合成纤维第八章 腈纶

1、1 第八章第八章 腈纶腈纶PAN (Polyacrylonitrile) n1.腈纶的概述腈纶的概述 n2.腈纶的生产腈纶的生产 n3.腈纶的性质腈纶的性质 n4.腈纶的用途腈纶的用途 2.1 聚合聚合 2.2 纺丝纺丝 2 “奥纶奥纶”、 “开司米纶开司米纶” 3 4 n早在早在19291929年人们就已制得聚丙烯腈年人们就已制得聚丙烯腈, ,但因没有合适但因没有合适 的溶剂，未能制成纤维。的溶剂，未能制成纤维。 n19421942年，德国人年，德国人H.H.莱因与美国人莱因与美国人G.H.G.H.莱瑟姆几乎莱瑟姆几乎 同时发现了二甲基甲酰胺溶剂，并成功地得到了同时发现了二甲基甲酰胺溶剂，并

2、成功地得到了 聚丙烯腈纤维。聚丙烯腈纤维。 n19501950年，美国杜邦公司首先进行工业生产。以后年，美国杜邦公司首先进行工业生产。以后, , 又发现了多种溶剂又发现了多种溶剂, ,形成了多种生产工艺。形成了多种生产工艺。 n19541954年，联邦德国法本拜耳公司用丙烯酸甲酯与年，联邦德国法本拜耳公司用丙烯酸甲酯与 丙烯腈的共聚物制得纤维，改进了纤维性能，提丙烯腈的共聚物制得纤维，改进了纤维性能，提 高了实用性，促进了聚丙烯腈纤维的发展。高了实用性，促进了聚丙烯腈纤维的发展。 5 n腈纶工业从2O世纪5O年代在美国、德国和日 本实现了工业化生产工业化生产，6O年代和7O年代世界 腈纶工业快

3、速发展工业快速发展，到8O年代由于服用纤维 转向棉和天然纤维，而且原料价格上涨，成本 增加，导致腈纶增长减缓。增长减缓。 6 占比指中国腈纶产量占世界腈纶总产量比例 7 企业名称溶剂产量工艺路线 上海石化股份公司 NaSCN NaSCN DMF 22.35 一步法湿法纺丝工艺 二步法湿法纺丝工艺 干法纺丝工艺 吉林化纤集团公司DMAc7.86湿法纺丝工艺 安庆石化分公司NaSCN7.58二步法湿法纺丝工艺 大庆石化分公司NaSCN6.60二步法湿法纺丝工艺 齐鲁石化分公司DMF5.88干法纺丝工艺 抚顺石化公司DMF5.55干法纺丝工艺 秦皇岛腈纶厂DMF4.56干法纺丝工艺 兰州化工厂NaS

4、CN2.11一步法湿法纺丝工艺 淮安天意1.24 其他2.47 合计66.20 国内主要腈纶生产企业 8 丙烯腈：丙烯腈：分子中含有碳分子中含有碳- -碳双键碳双键 和腈基，化学性质很活泼。用量和腈基，化学性质很活泼。用量909094%94% 第三单体：第三单体：带有酸性基团带有酸性基团的乙烯基的乙烯基 单体如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸单体如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸 、衣康酸钠盐等；或是、衣康酸钠盐等；或是带有碱性基带有碱性基 团团的乙烯基单体如的乙烯基单体如2-2-乙烯基吡啶、乙烯基吡啶、 2-2-甲基甲基-5-5乙烯基吡啶等。乙烯基吡啶等。 用量很少，一般低于用量很少，一般低于5% 5% 。

5、 主要原料主要原料 9 这是由于单一丙烯腈聚合物制成的纤维，分这是由于单一丙烯腈聚合物制成的纤维，分 子堆砌紧密，横向高度有序，缺乏柔性，发脆，子堆砌紧密，横向高度有序，缺乏柔性，发脆， 染料分子很难进入，染色非常困难。染料分子很难进入，染色非常困难。 为了克服聚丙烯腈的这些缺陷，人们采用为了克服聚丙烯腈的这些缺陷，人们采用加加 入第二单体的方法，破坏大分子链的规整性，降入第二单体的方法，破坏大分子链的规整性，降 低大分子间的敛集密度，使纤维柔顺，改善纤维低大分子间的敛集密度，使纤维柔顺，改善纤维 的弹性和手感的弹性和手感； 加入第三单体，引入一定数量的亲染料基团，加入第三单体，引入一定数量的

