合成纤维精品课件

1、合成纤维第1页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二教学内容4.1 概述4.2 通用合成纤维4.3 高性能合成纤维4.4 功能合成纤维第2页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二4.1 概述一、发展概况二、 成纤高分子物条件三、 纺丝方法四、合成纤维分类五、其它纤维第3页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二一、纤维的概述1938年美国杜邦公司的Carothers发明了尼龙66纤维后，推动了普通合成纤维的大发展，而首先问世的特种纤维是1954年杜邦公司的聚四氟乙烯纤维和1955年美困海军研究室的熔喷法超细纤维，然而真正推动世界高科技纤维发展

2、的是l963年杜邦公司实现聚间苯二甲酰间苯二胺纤维中试生产之后，才促进各类耐高温纤维的发展，1968年杜邦公司发明了中空纤维分离膜和聚对苯二甲酰对苯二胺溶致性液晶纤维并在20世纪70年代产业化，从此开始了高科技纤维的全面发展。80年代初，发达国家开始把投资重点转向高科技纤维，并将传统合成纤维转移至第三世界国家，到l994年发达国家普通合成纤维的产量首次低于发展中国家，却垄断高科技纤维的主要品种，并在各支柱产业如航空航天、汽车、石化、能源、新型建树、环保、电子与信息产业、国防军工等，保持领先水平。第4页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二 合成纤维是指以简单化合物为原料,通过

3、聚合或缩聚反应制成成纤高分子物，再通过纺丝和后处理加工制成纤维。二、成纤高聚物的特征高聚物的品种很多，但并不是所有高聚物都能用于纺丝，而是具有如下特征的高聚物都能进行纺丝。1、成纤高聚物均为线型高分子用这类高分子纺制的纤维能沿纤维纵轴方向拉伸而有序排列。当纤维受到拉力时，大分子能同时承受作用力，使纤维具有较高的拉伸强度和适宜的延伸度及其他物理-力学性能。第5页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二2、成纤维高聚物具有适宜的相对分子质量线型高聚物分子链的长度对纤维的物理-力学性能影响很大，尤其是对纤维的机械强度、耐热性和溶解性的影响更大。相对分子质量的高低均不好，高者不易加工，

4、低者性能不好。常见的主要成纤高聚物的相对分子质量如下表所示。 主要成纤高聚物的相对分子质量高聚物相对分子质量高聚物相对分子质量聚酰胺-6或-66聚酯聚丙烯腈16000-2200016000-2000050000-80000聚乙烯醇全同聚丙烯60000-80000180000-300000第6页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二 3、成纤高聚物的分子链间必须有足够的次价力高聚物的物理-力学性能与次价力有密切关系。分子间次价力越大，纤维的强度越高，次价力大于20.92kJ/mol的高聚物适宜作纤维材料。4、成纤高聚物应具有可溶性和熔融性只有这样才能将高聚物溶解或熔融成溶液或熔

5、体，再经纺丝、凝固或冷却形成纤维，否则就不能进行纺丝。第7页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二第四章合成纤维的优缺点 优点：强度高、弹性好、耐穿耐用、光泽好、化学稳定性强、耐霉腐、耐虫蛀 缺点：吸湿性差、耐热性差、导电性差、防污性差、易起毛起球、不易染色、腊状手感第8页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二三. 纤维的主要性能指标a.线密度（纤度）：线密度为表示纤维粗细程度的指标。线密度指一定长度纤维所具有的重量，其单位名称为“tex”特（克斯），1/10称为分特（克斯），单位符号dtex 。1000m长纤维重量的克数称为“特”。支数单位重量的纤维所具有

6、的长度。对于同一种纤维，支数越高，纤维越细。第9页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二断裂强度纤维在连续增加负荷的作用下，直至断裂所能承受的最大负荷与纤维的线密度之比。断裂强度高，纤维在加工过程中不易断头、绕辊，纱线和织物牢度高；断裂强度太高，纤维刚性增加，手感变硬。b. 断裂强度及断裂伸长率：第10页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二断裂伸长率纤维在伸长至断裂时的长度比原来长度增加的百分数。断裂伸长率大，纤维的手感柔软，在纺织加工时，毛丝、断头少；断裂伸长率过大，织物易变形。第11页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二模量抵抗外力

