（纺织工程专业论文）亲水性多孔聚丙烯腈纤维研究.pdf

s t u d yo nh y d r o p h i l i cp o r o u s p o l y = a c r y l o n i t r i l ef i b e r b y d i a oc a i h o n g ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt oa c a d e m i cc o m m i t t e eo f t i a n ji n p o l y t e c h n i cu n i v e r s i t y i nc a n d i d a c yf o rm a s t e r sd e g r e e i nt e x t i l ee n g i n e e r i n gs c i e n c e s u p e r v i s o r ：p r o f x i a oc h a n g f a s c h o o lo ft e x t i l ee n g i n e e r i n g t i a n ji np o l y t e c h n i cu n i v e r s i t y , t i a n ji n ，er c h i n a j a n u a r y , 2 0 1 0 i u l iil iiil ui i i iii iii iiii 17 7 3 2 3 0 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼王些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：刁匆缸 签字日期：伽l o 年1 月f 歹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权云洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：彬缸 导师签名： 签字同期： 忉b 年f 月，箩同 签字日期：叫口年f 月 学位论文的主要创新点 一、将聚丙烯腈与不同分子量聚乙二醇( 聚氧化乙烯) 共混后，经 湿法纺丝及水洗后处理，制备出一系列具有吸水、导水功能的 多孔聚丙烯腈纤维。 二、将所得多孔聚丙烯腈纤维于碱液中进行水解后处理，在纤维表 面及微孔内表面引入了亲水基团，进一步提高了纤维的吸水、 导水功能，同时还赋予纤维良好的吸湿性能。 三、本研究开发出来的具有吸湿、吸水、导水功能的多孔聚丙烯腈 纤维具有较好力学性能，可满足织物加工要求，所得织物具有 良好的热湿舒适性。 摘要 将聚丙烯腈( p a n ) 与不同分子量聚7 , - - 醇( p e g ) 、聚氧化乙烯( p e o ) 按一定质 量配比共混后湿法纺丝，经水洗后处理，制得一系列具有亲水性能的多孔改性 p a n 纤维( m p a n ) 。研究了m p a n 的化学结构和形貌；讨论了m 心的吸湿、 吸水、导水、干燥及力学性能。结果表明，经热水浴中拉伸及水洗后处理过程后， 制得的系列m p a n 均不含p e g ；随p e g 分子量增大，m p a n 表面沟槽加深， 内部孔洞孔径增大，力学性能下降；通过选用系列分子量p e g 控制m p a n 孔隙 结构，可以在不同程度上提高纤维对水分的吸收、转移、扩散等性能。 将p a n 与一定分子量p e o 按不同质量配比共混后湿法纺丝，经水洗后处理， 制得具有不同微孔结构的m p a n 纤维，然后在碱液中将m p a n 水解，得到兼 具良好吸湿、吸水功能的多孔改性p a n 纤维( h m p a n ) 。研究了h m p a n 的化 学结构、形貌、亲水性能、抗静电性能及力学性能。结果表明，相同水解条件下， 随p e o 含量增加，h m p a n 中引入的亲水基团增多，表面形成的孔穴加深，数 量增多；通过选用不同含量p e o 及水解条件控制h m p a n 的孔隙结构及亲水基 团数量，可以在不同程度上提高h m p a n 对水分的吸收、转移及抗静电性能； h m p a n 中微孔产生的应力集中以及大分子排列规整性的破坏导致纤维的力学 性能有所下降，而水解时张力的施加可有效降低其下降幅度。 将分子量为5 万的p e o 共混改性m p a n 纤维采用针刺法制成非织造布，选 用适宜的水解工艺( 该水解工艺下所得纤维亲水性最好) 对其进行水解后处理， 得到改性p a n 非织造布( h m p ) ，通过与常规p a n 、未经水解的m p a n 及棉非织 造布的对比试验，研究了h m p 非织造布的热湿舒适性。