第五章合成纤维 §5.1合成纤维的概况 合成纤维:是化学纤维中的一类。是以石油、天然气、媒、农副产品为原料,经 过一系列的化学反应,制成合成高分子化合物,再经化学加工而制得 的纤维 合成纤维的共性特性:坚牢耐磨,质轻,易洗快干,不易起皱,不霉不蛀。纤维 密度小,断裂强度和断裂伸长率都较大,弹性较好,耐磨 性也较好,摩擦系数大,织物易起毛球,吸湿能力较差, 吸湿后强、伸度变化不大,化学稳定性较好,不霉不蛀, 对一般染料的染色性较差,导电性较差,易产生静电,易 沾染灰尘,具有与天然纤维和再生纤维不同的热学性质 合成纤维的主要品种:聚酯纤维(涤纶)、聚酰胺纤维(锦纶、尼纶)、聚丙烯腈 纤维(腈纶)和聚丙烯纤维(丙纶)。其次是聚乙烯醇纤维 (维纶、维尼纶)、聚氨酯弹性纤维(氨纶)和聚氯乙烯纤 维(氯纶)。 合成纤维的发展概况 20世纪30年代中期开始 20世纪40年代初期发展起来:第一个真正实现工业化生产的合成纤维 聚酰胺纤维(尼纶) 0世纪50年代初期 聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚 酯纤维相继实现工业化 20世纪60年代: 石油化学工业迅猛发展促进合成纤维的发 展,1960粘聚丙烯纤维实现工业化生产 20世纪70年代: 利用化学改性和物理改性手段,通过分子 设计制成改性合成纤维,即“差别化纤 维”,与原有合成纤维相比,各种性能都 有较大改进。 目前 特种纤维 我国合成纤维工业情况:具体见P123
1 第五章 合成纤维 §5.1 合成纤维的概况 合成纤维：是化学纤维中的一类。是以石油、天然气、媒、农副产品为原料，经 过一系列的化学反应，制成合成高分子化合物，再经化学加工而制得 的纤维。 合成纤维的共性特性：坚牢耐磨，质轻，易洗快干，不易起皱，不霉不蛀。纤维 密度小，断裂强度和断裂伸长率都较大，弹性较好，耐磨 性也较好，摩擦系数大，织物易起毛球，吸湿能力较差， 吸湿后强、伸度变化不大，化学稳定性较好，不霉不蛀， 对一般染料的染色性较差，导电性较差，易产生静电，易 沾染灰尘，具有与天然纤维和再生纤维不同的热学性质。 合成纤维的主要品种：聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶、尼纶）、聚丙烯腈 纤维（腈纶）和聚丙烯纤维（丙纶）。其次是聚乙烯醇纤维 （维纶、维尼纶）、聚氨酯弹性纤维（氨纶）和聚氯乙烯纤 维(氯纶)。 一 合成纤维的发展概况 20 世纪 30 年代中期开始 20 世纪 40 年代初期发展起来 ： 第一个真正实现工业化生产的合成纤维： 聚酰胺纤维（尼纶） 20 世纪 50 年代初期： 聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚 酯纤维相继实现工业化。 20 世纪 60 年代： 石油化学工业迅猛发展促进合成纤维的发 展，1960 粘聚丙烯纤维实现工业化生产。 20 世纪 70 年代： 利用化学改性和物理改性手段，通过分子 设计制成改性合成纤维，即“差别化纤 维”，与原有合成纤维相比，各种性能都 有较大改进。 目前 特种纤维 我国合成纤维工业情况：具体见 P123