6、亲染料基团， 提高染色能力提高染色能力。 10 国内腈纶基本都是三元共聚，主要有两类：国内腈纶基本都是三元共聚，主要有两类： 丙烯腈丙烯腈丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯（甲基）丙烯磺酸钠（甲基）丙烯磺酸钠 丙烯腈丙烯腈丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯衣康酸衣康酸 第一类第一类 第二类第二类 CH2CHCH2 CN CHCH2 COOCH3 CH CH2SO3Na CH2CHCH2 CN CHCH2 COOCH3 C CH2COONa COOH 11 2.1 PAN2.1 PAN的合成的合成 聚合机理聚合机理 自由基自由基 共聚合反应共聚合反应 有机化过氧有机化过氧 化物、无机过化物、无机过 氧化物和偶氮氧化物和偶氮

7、 类化合物类化合物 溶液聚合溶液聚合法法 （一步法）、（一步法）、 水相沉淀聚合水相沉淀聚合 法（法（ 二步法）二步法） 引发剂引发剂 工业聚合方法工业聚合方法 12 一步法：用油溶性引发剂，反应热容易控一步法：用油溶性引发剂，反应热容易控 制，产品均一，可以连续聚合、连续纺丝；制，产品均一，可以连续聚合、连续纺丝； 要有溶剂回收工序。要有溶剂回收工序。 二步法：用水为介质，采用水溶性引发剂，聚合产二步法：用水为介质，采用水溶性引发剂，聚合产 物不溶解于水相而沉淀出来，其优点在于，反应温物不溶解于水相而沉淀出来，其优点在于，反应温 度低，产品色泽洁白；可以得到相对分子质量分布度低，产品色泽洁白

8、；可以得到相对分子质量分布 窄的产品；聚合速度快，转化率高，无溶剂回收工窄的产品；聚合速度快，转化率高，无溶剂回收工 序等；但在纺丝前，要进行聚合物的溶解工序。序等；但在纺丝前，要进行聚合物的溶解工序。 2.1 PAN的合成的合成 13 投料配方投料配方以丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲叉丁二酸为单体，以丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲叉丁二酸为单体， 以硫氰酸钠的水溶液为溶剂，单体按丙烯腈以硫氰酸钠的水溶液为溶剂，单体按丙烯腈丙烯酸甲丙烯酸甲 酯酯甲叉丁二酸甲叉丁二酸91.771.391.771.3配比投料，配方如下：配比投料，配方如下： 单体（三元）单体（三元）17% 浅色剂（二氧化硫脲）浅色剂（二氧化硫脲）

9、0.75% 偶氮二异丁腈偶氮二异丁腈0.75% 溶剂（溶剂（NaSCN水溶液水溶液 80-80.5% 浓度浓度51%52% ） 调节剂（异丙醇）调节剂（异丙醇）1%3% （1）溶液聚合）溶液聚合 14 生产工艺生产工艺 1 2 3 46 78 9 10 12 5 11 12 13 14 15 15 15 AIBNTUD 溶剂及溶剂及 衣康酸衣康酸 丙烯腈丙烯腈 丙 烯 酸 甲丙 烯 酸 甲 酯酯 异丙醇异丙醇 聚 合 物 溶聚 合 物 溶 液液 混合器混合器 聚合釜聚合釜 脱单体塔脱单体塔 喷淋冷喷淋冷 凝器凝器 热交换器热交换器 单体含量小 于0.2% 15 聚合釜来聚合釜来 去单体喷去单体