研究表明，h m p 织物的 吸湿、透湿、吸水性能较p a n 、m p a n 织物有了显著地提高，但其吸湿、吸水 性能略差于棉织物，透湿性能较棉织物略好；h m p 织物在水解过程中紧密度的 增加，纤维中微孔孔径的增大、亲水基团的引入，使织物的保暖、抗折皱性能较 m p a n 及p a n 织物差，较棉织物好，而透气性能优于p a n 及棉织物，而差于 m p a n 织物；h m p 织物经碱性越强的碱液水解后其吸湿性越强，但吸水性能受 水解过程中织物收缩变紧的影响，其相关变化规律不明显。 关键词：聚丙烯腈；聚乙二醇；多孔纤维；水解；亲水性；舒适性 a b s t r a c t as e r i e so fh y d r o p h i l i cp o r o u sm o d i f i e dp o l y a c r y l o n i t r i l ef i b e r s ( m p a n ) w e r e p r e p a r e dw i t l lt h eb l e n d so fp a na n dv a r i o u sm o l e c u l a rw e i g h to fp o l y e t h y l e n eg l y c o l ( p e g ) ，p o l y o x y e t h y l e n e ( p e o ) b yw e t - s p i n n i n gp r o c e s sa n dw a t e rb a t hp o s t t r e a t m e n t t h ec h e m i c a ls t r u c t u r ea n dm o r p h o l o g yo ft h em - p a nf i b e r sw e r es t u d i e d t h e m o i s t u r ea b s o r p t i o n ，w a t e ra b s o r p t i o n , w a t e rt r a n s p o r t a t i o n , d r y i n ga n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e so ft h ef i b e r sw e r ed i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r ei sn or e s i d u a lp e g i nm - p a nf i b e r sa f t e rt h ep r o c e s so fd r a w i n gi nh o tw a t e rb a t ha n dp o s t - t r e a t m e n t w i t hi n c r e a s i n gt h ep e gm o l e c u l a rw e i g h t ，t h es u r f a c eg r o o v e so ft h ef i b e rb e c o m e d e e p e r , t h ei n n e rp o r es i z ei n c r e a s e s ，a n dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sd e c r e a s e t h e w a t e ra b s o r b i n g , t r a n s f e r r i n ga n dd i f f u s i n gp r o p e r t i e so ft h em - p a nf i b e r sc a nb e i m p r o v e di nv a r y i n gd e g r e e sf o rt h ed i f f e r e n tp o r es t r u c t u r e sw e r ef o r m e di nt h ef i b e r s b yu s i n gs e r i e sm o l e c u l a rw e i g h to fp e g t h e m u l t i p o r o u sm o d i f i e dp o l y a c r y l o n i t r i l ef i b e r s ( h m - p a n ) w h i c hh a v eg o o d w a t e ra n dm o i s t u r ea b s o r b e n c yw e r e p r e p a r e dw i t ht h eb l e n d so fp a n a n dp e ow i t ha c e r t a i nm