二合成纤维生产简介 生产过程可概括为以下四个工序 (1)原料准备:将从石油、煤。天然气、石灰石中提炼了的可供化学合成的有 机化合物,通过聚合反应,将单体分子聚合成为平均分子量很 高,且具备纺丝性能的高分子聚合物。 (2)纺前准备:纺丝熔体或纺丝溶液的制备 (3)纺丝: 将成纤高聚物的熔体或浓溶液,利用纺丝泵(或称为计量泵) 连续、定量而均匀地从喷丝头(或喷丝板)的毛细孔中挤出, 而成液态细流,再在空气、水或特定的凝固浴中固化成为初生 纤维。 (4)后加工:即纤维的后处理。主要是拉伸和热定形。 熔体纺丝:见P124锦纶、涤纶、丙纶 纺丝方法 湿法纺丝:见P124腈纶短纤维 溶液纺丝 干法纺丝:见P125腈纶长丝、氨纶弹性丝
2 二 合成纤维生产简介 生产过程可概括为以下四个工序： （1） 原料准备：将从石油、煤。天然气、石灰石中提炼了的可供化学合成的有 机化合物，通过聚合反应，将单体分子聚合成为平均分子量很 高，且具备纺丝性能的高分子聚合物。 （2） 纺前准备： 纺丝熔体或纺丝溶液的制备 （3） 纺丝： 将成纤高聚物的熔体或浓溶液，利用纺丝泵（或称为计量泵） 连续、定量而均匀地从喷丝头（或喷丝板）的毛细孔中挤出， 而成液态细流，再在空气、水或特定的凝固浴中固化成为初生 纤维。 （4）后加工: 即纤维的后处理。主要是拉伸和热定形。 熔体纺丝:见 P124 锦纶、 涤纶、丙纶 纺丝方法： 湿法纺丝： 见 P124 腈纶短纤维 溶液纺丝 干法纺丝：见 P125 腈纶长丝、氨纶弹性丝
§5.2涤纶的结构与性能 聚酯纤维:是由大分子链中的各链节通过酯基(-CO-0-),相连的成纤高聚物纺制而 成的合成纤维。英文缩写:PET PTT纤维是聚对苯二甲酸丙二醇酯 PBT纤维是聚对苯二甲酸丁二酯纤维。是近年来开发的一种新型聚酯纤维 我国将聚对苯二甲酸乙二酯含量大于85%以上的纤维称为涤纶,发展速度最快 生产量最大。 聚酯纤维性能特点:强伸度较好,弹性优良;耐磨性能好,但其织物易起毛起球: 小负荷下不易变形,尺寸稳定性好,易洗快干,洗后保形性好 具有优良的免烫性;耐热性好,耐晒性也好,但遇火容易熔融 染色性能较差。 涤纶生产简介 主要成分为:对苯二甲酸乙二酯,以对苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)为原料通过 酯交换法和直接酯化法,合成而得到的一种结晶性高聚物。 因为其熔点低于热分解温度,所以采用熔体纺丝法。 纺丝成形可分为切片纺丝(长丝)和直接纺丝(短纤维) 二涤纶的结构 1表面及横截面:纵向光滑、均匀、无条痕的圆柱体。横截面:接近圆形 2涤纶的分子结构 聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的化学结构式如下 从结构中可以看出: (1)涤纶为线型分子,分子链的两端各有一个羟基,中间每个单元链节都有 由苯环通过酯基与乙基相连,没有大的支链和侧链。取向为拉伸方向且 平行排列,分子链高度立体规整性结构,具有紧密敛集的能力和结晶倾 向。因而较髙的机械强度和形状稳定性 (2)分子中除两端含有一OH外,不含有其他亲水基团,且缺乏与染料分子结 合的官能团,故涤纶吸湿性差,染色性差。属于疏水性纤维。 (3)酯键的存在使分子具有一定的化学反应能力,但苯环和亚甲基的稳定性 好,所以涤纶的化学稳定性较好