10、喷 淋冷凝器淋冷凝器 进料进料 出料出料 冷水冷水 冷水冷水 热水热水 热水热水 排污排污 热水热水 热水热水 排污排污 夹套夹套 视镜视镜 视镜视镜 伞伞 搅拌器搅拌器 电动机电动机 进料温度控制器进料温度控制器 夹套用蒸汽夹套用蒸汽 盘管加热盘管加热 去浆液混合贮槽去浆液混合贮槽 聚合釜聚合釜 16 聚合条件聚合条件聚合温度聚合温度76768080，时间，时间1.21.21.5h1.5h 高转化率控制在高转化率控制在70%70%75%75%， 低转化率控制在低转化率控制在50%50%55%55% 搅拌速度搅拌速度555580r/min80r/min 高转化率时溶液中聚合物浓度高转化率时溶液

11、中聚合物浓度11.9%11.9%12.7%12.7% 低转化率时溶液中聚合物浓度为低转化率时溶液中聚合物浓度为10%10%11%11%。 （1）溶液聚合）溶液聚合 17 （2 2）连续水相沉淀聚合）连续水相沉淀聚合工艺特点工艺特点 水溶性氧化水溶性氧化-还原引发体系；还原引发体系； 聚合在聚合在3050之间甚至更低温度下进行；之间甚至更低温度下进行； 产物色泽较白；产物色泽较白； 反应热容易移出，便于控制聚合温度；反应热容易移出，便于控制聚合温度； 产物相对分子质量分布较窄；产物相对分子质量分布较窄； 聚合速度快，粒子大小均一，聚合转化率比较高；聚合速度快，粒子大小均一，聚合转化率比较高； 聚

12、合物含水率低，浆液好处理；聚合物含水率低，浆液好处理； 对纺丝溶剂对纺丝溶剂-硫氰酸钠浓水溶液纯度的要求低于一步法硫氰酸钠浓水溶液纯度的要求低于一步法 18 生产工艺生产工艺 123 4 5 6 7 8 9 10 11 洗涤水洗涤水 聚合体聚合体 低压蒸低压蒸 汽汽 聚合体淤浆聚合体淤浆 回收单体回收单体 NaOH 水溶液水溶液 含单体的含单体的 聚合物浆液聚合物浆液 计量泵计量泵 终止釜终止釜 脱单体塔脱单体塔 19 聚合条件聚合条件： 引发剂的用量为单体质量的引发剂的用量为单体质量的0.1%0.1%4% 4% ； pHpH值维持在值维持在2 23.53.5之间；之间； 聚合温度聚合温度35

13、3555 55 ； 反应时间反应时间1 12h 2h ； 高聚物产率高聚物产率80%80%85%85%。 为了降低表面张力以使相对分子质量稳定，为了降低表面张力以使相对分子质量稳定， 一般要向反应混合物中加入硫醇及其他物质。一般要向反应混合物中加入硫醇及其他物质。 20 2.2.12.2.1纺丝方法纺丝方法 聚丙烯腈具有很高的软化点，其理论熔点聚丙烯腈具有很高的软化点，其理论熔点TmTm（267267）超）超 过分解温度过分解温度Td (200-250)Td (200-250)，所以聚丙烯腈不能用熔融纺丝法，所以聚丙烯腈不能用熔融纺丝法 纺丝。纺丝。 2.2聚丙烯腈纤维的生产聚丙烯腈纤维的生产

14、 溶液法纺丝溶液法纺丝 湿法纺丝湿法纺丝 干法纺丝干法纺丝 生产长丝生产长丝 生产短丝生产短丝 21 腈纶是合成纤维中工艺路线最多的一个品种。腈纶是合成纤维中工艺路线最多的一个品种。 这些工艺路线的共同点是这些工艺路线的共同点是：采用溶液采用溶液(湿法和干法湿法和干法)纺丝方法，纺丝方法， 有相应的溶剂回收处理等。有相应的溶剂回收处理等。 不同点是：不同点是： 不同的聚合方法不同的聚合方法(非均相沉淀聚合或均相聚合非均相沉淀聚合或均相聚合) ； 不同的纺丝溶剂不同的纺丝溶剂(可采用二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲可采用二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲 基亚砜，碳酸乙烯酯，硫氰酸钠，硝酸，氯化锌

