6聚丙烯腈纤维详解课件

第六章

聚丙烯腈纤维

第一节

概述

?聚丙烯腈纤维（polyacrylonitrile,PAN）通常指含丙烯腈在85％以上的丙烯腈共聚物或均聚纤维，国内简称腈纶。丙烯腈含量占35%-85%的共聚物制成的纤维称为改性聚丙烯腈纤维。

?最早的聚丙烯腈纤维由纯PAN制得，因染色困难且弹性较差，仅作为工业用纤维。

?1950年，美国杜邦公司首先实现了工业化生产，商品名为ORLON，目前产量居合成纤维第三位。

2009年1-12化纤产量完成情况

腈纶纤维有许多优点，蓬松性、保暖性好、手感柔软、近似羊毛，而且具有优良的耐光性和耐辐射性。但其强度不高，耐磨性和抗起球性较差。

腈纶长丝

腈纶毛条

毛衣

帽子

腈纶毛线

腈纶短纤维

第二节

聚丙烯腈的制备及性质

聚丙烯腈的制备

聚丙烯腈的性质

主要原料及用途

丙烯腈的聚合

一、腈纶生产的主要原料及用途

⒈单体

聚丙烯腈纤维大多

由三元共聚物制得

第一单体丙烯腈，88％～95％

第三单体，0.5％～3％

第二单体，5％～10％

常用的第二单体有：

3CH2CHCOOCH3CH2COOCHCCH33CH2COCOCHHCH2CHCONH2丙烯酸甲酯（MA）

甲基丙烯酸甲酯

（MMA）

醋酸乙烯酯（VAC）

丙烯酰胺（AAM）

第二单体的作用：降低大分子间的作用力，降低PAN的结晶性、增加纤维的柔软性、改善纤维的弹性。?第三单体的作用：引入亲染料基团，改进纤维的染色性和亲水性。

?常用的第三单体有：

对阳离子染料有亲和力

对酸性染料有亲和力

衣康酸（甲叉丁二酸，ITA）

丙烯磺酸钠

甲基丙烯磺酸钠

对乙烯基苯磺酸钠

乙烯吡啶

6、2－甲基－5－乙烯吡啶

?其它原料

?引发剂

偶氮类：

偶氮二异丁腈（AIBN）

氧化还原体系：氯酸钠－亚硫酸钠NaClO3－Na2SO3

过硫酸钾－亚硫酸氢钠K2S2O8－NaHSO3

?溶剂

无机溶剂：NaSCN水溶液，ZnCl2水溶液

有机溶剂：

二甲基甲酰胺（DMF）

二甲基乙酰胺（DMAc）

二甲基亚砜（DMSO）

碳酸乙烯酯（EC）

?分子量调节剂

异丙醇（IPA）

异丙醇分子中仲碳原子特别活泼，易和生长成的大分子自由基发生链转移反应。异丙醇自由基的活性强，但由于加入量少，对反应速度没影响。

?浅色剂－还原剂

可以提高纤维的白度，常用二氧化硫脲（TUD）。

二、丙烯腈的聚合

?腈纶，多采用溶液聚合方法。

?均相溶液聚合（一步法）：所用的溶剂既能溶解单体、又能溶解反应生成的聚合物。反应完毕，聚合液可直接用作纺丝。如以浓NaSCN水溶液、DMSO、DMF或DMAC为溶剂的聚合，均为均相溶液聚合。

?

非均相溶液聚合（二步法）：可用介质只能溶解或部分溶解单体，而不能溶解反应生成的聚合物，纺丝前需要用溶剂重新溶解聚合物制成纺丝溶液。因非均相的聚合介质通常采用水，所以又称为水相沉淀聚合。

⒈NaSCN法均相溶液聚合

?优点：聚合后经过滤、脱泡等工序后可直接纺丝，省去分离聚合物的沉淀、过滤和烘干等工序，国内多采用此法。

?生产工艺流程

硫氰酸钠一步法丙烯腈聚合流程图

?脱单体的目的：减少消耗、减少环境污染；

残存单体在贮存中发生再聚合，影响原液粘度；

残存单体会使纤维的强力和伸度下降。

?