3 §5.2 涤纶的结构与性能 聚酯纤维：是由大分子链中的各链节通过酯基(-CO-O-),相连的成纤高聚物纺制而 成的合成纤维。英文缩写：PET PTT 纤维是聚对苯二甲酸丙二醇酯。 PBT 纤维是聚对苯二甲酸丁二酯纤维。是近年来开发的一种新型聚酯纤维。 我国将聚对苯二甲酸乙二酯含量大于 85％以上的纤维 称为 涤纶，发展速度最快， 生产量最大。 聚酯纤维性能特点：强伸度较好，弹性优良；耐磨性能好，但其织物易起毛起球； 小负荷下不易变形，尺寸稳定性好，易洗快干，洗后保形性好， 具有优良的免烫性；耐热性好，耐晒性也好，但遇火容易熔融； 染色性能较差。 一 涤纶生产简介 主要成分为：对苯二甲酸乙二酯，以对苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)为原料通过 酯交换法和直接酯化法，合成而得到的一种结晶性高聚物。 因为其熔点低于热分解温度，所以采用熔体纺丝法。 纺丝成形可分为切片纺丝（长丝）和直接纺丝（短纤维） 二 涤纶的结构 1 表面及横截面： 纵向光滑、均匀、无条痕的圆柱体。 横截面：接近圆形 2 涤纶的分子结构 聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的化学结构式如下： 从结构中可以看出： （1） 涤纶为线型分子，分子链的两端各有一个羟基，中间每个单元链节都有 由苯环通过酯基与乙基相连，没有大的支链和侧链。取向为拉伸方向 且 平行排列，分子链高度立体规整性结构，具有紧密敛集的能力和结晶倾 向。因而 较高的机械强度 和 形状稳定性。 （2） 分子中除两端含有－OH 外，不含有其他亲水基团，且缺乏与染料分子结 合的官能团，故涤纶吸湿性差，染色性差。 属于疏水性纤维。 (3) 酯键的存在使分子具有一定的化学反应能力，但苯环和亚甲基的稳定性 好，所以涤纶的化学稳定性较好
(4)涤纶大分子的基本链节中含有苯环,阻碍了大分子的内旋转,使主链刚性 增加,但还含有一定数量的亚甲基,又有一定的柔性。所以涤纶具有弹性 优良,挺括,尺寸稳定性好的优异性质。 三涤纶的性能 1物理性能 (1)颜色:一般为乳白色并带有丝光一样的光泽 (2)密度:完全无定形时1.333g/cm,完全结晶时为1.455g/cm2,一般在 1.38~1.40g/cm2 (3)回潮率:标准状态下为0.4%,吸湿性低,洗可穿性好,但加工时静电现象 严重,织物透气性和吸湿性差。 (4)热性能:玻璃化温度为:68~81℃,软化点温度为:230~240℃,在几种主 要合成纤维中,涤纶的耐热性最好 (5)耐光性:仅次于腈纶 (6)电性能:因吸湿性低,导电性差,一种优良的绝缘体 2力学性能 (1)强度高,湿态下强度不下降 (2)延伸度适中 (3)模量髙:是大规模生产的合成纤维中,以涤纶的初始模量为最高髙,使织物的 尺寸稳定,不变形,不走样。 (4)回弹性好 (5)耐磨性:仅次于锦纶,超过其他纤维。 3化学性能 在涤纶大分子中,苯环和亚甲基的稳定性较好,故涤纶化学稳定性好,除 耐碱性差外,耐其他化学试剂性能均优良。 (1)耐酸性:对酸(尤其是有机酸)很稳定,但室温下不能抵抗浓硝酸或浓硫 酸的长时间作用。 (2)耐碱性:大分子上的酯基受碱的作用很容易水解,只有在低温下对稀碱或弱 碱才比较稳定 (3)耐溶剂性:对一般的非极性有机溶剂有极强的抵抗能力,在室温下对极性溶 剂也有相当强的抵抗能力 (4)对氧化剂和还原剂的稳定性:对二者均有良好的稳定性 4耐微生物性 不受虫蛀、霉菌的作用 5吸湿、染色性能 吸湿差,透气性不好,容易产生静电,易吸附灰尘。染色比较困难