7、作用下形变能力的量度。纤维的初始模量为纤维受拉伸而当伸长为原长的1时所需的应力。它表征纤维对小形变的抵抗能力。纤维的初始模量越大，越不易变形，在合成纤维中，涤纶的初始模量最大，腈纶次之，锦纶较小，故涤纶织物挺括，不易起皱，锦纶织物易起皱，保形性差。c.初始模量（弹性模量）第12页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二（1）长丝：长度以千米计的丝。（2）短纤维：被切成几厘米或十几厘米长的纤维。混纺织物不可能用长丝制造，只有用短纤维与天然纤维或其它化学纤维的短纤维进行混纺，才能得到混合良好的混纺织物。如用涤纶与棉花混纺得到的织物即“涤棉”，与羊毛混纺的织物叫“毛涤”。第13页，共

8、94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二（3）异形截面纤维：在合成纤维成型过程中，采用非圆形孔眼的喷丝板，可得不同截面形状的纤维，用以改善纤维的手感、回弹性等。如三角形截面的维纶光泽良好，不易沾尘土，其织物耐穿；五叶形截面的涤纶长丝有类似真丝的光泽，手感良好等。第14页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二（4）变形纱：经过变形加工处理的丝和纱，如弹力丝和膨体纱。六大合成纤维：氯纶（聚氯乙烯）锦纶（尼龙6）涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）腈纶（聚丙烯睛）维纶（聚乙烯醇）丙纶（聚丙烯）第15页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二四. 化学纤维的生产方

9、法化学纤维的生产工艺流程主要包括纺丝熔体和溶液的制备、纺丝及初生纤维的后加工。目前，合成纤维的纺丝方法主要有两大类：熔体纺丝法和溶液纺丝法，在溶液纺丝法中，根据凝固方式的不同，又可分为湿法纺丝和干法纺丝两种。第16页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二 1熔融纺丝法纺丝液是熔体，纺出的丝在空气中固化。熔融纺丝的纺丝速度高，目前一般的纺丝速度为10002000m/min，采用高速纺丝时，可达3000 6000m/min 或更高。熔融纺丝加工成本低，但喷丝板孔数少，丝的截面多为圆形。涤纶、锦纶、丙纶等均采用此法 第17页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二熔

10、融纺丝工艺流程 第18页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二 纺丝第19页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二 溶液纺丝法的纺丝液是溶解的高聚物溶液，纺出的丝的固化方式分为湿法与干法两种。2湿法纺丝湿法纺丝纺出的丝在溶液中固化这种方法纺丝速度低，一般速度为18380m/min。湿法纺丝加工成本高且对环境污染较严重，纺出丝的截面多为非圆形，有皮芯结构。腈纶、维纶、氯纶、粘胶纤维多采用此法。 第20页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二 湿法纺丝工艺流程 第21页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二 3干法纺丝干法纺丝

11、纺出的丝在空气中固化这种方法目前一般的纺丝速度为200500m/min，高者可达10001500m/min。干法纺丝溶剂挥发易污染环境，成本高，但丝的质量好，此法多用于制作长丝。 第22页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二 干法纺丝工艺流程 第23页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二 干法纺丝第24页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二合成纤维的生产首先是将单体经聚合反应制成成纤高聚物，这些聚合反应原理、生产过程及设备与合成树脂、合成橡胶的生产大同小异，不同的是合成纤维要经过纺丝及后加工，才能成为合格的纺织纤维。 拉伸可改变初生纤

12、维的内部结构，提高断裂强度和耐磨性，减少产品的伸长率。热定型可调节纺丝过程带来的高聚物内部分子间作用力，提高纤维的稳定性和其他物理机械性能、染色性能。 第25页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二四、合成纤维的分类人造纤维：是以天然聚合物如纤维素和蛋白质等改性而成，如粘胶纤维、醋酸纤维、蛋白质纤维等；合成纤维：是由合成的聚合物经纺丝而成，如聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（涤纶）、聚酰胺（锦纶）、聚乙烯醇缩甲醛（维纶）、聚丙烯（丙纶）、聚丙烯腈（腈纶）、聚氯乙稀（氯纶）、聚氨酯弹性体纤维（氨纶）、芳香族聚酰胺纤维（Kevlar）等。纤维：长径比很大，并具有一定柔韧性的纤细物质。纺织