脱单体过程：完成聚合后的浆料由釜顶出料，通往脱单体塔，未反应的单体在脱单体器的伞面上沸腾逸去，在这里反应用的试剂混合液又被作为回收单体的冷凝液，经冷凝器把未反应的单体冷凝下来，带回试剂混合槽。第一次可以除去未反应单体的90～95％，残存单体仍高于工艺要求需进行第二次再脱，单体含量<0.3%。

聚合反应主要影响因素

⑴引发剂

用量↑转化率↑↓

引发剂用量增加，单位时间内产生的引发自由基增多，单体聚合速度加快，转化率增加；同时活性中心增多，不利于提高聚合产物分子量。NaSCN法用AIBN做引发剂，AIBN为总单体重量的0.2％～0.8％。

DP⑵聚合温度

T↑转化率↑↓

温度升高，引发剂分解速度加快，反应总速度加快，但自由基浓度增加，聚合物分子量下降。均相聚合控制温度在76-78℃范围内，水相沉淀聚合控制温度在35-55℃范围内。

⑶总单体浓度

C↑转化率↑↑

⑷聚合时间

t↑转化率↑↓

NaSCN为溶剂的聚合时间为1.5～2小时。

⑸TUD

用量↑转化率↓↓

TUD也有链转移和阻聚作用，使转化率和分子量下降。

⑹IPA

用量↑转化率不变

↓

DPDPDPDPDP聚合工艺条件

?单体原料：丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸

?溶剂：48.8%NaSCN?引发剂：偶氮二异丁腈，单体总量的0.2~0.8%?浅色剂：二氧化硫脲；

?分子量调节剂：异丙醇

?单体转化率：55~70%（为了满足纺丝要求，聚合体系中单体总浓度控制在17~21%）。

?聚合温度：76~78℃，时间为1.5~2.0h。

?聚合后的平均分子量：60000~80000。

⒉非均相聚合（水相沉淀聚合）

丙烯腈的非均相聚合一般多采用以水为介质的水相沉淀聚合法。是指以水为介质，单体在水中具有一定的溶解度。当水溶性引发剂引发聚合时，聚合产物不溶于水而不断地从水相中沉淀出来。水相沉淀聚合具有下列优点：

?通常采用水溶性氧化—还原引发体系，引发剂分解活化能较低。聚合可在30～50℃之间甚至更低的温度下进行，所得产物色泽较白；

?反应热容易控制，聚合产物的相对分子质量分布较窄。

?

工艺流程

ANMA

水溶液→聚合→终止反应→真空过滤→烘干和粉碎→聚合物粉末

NaClO3NaSO23HNO3NaOH无离子水

引发剂

水相沉淀聚合采用的是水溶性氧化－还原引发剂。

在碱性条件下十分稳定，不会引发聚合反应，其水溶液的PH值在8～9之间，不会发生分解。只有在pH<4.5时才能分解为自由基，引发聚合反应最佳pH值是1.9～2.2。聚合时一般加入HNO3或H2SO4使体系成为强酸性。

反应结束后，在含单体的聚合物淤浆中，在碱性中止釜中加入NaOH，调整PH值，使反应终止。

NaClO3NaSO23三、聚丙烯腈的性能

?聚丙烯腈为白色粉末，密度1.14～1.15g/cm3，

220～230℃时软化并发生分解。

?由于侧氰基作用，聚丙烯腈大分子主链呈螺旋状空间立体构象。

?聚丙烯腈的耐光性非常优良，这主要是由于聚丙烯腈大分子上含有氰基，氰基中碳和氮原子间以三价键连接，这种结构可吸收能量较强的光子，并能转化为热能，从而保护了主链，使其不易发生降解。

聚丙烯腈纤维的结构特征

聚丙烯腈纤维形态结构

考旦尔（湿纺）显微镜形态

奥纶42（干纺）显微镜形态

湿纺聚丙烯腈纤维截面基本为圆形，干纺为花生果形；纵向一般都较粗糙，似树皮状

聚丙烯腈纤维的聚集态结构

纤维中存在与纤维轴平行的晶面，即大分子排列有序；

不存在垂直于纤维轴的晶面，纵向无序；

所以：聚丙烯腈纤维没有严格称谓上的结晶部分，同时无定形区的规整程度又高于其他纤维的无定形区

?丙烯腈均聚物有两个玻璃化转变温度，非晶区中低序区的80～100℃

，高序区的140～150℃

；丙烯腈三元共聚物的两个玻璃化转变温度较接近，约在75～100℃范围

?热稳定性：较好的热稳定性，一般成纤用聚丙烯腈加热到170～180℃时不发生变化。

?燃烧性：能够燃烧，但不会熔融粘流。会产生有毒气体。

?吸湿性较差。回潮率1.2%~2.0%。

?化学稳定性：对酸碱烂仔稳定。

?优异的耐日晒及耐气候性，在所有纤维中居首位。

?

