丙烯腈系纤维
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丙烯腈系纤维
acrylic fibre
又叫亚克力纤维,是用85％以上的丙烯腈和其他第二、第三单体共聚的高分子聚合物纺制的合成纤维，又称聚丙烯腈纤维。如果丙烯腈含量在35～85％之间，而第二单体含量占15～65％，这种共聚物纤维则称为改性聚丙烯腈纤维。中国称聚丙烯腈纤维的商品为腈纶。
最早的聚丙烯腈纤维商品名叫奥纶，是美国杜邦公司在20世纪40年代研究成功的，属纯聚丙烯腈纤维。因染色困难，容易原纤化，一直不能工业化生产。后来研究丙烯腈与烯基衍生物组成的二元或三元共聚物，改善了聚合体的可纺性和纤维的染色性，丙烯腈系纤维才得以实现工业化生产。1980年世界丙烯腈系纤维总产量约为210万吨,仅次于聚酯和聚酰胺纤维。丙烯腈系纤维美国商品有奥纶(Orlon)，阿克利纶(Acrilan)，克丽斯纶(Creslan),泽弗纶(Zefran),英国有考特尔(Courtelle)，日本有毛丽龙(Vonnel)，开司米纶(Cashmilan),依克丝兰(Exlan)，贝丝纶(Beslon)。
性质和用途 聚丙烯腈纤维的密度一般为 1.16～1.18克/厘米3，标准回潮率为1.0～2.5％。纤维的特点是蓬松性好，保暖性好，手感柔软，并具有良好的耐气候性和防霉、防蛀性能。普通聚丙烯腈短纤维的断裂强度为2.4～3.7克／旦，断裂伸长为26～44％。主要用作毛线、针织物（纯纺或与羊毛混纺）和机织物，特别适用于作室内装饰布，如窗帘。
丙烯腈系纤维的新品种有具有永久立体卷曲的复合纤维和具有多孔结构的高吸水性纤维，联邦德国商品名叫杜诺瓦，日本称阿奎纶,穿着舒适,适于做运动衣；还有抗燃、阻燃纤维、高收缩纤维等。聚丙烯腈中空纤维可用作人工肾脏透析器的材料。聚丙烯腈纤维是生产碳纤维的主要原料，它的共聚组分与一般聚丙烯腈纤维不同,多为二元共聚，且第二组分含量小,经预氧化、炭化、石墨化处理可分别制成耐1000℃的碳纤维和耐3000℃的石墨纤维。
制备 聚丙烯腈的原料可从石油、天然气、煤和电石中制取。由丙烯、液氨以及氧气在400～500℃下发生气、固相催化反应的方法称丙烯氨氧化法。丙烯腈的聚合大多采用溶液法，根据所用溶剂的不同分为均相溶液聚合和非均相溶液聚合。均相溶液聚合所用的溶剂既能溶解单体，又能溶解反应所生成的聚合体，反应完毕后，聚合液可直接用于纺丝，故又称腈纶生产一步法。如以浓硫氰酸钠水溶液、浓氯化锌水溶液、硝酸、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺 (DMF)和二甲基乙酰胺(DMAC)为溶剂聚合，则可采用均相溶液聚合。非均相聚合所用的介质只能溶解或部分溶解单体,而不能溶解聚合体,在聚合过程中聚合体不断地呈絮状沉淀析出，经分离再溶解于溶剂中制成纺丝溶液，称为腈纶生产二步法。因非均相聚合介质在大多数情况下都使用水，又称为水相聚合法。聚合时根据溶剂不同选用不同的引发剂，例如使用硫氰酸钠和二甲基亚砜溶剂时常用偶氮二异丁腈作为引发剂；在水相聚合时则用氧化还原引发体系。为防止聚合体产生颜色，在聚合过程中加入少量的还原剂或其他添加剂，如二氧化碳脲、氯化亚锡等，以提高纤维的白度。