o l e c u l a rw e i g h ti nd i f f e r e n tw e i g h tr a t i o sb yw e t - s p i n n i n gp r o c e s s ，w a t e r b a t hp o s t - t r e a t m e n ta n da l k a l i n eh y d r o l y s i s t h ec h e m i c a ls t r u c t u r e ，m o r p h o l o g y , h y d r o p h i l i c ，a n t i - s t a t i ca n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h eh m p a nf i b e r sw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a t u n d e rt h ec e r t a i nh y d r o l y s i sc o n d i t i o n , w i mi n c r e a s i n gt h ep e o c o n t e n t ，m o r eh y d r o p h i l i cg r o u p sw e r ei n t r o d u c e di nh m - p a n ，t h es u r f a c ep i t so ft h e f i b e rb e c o m ed e e p e r , t h eq u a n t i t yo fp i ti n c r e a s e s t h ew a t e ra b s o r b i n g ，t r a n s f e r r i n g a n da n t i - s t a t i cp r o p e r t i e so fh m - p a nc a nb ei m p r o v e di nv a r y i n gd e g r e e sf o rt h e d i f f e r e n tp o r es t r u c t u r e sa n dh y d r o p h i l i cg r o u p si nt h ef i b e r sb yu s i n gv a r i o u sp e o c o n t e n t sa n dd i f f e r e n th y d r o l y s i sc o n d i t i o n s t h es t r e s sc o n c e n t r a t i o nc a u s e db yt h e p o r e sf o r m e di nt h ef i b e r sa n dt h ed a m a g e dr e g u l a r i t yo fp a nm o l e c u l e sl e a dt oa d e c r e a s ei nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，t h ed e g r e eo fw h i c hc a nb er e d u c e db yt e n s i o n h y d r o l y s i s t h em o d i f i e dp a nn o n w o v e nf a b r i c s ( h m p ) w e r eo b t a i n e db yw e a v i n gm - p a n i n t on o n - w o v e nf a b r i c sa n dp o s t - t r e a t m e n to fa l k a l i n e h y d r o l y s i s t h et h e r m a l c o m f o r tp r o p e r t i e so ft h eh m pn o n - w o v e nf a b r i cw e r es t u d i e db yc o m p a r i n gw i t h p a n ，m p a na n dc o t t o nn o n w o v e nf a b r i c su n d e rt h es a m ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n t h es t u d ys h o wt h a t ，i nc o m p a r i s o nw i t ht h ep a n ，m p a nf a