高原液浓度→ 减少释出溶剂量→纺速提高; 与性能关系,表5-8。 纤维中DMF的残存量与纺丝速度之间的关系没有一 定的规律性。

  在其他条件不变的情况下,甬道中溶剂浓度越低, 丝条中溶剂的蒸发速度越快,成型的均匀性就越差, 纤维横截面形状偏离圆形就越大,所得纤维的机械 性能也较差。 在纺丝速度和纤维线密度一定时,甬道中的溶剂 蒸气浓度可用送入的循环介质量来控制。此外,甬 道中二甲基甲酰胺与空气相混合达到某种比例时, 有引起爆炸的危险。

  根据干法纺丝的工艺原理可知,溶剂在纤维细 流中的扩散速度及在其表面的蒸发速度是决定丝条 固化和纤维截面形状的重要因素。由于丝条表面固 化速度快,形成皮层结构。而后芯层溶剂经扩散穿 过皮层而在表面蒸发使芯层物质减少,造成皮层塌 陷,与溶剂扩散速度相比,蒸发速度越快,纤维截 面就越容易从圆形变为豆形,甚至犬骨形。

  由于纤维截面形状对其纺织,服用性能影响极大, 因此应合理选择上述各工艺参数以得到预期的截面 形状。 表5-9和表5-10分别列出腈纶湿法、干法纺丝主 要工艺及优缺点比较。

  干喷湿纺法又称干湿法纺丝,由于干喷湿纺法可 进行高倍的喷丝头拉伸,进入凝固浴的丝条已有一 定的取向度,脱溶剂化程度较高,在凝固浴中能较 快地固化,使成型速度大幅度提高。干喷湿纺法成 型速度可达200~400m/min,也有高达1500 m/min的报道。

  干喷湿纺法要求高粘度的纺丝原液,其粘度达 50~l00Pa.s。这就要求提高原液浓度,而这又为减 少溶剂的回收和单耗及提高聚合体的分子量,改善 纤维的某些物理机械性能提供了有利条件。 干喷湿纺法纺制的纤维,结构比较均匀,强度和 弹性均有提高,截面结构近似圆形,染色性和光泽 比较好。

  纺丝原液→ 计量泵→ 烛形过滤器→喷丝头 → 气 体层(空气或惰性气体)(干法)→凝固浴 (湿法) → 导丝钩→ 导丝盘→ 热浴拉伸槽(一次拉伸)→ 干燥辊筒(干燥) →蒸汽拉伸槽(二次拉伸)→松 弛干燥辊筒(松弛热定型)

  1 纺丝原液粘度:比湿法成型高,温度20℃时, 原液粘度为50~l00Pa· s。粘度的提高可采用提高原 液中高聚物的含量或增加高聚物分子量的方法来达 到。纺丝原液粘度如低于20Pa· s,喷出的原液细流 容易拉断,或发生相互粘连。反之,如果原液的粘 度过高则纺丝困难,须提高原液温度,使粘度降低, 方可顺利纺丝。但原液温度如超过100℃,则聚合 物容易氧化而着色,使纤维使用价值降低。

  2 喷丝头到凝固浴液面的距离:喷丝头表面到凝固 浴液面之间的距离是干湿法纺丝的关键参数之一, 与纺丝原液粘度密切相关,并存在如下关系式: Y=2(lgX – 1.94)

  可见,喷丝头表面到凝固浴液面间的距离随原液 粘度的增加而增加。合理选择这一距离,可使纤维 机械性能,光泽及染差得到改善。

  出凝固浴丝条经洗涤去溶剂后,在80~100℃热 水或蒸汽中进行第一次拉伸,拉伸倍数应高于1.5倍。 只有这样能保证丝条顺利通过干燥及后处理,并得 到较好强度、模量和光泽的圆形截面纤维。

  然后使纤维干燥至含水率在15%以下,干燥目 的是排出冻胶状初生纤维中水分,使纤维结构致密 化,从而提高第二次拉伸效果。

  第二次拉伸: 拉伸倍数5~l0倍,拉伸温度120~150℃,不低 于100℃,否则纤维经不起高倍拉伸。但温度如超 过170℃,则纤维容易氧化而着色。经第二次拉伸 后,纤维不仅强度和延伸度有所提高,而且光泽较 好,截面呈圆形,而一次拉伸后所得纤维截面多为 不均匀肾形。 干燥松弛热定型:

  无论经湿法还是干法纺丝得到的丝条都必须经过 一系列的后加工(或称后处理),才能成为具有实用 价值的纤维。

  对湿法纺丝而言,刚出凝固浴的丝条实际上还只 是一种富含溶剂的冻胶。因此,其后加工工艺较为 复杂。而干法成型的腈纶,因成型条件较缓和,纤 维结构较致密,故丝束的后处理工艺较湿法简单。