世界各国生产的聚丙烯腈纤维大多由三元共聚物制得，丙烯腈占90～94％,第二单体加入量为5～8％,第三单体为0.3～2.0％。加入第二单体的目的是为了提高纤维的机械强度、弹性和手感，在一定程度上也可以改善染色性能。使用的第二单体有丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等。加入第三单体的目的是引入一定数量的亲染料基团，增加纤维对染料的亲和力，可制得色谱齐全、颜色鲜艳、染色牢度好的纤维。第三单体分两大类：一类是对阳离子染料有亲和力，含有羧基或磺酸基团的单体，如丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、甲义丁二酸(又名衣康酸)、对－乙烯基苯磺酸钠等；另一类是对酸性染料有亲和力，含有胺基、酰胺基、吡啶等的单体，如乙烯吡啶、甲基乙烯吡啶等。
硫氰酸钠法均相溶液聚合的工艺流程是：将原料丙烯腈(AN)、第二单体丙烯酸甲酯（MA）、异丙醇 (IPA)和48.8％硫氰酸钠溶液分别用计量桶计量后放入调配桶。引发剂偶氮二异丁腈 (AIBN)和浅色剂二氧化硫脲(TUD)经称重后也加入调配桶。第三单体衣康酸 (ITA)则被调成一定浓度的水溶液经计量桶加入调配桶，经充分混合和调温后，用计量泵连续地送入聚合釜进行聚合反应。全部物料逐渐形成粘稠浆液。聚合完成后的浆液由釜顶出料，输往脱单体塔脱去单体，然后输入贮液槽，经混合后用齿轮泵送往真空脱泡塔脱除留在浆液中的空气泡。浆液再被送往热交换器进行调温，同时添加消光剂，对浆液过滤以除去杂质，再以稳定的压力送去纺丝。
聚丙烯腈纺丝方法有干法和湿法两种。干法纺丝的溶液是以二甲基甲酰胺为溶剂,纺丝液的浓度达25～30％，卷绕速度一般为100～300米/分,可以高达600米/分。喷丝头孔数一般为200～300孔。经干法纺丝的聚丙烯腈纤维结构均匀致密，外观像蚕丝，适于织制仿丝织物。湿法纺丝第一导辊速度一般为 5～10米/分，高的可达 50米/分,喷丝头孔数可达几十万孔，适于纺制短纤维，纤维柔软蓬松，适宜制做仿毛织物。选用不同溶剂的纺丝工艺,后处理方式也不同。以硫氰酸钠为溶剂的腈纶,在纺丝成形后的加工流程如图所示。纺丝原液经计量泵计量后由纺丝机上的喷丝头喷出。从喷丝孔出来的细流进入凝固浴凝固成丝。凝固浴的丝束被引入预热浴进行预热处理和拉伸，然后进入水洗槽，再入热水槽中拉伸，两次拉伸总倍数为 8～10倍。经上油、干燥致密化、卷曲、蒸汽热定形、再上油、再干燥和切断成短纤维，最后打包或不切断直接牵切成条子（见纺丝直接成条）。聚丙烯腈纤维还有少量长丝产品。
改性聚丙烯腈纤维 丙烯腈含量一般为40～60％。工业生产上有两种纤维：一种是丙烯腈与氯乙烯共聚纤维,商品名为维荣N或可耐可龙，中国称之为腈氯纶；另一种是丙烯腈与偏二氯乙烯共聚纤维，商品名为维勒尔，中国称为偏氯腈纶。这两种共聚物都能溶于丙酮，大多采用湿法纺丝，极少采用干法。纤维兼有聚丙烯腈纤维和聚氯乙烯纤维(见含氯纤维)的性能，质轻，保暖，耐气候，耐化学药品性好，且有一定难燃性，可作室内装饰品、防寒衣服、工业用滤布等。此外，聚丙烯腈与蛋白质接枝共聚纤维已有小量生产。