13、纤维包括天然纤维（如羊毛、蚕丝、棉花、麻等）和化学纤维（由聚合物等材料制成）。化学纤维是人造纤维和合成纤维的总称第26页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二根据性能和用途，合成纤维又可以分为：通用合成纤维：涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维伦等高性能合成纤维：强度18cN/dtex 模量400cN/dtex 1cN/dtex=91MPa功能合成纤维：光、电、化学（耐腐蚀、阻燃）、高弹性、生物可降解性纤维等。第27页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二五、其它纤维1、复合纤维两种或两种以上成纤高分子物的熔体分别输入同一喷丝头，在喷丝头的适当部位相遇后，从同一喷丝孔

14、中喷出，成为两组份或多组份粘并的一根纤维。并列型 皮芯型 海岛型 桔瓣型 复合纤维的特点： 具有三维空间的立体卷曲，高膨松性、延伸性和覆盖能力。第28页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二2、异形纤维： 在合成纤维成形过程中采用非圆形孔眼的喷丝板，制成的非圆形截面或中空的纤维。可改善手感、回弹性、抗起球性及光泽等。主要有三角形、四角形、五角形、扁平形、中空形等。第29页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二4、改性纤维： 近来，为了改善化学纤维容易起静电、起毛起球等缺点，为了改进染色性能和提高熔点等，已出现了抗静电纤维、低温可染涤纶、阳离子可染涤纶、变性涤

15、纶等改性纤维。3、超细纤维： 单丝纤度 0.1旦 特点：手感柔软、细腻，柔韧性好，光泽柔和，高清洁能力，高吸水和吸油性，第30页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二第一节 涤纶一、涤纶的生产简介二、涤纶的结构三、涤纶的性能四、改性涤纶4.2 通用合成纤维第31页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二概述俗称“的确良”，国外“达柯纶”、“帝特纶”、“特丽纶”、“拉芙桑”涤纶学名为聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维。1953年美国工业化生产了这种商品名为达可纶的涤纶纤维。在合成纤维中，涤纶是比较理想的纺织材料，世界涤纶纤维的产量1996年为1247万吨，占当年合成纤维总

16、产量的65.5。我国涤纶纤维产量1996年为210万吨。预计2000年世界涤纶产量达到1600万吨。 第32页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二1、聚酯纤维的分子结构： 聚酯通常指以二元酸和二元醇缩聚而提的高分子物，其基本链节之间以酯键联结而得名。2、聚酯的品种： PTT、PBT、PET等等，其中以聚对苯二甲酸乙二酯（PET）纤维为主，其分子量一般控制在1800025000左右。第33页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二一、涤纶的生产简介1、主要原料：对苯二甲酸和乙二醇2、合成方法： 酯交换法：将对苯二甲酸和乙二醇在催化剂作用下进行酯交换，然后再经缩

17、聚生成聚对苯二甲酸乙二酯。已逐渐被淘汰。 直接酯化法：将对苯二甲酸和乙二醇进行直接酯化生成聚对苯二甲酸乙二酯。目前使用广泛。3、纺丝方法：熔融纺丝法连续法：聚对苯二甲酸乙二酯熔体 纺丝间歇法：a.聚对苯二甲酸乙二酯熔体 铸带 切片 b.切片 干燥 纺丝 第34页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二二、涤纶的生产原理4、熔融纺丝法工艺流程：第35页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二二、涤纶的结构1、形态结构： 采用熔融纺丝法制成的一般聚酯纤维，其横截面是圆形的，纵向均匀而无条痕。2、分子结构：第36页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期

18、二二、涤纶的结构产品结晶度(%)取向度密度（克/厘米2）初生丝完全无定形差1.3351.337商品丝4060较高1.383、聚集态结构：结晶度和取向度模型理论：折叠链-樱状原纤模型第37页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二三、涤纶的性能1、热性能2、机械性能3、化学稳定性4、吸湿、染色性能5、起球现象6、静电现象7、燃烧性能第38页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二1、 热性能玻璃化温度Tg完全无定形 67 部分结晶 81 取向且结晶 125 软化点 230240 定形温度 180220 第39页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期

19、二1、 热性能耐热性：最好。 170以下短时间受热引起的强度损失，温度降低后可恢复。腈纶为150；锦纶120；大部分碳链纤维为8090下受热变形很难恢复。热稳定性：最好。 涤纶150受热168h，强力损失3%，锦纶在150受热即变黄，纤维强度大幅度下降。第40页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二2、 机械性能强度和延伸度：与工艺条件有关。一般涤纶，生产中拉伸倍数为45倍强度为3.54.4cN/dtex(4.05.0g/旦)干、湿强度基本相等在合成纤维中强力较高，冲击强度比PA高4倍。延伸度为18%36%，略低于锦纶。第41页，共94页，2022年，5月20日，19点50分