15、等基亚砜，碳酸乙烯酯，硫氰酸钠，硝酸，氯化锌等)； 不同的纺丝方法不同的纺丝方法(湿法或干法纺丝，湿法中采用不同凝固浴湿法或干法纺丝，湿法中采用不同凝固浴)； 不同的牵伸、后处理工艺；不同的牵伸、后处理工艺； 不同的溶剂回收工艺。不同的溶剂回收工艺。 22 23 一步法：单体直接聚合一步法：单体直接聚合 聚合物溶液聚合物溶液 二步法：固体成纤聚合物二步法：固体成纤聚合物 纺丝液纺丝液 纺丝机纺丝机 混合、过滤、脱泡 +溶剂 溶解 分离、干燥 计量泵、烛形滤器计量泵、烛形滤器 喷丝头喷丝头 凝固浴凝固浴 后处理后处理 目前用于工业化生产的共有目前用于工业化生产的共有8种溶剂、种溶剂、12种工艺路

16、线，其种工艺路线，其 中中以以DMAC湿法湿法二步法、二步法、NaSCN湿法和湿法和DMF干法为主干法为主。 其中湿法纺丝的又分一步法和二步法其中湿法纺丝的又分一步法和二步法 24 n2.2.2 湿法纺丝工艺（以二步法为例）湿法纺丝工艺（以二步法为例） 1 1、纺丝原液的制备、纺丝原液的制备（以硫氰酸钠溶液为溶剂以硫氰酸钠溶液为溶剂） 由水相聚合得到的聚丙烯腈是细小的固体颗粒状，首先由水相聚合得到的聚丙烯腈是细小的固体颗粒状，首先 需要将它溶解在需要将它溶解在NaSCN溶液溶液中，并经过混合、脱泡、过滤中，并经过混合、脱泡、过滤 等工序，以制成符合纺丝要求的纺丝原液等工序，以制成符合纺丝要求的

17、纺丝原液浆化。浆化。 NaSCN水溶液水溶液的浓度为的浓度为44%57%。 高聚物浓度为高聚物浓度为1013%。 取决于共聚物的取决于共聚物的 组成、分子量组成、分子量 及其多分散性及其多分散性 在溶液中加入适当的稀释剂可以降低溶液的黏度，例如用在溶液中加入适当的稀释剂可以降低溶液的黏度，例如用 硫氰酸钠、乙醇、水三组分（硫氰酸钠、乙醇、水三组分（45：40；15）溶液作溶剂。）溶液作溶剂。 25 2 2、成型过程、成型过程 将聚合工段送来的纺丝溶液经计量泵压入烛形过滤器至喷将聚合工段送来的纺丝溶液经计量泵压入烛形过滤器至喷 头，以头，以5 510m/s10m/s的纺丝速度喷出纺丝细流，在凝固

18、溶中凝的纺丝速度喷出纺丝细流，在凝固溶中凝 固成形。初生的丝条再经预热进一步凝固脱水，并给予适固成形。初生的丝条再经预热进一步凝固脱水，并给予适 当的拉伸后，於蒸汽加热下进行高倍率拉伸。拉伸后的纤当的拉伸后，於蒸汽加热下进行高倍率拉伸。拉伸后的纤 维再经水洗、上油、干燥、热定型、卷曲、切断、打包等维再经水洗、上油、干燥、热定型、卷曲、切断、打包等 工序制得聚丙烯腈短纤维。工序制得聚丙烯腈短纤维。 26 原液细流原液细流 凝固浴凝固浴 临临 界界 浓浓 度度 这一过程的完成是以双扩散为基础的。这一过程的完成是以双扩散为基础的。 双扩散包括凝固浴中的凝固剂向原液细流内双扩散包括凝固浴中的凝固剂向原

19、液细流内 部的扩散，也包括原液中溶剂向凝固浴扩散。部的扩散，也包括原液中溶剂向凝固浴扩散。 湿法成形凝固历程湿法成形凝固历程 27 双扩散过程双扩散过程 纺丝原液由喷丝头喷出进入凝固浴后，原液细流的表纺丝原液由喷丝头喷出进入凝固浴后，原液细流的表 层首先与凝固浴接触而很快凝固成一薄层，层首先与凝固浴接触而很快凝固成一薄层，凝固浴中的凝凝固浴中的凝 固剂固剂（水）不断通过这一皮层（水）不断通过这一皮层扩散至细流内部扩散至细流内部，而，而细流中细流中 的溶剂的溶剂也通过皮层也通过皮层扩散至凝固浴中。扩散至凝固浴中。 由于双扩散的不断进行，使皮层不断增厚，当由于双扩散的不断进行，使皮层不断增厚，当细