4 (4) 涤纶大分子的基本链节中含有苯环，阻碍了大分子的内旋转，使主链刚性 增加，但还含有一定数量的亚甲基，又有一定的柔性。所以涤纶具有弹性 优良，挺括，尺寸稳定性好的优异性质。 三 涤纶的性能 1 物理性能 （1）颜色： 一般为乳白色并带有丝光一样的光泽 （2）密度： 完全无定形时 1.333 g/cm3 ,完全结晶时为 1.455 g/cm3，一般在 1.38～1.40 g/cm3， （3）回潮率：标准状态下为 0.4％，吸湿性低，洗可穿性好，但加工时静电现象 严重，织物透气性和吸湿性差。 （4）热性能：玻璃化温度为：68～81℃，软化点温度为：230～240℃，在几种主 要合成纤维中，涤纶的耐热性最好。 （5）耐光性： 仅次于腈纶 （6）电性能：因吸湿性低，导电性差，一种优良的绝缘体。 2 力学性能 （1）强度高，湿态下强度不下降 （2）延伸度适中 （3）模量高:是大规模生产的合成纤维中，以涤纶的初始模量为最高，使织物的 尺寸稳定，不变形，不走样。 （4）回弹性好 （5）耐磨性： 仅次于锦纶，超过其他纤维。 3 化学性能 在涤纶大分子中，苯环和亚甲基的稳定性较好，故涤纶化学稳定性好，除 耐碱性差外，耐其他化学试剂性能均优良。 （1）耐酸性： 对酸（尤其是有机酸）很稳定，但室温下不能抵抗浓硝酸或浓硫 酸的长时间作用。 （2）耐碱性：大分子上的酯基受碱的作用很容易水解，只有在低温下对稀碱或弱 碱才比较稳定。 （3）耐溶剂性：对一般的非极性有机溶剂有极强的抵抗能力，在室温下对极性溶 剂也有相当强的抵抗能力。 （4）对氧化剂和还原剂的稳定性：对二者均有良好的稳定性。 4 耐微生物性 不受虫蛀、霉菌的作用 5 吸湿、染色性能 吸湿差，透气性不好，容易产生静电，易吸附灰尘。染色比较困难
6起球现象 因为涤纶纤维表面光滑,纤维间抱合力差,纤维的尖端容易散露在织物表 面形成绒毛,经摩擦后缠结形成小球,由于强度髙,弹性好,小球难以脱落。 7静电现象 吸湿性差,导电性差,摩擦易产生静电。 四改性涤纶 主要针对普通涤纶的缺点:染色性差,使用的染料种类少,吸湿性差,易 在纤维上积聚静电,织物易起球等进行改性,得到涤纶差别化纤维。 化学改性:共聚和表面处理 改性方法 物理改性:共混纺丝、变更纤维加工条件、改变纤维形态及混纺交织。 (一)涤纶改性的途径(具体见P134) 改变涤纶的性能,必须从改变其大分子链结构入手。一般方法有 1化学改性 2物理改性 (二)改性涤纶 1易染改性涤纶 易染色:用不同类型的染料染色,且在采用同类染料染色时,染色条件温和,色 谱齐全,色泽均匀及坚牢度好。 阳离子染料可染聚酯纤维CDP 酸性染料可染聚酯纤维 分散染料易染聚酯纤维 2抗静电聚酯纤维 3抗起球聚酯纤维 物理改性方法:使纤维截面异形化,增加纤维抱合力 化学改性方法:降低纤维的强力
5 6 起球现象 因为涤纶纤维表面光滑，纤维间抱合力差，纤维的尖端容易散露在织物表 面形成绒毛，经摩擦后缠结形成小球，由于强度高，弹性好，小球难以脱落。 7 静电现象 吸湿性差，导电性差，摩擦易产生静电。 四 改性涤纶 主要针对普通涤纶的缺点：染色性差，使用的染料种类少，吸湿性差，易 在纤维上积聚静电，织物易起球等 进行改性，得到涤纶差别化纤维。 化学改性：共聚和表面处理 改性方法 物理改性：共混纺丝、变更纤维加工条件、改变纤维形态及混纺交织。 （一）涤纶改性的途径（具体见 P134） 改变涤纶的性能，必须从改变其大分子链结构入手。一般方法有 1 化学改性 2 物理改性 （二）改性涤纶 1 易染改性涤纶 易染色：用不同类型的染料染色，且在采用同类染料染色时，染色条件温和，色 谱齐全，色泽均匀及坚牢度好。 阳离子染料可染聚酯纤维 CDP 酸性染料可染聚酯纤维 分散染料易染聚酯纤维 2 抗静电聚酯纤维 3 抗起球聚酯纤维 物理改性方法：使纤维截面异形化，增加纤维抱合力 化学改性方法：降低纤维的强力