b r i c s ，t h em o i s t u r e a b s o r b e n c y ，w a t e ra b s o r b e n c y , w a t e rv a p o rt r a n s m i s s i o no ft h eh m pf a b r i ci m p r o v e s i g n i f i c a n t l y h o w e v e r , t h em o i s t u r ea n dw a t e ra b s o r b e n c yo ft h eh m pf a b r i ca r es t i l l w d r s et h a nt h a to ft h ec o t t o nf a b r i c b u tt h ew a t e rv a p o rt r a n s m i s s i o ni sb e t t e rt h a n 也a to ft h ec o r o nf a b r i c a n dd u et ot h ei n c r e a s e dt i g h t n e s so ft h eh m p a nf a b r i c i n c r e a s e dp o r es i z eo ft h eh m - p a nf i b e r sa n dh y d r o p h i l i cg r o u p si n t r o d u c e di nt h e f i b e r sc a u s e db yh y d r o l y s i s ，t h ew a r m t hr e t e n t i o na n da n t i - c r e a s ep r o p e r t i e so ft h e h m p a nf a b r i ca l ew o r s et h a nt h a to ft h ep a na n dm nf a b r i c s b e t t e rt h a nt h e c o t t o nf a b r i c ，a n dt h ea i rp e r m e a b i l i t yo ft h eh m p a nf a b r i ci 8b e t t e rt h a nt h a to ft h e p a na n dc o t t o nf a b r i c s ，b u tw o r s et h a nt h em p a nf a b r i c t h es t r o n g e rt h ea l k a l i n e ， t h eb e t t e rt h em o i s t u t r ea b s o r b e n c yo fh m pi s h o w e v e r , d u et ot h ee f f e c to f s h r i n k a g ec a u s e db yh y d r o l y s i s ，t h ew a t e ra b s o r b e n c yo fh m pf a b r i ci sn o ti m p r o v e d c o r r e s p o n d i n g l y k e y w o r d s ：p o l y a c r y l o n i t r i l e ；p o l y e t h y l e n eg l y c o l ；m u l t i - p o r o u sf i b e r ；, h y d r o l y s i s ； h y d r o p h i l i cp r o p e r t y ；c o m f o r tp r o p e r t y 目录 第一章绪论1 1 1 聚丙烯腈纤维研究现状l 1 2 改性聚丙烯腈纤维研究现状3 1 3 亲水性纤维研究现状6 1 3 1 聚丙烯腈类亲水性纤维研究现状6 1 3 2 非聚丙烯腈类亲水性纤维研究现状9 1 4 本课题研究目的及意义1 1 第二章理论基础13 2 1 溶出法制备多孔纤维成孔机理13 2 2 共混相容性理论1 3 2 2 1 相容性13 2 2 2 相容性表征1 4 2 3 纤维亲水机理。