20、流中间部分的细流中间部分的 溶剂浓度降低到某一临界浓度以下溶剂浓度降低到某一临界浓度以下时，原为均相的丙烯腈的共时，原为均相的丙烯腈的共 聚物溶液发生相分离，聚丙烯腈从溶液中沉淀析出，构成初生聚物溶液发生相分离，聚丙烯腈从溶液中沉淀析出，构成初生 纤维的芯层，并产生一定的体积收缩。纤维的芯层，并产生一定的体积收缩。 湿法成形凝固历程湿法成形凝固历程 28 随着纺程的增加，细流中的随着纺程的增加，细流中的NaSCN含量不断下含量不断下 降，而降，而H2O的含量不断增加，导致体系中的含量不断增加，导致体系中 NaSCN浓度明显下降。浓度明显下降。 由于脱溶剂化所引起的体积收缩使聚丙烯腈的浓由于脱溶

21、剂化所引起的体积收缩使聚丙烯腈的浓 度相应地提高。度相应地提高。初生纤维是一种高度溶胀立体网初生纤维是一种高度溶胀立体网 络状的冻胶体，络状的冻胶体，立体网络骨架由大分子链束组成，立体网络骨架由大分子链束组成， 大分子链间的缠结是骨架的物理交联点。大分子链间的缠结是骨架的物理交联点。 湿法成形凝固历程湿法成形凝固历程 29 3、纺丝工艺流程、纺丝工艺流程 n原液细流原液细流凝固浴固化成型凝固浴固化成型溶剂拉伸溶剂拉伸 （预热）（预热）水洗水洗热拉伸热拉伸骤冷骤冷调温调调温调 湿热定型湿热定型二次拉伸二次拉伸调质上油调质上油卷卷 曲曲干燥干燥打包装箱打包装箱 30 溶剂拉伸溶剂拉伸 a、概念概念

22、 所谓溶剂拉伸是指将刚成形的纤维在一定温度、一定浓度所谓溶剂拉伸是指将刚成形的纤维在一定温度、一定浓度 的的NaSCN溶液中进行低倍拉伸。溶液中进行低倍拉伸。 b、目的目的 1. 为达到工艺总牵伸创造条件为达到工艺总牵伸创造条件 2. 提高初生纤维的强度提高初生纤维的强度 3. 降低丝的直径，提高水洗的效率降低丝的直径，提高水洗的效率 55-65 3-4%的的NaSCN 水溶液水溶液 1.5-2.5倍倍 31 使使纤维手感粗硬，且色泽灰暗，加工中纤维发粘，纤维手感粗硬，且色泽灰暗，加工中纤维发粘， 不易梳分，干燥和热定型时纤维容易发黄不易梳分，干燥和热定型时纤维容易发黄，特别，特别 是在以后的

23、染色过程中更会有不良影响，是在以后的染色过程中更会有不良影响，使染料使染料 沉淀，产生斑点沉淀，产生斑点。 水洗的目的水洗的目的 由凝固浴或拉伸浴出来的丝束含有一定量的溶剂由凝固浴或拉伸浴出来的丝束含有一定量的溶剂 不除不除 水洗后纤维上的残余溶剂含量水洗后纤维上的残余溶剂含量 1 略偏离圆形（存在皮层）略偏离圆形（存在皮层） 1 近梅花形近梅花形 1 呈扁平状，近于大豆形或哑铃形呈扁平状，近于大豆形或哑铃形 纺丝液浓度纺丝液浓度，越偏离圆形，越偏离圆形 (2)其他形态结构特点其他形态结构特点 无明显孔洞和微纤结构，皮芯结构不如湿纺明显无明显孔洞和微纤结构，皮芯结构不如湿纺明显 51 1形态形