§5.3锦纶的结构与性能 锦纶(PA)是聚酰胺纤维的商品名称,其分子主链是由酰胺键(一IN—CO0—)连接 二元胺和二元酸缩聚:分别用两个数字表示二者所含的碳原子数,前者代 表二元胺的碳原子数,后者代表二元酸的碳原子 数,如锦纶66,锦纶1010 由ω一氨基酸缩聚或己内酰胺开环聚合:其数字表示氨基酸或己内酰胺的 碳原子数。 锦纶的特性:耐磨性、弹性好,强度、延伸度髙,相对密度小,耐霉耐蛀。 锦纶生产简介 锦纶6的生产 分子结构式:HNH(CH2)sC0OH 锦纶6的化学名称为聚己内酰胺,由己内酰胺为原料,在适当的温度和活 化剂(如少量水)存在下,经系列反应开环聚合。平均分子量控制在2万左 2锦纶66的生产 分子结构式:H[N(CH)NH-OC(CH2)Ce]nOH 锦纶66的化学名称为聚己二酰己二胺,由己二酸和己二胺为原料按1:1 等摩尔混合制成盐,再进行缩聚。平均分子量控制在2万至3万之间。 锦纶的结构 与涤纶相似,纵向光滑,截面接近圆形。 大分子主链是由碳原子和规律相间的氮原子构成,主链上无侧基,容易形成结 晶,相邻大分子间和大分子内部可借羰基和亚胺基生成氢键。 锦纶在冷却成形和拉伸过程中,由于纤维内外所受的温度不一致,使锦纶具 有皮芯结构,皮层较为紧密,取向度髙而结晶度低,芯层则取向度低而结晶度髙。 三锦纶的性能 l断裂强度 因为结晶度、取向度以及分子间力大,所以强度也比较高 锦纶的吸湿率较低,湿态强度为干太强度的85~90%。 2断裂伸长 随品种而异,强力丝约为20~30%,普通丝为25~40%,锦纶6约为40~50%, 湿态下的断裂伸长比干太高3~5% 3初始模量
6 §5.3 锦纶的结构与性能 锦纶(PA)是聚酰胺纤维的商品名称，其分子主链是由酰胺键（—HN—CO—）连接. 二元胺和二元酸缩聚：分别用两个数字表示二者所含的碳原子数，前者代 表二元胺的碳原子数，后者代表二元酸的碳原子 数，如锦纶 66，锦纶 1010 由ω－氨基酸缩聚或己内酰胺开环聚合：其数字表示氨基酸或己内酰胺的 碳原子数。 锦纶的特性：耐磨性、弹性好，强度、延伸度高，相对密度小，耐霉耐蛀。 一 锦纶生产简介 1 锦纶 6 的生产 分子结构式：H [ NH(CH2) 5 CO ] n OH 锦纶 6 的化学名称为 聚己内酰胺， 由己内酰胺为原料，在适当的温度和活 化剂（如少量水）存在下，经系列反应开环聚合。平均分子量控制在 2 万左 右。 2 锦纶 66 的生产 分子结构式：H [ NH(CH2)6NH-OC(CH2)CO ] n OH 锦纶 66 的化学名称为 聚己二酰己二胺， 由己二酸和己二胺为原料按 1:1 等摩尔混合制成盐，再进行缩聚。平均分子量控制在 2 万至 3 万之间。 二 锦纶的结构 与涤纶相似，纵向光滑，截面接近圆形。 大分子主链是由碳原子和规律相间的氮原子构成，主链上无侧基，容易形成结 晶，相邻大分子间和大分子内部可借羰基和亚胺基生成氢键。 锦纶在冷却成形和拉伸过程中，由于纤维内外所受的温度不一致，使锦纶具 有皮芯结构，皮层较为紧密，取向度高而结晶度低，芯层则取向度低而结晶度高。 三 锦纶的性能 1 断裂强度 因为结晶度、取向度以及分子间力大，所以强度也比较高。 锦纶的吸湿率较低，湿态强度为干太强度的 85～90％。 2 断裂伸长 随品种而异，强力丝约为 20～30％，普通丝为 25～40％，锦纶 6 约为 40～50％， 湿态下的断裂伸长比干太高 3～5％。 3 初始模量