15 2 3 1 纤维吸湿机理15 2 3 2 纤维吸水机理17 2 4 织物舒适性18 2 4 1 舒适性理论18 2 4 2 织物湿传导机理19 2 4 3 织物热传递机理2 4 第三章亲水性多孔聚丙烯腈纤维研究2 5 3 1 实验部分2 5 3 1 1 原料及试剂2 5 3 1 2 仪器与设备2 5 3 1 3 试样制备2 6 3 1 4 测试方法2 7 3 2 结果与讨论2 9 3 2 1 化学结构分析2 9 3 2 2 形貌分析3 0 3 2 3 导水性能31 3 2 4 保水性能3 2 3 2 5 吸湿性能3 3 3 2 6 干燥速率3 4 3 2 7 力学性能3 5 本章小结3 5 第四章水解改性多孔聚丙烯腈纤维研究3 7 4 1 实验部分3 7 4 1 1 原料及试剂3 7 4 1 2 仪器与设备3 7 4 1 3 试样制备3 8 4 1 4 测试方法3 8 4 2 结果与讨论3 8 4 2 1 化学结构分析3 8 4 2 2 形貌分析4 0 4 2 3 吸水性能4 1 4 2 4 导水性能4 2 4 2 5 保水性能4 2 4 2 6 吸湿性能4 3 4 2 7 抗静电性能4 8 4 2 8 力学性能4 8 本章小结4 9 第五章亲水性多孔聚丙烯腈非织造布研究5 1 5 1 实验部分51 5 1 1 原料及试剂5 1 5 1 2 仪器与设备5 1 5 1 3 非织造布加工过程5 2 5 1 4 测试方法5 3 5 2 结果与讨论5 4 5 。2 1 吸湿性能5 4 5 2 2 透湿性能5 5 5 2 3 吸水性能5 6 5 2 4 干燥速率5 7 5 2 5 保暖性能5 8 5 2 6 透气性能5 9 5 2 7 抗折皱性能6 0 5 2 8 不同碱性水解剂对织物亲水性能的影响6 1 本章小结6 1 第六章全文结论6 3 参考文献6 5 攻读硕士学位期间发表论文情况7 1 致谢7 3 l v 第一章绪论 第一章绪论 1 1 聚丙烯腈纤维研究现状 聚丙烯腈( p a n ) 纤维作为重要的合成纤维之一，是指由聚丙烯腈或丙烯腈 单体含量占8 5 以上和其它第二、第三单体的共聚物纺制而成的纤维。一般情 况下，使用丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸酯和醋酸乙烯等化合物作为第二单体，用 以改善纤维的物理性能；使用衣康酸、甲基丙烯磺酸钠、对苯乙烯磺酸钠、乙 烯吡啶及其衍生物等化合物作为第三单体，使其获得一定数量的亲水染料基 团，改善纤维的染色性能。其化学结构式为： c h 2 c h 2 c l l 2 c hc h c i - i 。 f ff c nc nc n 聚丙烯腈纤维的大分子呈不规则的螺旋状空间立体构象，图1 1 为聚丙烯 腈纤维的棒状分子链模型，聚丙烯腈大分子形成这种不规则曲折和扭转的螺旋 状主要是由于极性很大的氰基相互起作用的缘故。在同一个大分子上相邻氰基 间因极性方向相同而互相排斥，而相邻大分子间的氰基则因极性方向相反而互 相吸引，聚丙烯腈大分子由于氰基的偶极效应和负诱导效应使聚丙烯腈大分子 间的作用力非常高，其内聚能密度高达9 9 2 j c m 2 ( 聚乙烯、聚氯乙烯、聚对苯 二甲酸乙二酯、聚酰胺6 6 的内聚能密度分别为2 6 0j c m 2 、3 8 1j c m 2 、4 7 7j c m 2 、 7 7 5j c r _ n 2 ) 】。 图1 1棒状聚丙烯腈纤维分子链模型 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 天津1 ：业大学硕+ 学1 1 i 7 ：论文 是有缺陷的，不如结晶高聚物规整；就无序区来说，它的序态又高于一般高聚 物无定形区的规整程度。研究其结构得知，聚丙烯腈具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。所以聚丙烯腈大分子链段相 应地受到三种大小不同分子间力的影响。大分子链段热运动有一个温度转变 点，对聚丙烯腈均聚物来说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t g ，对晶相则是熔点。聚丙烯腈低序区的t g 为8 0 - - - 1 0 0 。c ， 中序区的t g 为1 4 0 - - 一1 5 0 ，高序区的“熔点”为3 2 7 。但是由于共聚组分 的加入，两个t g 逐渐相互靠近，以致完全消失，三元共聚的聚丙烯腈t g 约为 7 5 , - - 一1 0 0 c 3 1 。 性能是结构的宏观表现，常规聚丙烯腈纤维特殊的结构使该纤维具有质地 蓬松、手感柔软、密度小、保暖性好、回弹性高，耐光性、耐候性、耐虫蛀性、 耐辐射性、抗生物降解性好等优异的特性，当然其紧密的分子排列以及缺少有 效亲水基团的结构也导致聚丙烯腈纤维的吸湿、吸水性较差，在标况下的回潮 率只有1 - - 一2 ，保水率只有6 左右，而其较差的吸湿性也导致纤维的导电 性能较差，标况下该纤维的体积比电阻约为1 0 hq m ，比亲水性棉纤维高约 1 0 0 万倍m 1 。 世界聚丙烯腈纤维于2 0 世纪5 0 年代初实现了工业化生产后经历了6 0 年 代和7 0 年代的大发展，8 0 年代受到能源、环境问题及合纤改性技术进步的挑 战，进入缓慢增长期，1 9 8 7 年产量达到2 5 6 0 k t 后，长期处于徘徊状态。