24、态 随溶剂和纺丝方法不同而不同。腈纶的纵随溶剂和纺丝方法不同而不同。腈纶的纵 面有少量沟槽，干法纺丝的纤维截面呈哑铃形，湿法面有少量沟槽，干法纺丝的纤维截面呈哑铃形，湿法 纺丝（纺丝（NaSCN为溶剂）的则为圆形。为溶剂）的则为圆形。 52 n2强伸性和弹性强伸性和弹性 品种腈纶涤纶锦纶 强度 cN/tex 173235443353 断裂伸长 率% 254620502545 腈纶蓬松、卷曲而柔软，弹性较好，但多次拉伸的剩腈纶蓬松、卷曲而柔软，弹性较好，但多次拉伸的剩 余变形较大，因此腈纶织物的袖口、领口等易变形。余变形较大，因此腈纶织物的袖口、领口等易变形。 53 和羊毛比：和羊毛比： 1、比

25、羊毛轻、比羊毛轻10以上，但强度却大以上，但强度却大2倍多；倍多； 2、回弹性在伸长较小时、回弹性在伸长较小时羊毛羊毛 2 回弹率腈纶回弹率腈纶9299%，羊毛，羊毛99% 3、穿着过程中羊毛的回弹性、穿着过程中羊毛的回弹性腈纶的腈纶的 多次循环负荷的回弹性好多次循环负荷的回弹性好 剩余形变值剩余形变值OR大。大。 54 3吸湿性和染色性吸湿性和染色性 腈纶结构紧密腈纶结构紧密 吸湿性低，一般大气吸湿性低，一般大气 条件下回潮率为条件下回潮率为 1.22.0%左右。左右。 染色性不好，引入第染色性不好，引入第 二、第三单体后得到二、第三单体后得到 了改善了改善 4腈纶的腈纶的Tg 丙烯腈的丙烯

26、腈的均聚物均聚物一般有一般有2个个Tg： 低序区低序区Tg1=80100 高序区高序区Tg2=140150 丙烯腈的丙烯腈的三元共聚物三元共聚物Tg：75100 含较多水分或膨化剂下含较多水分或膨化剂下Tg：7580 55 5. 腈纶的热弹性腈纶的热弹性 热回弹性热回弹性：在紧张状态下使纤维迅速冷却，使纤维在具有：在紧张状态下使纤维迅速冷却，使纤维在具有 较大内应力的情况下固定下来，这种纤维就潜伏着受热后较大内应力的情况下固定下来，这种纤维就潜伏着受热后 的收缩性，即热回弹性。的收缩性，即热回弹性。 腈纶的高收缩纤维腈纶的高收缩纤维：在外力作用下，强迫热拉伸而具有热弹：在外力作用下，强迫热拉伸

27、而具有热弹 性的纤维性的纤维 A B 高收缩纤维高收缩纤维 100进行热松弛处理进行热松弛处理 A B 腈纶膨体纱腈纶膨体纱 56 主链对酸碱稳定，侧基主链对酸碱稳定，侧基氰基氰基发生水解发生水解 6耐酸碱性耐酸碱性 CH2CH CN H2O H or OH CH2CH CO NH2 H2O H or OH CH2CH CO OH + NH3 水解反应中水解反应中烧碱的催化作用烧碱的催化作用硫酸。硫酸。 水解的结果水解的结果：聚丙烯腈溶解，纤维失重，强力降低：聚丙烯腈溶解，纤维失重，强力降低 PAN强碱处理下为什么发黄？强碱处理下为什么发黄？ 水解出的水解出的NH3与为与为 水解的氰基反应生水

28、解的氰基反应生 成脒基，产生黄色成脒基，产生黄色 57 7耐光性耐光性 腈纶耐光性和耐气候性特别优良，在腈纶耐光性和耐气候性特别优良，在常见纺织纤维中最好常见纺织纤维中最好。 腈纶放在室外曝晒一年，其强度只下降腈纶放在室外曝晒一年，其强度只下降5%，对日光的抵抗性也，对日光的抵抗性也 比羊毛大比羊毛大1倍，比棉花大倍，比棉花大10倍。因此腈纶最适宜做室外用织物。倍。因此腈纶最适宜做室外用织物。 8其他性质其他性质 腈纶耐热性好，熨烫温度腈纶耐热性好，熨烫温度130-140。不发霉，不怕虫。不发霉，不怕虫 蛀，但耐磨性差，尺寸稳定性差。腈纶相对密度较小。蛀，但耐磨性差，尺寸稳定性差。腈纶相对密度