丙烯腈系纤维
acrylic fibre
又叫亚克力纤维,是用85％以上的丙烯腈和其他第二、第三单体共聚的高分子聚合物纺制的合成纤维，又称聚丙烯腈纤维。如果丙烯腈含量在35～85％之间，而第二单体含量占15～65％，这种共聚物纤维则称为改性聚丙烯腈纤维。中国称聚丙烯腈纤维的商品为腈纶。
最早的聚丙烯腈纤维商品名叫奥纶，是美国杜邦公司在20世纪40年代研究成功的，属纯聚丙烯腈纤维。因染色困难，容易原纤化，一直不能工业化生产。后来研究丙烯腈与烯基衍生物组成的二元或三元共聚物，改善了聚合体的可纺性和纤维的染色性，丙烯腈系纤维才得以实现工业化生产。1980年世界丙烯腈系纤维总产量约为210万吨,仅次于聚酯和聚酰胺纤维。丙烯腈系纤维美国商品有奥纶(Orlon)，阿克利纶(Acrilan)，克丽斯纶(Creslan),泽弗纶(Zefran),英国有考特尔(Courtelle)，日本有毛丽龙(Vonnel)，开司米纶(Cashmilan),依克丝兰(Exlan)，贝丝纶(Beslon)。
性质和用途 聚丙烯腈纤维的密度一般为 1.16～1.18克/厘米3，标准回潮率为1.0～2.5％。纤维的特点是蓬松性好，保暖性好，手感柔软，并具有良好的耐气候性和防霉、防蛀性能。普通聚丙烯腈短纤维的断裂强度为2.4～3.7克／旦，断裂伸长为26～44％。主要用作毛线、针织物（纯纺或与羊毛混纺）和机织物，特别适用于作室内装饰布，如窗帘。
丙烯腈系纤维的新品种有具有永久立体卷曲的复合纤维和具有多孔结构的高吸水性纤维，联邦德国商品名叫杜诺瓦，日本称阿奎纶,穿着舒适,适于做运动衣；还有抗燃、阻燃纤维、高收缩纤维等。聚丙烯腈中空纤维可用作人工肾脏透析器的材料。聚丙烯腈纤维是生产碳纤维的主要原料，它的共聚组分与一般聚丙烯腈纤维不同,多为二元共聚，且第二组分含量小,经预氧化、炭化、石墨化处理可分别制成耐1000℃的碳纤维和耐3000℃的石墨纤维。
制备 聚丙烯腈的原料可从石油、天然气、煤和电石中制取。由丙烯、液氨以及氧气在400～500℃下发生气、固相催化反应的方法称丙烯氨氧化法。丙烯腈的聚合大多采用溶液法，根据所用溶剂的不同分为均相溶液聚合和非均相溶液聚合。均相溶液聚合所用的溶剂既能溶解单体，又能溶解反应所生成的聚合体，反应完毕后，聚合液可直接用于纺丝，故又称腈纶生产一步法。如以浓硫氰酸钠水溶液、浓氯化锌水溶液、硝酸、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺 (DMF)和二甲基乙酰胺(DMAC)为溶剂聚合，则可采用均相溶液聚合。非均相聚合所用的介质只能溶解或部分溶解单体,而不能溶解聚合体,在聚合过程中聚合体不断地呈絮状沉淀析出，经分离再溶解于溶剂中制成纺丝溶液，称为腈纶生产二步法。因非均相聚合介质在大多数情况下都使用水，又称为水相聚合法。聚合时根据溶剂不同选用不同的引发剂，例如使用硫氰酸钠和二甲基亚砜溶剂时常用偶氮二异丁腈作为引发剂；在水相聚合时则用氧化还原引发体系。为防止聚合体产生颜色，在聚合过程中加入少量的还原剂或其他添加剂，如二氧化碳脲、氯化亚锡等，以提高纤维的白度。