聚丙烯腈在加热下既不软化也不熔融，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。目前，全世界每年生产的腈纶为270万吨，其中湿法纺丝约占85％。

第二节

聚丙烯腈纤维的生产

?聚丙烯腈在220～230℃时软化并发生分解，不能采取熔体纺丝。

?为实现PAN增塑熔融纺丝，必须解决的问题是降低增塑后聚合物的熔点，使其熔点低于分解温度。通常降低聚合物分子量、改变共聚物组成或加入增塑剂。

湿法纺丝

干法纺丝

干湿法纺丝

冻胶纺丝

（增塑熔融纺丝）

聚丙烯腈的纺丝成形方法

商品化

溶液纺丝

用螺杆挤出机

?一、聚丙烯腈纺丝原液的制备

?

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。

?

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溶剂中。

?一、一步法纺丝原液的制备

?

完成聚合、脱单后送来的原液进入混合槽使原液充分混合。后用齿轮泵送往真空脱泡塔，脱除气泡。在多级混合罐中加入消光剂和荧光增白剂，后经热交换器调温，以稳定压力送往纺丝机。

?二、二步法纺丝原液制备

?

水相沉淀聚合所得的聚丙烯腈首先需要溶解，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、湿法纺丝

?

以NaSCN为溶剂时，一般采用丙烯腈在NaSCN溶液中聚合，并直接用聚合液进行纺丝。该法的优点是工艺过程简单、聚合速度快，NaSCN不易挥发、溶剂消耗较少。

?

纺丝原液（PAN含量12％～14％，NaSCN含量44％）经计量泵，再经喷丝头（孔径0.06mm，20000～60000孔）进入凝固浴。凝固浴为9％～14％的NaSCN的水溶液，浴温10℃左右，纺丝速度5～10m/min。出凝固浴的丝束引入预热浴进行预热处理，并被拉伸1.5倍。后水洗、二次拉伸、上油、干燥、热定形及切断打包。

?双扩散

纺丝液由喷丝头喷出进入凝固浴后，原液细流的表面首先与凝固浴接触，很快凝固成一层膜，凝固浴中的凝固剂（水）不断通过这一皮层扩散到细流内部，而细流中的溶剂也通过皮层不断扩散到凝固浴中。双扩散的不断进行，使皮层不断增厚。

?原液细流析出

当细流中间部分溶剂浓度降低到某一临界浓度以下时，原为均相的溶液发生相分离，PAN从溶液中沉淀出来，并伴有

一定程度的体积收缩。

?湿法纺丝机

?

我国腈纶生产所用纺丝机主要为斜底水平式纺丝机，又称卧式纺丝机。凝固浴从装有喷丝头的一端进入浴槽，与丝条并行流动。在成型过程中纺丝原液中的NaSCN不断扩散入凝固浴。

?2、影响纤维成型的因素

?（一）原液中高聚物的浓度

?

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。

?但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

?冻胶化：原液中高聚物浓度越高，大分子链间的接触几率越高。当加入凝固剂时，由于部分链段的脱溶剂化作用，将形成许多大分子间的物理交联点。当这些物理交联点不断增加并超过某一临界值时，浓溶液的粘度由于大分子间力的增长而急剧上升，最后完全失去流动性，成了一个连续的立体网络，并转变为一种柔软而富有弹性的固体，这种固体称为冻胶。

?

凝固浴一般为聚丙烯睛溶剂的水溶液，水是凝固剂。

?凝固浴中溶剂的含量对初生纤维的结构、后加工上艺以及成品纤维的强度、延伸度、钩接强度、耐磨性以及手感和染色性等都有明显的影响。

?