比其他纤维都低,因此使用过程中容易变形。 4回弹性 回弹性极好 5耐磨性 所有纺织纤维中耐磨性最好的纤维 6吸湿性 比天然纤维和再生纤维素纤维都低,但在合成纤维中,仅次于维纶 7染色性 在合成纤维中属于较容易染色,可用酸性染料、分散染料染色。 8耐光性 耐光性差,在长时间的日光和紫外线照射下,强度下降,染色发黄。 9耐热性 耐热性不好,在150℃下,经历5小时即变黄,强度和延伸度显著下降。收缩率 增加。但有良好的耐低温性能 10化学性质 耐碱性较强,在室温50%NaO溶液中,对他没有影响,但酸可使锦纶大分子 的酰胺键水解。引起纤维的聚合度降低。因此锦纶对酸不稳定,对浓的强无机 酸尤为敏感。对氧化剂的稳定性差。 11其他性能 相对密度为1.04~1.14,保行性不好。作成的服装不如涤纶挺括,易于变形
7 比其他纤维都低，因此使用过程中容易变形。 4 回弹性 回弹性极好 5 耐磨性 所有纺织纤维中耐磨性最好的纤维 6 吸湿性 比天然纤维和再生纤维素纤维都低，但在合成纤维中，仅次于维纶 7 染色性 在合成纤维中属于较容易染色，可用酸性染料、分散染料染色。 8 耐光性 耐光性差，在长时间的日光和紫外线照射下，强度下降，染色发黄。 9 耐热性 耐热性不好，在 150℃下，经历 5 小时即变黄，强度和延伸度显著下降。收缩率 增加。但有良好的耐低温性能。 10 化学性质 耐碱性较强，在室温 50％NaOH 溶液中，对他没有影响，但酸可使锦纶大分子 的酰胺键水解。引起纤维的聚合度降低。因此锦纶对酸不稳定，对浓的强无机 酸尤为敏感。对氧化剂的稳定性差。 11 其他性能 相对密度为 1.04～1.14， 保行性不好。作成的服装不如涤纶挺括，易于变形
§5.3腈纶的结构与性能 腈纶是我国市场上聚丙烯腈纤维的商品名称,聚丙烯腈纤维是指由聚丙烯腈 或丙烯腈含量占85%以上和其他第二、第三单体的共聚物纺制而成的纤维。具有 羊毛的特征,故被称为“合成羊毛”。其蓬松性和保暖性好,手感柔软,防霉,防 蛀,优越的耐光性和耐辐射性 腈纶生产简介 1纺丝原液的制备 聚丙烯腈在加热的条件下既不软化又不熔融,在280~300℃下分解,故不 能进行熔体纺丝,而采用溶液纺丝法(干法或湿法纺丝)。纺丝原液的生产工 艺分为一步法和二步法。一步法是指所有溶剂即能溶解单体混合物,又可溶解 聚合产物,反应结束后聚合物溶液直接用作纺丝原液。两步法是指聚合和纺丝 分两步进行,聚合反应采用非均相水相沉淀聚合法,反应后将聚合物从反应体 系中分离出来并干燥得到粉状固体,然后将其溶解在适当溶剂中制成纺丝原 2纺丝方法 聚丙烯腈一般采用湿法纺丝或干法纺丝 湿法纺丝 纺丝原液由喷丝孔挤出进入凝固浴后,纺丝细流的表层首先与凝固介质接 触并很快凝成一薄层,凝固浴中的凝固剂(水)不断通过这一表层扩散至细 流内部,而细流中的溶剂也不断通过表层扩散至凝固浴中,这一过程即湿法成 型中的双扩散过程 由于双扩散的不断进行,使纺丝细流的表皮层不断增厚,当细流中的部分容积 浓度降低至某一临界值以下时,纺丝细流发生相分离。初生纤维从溶液中沉淀 下来,并伴随一定体积的收缩。 干法纺丝:就是凝固介质不是溶剂的水溶液,而是热空气。 二腈纶的结构 腈纶的形态结构 光学显微镜下,腈纶的纵向表面有沟槽,呈树皮状,湿法纺丝生产的腈纶截面 基本上是圆形的,而干法生产的截面呈哑铃形。 聚丙烯腈纤维的结构特点 具有很多不完整的准晶态结构和较髙的侧向序态,这一结构特点使聚丙烯腈纤 维对热比较敏感。 三腈纶的性能 聚丙烯腈的化学性能 1密度:湿法纺丝腈纶密度为1.16~1.18g/cm,干法腈纶为腈纶1.14~1.17g/cm