  最常见的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、打包等 工序(图5-9,图5-10)。根据拉伸和水洗的工序 顺序不同,又可分为先水洗后拉伸,或先拉伸后水 洗两种类型。 这些后加工路线适用于工业生产所有各种溶剂路 线,特别适合于在缓和凝固条件下或在凝固浴中停 留时间较短的成型方法。

  (二)湿法成型后加工工艺控制 1 拉伸:湿法成型拉伸一般分两步完成,即预热 浴拉伸及沸水或蒸汽浴拉伸。初生纤维实际上还是 一种高度溶胀的冻胶体,经不起直接高倍拉伸。另 外,初生纤维如果不经预热浴处理就直接进行蒸汽 或沸水拉伸,刚所得纤维泛白失透,且强力等机械 性能差(表5-11)。 这两种纤维的性能之所以有差异,主要是经预热 浴处理后初生纤维结构起了变化,初步取向,更有 利于进行以后的高倍拉伸。

  (1)拉伸温度(预热浴温度): 50~60℃,应高于聚 丙烯腈大分子重排缔合温度5~10℃为宜。此时氰 基获得足够能量,低倍拉伸发生分子重排,氰基间 相互缔合代替与水分子间的缔合,使氰基上的水化 层部分地被释放出,初生纤维收缩,含水率下降, 结构单元间作用力加强,冻胶体网络结构趋于密实。

  预热浴温度过低,冻胶体初生纤维脱液太少,溶 胀太大,网络结构太弱,经不起高倍拉伸,使后拉 伸的最大拉伸比下降,纤维取向度无法提高。 预热浴温度过高,冻胶体初生纤维脱液过度,网 络结构太强,可塑性下降,同样经不起高倍拉伸, 使后拉伸最大拉伸比下降,纤维易产生毛丝。 重排缔合温度还与共聚体的共聚组成(引入磺酸 基→下降)和预热浴中溶剂含量(增塑作用→下降) 等因素有关。

  (2) 拉伸介质:纤维在不同的拉伸介质(溶剂—先拉 伸后水洗或水—先水洗后拉伸)中的溶胀度不同, 所得纤维物理-机械性能也不同(表4-10)。 在塑性拉伸时,结构单元间的交联点必须具有一 定的强度时才能达到取向的目的。如果有增塑剂(如 NaSCN)存在,大分子间作用力被大大地削弱,拉伸 时大分子虽然也发生相对滑移,但却不能使之高度 有效地取向,所以先拉伸后水洗比先水洗后拉伸 (不管采用什么热定型条件)得纤维的质量差。

  (3)拉伸倍数:聚丙烯腈初生纤维的拉伸倍数是通过 预热浴的低倍拉伸(1.5~2.5倍)和随后的沸水或蒸汽 拉伸(4~6倍)两步完成的。实验证明,在腈纶的拉 伸过程中,非晶区取向的发展落后于准晶区取向的 发展,因此总拉伸倍数要求控制在10倍以上,随着 总拉伸倍数的提高,纤维强度上升,延伸度下降, 大分子取向度提高。但过高的拉伸倍数往往造成严 重断头。

  2 水洗:由凝固浴或预热浴出来的丝束中含有一 定量的溶剂。如果不把这部分溶剂去除,不仅使纤 维手感粗硬,色泽灰暗,而且在以后的加工中纤维 发粘,不易梳分,干燥和热定型时易发黄,并严重 影响染色。一般要求水洗后纤维上残余溶剂含量不 超过0.1%。目前水温一般都控制在50~100℃左右。 先水洗后拉伸工艺,因拉伸前丝束运动速度低, 所以用同样设备增加水洗时间可使水洗更充分。

  3 上油:上油的目的是为了提高纤维的平滑性和 抗静电性,从而提高可纺性。根据纤维的不同用途, 腈纶的上油率一般在0.1~0.7%之间。 上油位置一般选择在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。

  4 干燥致密化 (1)干燥致密化的目的:对于湿法纺丝,在凝固成 型过程中溶剂和凝固剂(水)之间的双扩散,使初 生纤维固化成型,同时也存在空洞和裂隙结构,虽 经拉伸超分子结构基本形成,但由于这种空洞和裂 隙结构的存在,使初生纤维的性能变差。因此,必 须通过干燥去除纤维中的水分,使纤维中的微孔闭 合,空洞及裂隙变小或部分消失,使其结构致密, 均匀,以制得具有实用价值的高质量腈纶。