以有机溶剂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，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。

（二）凝固浴中溶剂的含量

?凝固浴中NaSCN的浓度

↑双扩散速率↓成形速度↓

?以无机物水溶液为凝固浴时，因凝固能力较差，浴中溶剂含量应低些，如NaSCN法，NaSCN含量为10％左右。

?以有机溶剂的水溶液为凝固浴时，其凝固能力较强，故浴中溶剂含量应较高，以抑制高聚物的凝固速度，获得结构较致密的初生纤维。如DMF法凝固浴中溶剂含量为50％～60％，DMAc为50％左右。

纯凝固剂－水

溶剂的水溶液

成形速度对纤维质量的影响

成形太慢

：凝固困难，不易升头，容易并丝，芯层凝固不充分，拉伸容易造成毛丝；

成形太快：容易生成缺乏弹性又脆硬的皮层，纤维孔洞多，强伸度差。

成形适当：初生纤维结构紧密，纤维网络骨架较细，强伸度高。

?（三）凝固浴的温度

?

凝固浴的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。

凝固浴温度

T↑扩散系数增大，凝固过程加速，纤维结构疏松；随凝固浴温度降低，凝聚速度下降，凝固过程均匀，初生纤维结构紧密，成品的强度上升。

超过临界值后，由于凝固过于剧烈，纤维截面由圆形变为肾形。

腈纶纤维截面

?（四）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而浴温度高，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。

?（五）初生纤维的卷绕速度

?

卷绕速度是指第一导盘把丝条从凝固浴中曳出的速度，通常用v2表示。

?

提高卷绕速度，就能提高纺丝机的生产能力。但是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停留时间，为达到工艺规定的凝固程度，必须提高凝固浴的凝固能力，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。

三、聚丙烯腈的干法纺丝

?聚丙烯腈的干法纺丝发展比较迅速，其产量约占腈纶总产量的15％。

?PAN纤维的湿法纺丝和干法纺丝

相同点：干法纺丝和湿法纺丝均属于溶液纺丝，均需要将聚合物溶解在溶剂中配置纺丝溶液。

凝固机理不同：

湿法在凝固浴中双扩散成形

干法依靠溶剂挥发成形

⒈干法纺丝工艺流程

原液配置

?原液浓度：为加快纺丝原液的凝固，避免初生纤维相互粘结，干法纺丝的原液采用较高浓度。

?溶剂：湿法纺丝可是用多种溶剂，如NaSCN，DMF，DMSO，DMAc等；

目前，干法纺丝只用DMF为溶剂。因为DMF溶解能力最强，且其沸点较低，易挥发。

?PAN分子量：

湿法纺丝PAN分子量为5～8万，干法纺丝PAN的分子量3.5～4万。

成形方法

PAN含量

干法纺丝（DMF为溶剂）

25～30％

湿法纺丝（DMF为溶剂）

20～25％

?混合、脱泡、调温和过滤（板框式过滤）

?纺丝成形

纺丝机及主要附件

工艺流程

干法纺丝成形机理

纺丝机及主要附件：

纺丝机：根据纺丝甬道的不同可分为古典式干法纺

丝机和密闭循环式干法纺丝机。

古典干法纺丝中热风的送风方式可分为顺风式、逆

风式、分流式、双进式。原液细流中的溶剂（DMF）

在甬道中受热而蒸发，并被流动的热空气带走，带走

的溶剂在溶剂回收车间进行冷凝回收。

密闭式循环式干法纺丝机除具有干法纺丝机的功能

外，还兼有溶剂回收系统，可使溶剂蒸汽在密闭体系中回收。

顺流式

逆流式

分流式

双进式

干法纺丝的示意图

甬道长5～8米

热风的送风方式可分：

顺风式、逆风式、分流式、双进式。

?计量泵：由齿数相同且互相啮合的齿轮、泵板、一幅联轴器及泵轴等组成。

?喷丝组件：干法纺丝速度大，故纺丝压力较湿法高，喷丝头必须用硬度较大的金属（镍或不锈钢）制造。纺长丝，孔数为30～50个，短纤为200～300孔。

?烛形过滤器：烛形过滤器用作喷丝头前最后一道过滤。

工艺流程

?干法成形机理：

?凝固介质

热空气

?溶剂蒸发

纺丝原液从喷丝孔挤出后进入纺丝甬道，溶液细流与甬道中热空气的热交换，使原液细流温度上升，当细流表面温度达到溶剂沸点时，便开始蒸发，细流内部的溶剂不断扩散至表面而蒸发。