8 §5.3 腈纶的结构与性能 腈纶是我国市场上聚丙烯腈纤维的商品名称，聚丙烯腈纤维是指由聚丙烯腈 或丙烯腈含量占 85％以上和其他第二、第三单体的共聚物纺制而成的纤维。具有 羊毛的特征，故被称为“合成羊毛”。其蓬松性和保暖性好，手感柔软，防霉，防 蛀，优越的耐光性和耐辐射性。 一 腈纶生产简介 1 纺丝原液的制备 聚丙烯腈在加热的条件下既不软化又不熔融，在 280～300℃下分解，故不 能进行熔体纺丝，而采用溶液纺丝法（干法或湿法纺丝）。纺丝原液的生产工 艺分为一步法和二步法。一步法是指所有溶剂即能溶解单体混合物，又可溶解 聚合产物，反应结束后聚合物溶液直接用作纺丝原液。两步法是指聚合和纺丝 分两步进行，聚合反应采用非均相水相沉淀聚合法，反应后将聚合物从反应体 系中分离出来并干燥得到粉状固体，然后将其溶解在适当溶剂中制成纺丝原 液。 2 纺丝方法 聚丙烯腈一般采用湿法纺丝或干法纺丝。 湿法纺丝： 纺丝原液由喷丝孔挤出进入凝固浴后，纺丝细流的表层首先与凝固介质接 触并很快凝成一薄层，凝固浴中的 凝固剂（水）不断通过这一表层扩散至细 流内部，而细流中的溶剂也不断通过表层扩散至凝固浴中，这一过程即湿法成 型中的双扩散过程。 由于双扩散的不断进行，使纺丝细流的表皮层不断增厚，当细流中的部分容积 浓度降低至某一临界值以下时，纺丝细流发生相分离。初生纤维从溶液中沉淀 下来，并伴随一定体积的收缩。 干法纺丝：就是凝固介质不是溶剂的水溶液，而是热空气。 二 腈纶的结构 腈纶的形态结构 光学显微镜下，腈纶的纵向表面有沟槽，呈树皮状，湿法纺丝生产的腈纶截面 基本上是圆形的，而干法生产的截面呈哑铃形。 聚丙烯腈纤维的结构特点： 具有很多不完整的准晶态结构和较高的侧向序态，这一结构特点使聚丙烯腈纤 维对热比较敏感。 三 腈纶的性能 聚丙烯腈的化学性能 1 密度:湿法纺丝腈纶密度为 1.16～1.18g/cm3，干法腈纶为腈纶 1.14～1.17g/cm3
2吸湿性 在合成纤维中属于中等,在标准状态下回潮率为1.0~2.5%,回潮率与第 第三单体的种类和用量有关 3染色性 均聚的聚丙烯腈纤维是很难染色的,为了改善它的染色性能,常用一定数量 带有亲染料基团的第三单体与丙烯腈共聚。以提高聚合物对染料的结合力。使纤 维较易染色。 4热弹性 热弹性是腈纶所具有的特性,本质是高弹形变 主要表现: 将纤维二次拉伸后,再将纤维进行骤冷,使大分子的链段活动暂时被冻结, 纤维因二次拉伸而发生的伸长也暂时不能回复,但当提高温度至玻璃化温度以上 时,由于链段运动加剧,在无张力的情况下,非晶区的大分子要回复原有卷曲状 态,纤维的长度又相应的发生大幅度回缩。 涤纶、锦纶等结晶性纤维不具有这种热弹性,因为纤维结构中的微晶像网结 样,阻碍了链段的大幅度热运动,而腈纶结构中的准结晶并非真正的结晶,仅 是侧向高度有序,这样准结晶区的存在不能阻止链大幅度热运动,而使纤维发生 热弹性回缩。因而此特性常被用来生产膨体纱。 5耐热性 腈纶的耐热性比较好,在150℃进行热处理,纤维的机械性质变化不大 6对日光和大气作用的稳定性 在所有大规模生产的合成纤维中,腈纶对日光和大气作用的稳定性最好。 7化学性能 聚丙烯腈纤维属于碳链高分子物,其大分子主链对酸,碱等化学试剂的稳定 性都较好,一般浓度的酸碱对腈纶的降解影响不大,但能使侧基发生水解。腈纶 在碱中的稳定性要比在酸中低很多。碱性稍强的一些试剂除能使纤维水解外,还 能使纤维的色泽发生变化,因为聚丙烯腈碱性水解时释放出NH,与未被水解的氰 基反应生成脒基,而该基团是发色基团,产生黄色,故腈纶在强碱条件下处理容 易发黄。且色泽变暗。 聚丙烯腈纤维对常用的氧化性漂白剂稳定性良好。在适当条件下,可用亚氯 酸钠、过氧化氢漂白。对常用的还原剂也稳定,所以与羊毛混纺时,可用保险粉 漂白 8机械性能