进入 2 0 世纪9 0 年代，世界聚丙烯腈纤维产量年均增长率稍有回升，但是由于丙纶 产量增长较快，聚丙烯腈纤维在合成纤维中的地位自1 9 9 1 年起由第三位退居 第四位3 。1 9 9 0 - - 2 0 0 3 年的1 4 年间，世界聚丙烯腈纤维生产的年均增长率仅 为o 8 ，2 0 1 0 年前生产能力增长继续减缓，发展侧重于技术进步，继续进行 产地更替、集约兼并。此外，1 9 8 0 年到2 0 0 0 年世界聚丙烯腈纤维差别化率从 2 0 增至3 5 ，其中发达国家平均差别化率已在4 0 以上，发展中国家靠引 进技术建厂，以中低档常规产品为主，差别化率般在2 0 左右。 我国聚丙烯腈纤维的研制工作始于1 9 5 8 年。1 9 6 5 年，兰州化纤厂从英国 c o u r t a u l d s 公司引进n a s c n 一步法聚丙烯腈纤维生产线，标志着我国聚丙烯腈 纤维工业化生产的丌始。1 9 8 4 年大庆石化腈纶厂从美国a c c 公司引进了5 万吨年n a s c n 二步法聚丙烯腈纤维生产线，于1 9 8 8 年建成投产。后来，上 海金阳腈纶厂和安庆腈纶厂分别于1 9 9 3 年和1 9 9 5 年建成2 万吨年和5 万吨 年的n a s c n 二步法腈纶厂。至1 9 9 6 年底，我国己建成总生产能力约为3 7 万 吨年的腈纶厂1 6 个，实际年产量2 6 万吨。1 9 9 0 - - 一2 0 0 3 年连续1 3 年生产能力、 产量同步、同速增长，增幅达5 倍，年增长率达到1 3 5 ，生产能力从占世界 第一章绪论 4 5 上升到1 8 8 ，产量从占世界5 上升到2 3 8 ，在国内化纤中继涤纶之后 保持第二位，占合纤约6 0 。根据已有的扩展计划，2 0 1 0 年生产能力将达到 9 0 0 k t ，产量达到8 0 0 k t 。我国聚丙烯腈纤维行业扩产和新建的项目虽多，但是 常规聚丙烯腈纤维的市场竞争激烈、无序，经济效益下降。目前，国内对差别 化聚丙烯腈纤维的用量约为总需求量的3 0 左右，随着人们生活水平的提高， 市场对差别化聚丙烯腈纤维的需求会逐年增加。国内一些聚丙烯腈纤维厂家已 经把目光转向开发差别化聚丙烯腈纤维上，相继开发出高收缩、细旦、有色、 扁平、抗静电、抗菌、远红外等品种，但是除了高收缩、细旦品种开发较成功 外，其它品种由于质量等问题，未得到后纺客户的认可口嘈1 。这主要是由于聚丙 烯腈纤维差别化的生产技术不过关，无法生产出满足市场需要的产品。因此， 只有开发出满足大众需求的差别化聚丙烯腈纤维才能使聚丙烯腈产业得到进 一步持续地发展睁1 0 】。 1 2 改性聚丙烯腈纤维研究现状 研制、生产差别化聚丙烯腈纤维，已成为提高聚丙烯腈产业市场竞争力的 必要手段。目前的差别化聚丙烯腈纤维已不再泛指通过化学改性或物理变形制 取的，以改善服用性能为主，在技术上或性能上有较大创新或具有某种特性与 常规品种有差别的纤维新品种，其内涵已扩展到功能纤维及高性能纤维等领域 1 1 1 。而聚丙烯腈纤维特殊的结构也为该纤维的改性创造了条件，如丙烯腈易与 众多的不饱和烯烃共聚合成具有不同特性的聚合物；不同组成的丙烯腈共聚物 通常可以共混而不发生相分离，受热时不会如聚酰胺和聚酯那样重新平衡；利 用聚丙烯腈凝胶纤维的孔结构可以方便地进行多种物理改性，通过聚丙烯腈大 分子链上氰基的化学反应可以进行多种化学改性。目前，我国聚丙烯腈纤维的 差别化率不足2 0 ，而国外的差别化率已达5 0 以上，一些主要厂商的聚丙烯 腈纤维差别化率：意大利e n i m o n t e f i b r e 公司的差别化率达到3 9 ，日本e x l a n 公司的差别化率为3 5 ，钟渊化学公司完全生产改性聚丙烯腈纤维，差别化率 达到1 0 0 。差别化品种有阻燃、复合、有色、高强度、高模量、柔软、超细、 异形、抗起球、中空、仿真、高收缩、酸性可染、增白、防菌防臭、离子交换、 抗紫外、磁性和远红外等。这里就部分差别化聚丙烯腈纤维的制备方法进行介 绍： ( 1 ) 抗静电聚丙烯腈纤维 7 常规聚丙烯腈纤维的电阻率高达1 0 1 3 q c m ，因此，纤维在后加工时易产 生静电，成品易受沾污和吸尘，穿着时衣裙容易缠腿，人体容易感觉不舒服， 天津i ：业人学硕士学位论文 在低湿度条件下，因静电关系易引起火灾。常用的聚丙烯腈纤维抗静电方法有： 把亲水性化合物通过共聚引入聚合体中，制成高吸湿纤维。把聚丙烯腈大 分子中的氰基部分水解成羧基。在纺丝原液中混入少量的碳黑或金属氧化物 等导电性物质，或在纤维后整理时在纤维表面涂覆金属物质。在纤维的后加 工中，纤维经抗静电剂溶液处理后，在纤维表面涂覆上一层抗静电剂，使纤维 具有暂时性抗静电性能。