20、，星期二2、 机械性能弹性和耐磨性具有良好的弹性，穿着挺括，形状稳定性好，表现在两个方面：不易变形（弹性模量较大） 原因：结晶度高，取向度高从形变中回复能力较强 原因：亚甲基有较大的柔性；大分子间的联结点（结晶）稳定，成为恢复原状的基点耐磨性不及锦纶，但比其它合成纤维高出几倍，与天然纤维或粘胶纤维混纺，可显著提高耐用磨性。第42页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二3、 化学性能涤纶的耐酸性较好弱酸：煮沸也无显著损伤强酸：低温下稳定高温下有损伤，纤维强度迅速降低涤纶耐酸的意义染整加工尽量在酸性条件下进行可用硫酸或盐酸测定涤棉织物混纺比可用酸侵蚀涤棉包芯纱织物生产涤棉烂花织物

21、。第43页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二3、 化学性能涤纶的耐碱性差碱使聚酯发生水解，水解程度随碱种类、浓度、温度及时间不同而不同。碱处理涤纶的剥皮现象：热稀碱能使表面的大分子水解。表面的分子水解到一定程度溶在碱中，使纤维表面一层层地剥落下来，造成纤维的失重和强度降低，而对纤维的芯层则无多大影响，分子量也没有什么变化，这种现象称为剥皮现象。使纤维变细、变轻，纤维表面出现刻蚀-变得凹凸不平，增加了纤维在纱中活动性。意义：碱减量处理 提高纤维细度、提高纤维吸湿性，获得仿真丝绸整理效果第44页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二3、 化学性能第45页，共

22、94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二3、 化学性能对氧化剂和还原剂的稳定性涤纶对氧化剂和还原剂的稳定性很高，因此，染整加工中漂白剂（次氯酸钠、亚氯酸钠、双氧水）、还原剂（保险粉、二氧化硫脲）都可使用。耐溶剂性涤纶可溶解在一些有机溶剂中，如：丙酮、苯、苯酚-四氯乙烷（6:4）涤纶可在一些有机物的水溶液中溶胀，如酚类酚类化合物可作涤纶染色的载体第46页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二4、吸湿、染色性能吸湿性较差标准状态下回潮率：涤纶为0.4% 棉为78%原因：极性基团太少，缺少吸湿中心，结晶度高，结构紧密，孔隙小表现：吸湿排汗性差，静电大，易沾污，湿度对机械

23、性能影响小，溶胀小，染色困难，但具有易洗快干的特性。涤纶的染色较困难，易染性较差：分子链紧密，染料难进入纤维内部。无特定染色基团，缺乏亲水性，在水中膨化程度低，不易与水溶性染料结合。极性小，染料无法与纤维发生共价键结合。第47页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二4、吸湿、染色性能常用染料分散染料：分子较小，结构简单，水溶性很低，非极性。常用染色方法：高温高压染色法：染色温度在120140，制成分散液。载体染色法：染色温度为100，添加有机溶剂的液体热溶法染色：染色温度在180210之间，利用热空气染色。 第48页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二5、

24、起球现象最大缺点之一。截面为圆形，表面光滑，抱合力差，纤维末端容易浮出织物表面，形成绒毛，经摩擦，纤维纠缠在一起结成小球。由于强度高，弹性好，小球难于脱落，产生起球现象。抗起球整理第49页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二6、静电现象涤纶吸湿性低，表面具有较高的比电阻，当两物体接触、摩擦又立即分开后，涤纶表面易积聚大量电荷而不易逸散，产生静电静电的危害：染整加工困难，设备要加静电消除器；穿着不舒服、电击、火灾克服静电的方法：两种纤维混纺生产抗静电纤维进行抗静电整理第50页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二7、燃烧性能燃烧性涤纶与火焰接触时能燃烧，伴随