9 2 吸湿性 在合成纤维中属于中等，在标准状态下回潮率为 1.0～2.5％，回潮率与第 二、第三单体的种类和用量有关。 3 染色性 均聚的聚丙烯腈纤维是很难染色的，为了改善它的染色性能，常用一定数量 带有亲染料基团的第三单体与丙烯腈共聚。以提高聚合物对染料的结合力。使纤 维较易染色。 4 热弹性 热弹性是腈纶所具有的特性，本质是高弹形变。 主要表现： 将纤维二次拉伸后，再将纤维进行骤冷，使大分子的链段活动暂时被冻结， 纤维因二次拉伸而发生的伸长也暂时不能回复，但当提高温度至玻璃化温度以上 时，由于链段运动加剧，在无张力的情况下，非晶区的大分子要回复原有卷曲状 态，纤维的长度又相应的发生大幅度回缩。 涤纶、锦纶等结晶性纤维不具有这种热弹性，因为纤维结构中的微晶像网结 一样，阻碍了链段的大幅度热运动，而腈纶结构中的准结晶并非真正的结晶，仅 是侧向高度有序，这样准结晶区的存在不能阻止链大幅度热运动，而使纤维发生 热弹性回缩。因而此特性常被用来生产膨体纱。 5 耐热性 腈纶的耐热性比较好，在 150℃进行热处理，纤维的机械性质变化不大。 6 对日光和大气作用的稳定性 在所有大规模生产的合成纤维中，腈纶对日光和大气作用的稳定性最好。 7 化学性能 聚丙烯腈纤维属于碳链高分子物，其大分子主链对酸，碱等化学试剂的稳定 性都较好，一般浓度的酸碱对腈纶的降解影响不大，但能使侧基发生水解。腈纶 在碱中的稳定性要比在酸中低很多。碱性稍强的一些试剂除能使纤维水解外，还 能使纤维的色泽发生变化，因为聚丙烯腈碱性水解时释放出 NH3，与未被水解的 氰 基反应生成脒基，而该基团是发色基团，产生黄色，故腈纶在强碱条件下处理容 易发黄。且色泽变暗。 聚丙烯腈纤维对常用的氧化性漂白剂稳定性良好。在适当条件下，可用亚氯 酸钠、过氧化氢漂白。对常用的还原剂也稳定，所以与羊毛混纺时，可用保险粉 漂白。 8 机械性能
强度不如涤纶,但比羊毛好。强度高出羊毛约1~2.5倍。但其湿态断裂强度 约为干态断裂强度80~100%,因为聚丙烯腈共聚物组分中的第三单体含有亲水性 基团,纤维在水中发生一定的溶胀,使大分子间作用力有所减弱。 腈纶的回弹性也相当高。在伸长较小时与羊毛相差不大 9其他性能 具有优良的耐菌、耐霉、耐虫蛀,靠近火焰即收缩。接触火焰迅速燃烧,离 开火焰继续燃烧并冒黑烟,冷后形成松而脆的黑色小球,易碎。燃烧时会产生NO, NO2,HCN以及其他氰化物等有毒物质。 §5.4氨纶的结构与性能
10 强度不如涤纶，但比羊毛好。强度高出羊毛约 1～2.5 倍。但其湿态断裂强度 约为干态断裂强度 80～100％，因为聚丙烯腈共聚物组分中的第三单体含有亲水性 基团，纤维在水中发生一定的溶胀，使大分子间作用力有所减弱。 腈纶的回弹性也相当高。在伸长较小时与羊毛相差不大。 9 其他性能 具有优良的耐菌、耐霉、耐虫蛀，靠近火焰即收缩。接触火焰迅速燃烧，离 开火焰继续燃烧并冒黑烟，冷后形成松而脆的黑色小球，易碎。燃烧时会产生 NO， NO2，HCN 以及其他氰化物等有毒物质。 §5.4 氨纶的结构与性能