  (2)干燥致密化的机理:在适当温度下进行干燥,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 子链段能比较自由地运动而引起热收缩,使微孔半 径相应地发生收缩,微孔间距越来越近,导致分子 间作用力急剧上升,最后达到微孔的融合。 要使初级溶胀纤维正常进行致密化,需要有适 当的温度:①使大分子链段比较自由地运动;②在 适当温度下脱除水分时所产生的毛细管压力,才能 使空洞压缩并融合。

  ①温度和时间:既考虑干燥致密化效果,又考虑设 备生产能力。要达到干燥致密化目的,干燥温度应 高于初级溶胀纤维的Tg。不能过高,过高纤维发黄, 纤维表面水分蒸发过快而产生一层过干硬皮层,而 影响干燥速度及使内外层结构性能不匀。实际生产 中,干燥温度可分区控制,并逐渐降低。 干燥时间是由进入干燥设备的丝束速度来控制 的。一般干燥机中停留时间不超过15min,时间过 长不但造成纤维着色,且降低了设备生产能力。

  ②介质的相对湿度:当介质温度不变时,介质自身的 含湿量越低,纤维的干燥就进行得越快,若介质相对 湿度过低,将与介质的温度过高有同样的弊病。 随着干燥过程进行,介质含湿量增加,须进行循 环和更换,补给量10~15%。 总之,干燥的温湿度的控制随干燥设备,纤维层厚 度,干燥时间,纤维本身的特点(如 共聚物组成,微纤网络的粗细)以及

  ③张力: 干燥致密化时纤维所受张力大体可分三种状 态,一是紧张态,即长度固定,完全不能进行轴向收 缩;二是稍有张力,可有一定程度的收缩;三是松弛 态自由收缩。干燥过程中丝束所处的状态时成品纤维 的性质影响很大。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。 ④干燥设备:目前腈纶干燥致密化 多采用松弛式帘板干燥机或半松弛 式圆网干燥机。

  (1)热定型的目的:干燥致密化后,纤维的结构均匀 性和形态稳定性还较差(表5-13),须进一步改 善纤维的超分子结构,进而改善纤维的机械性能, 提高其尺寸稳定性和纺织加工性能。

  ①介质:传热介质主要有热板、空气、水浴、饱和蒸汽 及过热蒸汽等五种。采用加压饱和蒸汽热定型效果较 好(充足热能和水分增塑)。 ②定型温度:适当提高热定型温度,有利于纤维超分子 结构的舒解、重建和加强,纤维性能受影响,如钩强 和钩伸上升,干强稍有下降等(表5-14)。但是如 果定型温度过高,则不仅使纤维发黄和并丝,并且能 使纤维的物理-机械性能变差。

  ③定型时间:定型时间与定型温度、加热介质、热定 型设备以及共聚物组成等因素有关。在温度适当的 条件下,定型时间对纤维分子结构影响不大。在高 温下延长定型时间还容易使纤维发黄,所以不能靠 延长时间来弥补温度的不足。定型时间一般20min。 ④纤维张力:热定型效果与纤维所处张力状态有关。 值得注意的是干燥致密化时的张力状态与热定型效 果有着内在联系。都处在紧张状态或松弛状态下, 纤维有些性能不太理想;而采用紧张态干燥致密化 和松弛态热定型相结合,效果适中。

  6 卷曲 目的是为增加腈纶自身及其与棉、毛混纺时的抱 合力,改善纺织加工性能,提高纤维的柔软性、弹 性和保暖性。 卷曲度取决于纤维用途,棉纺较高,毛纺中等 (3.5~5个/cm)。卷曲时应严格控制温度、湿度 及压力等参数,尤其是温度(> Tg +10℃)的影 响最为突出(过低,卷曲度不达要求;过高,性能 变差。

  7 纤维的切断 为了使产品能很好地与棉或羊毛混纺,需将纤维 切成相应的长度。 棉型 <40mm; 粗梳毛 64~76mm; 精梳毛 89~114mm。

  干法成型的腈纶,因成型条件较缓和,纤维结构 致密,故后加工工艺较湿法成型的简单。

  丝束→残存溶剂<1.5~2%; 1~6槽紧张状态,7~10槽完成规定拉伸倍数。

  水洗—拉伸温度一般控制在90~98℃,根据纤 维品种的不同,拉伸倍数为2.2~6倍。一般采用4.5 倍。拉伸温度的选择与丝条中的溶剂含量有关。一 般来说,未拉伸纤维中溶剂含量越少,则拉伸温度 应越高(为什么?)。拉伸温度还与拉伸介质有关。 拉伸介质的传热效果佳者,其拉伸温度可较低。

  上油: 经水洗拉伸后的纤维必须上油,以减少丝束在卷 曲辅送过程中的摩擦损伤,并增加纤维在卷曲整理 时的抱合力。 卷曲: 95℃丝束→ 65℃丝束→卷曲(蒸汽提高可塑性) 干燥: 干纺腈纶致密性好,所以干燥工艺简单。纤维的 干燥可分为短纤状和丝束状干燥两种。干燥温度 130 ℃,干燥丝束含水率<1%。