25、着纤维发生卷缩并熔融成珠而滴落。燃烧时产生黑烟且有芳香味，但火焰移去后燃烧很快终止。紧密的涤纶织物较易燃烧，尤其是涤纶与其它易燃纤维混纺的织物更是如此。第51页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二四、改性涤纶改性原理引入有空间阻碍的基团，降低结晶度引入第三单休，使规整性下降引入可与染料分子结合的基团，提高亲合力引入一定吸水性基团，改善吸湿性改变工艺条件，增加纤维中无定形区的含量第52页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二四、改性涤纶改性涤纶品种易染改性：阳离子可染聚酯纤维（CDP）抗静电改性涤纶抗起球涤纶吸水吸湿性涤纶超细纤维第53页，共94页，2022

26、年，5月20日，19点50分，星期二4.2.2 锦纶 锦纶纤维是以聚酰胺基础制得的纤维，是三大合成纤维之一，也是一种主要的合成纤维。聚酰胺又是制造薄膜及工程塑料的原料，是由饱和的二元酸与二元胺通过缩聚反应制得的一类线性高分子缩聚物。常见的这类缩聚物有聚酰胺-6、聚酰胺-66、聚酰胺-11、聚酰胺-12、聚酰胺-610、聚酰胺612、聚酰胺-1010等，其中以聚酰胺-6和聚酰胺-66的产量最大，约占聚酰胺产量的90%。共同特点，就是其大分子的各个链节间都是以酰胺基“CONH”相联，所以把这类缩聚物通称为聚酰胺或尼龙。第54页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二聚酰胺：“锦纶”

27、、“尼龙”、“耐纶”、“卡普龙”，是世界上最早投入工业化生产的合成纤维。聚酰胺的品种很多，目前工业化生产及应用最广泛的是PA6和PA66，PA1010是我国的特有品种。第55页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二PA6在大规模工业生产中大多采用以己内酰胺为原料，经开环水解聚合制得。PA66是将己二胺和己二酸反应生成66盐，然后进行缩聚而得。第56页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二聚酰胺的纺丝 一般聚酰胺纺丝采用间接熔融纺丝和直接熔融纺丝。 间接熔融纺丝法是将聚酰胺切成片状颗粒，再进行纺丝，即切片熔融纺丝。 熔融纺丝主要包括纺丝和纤维的后加工两在基本操

28、作过程。 纺丝过程包括熔体制备、熔体从喷丝孔挤出、丝条拉伸、冷却固化及丝条上油和卷绕等。聚酰胺长丝的后加工包括初捻、拉伸、后加捻、热定型及络丝等工序。短纤维的后加工包括集束、拉伸、卷曲、切断、洗涤、上油、干燥和调湿等工序。第57页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二耐磨性好：为所有纺织纤维中耐磨性最好的品种，比棉花高10倍，比羊毛高20倍；强度高，耐冲击性能好，是强度最高的合成纤维之一；弹性高，耐疲劳性好，可经受数万次的双曲绕，比棉花高78倍；密度小，除了聚丙烯、聚乙烯纤维外，它是所有纤维中最轻的，相对密度为1.041.14聚酰胺纤维的性能第58页，共94页，2022年，5

29、月20日，19点50分，星期二耐腐蚀，不发霉，染色性好缺点：弹性模量小，使用过程中易变形；耐热型和耐光性较差第59页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二用途：运动服、休闲服轮胎帘子线、降落伞、绳索、渔网和工业滤布。第60页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二4.2.3 腈纶（国外“奥纶”、“开司米纶”）一、概述腈纶是聚丙烯腈纤维在我国的商品名。腈纶具有优良的性能，由于其性质接近羊毛，故有“合成羊毛”之称。自1950年工业生产以来，已得到很大发展。1996年世界腈纶总产量为252万吨，我国产量为29.7万吨。腈纶虽然通常称为聚丙烯腈纤维，但其中丙烯腈（习惯

30、称第一单体）只占9094，第二单体占58，第三单体为0.32.0。这是由于单一丙烯腈聚合物制成的纤维缺乏柔性，发脆，染色也非常困难。为了克服聚丙烯腈的这些缺欠，人们采用加入第二单体的方法，使纤维柔顺；加入第三单体，提高染色能力。 第61页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二加入第二单体主要是为了减弱分子间的作用力，改善纤维硬、脆的缺点。常用的第二单体有：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯及醋酸乙烯加入第三单体的目的主要是为了改善染色性能。常用的第三单体有：亚甲基丁二酸（衣康酸）、丙烯磺酸钠及甲基丙烯苯磺酸钠。第62页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二二、聚丙烯