世界各国生产的聚丙烯腈纤维大多由三元共聚物制得，丙烯腈占90～94％,第二单体加入量为5～8％,第三单体为0.3～2.0％。加入第二单体的目的是为了提高纤维的机械强度、弹性和手感，在一定程度上也可以改善染色性能。使用的第二单体有丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等。加入第三单体的目的是引入一定数量的亲染料基团，增加纤维对染料的亲和力，可制得色谱齐全、颜色鲜艳、染色牢度好的纤维。第三单体分两大类：一类是对阳离子染料有亲和力，含有羧基或磺酸基团的单体，如丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、甲义丁二酸(又名衣康酸)、对－乙烯基苯磺酸钠等；另一类是对酸性染料有亲和力，含有胺基、酰胺基、吡啶等的单体，如乙烯吡啶、甲基乙烯吡啶等。
硫氰酸钠法均相溶液聚合的工艺流程是：将原料丙烯腈(AN)、第二单体丙烯酸甲酯（MA）、异丙醇 (IPA)和48.8％硫氰酸钠溶液分别用计量桶计量后放入调配桶。引发剂偶氮二异丁腈 (AIBN)和浅色剂二氧化硫脲(TUD)经称重后也加入调配桶。第三单体衣康酸 (ITA)则被调成一定浓度的水溶液经计量桶加入调配桶，经充分混合和调温后，用计量泵连续地送入聚合釜进行聚合反应。全部物料逐渐形成粘稠浆液。聚合完成后的浆液由釜顶出料，输往脱单体塔脱去单体，然后输入贮液槽，经混合后用齿轮泵送往真空脱泡塔脱除留在浆液中的空气泡。浆液再被送往热交换器进行调温，同时添加消光剂，对浆液过滤以除去杂质，再以稳定的压力送去纺丝。
聚丙烯腈纺丝方法有干法和湿法两种。干法纺丝的溶液是以二甲基甲酰胺为溶剂,纺丝液的浓度达25～30％，卷绕速度一般为100～300米/分,可以高达600米/分。喷丝头孔数一般为200～300孔。经干法纺丝的聚丙烯腈纤维结构均匀致密，外观像蚕丝，适于织制仿丝织物。湿法纺丝第一导辊速度一般为 5～10米/分，高的可达 50米/分,喷丝头孔数可达几十万孔，适于纺制短纤维，纤维柔软蓬松，适宜制做仿毛织物。选用不同溶剂的纺丝工艺,后处理方式也不同。以硫氰酸钠为溶剂的腈纶,在纺丝成形后的加工流程如图所示。纺丝原液经计量泵计量后由纺丝机上的喷丝头喷出。从喷丝孔出来的细流进入凝固浴凝固成丝。凝固浴的丝束被引入预热浴进行预热处理和拉伸，然后进入水洗槽，再入热水槽中拉伸，两次拉伸总倍数为 8～10倍。经上油、干燥致密化、卷曲、蒸汽热定形、再上油、再干燥和切断成短纤维，最后打包或不切断直接牵切成条子（见纺丝直接成条）。聚丙烯腈纤维还有少量长丝产品。
改性聚丙烯腈纤维 丙烯腈含量一般为40～60％。工业生产上有两种纤维：一种是丙烯腈与氯乙烯共聚纤维,商品名为维荣N或可耐可龙，中国称之为腈氯纶；另一种是丙烯腈与偏二氯乙烯共聚纤维，商品名为维勒尔，中国称为偏氯腈纶。这两种共聚物都能溶于丙酮，大多采用湿法纺丝，极少采用干法。纤维兼有聚丙烯腈纤维和聚氯乙烯纤维(见含氯纤维)的性能，质轻，保暖，耐气候，耐化学药品性好，且有一定难燃性，可作室内装饰品、防寒衣服、工业用滤布等。此外，聚丙烯腈与蛋白质接枝共聚纤维已有小量生产。
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