?原液细流固化

由于溶剂蒸发，使原液细流中高聚物浓度增加，而溶剂含量则不断降低，当达到凝固临界浓度时，原液细流便固化为丝条。

2、干法纺丝工艺参数

?聚合物相对分子量

为加速原液凝固，减少纺丝中溶剂蒸发量，故干法成形的原液采用较高的浓度（25%~30%），相应地适当降低聚合物分子量（3.5万～4万），否则原液黏度太高，影响过滤和脱泡，降低原液可纺性。

?纺丝原液浓度

纺丝原液浓度↑→纺丝时溶剂蒸发量及溶剂单耗↓→甬道中热空气循环量↓

→纺丝速度↑

→纤维品质好，横截面圆整度好

→延伸度↓

?喷丝头孔数和孔径

——纺丝条件相同：喷丝头孔数或孔径↑→未拉伸纤维的总线密度↑→丝束中DMF的残存量↑→单纤维间互相粘连↑→断裂强度↓、延伸度↓

——吐液量和纺丝速度不变：孔径↓、孔数↑→丝束的总纤度不变而降低单丝的线密度，有利于DMF的蒸发，使纤维的截面结构均匀，形状更接近于圆形，纤维的机械性能也较好。但是，孔径过小时，喷丝孔容易堵塞或产生毛丝。