31、腈纤维的生产原理与工艺1原理与方法聚合原理：自由基共聚合反应，引发剂：有机化物、无机过氧化物和偶氮类化合物。 聚合方法：溶液聚合法（又称“一步法”）和水相沉淀聚合法（又称“二步法”）。 一步法采用油溶性引发剂，单体和聚合产物者溶解于溶剂之中，其优点在于，反应热容易控制，产品均一，可以连续聚合，连续纺丝。但溶剂对聚合有一定的影响，同时还要有溶剂回收工序。 二步法是采用水为介质，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，反应温度低，产品色泽洁白；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，无溶剂回收工序等。缺点是在纺丝前，要进行聚合物的溶解工序。第63页，共94页，

32、2022年，5月20日，19点50分，星期二2以丙烯腈为主的共聚物生产工艺（1）以丙烯腈为主的共聚物溶液聚合生产工艺投料配方以丙烯腈、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，单体按丙烯腈丙烯酸甲酯甲叉丁二酸1.771.3配比投料， 采用配方如下： 单体（三元）17% 浅色剂（二氧化硫脲）0.75%偶氮二异丁腈0.75% 溶剂（硫氰酸钠水溶液80%-80.5%调节剂（异丙醇）1%3% 浓度（51%52%）第64页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二聚合条件：聚合温度7680，聚合时间1.21.5h，高转化率控制在70%75%，低转化率制在50%55%，搅拌速度

33、5580r/min，高转化率时溶液中聚合物浓度11.9%12.7%，低转化率时溶液中聚合物浓度为10%11%。聚合工艺：将第三单体衣康酸与4%的NaOH配成13.5%的衣康酸钠溶液，并与偶氮二异丁腈、二氧化硫脲混合后，送入混合器与丙烯腈、丙烯酸甲酯进行混合，调节pH为45。混合好的物料与异丙醇一起经过滤器过滤，通过热交换器控制进料温度后，进入聚合釜，并根据工艺条件进行聚合。聚合后的浆液在两个脱单体塔内真空脱单体，真空度为0.091MPa。从混合器抽出一部分混合液冷却至9送入喷淋凝器作为喷淋液使用，由两个脱单体塔出来的混合蒸汽被喷淋液冷凝成液体，一起返回到混合器循环使用。蒸汽被冷凝成液体，体积减

34、小而形成真空，聚合物中最终单体含量小于0.2%，可以直接送去纺丝。第65页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二123467891012511121314151515AIBNTUD溶剂及衣康酸丙烯腈丙烯酸甲酯异丙醇聚合物溶液第66页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二（2）以丙烯腈为主共聚物的连续水相沉淀聚合生产工艺 以丙烯腈为主共聚物的连续水相沉淀聚合生产工艺如下图所示。其主要优点是可以采用水溶性氧化-还原引发体系引发，使聚合在3050之间甚至更低温度下进行，所得产物色泽较白；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；聚合速度快，粒子大

35、小均一，聚合转化率比较高，聚合物含水率低，浆液好处理，对纺丝溶剂-硫氰酸钠浓水溶液纯度的要求低于一步法，回收工序简单。第67页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二 将贮槽2中的水、引发剂、表面张力调节剂等用计量泵5连续送入聚合釜。同时，由计量泵和4和6连续加入第一、第二和第三单体（单体总量为水量的15%40%，其中丙烯腈占85%以上），调节好pH值。反应物料在聚合釜中停留一定时间以确保转化率为70%80%。从聚合釜出来的含单体的高聚物淤浆流入终止釜，用NaOH水溶液改变高聚物淤浆的pH值使反应终止。再将高聚物淤浆送至脱单体塔，用低压蒸汽在减压下除去未反应的单体，单体回收后可

36、以循环使用。脱除单体的高聚物淤浆经离心脱水、洗涤、干燥即得聚丙烯腈共聚物。1234567891011洗涤水聚合体低压蒸汽聚合体淤浆回收单体NaOH水溶液含单体的聚合物浆液第68页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二聚合采用的条件是：氧化剂与还原剂的比例为0.11.0，引发剂的用量为单体质量的0.1%4%，pH值维持在23.5之间，聚合温度3555，反应时间12h，高聚物产率80%85%。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。第69页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二3丙烯腈共聚物的纺丝由于丙烯腈共聚物受热时即不熔