但是此种纤维或织物经多次洗涤后，表面涂层易被洗 掉而失去抗静电作用n 剁。 ( 2 ) 高收缩聚丙烯腈纤维 高收缩聚丙烯腈纤维的收缩率为普通聚丙烯腈纤维的5 - 1 0 倍，是生产腈 纶膨体纱的主要原料之一。其制造工艺路线为：在高于聚丙烯腈纤维玻璃化 温度的温度下多次热拉伸，使纤维中的大分子链舒展，并沿纤维轴方向取向， 然后骤冷，使大分子链的形态和张力被暂时固定下来，当成纱后，在松弛状态 下湿热处理，使大分子链因热运动而蜷缩，从而使该纤维在长度方向上收缩。 增加第二单体的含量，如增加第二单体丙烯酸甲酯的含量至1 0 1 2 时， 纤维收缩率为3 0 ，含量增至1 2 1 4 时，收缩率高达4 0 - 4 5 。采 用热塑性的第二单体与丙烯腈共聚也可明显地提高纤维收缩性。与普通聚丙烯 腈纤维相比，高收缩聚丙烯腈纤维的强度和卷曲度稍低。高收缩聚丙烯腈与普 通聚丙烯腈纤维混纺还可制成人造皮毛，具有手感柔软，织物厚实、丰满，保 暖性好等特点。或者与羊毛、麻、兔毛等混纺，做成各种仿羊绒、仿毛、仿麻、 仿真丝产品等，具有质轻、膨松、柔软、保暖性好等优点n 3 1 。与普通聚丙烯腈 纤维相比，高收缩聚丙烯腈纤维的强度和卷曲度稍低。依据高收缩聚丙烯腈纤 维不同的热收缩率，可以生产不同风格及性能的纺织产品。在实际应用中，高 收缩聚丙烯腈纤维与普通聚丙烯腈纤维一般按3 5 ：6 5 的比例进行混合制条， 然后再进行纺纱。一般情况下，纱线的热收缩率在1 5 - - 2 5 ，可用于生产提 花织物、绉类织物等；纱线的热收缩率在2 0 - - 3 5 ，可用于生产膨体毛线、 腈纶衫、毛毯、地毯及人造毛皮等。另外，短纤维非织造布可用于高密度人造 革基布。 ( 3 ) 异形截面聚丙烯腈纤维 纺制异形截面聚丙烯腈纤维最简单的方法是使用非圆形截面的喷丝孔，但 由于纺丝原液的表面张力会使纺丝线圆形化，通常必须加大拉伸以克服表面张 力，使纤维异形化。此外，制备异形聚丙烯腈纤维还可采用如下三种方法： 粘着法，使数个喷丝孔间的距离很短，当原液喷出时因孔口膨化效应，而使数 根纤维相互粘连并形成中空或豆形截面。初生的圆形截面聚丙烯腈纤维在后 处理时经挤压而变形。复合纺丝法，将复合纤维中的一组分溶解去除，而制 第一章绪论 得异形截面纤维。不同的截面能赋予纤维不同的特性。三角形或多角形截面纤 维可具有钻石般光泽，硬挺度较好，摩擦系数大，适于制作硬挺、色彩鲜明的 春夏服装。三叶形和多叶形截面纤维，抱合力好，耐磨性和耐多次变形性优良， 手感厚实，蓬松，而且不易起球倒伏，适于制作毛毯、针织品和毛绒织物。菊 花型截面和表面凹凸明显的腈纶具有强烈的闪光效果，可制作高级毛绒和混纺 织物。扁平截面纤维，平滑挺直且不易缠结，作为人造毛皮中的枪毛，形象更 为逼真。截面为凸透镜形的聚丙烯腈长丝，经改性后使纤维表面具有众多微孔， 用其编结织物有滑爽和蓬松感。 ( 4 ) 阻燃聚丙烯腈纤维 聚丙烯腈纤维最大的缺点是阻燃性差，其极限氧指数( l o i ) 仅为1 7 1 8 5 ，在合成纤维中最低，因此聚丙烯腈纤维的阻燃改性研究非常重要。生 产阻燃聚丙烯腈纤维的方法归纳起来主要有以下几种：共聚，将氯乙烯、偏 二氯乙烯等阻燃单体与a n 共聚后进行纺丝，所得纤维商品名为腈氯纶。共 混，将聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、s b 2 0 3 等阻燃性聚合物或阻燃添加剂与p a n 共混纺丝。阻燃整理，在纤维后处理或织物整理过程中引入阻燃剂。氧化， 将聚丙烯腈纤维在空气中进行2 0 0 - - - 3 0 0 ( 2 的高温氧化，这类纤维既可作碳纤维 的中间体，又是很好的阻燃纤维。交联，e x l a n 公司将羧基与酰胺基的聚丙 烯腈纤维同多价金属交联，制得了l o i _ 3 0 的阻燃纤维。硫化，东丽公司将 p a n 纤维在含硫气体中加热，制得的纤维含硫7 5 ，其阻燃性良好n 卜1 5 1 。 阻燃聚丙烯腈纤维的用途非常广泛，可与其它纺织纤维混纺制成床上用品、儿 童及老人服装、装饰织物、地毯、防火工作服、产业用布等。 ( 5 ) 抗起毛起球聚丙烯腈纤维 聚丙烯腈织物的起毛起球现象十分严重，严重影响了织物的外观和服用性 能，因此对该纤维抗起毛起球的改性研究比较多。其改性方法有：提高聚合 物中丙烯腈( 9 2 以上) 的含量，降低第二组分( 0 5 - - - 1 5 ) 的含量，从而提高 纤维的刚性和脆性，使织物中纤维末端不易缠绕成结。降低p a n 的重均分 子量至4 0 0 0 0 - 5 0 0 0 0 ，并适当加宽分子量分布，从而降低纤维的断裂延伸度， 即使织物起球也易于脱落n 引。改变纤维的截面形状，使纤维截面呈三叶或五 角形截面，并使纤维表面粗糙化，提高纤维的粗糙度以增加纤维间的抱合力， 提高抗弯曲性和硬挺度，从而可减少织物中纱线滑脱和打结的机会。