29、较小。 58 通过共聚、混合纺通过共聚、混合纺 丝、复合纺丝等方丝、复合纺丝等方 法可以改进聚丙烯法可以改进聚丙烯 腈纤维的染色性、腈纤维的染色性、 耐热性、蓬松性与耐热性、蓬松性与 提高回弹性等性能提高回弹性等性能 。 由于聚丙烯纤维由于聚丙烯纤维 具有优良的耐光、具有优良的耐光、 耐气候性，所以除耐气候性，所以除 作衣着及毛毯之外作衣着及毛毯之外 ，最适宜作室外织，最适宜作室外织 物，如帐篷、苫布物，如帐篷、苫布 等。等。 59 60 将将聚丙烯腈纤聚丙烯腈纤 维（共聚组分尽维（共聚组分尽 量少）经过高温量少）经过高温 处理可得到碳纤处理可得到碳纤 维和石墨纤维。维和石墨纤维。 聚丙烯腈纤

30、维聚丙烯腈纤维 目前目前已知的热稳已知的热稳 定性最好的纤维之定性最好的纤维之 一，可耐一，可耐30003000的的 高温。在高温下能高温。在高温下能 经久不变形，并具经久不变形，并具 有很高的化学稳定有很高的化学稳定 性，良好的导电性性，良好的导电性 和导热性。和导热性。 石墨纤维石墨纤维 碳纤维碳纤维 是宇宙飞行是宇宙飞行 、火箭、喷气技、火箭、喷气技 术以及工业一耐术以及工业一耐 高温、防腐蚀领高温、防腐蚀领 域的良好材料。域的良好材料。 在医疗上，还可在医疗上，还可 以用于人工肋骨以用于人工肋骨 和肌腱韧带等。和肌腱韧带等。 61 62 由有机纤维或低分子烃气体原料在由有机纤维或低分子

31、烃气体原料在 惰性气氛中经高温惰性气氛中经高温(1500C)碳化而成的碳化而成的 纤维状碳化合物，其碳含量在纤维状碳化合物，其碳含量在90%以上。以上。 特点特点：强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢：强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢 还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导 电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新 型材料。型材料。 63 轻巧，而且消耗动力轻巧，而且消耗动力 少，推力大，噪音小少，推力大，噪音小 碳纤维碳纤维 碳纤维碳纤维+塑料塑料 能提高计算机的储存能提高计算机的储存 量和运算速度

32、量和运算速度 碳纤维增强塑料碳纤维增强塑料卫星卫星 机械强度高，质量小，机械强度高，质量小， 可节约大量的燃料可节约大量的燃料 64 预氧化：预氧化：200300的氧化气氛中，原丝受张力情况下进行的氧化气氛中，原丝受张力情况下进行 PAN的的Tg低于低于100，分解前会软化熔融，不能直接在惰性气体中，分解前会软化熔融，不能直接在惰性气体中 进行碳化。先在空气中进行预氧化处理，使进行碳化。先在空气中进行预氧化处理，使PAN的结构转化为稳定的的结构转化为稳定的 梯形六元环结构，就不易熔融。另外，当加热足够长的时间，将产生梯形六元环结构，就不易熔融。另外，当加热足够长的时间，将产生 纤维吸氧作用，形

33、成纤维吸氧作用，形成PAN纤维分子间的化学键合。纤维分子间的化学键合。 PAN原丝制备碳纤维的过程分为三个阶段：原丝制备碳纤维的过程分为三个阶段： 65 碳化：碳化： 在 在4001900的惰性气氛中进行，碳纤的惰性气氛中进行，碳纤 维生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等维生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等 非碳元素，改变了原非碳元素，改变了原PAN纤维的结构，形成了纤维的结构，形成了 碳纤维。碳化收率碳纤维。碳化收率4045，含碳量，含碳量95%左右。左右。 66 67 在在25003000的温度下，密封装置，施加的温度下，密封装置，施加 压力，保护气体中进行。压力，保护气体中进行。 目的：目的：是使纤维中的