37、化又不熔融，所以只能采用溶液纺丝法干法及湿法纺丝。其中干法纺丝主要生产长，湿法主要生产短丝。用于纺丝的聚丙烯腈的相对分子质量一般为2500080000。由于干法纺丝要求溶液的浓度为28%30%，因而相对分子质量要求低一些，在2500040000之间。第70页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二（1）以硫氰酸钠溶液为溶剂的湿法纺丝工业上采用50%的NaSCN水溶液，高聚物的浓度10%13%。并加入适当的稀释剂，以降低溶液的粘度。要求纺丝溶液浓度均匀，含气泡、灰尘和机械杂质极少。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510m/s的纺丝速度喷出纺丝细流，在凝固溶

38、中凝固成形。初生的丝条再经预热溶进一步凝固脱水，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。第71页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二（2）以二甲基甲酰胺为溶剂的干法纺丝 以二甲基甲酰胺为溶剂的干法纺丝要求聚丙烯腈的相对分子质量为不大于50000。基本过程是将丙烯腈共聚物和二甲基甲酰胺加入溶解釜中溶解，制得浓度为26%30%，粘度为600800s（落球法）的纺丝溶液，经过滤及脱泡后，将纺丝液预热，并加入还原性稳定剂。纺丝液经计量泵压入喷丝头，在加热条件下喷出，挥发的溶剂送回收装置，凝固

39、后的丝束经高速拉伸后，洗涤、上油、加捻、定型、卷绕即得聚丙烯腈长丝。干法制得的纤维具有柔性、弹性、耐磨性较好的优点。干法纺丝具有纺丝速度较高，溶剂回收过程简单的特点。不足之处是高温纺丝操作设备复杂，生产效率比湿法低。第72页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二三、性能和用途弹性：它的弹性较好，仅次于涤纶，比锦纶高约2倍。有较好的保形性。强度：腈纶的强度虽不及涤纶和锦纶，但比羊毛高12.5倍。耐热性：纤维的软化温度为190230C，在合成纤维中仅次于涤纶。耐光性：腈纶的耐光性是所有合成纤维中最好的露天暴晒一年，强度仅下降20。腈纶耐酸、氧化剂和一般有机溶剂，但不耐碱。第73页

40、，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二腈纶的制成品蓬松性好、保暖性好，手感柔软，有良好的耐气候性和防霉、防蛀性能。腈纶的保暖性比羊毛高15左右。 腈纶可与羊毛混纺，产品大多用于民用方面，如毛线、毛毯、针织运动服、蓬布、窗帘、人造毛皮、长毛绒等。腈纶还是高科技产品碳纤维的原料。第74页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二4.2.4 丙纶丙纶是聚丙烯纤维的商品名称。丙纶于1957年开始工业生产，由于原料只需丙烯，来源极为丰富、价廉，生产工艺简单，是目前最为廉价的合成纤维。丙纶性能良好，发展速度较快，在世界范围内其产量仅次于涤纶、锦纶、腈纶而居于第四位。 第75

41、页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二一、主要原料主要原料为丙烯。二、聚丙烯纤维的生产原理与工艺1丙烯的聚合原理配位聚合反应。2聚丙烯纤维的生产工艺（1）聚丙烯树脂的生产工艺 聚丙烯的生产方法有淤浆法、气相聚合和液相聚合法三种，下面主要介绍淤浆法生产工艺。该工艺过程主要包括：引发剂悬浮液的配制、淤浆聚合、引发剂的洗除、干燥等。其工艺流程如下图所示。第76页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二聚合原料及系统的处理引发剂为齐格勒-纳塔引发剂或改进的三组分或四组分复合引发剂，稀释剂（溶剂）为烷烃化合物，一般是已烷、庚烷、戊烷及混合物等。相对分子质量调节剂为氢或

42、甲烷。因为聚合所用的引发剂容易被杂质破坏而失去活性，所要对各种原料进行精制，并在氮气保护下贮存，同时对聚合系统设备用干燥无氧的氮气进行彻底置换，严格控制氧和水的含量。引发剂悬浮液的制备将主引发剂TiCl3与稀释剂加入引发剂配制釜中，在搅拌下不断加入助引发剂(C2H5)2AlCl，两者的配比为Al/Ti38（物质的量的比），在一定的温度下，经过一定的时间络合陈化后，用计量泵送入聚合釜中。第77页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二淤浆聚合分别用计量泵将液态丙烯、引发剂悬浮液、烃类溶剂按一定比例连续加入不锈钢聚合釜中搅拌混合，同时，通入少量氢气。聚合温度保持在6070，压力0.