增加纤 维热处理时的张力以降低纤维的钩强，使纤维不易起球，起球后也容易脱落。 将纤维或其织物进行表面处理，整理剂一般采用胶态的二氧化硅、丙烯酸乳 胶或d m f 等。 天津一上：业大学硕+ 学位论文 ( 6 ) 细旦和超细聚丙烯腈纤维 细旦纤维一般是指线密度为0 4 4 - 1 3 2 d t e x 的纤维，而小于0 4 4 d t e x ( 或 0 3 3 d t e x ) 的纤维称为超细纤维。细化后的纤维手感柔软，光泽柔和，吸湿性好， 织物覆盖能力强，穿着舒适。其制备方法有：采用稀薄的纺液成形。喷射 纺丝法。离心纺丝法。超倍拉伸法。剥离型复合纺丝法。海岛型复合 纺丝法。这些纤维可制成各种新颖的仿真丝绸，如乔其纱、香云纱等，既轻薄 又柔软，悬垂性也较好。不需熨烫，经久耐用，富有羽毛般手感。还可用作高 级毛毯、床单、枕套等n 刀。 ( 7 ) 负离子聚丙烯腈纤维 负离子聚丙烯腈纤维是国内近几年新兴的功能性纤维，一般采用无机纳米 级负离子添加剂，在聚合的原液工序与聚丙烯腈原液共混的工艺方法进行生 产。通过该纤维中的负离子粉与空气、水气等介质接触反应，电离产生负离子， 可营造出模仿大自然的环境，给人以清新、舒适的感觉。负离子聚丙烯腈纤维 将逐渐被国内的聚丙烯腈行业及纺织业看好。负离子聚丙烯腈纤维可用于生产 床上用品、服装、内衣制品及装饰用纺织品等。 ( 8 ) 其他改性聚丙烯腈纤维 改性聚丙烯腈纤维还有复合、有色、仿真、酸性可染、增白、超有光、防 污防尘、高强高模、防菌防臭、离子交换和远红外等多个品种。其中，我国榆 次、金山腈纶厂曾对复合聚丙烯腈纤维组织了中试生产，采用a n 与丙烯酸甲 酯和甲基丙磺酸钠共聚，控制不同配比的两个组分经复合喷丝头纺丝而成，产 品曾用于膨体纱、膨体细绒和膨体粗绒的试纺。国内有色聚丙烯腈纤维生产较 多，其中以凝胶染色为主，上海金山和淄博雪银化纤集团公司都有该纤维生产 线。中国纺织大学研制的防菌防臭聚丙烯腈纤维，是由聚丙烯腈经化学反应在 纤维上分别接上两个抗菌基团而形成的改性纤维，属于对纤维进行的耐久性卫 生整理。 1 3 亲水性纤维研究现状 1 3 1 聚丙烯腈类亲水性纤维研究现状 聚丙烯腈纤维作为一种服用材料其较差的吸湿、吸水性能给人带来的穿着 不舒适感使其在纺织领域的商业价值大大下降。因此，目前人们进行了大量的 研究来提高聚丙烯腈纤维的亲水性能，使其具备天然纤维的热湿舒适性n 卜4 引， 来提高其市场竞争力。其亲水改性方法大致可分为两种类型： 第一章绪论 一类为化学改性方法，其途径包括： ( 1 ) 大分子结构亲水化。该方法是通过聚合或共聚的途径，在大分子基本 结构中引进大量亲水基团h 础。该方法可同时提高纤维的吸湿、吸水性能。如 u s 3 0 3 5 0 3 1 制备出了含有亲水性物质甲基丙烯酸聚氧乙烯酯的丙烯腈共聚物。 ( 2 ) 与亲水性物质接枝共聚。该法比大分子结构亲水化法简单、容易一1 。 如b p 7 1 5 1 9 4 将丙烯腈接枝到聚乙烯醇、明胶、淀粉、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯 烷酮等亲水性聚合物上制的了亲水性纤维。以上两种改性方法可以提高纤维的 吸湿、吸水性能，但是所得纤维成分已不完全是聚丙烯腈，且纤维力学性能、 染色牢度下降幅度较大，手感硬化，已无法满足后序加工要求。 ( 3 ) 纤维表面亲水处理。对聚丙烯腈纤维进行表面亲水处理，既可以是指 对纤维进行表面处理，也可以是指对织物进行表面处理。处理的目的就是要在 纤维表面加上一层亲水性整理剂，达到改变纤维表面亲水性能的目的。该方法 生产工艺简单，工业化商品也比较多。常用的亲水性整理剂有丙烯酸系单体， 亲水性整理剂商品。亲水整理的工艺有浸渍法，即将纤维或织物放在亲水整理 剂中浸渍一定时间取出烘干即可；浸轧法，是将纤维或织物放在亲水性整理剂 中浸渍之后，先进行轧液，然后烘干和烘焙。纤维表面处理可在保持纤维原有 特性的情况下，增加纤维的吸湿性和吸水性，但是用该方法制得的亲水性纤维 其亲水耐久性较差。 另一类为物理改性方法，它包括： ( 1 ) 将聚丙烯腈与亲水性物质共混或复合。共混是将亲水性物质混入高 聚物熔体或溶液中，按常规纺丝方法进行纺丝来制的亲水性纤维。选用的亲水 性物质可以是亲水性高聚物，也可以是具有亲水基团的低分子化合物。该方法 看似简单，实际上并不容易，因为亲水性物质的选择比较难。首先该物质必须 与共混的成纤高聚物具有基本相同的熔融或溶解条件，两种物质要能够在同一 个凝固浴中或同一个纺丝甬道中凝固成形；两种物质要具有相似的力学性质和 相似的热性质，才能使共混纤维顺利通过拉伸、干燥、热定型等后处理工序而 获得优良的性能；其次，亲水性物质若加入量少，纤维吸