?纺丝甬道长度

在成形时间和成形温度不变下，提高甬道长度，则纺速可以增加；

在纺速不变下，甬道越长，成形时间也越长，则可适当降低成形温度或增加甬道中溶剂蒸气浓度，纤维品质指标好。

工业上纺丝甬道长度以4～8m为宜，内径150～300mm。

?纺丝温度

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，至最大值后则随温度的下降而下降；

未拉伸纤维中DMF的残存量则明显地随纺丝温度的下降而上升。

工业：N2为甬道循环介质时其进口温度为400℃，出口温度为l30℃。

热空气为循环介质，其温度一般为230～260℃。

?纺丝甬道中溶剂蒸气浓度

甬道中溶剂浓度越低，丝条中溶剂蒸发速度越快，成形均匀性越差，纤维横截面圆整度越差。

工业：甬道中混合气体中溶剂的浓度为35～45g/m3

?纺丝速度

纺丝速度↑→喷丝头拉伸比↑→纤维取向度↑、

纤维的线密度降低↓、断裂强度↑

工业：纺丝速度100～400m/min

?喷丝头拉伸

干纺腈纶只有在塑性状态下经拉伸后，才成为纤维，在拉伸中，喷丝头拉伸倍数通常比湿纺时高，但比熔纺时小。

?纤维截面形状

干法腈纶的截面近似圆形或哑铃形

干法纺丝

湿法纺丝

聚丙烯腈分子量

3.5～4万

5～8万

纺丝原液浓度

25～30％

DMF：20％～25％，DMSO:16～20％，NaSCN:12~14%溶剂

只用DMF为溶剂

有多种溶剂供选择

喷丝头孔数

200～30010万孔以上

丝条凝固机理

在甬道中溶剂挥发

在凝固浴中双扩散成形

纺丝速度（m/min）

100～3005～10成形

成形和缓，纤维结构均匀

成形较剧烈，易形成孔洞

纤维性能

物理机械及染色新能较好

一般不如干法纤维

溶剂回收

简单

较复杂

劳动条件

设备密闭性高，溶剂挥发少，劳动条件好。

溶剂挥发较多，劳动条件较差。

3、聚丙烯腈纤维干法和湿法纺丝比较

四、增塑熔融纺丝

（冻胶纺丝）

?原料特点：

?用于增塑熔融纺的聚丙烯腈相对分子

质量一般为3～6万。相对分子质量低，可使熔体粘度下降。

?增塑熔融纺丝的聚丙烯腈应为在PAN大分子主链上引

入其它单体的共聚物。这种内增塑方法能有效地降低PAN的熔点。

增塑熔融纺丝的工艺

?增塑剂和降粘剂：聚合物熔体中应添加增塑剂，以降低其熔点；添加降粘剂，使体系粘度下降，以改善PAN的可纺性。

?成形条件：PAN增塑熔融纺不仅有传热，而且还有单向的传质过程，在纺丝线上的增塑剂不

断地在甬道中蒸出。

?增塑熔融纺时甬道里需有一定的压力，避免因增塑剂从丝条中快速脱除而产生气泡丝和空洞，改善纤维的物理机械性能得，同时，还能使纤维进行高倍拉伸。

五、干湿法纺丝（干喷湿法纺丝）

工艺控制

?纺丝原液黏度

原液黏度↑↑→流动困难→纺丝不能顺利进行

原液黏度↓↓→喷出的原液流容易拉断，或发生相互粘连

工业：原液黏度50～100Pa·s

?干纺距离

喷丝头表面到凝固浴液面之间的距离即干纺距离，它随原液黏度的增加而增加。

?纤维的干燥和拉伸

——第一次拉伸：80～100℃热水或蒸汽，拉伸倍数大于1.5倍

——第二次拉伸；拉伸倍数为5～10倍，拉伸温度为120～150℃

——干燥：排出冻胶状初生纤维中的水分，使纤维结构致密化

六、后加工

（一）湿法成型聚丙烯腈纤维的后加工

?初生纤维虽已凝固，但还不够充分，实际上还是一种含有一定量溶剂的冻胶，必须经过一系列后加工（或称后处理），才能成为有实用价值的纤维。

?后处理工序包括：拉伸、水洗、干燥致密化、卷曲、热定型、上油、切断和打包等。

?按工艺路线分为：先水洗后拉伸、先拉伸后水洗两种类型。后加工路线较多，归纳起来，可分为5种。

湿法纺丝及后处理工艺流程图

?先拉伸后水洗、先水洗后拉伸。

?如初生纤维不经预热处理直接蒸汽或沸水拉伸，纤维物理机械性能较差；

?在高倍拉伸前，应对冻胶体的初生纤维进行预热浴处理以降低其溶胀度，加强纤维结构单元之间的作用力，为进一步的高倍拉伸创造条件。

?拉伸

?喷丝头拉伸率

－58%～－65％。

刚凝固的纤维是高度溶胀的冻胶体，一般采取喷丝头负拉伸。

?喷丝头拉伸率

V0，VL分别为纺丝原液挤出速度和初生纤维在第一导辊上的卷取速度

。

熔体纺丝PET（POY）130～140%；PP：60%%10000???VVVLa??湿法成型聚丙烯腈纤维的拉伸一般分两步完成，即预热浴拉伸及沸水或蒸气拉伸。如直接蒸气拉伸，纤维泛白、机械性能差。

?先预拉伸，后高倍拉伸。预拉伸2倍左右，总拉伸8～11倍。

拉伸条件：预拉伸在3％～4％的NaSCN水溶液中，温度45℃；高倍拉伸在95～100℃热水或蒸汽介质中。

?拉伸后纤维的形态：初生纤维的微孔被拉长变细。

水洗

?水洗目的是洗去纤维上残存的溶剂，否则会影响纤维质量，如纤维上NaSCN>0.1％会使染料沉淀，染色后纤维会有斑点。

?

水洗设备：长槽式和喷淋式等。

?

水洗温度一般控制在50℃左右。

?洗涤后含有溶剂的洗涤水溢流而出，导入回收车间回收溶剂。

上油

?上油目的：纤维具有平滑性、柔软性，改善手感和抗静电性能，以利于后加工。

?经浸渍法或油轮法上油，一般分为柔软浴和抗静电浴两次上油。

干燥致密化

?

经拉伸后的纤维超分子结构基本形成，但由于成形时间短，纤维中还存在内应力和缺陷，经干燥致密化和热定型消除内应力和结构缺陷。

?

目的：

由于在凝固浴成型过程中溶剂和沉淀剂之间的相互扩散，是纤维中存在大小不等的空洞及裂隙结构，造成纤维的透光率低、机械性能差等。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。

?纤维致密化机理：

拉伸水洗后的纤维，其微孔被拉长拉细，内部充满水，在适当温度下进行干燥，大分子链段能较自由地运动，水分逐渐蒸发产生毛细管压力，使得微孔半径相应收缩，最后微孔融合。

?干燥温度：应高于初级溶胀纤维的Tg。

?干燥设备：帘板式干燥机和圆网式干燥机。

?干燥致密化后纤维的物理机械性能和染色性能有很大提高。

?卷曲

?目的是增加纤维的抱合力，改善柔软性、弹性和保暖性。

?卷曲前将纤维加热到Tg以上，按加热方式可分为干卷曲（蒸汽加热）和湿卷曲（热水加热）。

?热定型

?