43、490.98MPa，聚合放出的热量由聚合釜的夹套和内冷循环水带走。丙烯单体的单程转化率为48%左右，由聚合釜出来的浆液约含20%固体高聚物，最高为25%30%。反应后的物料进入闪蒸罐回收未反应的丙烯，精制后循环使用。聚合温度不能超过80，以防止发生爆聚和高聚物熔融结块。第78页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二洗涤引发剂出料浆液中含有可溶性低分子物和无规高聚物，可趁热过滤除去，再加入溶剂得引发剂-高聚物浆液，然后加甲醇或乙醇合引发剂酯化而失去活性，随即进行离心分离，使固体高聚物与引发剂残液分开，再用水洗涤高聚物，然后送干燥。分离出来的溶剂经精制后循环使用。干燥高聚物经水洗

44、、离心过滤除去水分后，用旋转真空干燥机或气流干燥管在80下干燥。然后挤出造粒即得聚丙烯树脂。造粒时需要加入抗氧剂、紫外线吸收剂等。第79页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二（2）聚丙烯的纺丝聚丙烯的纺丝方法主要是熔融纺丝。熔融纺丝的温度控制在220280，纺丝用聚丙烯相对分子质量一般为120000左右。如纺制高强力丝和单丝，则相对分子质量一般为200000左右。纺丝时，将粒状聚丙烯先在螺杆挤出机的进料段预热软化（要用惰性气体将粒间空气排除），在压缩段熔融、压缩、混炼、脱泡，再经计量段进一步熔化，建立熔体压力并将熔体挤出，然后到机头过滤、均化。从挤出机出来的聚丙烯熔体用计量

45、泵加压计量送至喷丝头纺丝。由喷丝头喷出的细丝经过冷却套筒，穿过上油盘，最后卷绕在丝筒上，其他与聚酯、取酰胺加工过程相同，但其拉伸温度为80130，拉伸倍数为48倍。对于有颜色聚丙烯纤维的生产，由于聚丙烯纤维本身没有染色基团，因此需要用共聚、共混的方法进行改性才可以。第80页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二三、性能和用途相对密度：丙纶是所有合成纤维总相对密度最小的品种，因此它质量最轻，单位重量的纤维能覆盖的面积最大。强度：丙纶的强度与合成纤维中高强度品种涤纶、锦纶相近，但在湿态时强度不变化，这一点优于锦纶。耐磨性：丙纶的耐平磨性仅次于锦纶，但耐曲磨性稍差。耐腐蚀性：对无机

46、酸、碱有显著的稳定性。吸湿性：丙纶的吸湿性极小，织品缩水率小。此外，丙纶同其它合成纤维一样，不易发霉、腐烂，不怕虫蛀。 缺点：耐光性差，染色性差，静电性大，耐燃性差。第81页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二丙纶主要用于地毯（包括地毯底布和绒面）、装饰布、土工布、无纺布、各种绳索、条带、渔网、建筑增强材料、包装材料等。其中丙纶无纺布由于其在婴儿尿布、妇女卫生巾的大量应用而引人注目。丙纶还可与多种纤维混纺制成不同类型的混纺织物，经过针织加工制成外衣、运动衣等。由丙纶中空纤维制成的絮被，质轻、保暖、弹性良好。 第82页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二4

47、.2.5 维伦维纶是聚乙烯醇缩醛纤维的商品名称，也叫维尼纶。其性能接近棉花，有“合成棉花”之称，是现有合成纤维中吸湿性最大的品种。维纶在30年代由德国制成，但不耐热水，主要用于外科手术缝线。1939年研究成功热处理和缩醛化方法，才使其成为耐热水性良好的纤维。生产维纶的原料易得，制造成本低廉，纤维强度良好，除用于衣料外，还有多种工业用途。但因其生产工业流程较长，纤维综合性能不如涤纶、锦纶和腈纶，年产量较小，居合成纤维品种的第5位。 第83页，共94页，2022年，5月20日，19点50分，星期二1.维纶的生产维纶的主要成分是聚乙烯醇，但乙烯醇不稳定，一般是以性能稳定的乙烯醇醋酸酯（即醋酸乙烯）为单体聚合，然后将生成的聚醋酸乙烯醇解得到聚乙烯醇，纺丝后再用甲醛处理才能得到耐热水的维纶。聚乙烯醇的熔融温度（225230C）