  腈纶生产中,切断以前的纤维是连续不断的长丝 束,切断以后才变成紊乱无序的短纤,而纺织加工 又需将杂乱无章的短纤维进行开松梳理,使纤维回 复到比较整齐排列的状态,为了缩短纺纱工艺,提 高劳动生产率,可将腈纶长丝束经过适当的机械加 工方法,使长丝束既切断而又不乱,从而可直接成 条。这种机械加工方法,称为直接制条,或称牵切 纺。要使长丝束变成短纤维而又保持平行排列,目 前生产上最常用的有下列两种方法:

  1 切断法:把片状丝束经特殊切丝辊切断成一定长 度的纤维片,其断裂点排成对角线,然后把纤维片 拉伸使断裂点由一个平面状态变成犬牙交错状态(如 拉断状态),然后制成条子。 拉断法 :腈纶有热塑性,可在高温下进行高倍拉 伸,然后经特殊刀轮被拉断。由于是拉断,所以纤 维的断裂点不会发生在同一平面上。因此短纤维将 参差地排列成条子。

  膨体纱就是利用纤维的热弹性而制成的。方法 是将6份经湿热处理而回缩过的条子与4份末经湿热 处理(即末回缩过)的条子合并在一起,按一般纺 纱工艺纺成细纱,然后对这种细纱施加一次湿热处 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。

  腈纶很像羊毛,故以人造羊毛著称。其主要特点 是质轻保暖,染色鲜艳而牢固,防蛀,防霉,耐日 晒。其主要物化性能与羊毛的对照见表5-15。

  具有热弹性和极好的日晒牢度是腈纶最突出的 优点。涤纶、锦纶等结晶性纤维都不具有这种热弹 性,这是因为纤维结构中的结晶像网结一样,阻碍 了链段的大幅度热运动。而腈纶结构中的准晶区并 非真正的结晶,仅仅是侧向高度有序,这种准晶区 的存在并不能阻止链段大幅度热运动,而使纤维发 生热弹性回缩。

  在所有大规模生产的合成纤维中,以腈纶对日 光及大气作用的稳定性最好。腈纶优良的耐光和 耐气候性,可归因于大分子上的氰基。氰基中的 碳和氮原子间为三键连接,其中一个是σ键,两个 是π键,这种结构能吸收能量较高(紫外光)的光子, 并把它转化为热能,从而保护了主价键,避免了 大分子的降解。

  腈纶具有很多优良性能。因此广泛用于混纺或纯 纺,制成哗叽,华达呢,大衣呢,运动衫,针织衫, 毛毯,长绒织物以及缩绒拉毛织物等。 腈纶因耐气候性和耐光性优良,可作为室外织物, 如旗帜、滑雪外衣、猎装、船罩、船帆、炮衣、帐 幕、窗帘等。

  聚丙烯腈中空纤维膜具有透析、超滤、反渗透、 微过滤等功能。以PAN中空纤维组成的装置可用于 混合流体的选择性分离,浓缩和净化等。 普通腈纶(共聚组分含量尽量降低)可制得含碳量 93%左右的耐高温(可耐1000℃)碳纤维和分子结构 为层状六方晶格的石墨纤维(可耐3000℃) 。

  模仿羊毛开发的聚丙烯腈复合纤维是由两种收缩性 不同的原液(第二,三单体的种类或含量不同,或两 组分的含量或分子量不同)复合而成,从而也是一种 永久性立体卷曲纤维。如美国杜邦公司推出的奥纶- 21就是一种典型的双组分复合纤维。其截面呈蘑菇形 (图5-21)。这种复合纤维在出厂时亦仅存在机械卷 曲,但经纺织厂的染色、干燥处理后,纤维呈现出永 久三维卷曲。

  1、简述聚丙烯腈湿法和干法工艺?区别何在? 2、什么是凝固浴?什么是凝固浴循环量?如何控制?

  其工艺如何控制? 6、聚丙烯腈膨体纱的制造原理是什么? 7、为什么腈纶具有热弹性和极好的日晒牢度?

  8、为什么说未拉伸纤维中溶剂含量越少,则拉伸温 度应越高? 9、简述腈纶干法成型喷丝头组件结构。 √ 10、简述腈纶凝固浴溶剂含量对凝固过程的影响。 √ 11、丙烯腈三元共聚物中的第二、三单体的作用 是什么? 12、聚丙烯腈的不规则螺旋状分子结构是怎样形成 的? 13、列举2~3个腈纶纺丝工艺参数是如何影响纤维 截面形状的?


  

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