干燥致密化后，纤维的服用性能还较差，需要通过热定型来进一步改善纤维的超分子结构。

?热定型的目的是提高纤维尺寸稳定性（热定型后PAN沸水收缩率下降为4％以下），进一步改善纤维的机械性能、染色性能。

?热定型中，纤维中大分子链段因热运动而产生解取向。热定型温度越高，大分子解取向也随之加剧，纤维的钩强、沸水收缩率降低。但温度过高，纤维发黄，对纤维物理机械性能产生不良影响。

?切断

为了使产品能很好地与棉或羊毛等混纺，须将其切断成相应长度。

溶剂回收

溶剂回收的意义：节约消耗，降低成本

以NaSCN法生产腈纶为例

生产一吨纤维

聚合时7吨51％的NaSCN水溶液

纺丝时28吨12％的NaSCN水溶液

溶剂回收流程

NaSCN稀溶液→稀溶液蒸发→除SO4

→除铁离子→供聚合时

用溶剂

由于NaSCN的腐蚀作用引进铁，二价

、三价铁都有阻聚作用，反应速度降低。

三价铁与SCN根生成深红色络合物，使

纤维白度降低。

堵塞喷丝孔引起断头毛丝；

蒸发中易产生锅垢影响传热。

?（二）、干法成型聚丙烯腈纤维的后加工

?

干法成型的腈纶的后加工主要包括水洗、拉伸、卷曲及干燥上油。

⒊后处理

干法成形的腈纶，因成形条件较缓和，纤维结构较致密，所以丝束的后处理工艺较湿法简单。

?水洗

热的无离子水与丝束逆向流动，洗涤后含有溶剂的洗涤水溢流而出，导入回收车间回收溶剂。丝束经洗涤后基本不含溶剂。

?拉伸

一般在水洗－拉伸机中完成，丝束在水洗－拉伸机中既洗去纤维中的溶剂，又进行拉伸，一般拉伸倍数为4.5左右。适宜的拉伸

温度与丝条中的溶剂含量有关，丝条中的溶剂相当于增塑剂。因此，溶剂含量越高，拉伸温度越低。如未拉伸纤维中溶剂含量3％（8％），拉伸温度在140℃（120℃

）；

?上油

减少在纤维卷曲和丝束输送中摩擦磨损，并增加纤维在卷曲和整理时的抱合力。

?卷曲

一般经蒸汽箱后进入卷曲机。

?热定型

提高尺寸稳定性，消除内应力，提高物理机械性能和染色性能。

?切断

按长度，可切断为棉型或毛型等。

?干燥

短纤维干燥是丝束经上油，切断后进入干燥机；丝束状干燥则是丝束直接进入干燥机，干燥后的丝束再牵切加工，或经上油、切断后打包。

三种纺丝成形方法的基本特征

纺丝方法

熔纺法

干法

湿法

纺丝液状态

熔体

溶液

溶液

纺丝液浓度/%

100

18~35

据所选溶剂

12~25纺丝液粘度/Pa·s

100~1000

2×10~4×102

2~2×102

喷丝头（板）孔数

1~30000

10~4000

24~160000

喷丝孔直径/mm

0.2~0.8

0.03~0.2

0.07~0.1

凝固介质

冷却空气，不回收

热空气，回收，再生

凝固浴，回收，再生

凝固机理

冷却

溶剂挥发

脱溶剂（或伴有化学反应）

卷取速度/(m/min)

1000~7000

100~1500

18~380

七、特殊加工

?（一）直接制条

?

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，为了缩短纺纱上艺，提高劳动生产率，可将睛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:切断法和拉断法。

①切断法

将片状丝束经专用切丝辊切断成一定度的纤维片。其切断点排成对角线，

然后通过拉伸使切断点由平面排布变为

相互交错的状态，从而制成条子。

②拉断法

聚丙烯腈纤维具有热塑性，在高温下可以进行高倍拉伸。

?（二）膨体纱的制造

?

拉断法制备纤维时，纤维在加热区拉伸以后，经过吹风冷却，能暂时维持拉伸状态，但再经湿热处理时，还会重新回到拉伸以前的状态，这就是腈纶的热弹性。?

方法是将6份经湿热处理而回缩过的条子与4份未经湿热处理(即未回缩过)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