丙烯腈系纖維也可稱亞克力纖維,我國習慣稱此類商品為腈綸.聚丙烯腈的原料可從石油、天然氣、煤和電石中製取。
基本介紹
- 中文名：丙烯腈系纖維
- 英文名：acrylic fibre
- 別稱：亞克力纖維
- 出自：從石油、天然氣、煤和電石中製取
簡介,成分,性質和用途,製備,聚丙烯腈紡絲方法,改性聚丙烯腈纖維,
簡介
bǐngxījīngxì xiānwéi
丙烯腈系纖維
acrylic fibre
又叫亞克力纖維,是用85%以上的丙烯腈和其他第二、第三單體共聚的高分子聚合物紡制的合成纖維，又稱聚丙烯腈纖維。如果丙烯腈含量在35～85%之間，而第二單體含量占15～65%，這種共聚物纖維則稱為改性聚丙烯腈纖維。中國稱聚丙烯腈纖維的商品為腈綸。
成分
最早的聚丙烯腈纖維商品名叫奧綸，是美國杜邦公司在20世紀40年代研究成功的，屬純聚丙烯腈纖維。因染色困難，容易原纖化，一直不能工業化生產。後來研究丙烯腈與烯基衍生物組成的二元或三元共聚物，改善了聚合體的可紡性和纖維的染色性，丙烯腈系纖維才得以實現工業化生產。1980年世界丙烯腈系纖維總產量約為210萬噸,僅次於聚酯和聚醯胺纖維。丙烯腈系纖維美國商品有奧綸(Orlon)，阿克利綸(Acrilan)，克麗斯綸(Creslan),澤弗綸(Zefran),英國有考特爾(Courtelle)，日本有毛麗龍(Vonnel)，開司米綸(Cashmilan),依克絲蘭(Exlan)，貝絲綸(Beslon)。
性質和用途
聚丙烯腈纖維的密度一般為 1.16～1.18克/立方厘米（g/cm3)，標準回潮率為1.0～2.5%。纖維的特點是蓬鬆性好，保暖性好，手感柔軟，並具有良好的耐氣候性和防霉、防蛀性能。普通聚丙烯腈短纖維的斷裂強度為2.4～3.7克/旦，斷裂伸長為26～44%。主要用作毛線、針織物（純紡或與羊毛混紡）和機織物，特別適用於作室內裝飾布，如窗簾。
丙烯腈系纖維的新品種有具有永久立體捲曲的複合纖維和具有多孔結構的高吸水性纖維，聯邦德國商品名叫杜諾瓦，日本稱阿奎綸,穿著舒適,適於做運動衣；還有抗燃、阻燃纖維、高收縮纖維等。聚丙烯腈中空纖維可用作人工腎臟透析器的材料。聚丙烯腈纖維是生產碳纖維的主要原料，它的共聚組分與一般聚丙烯腈纖維不同,多為二元共聚，且第二組分含量小,經預氧化、炭化、石墨化處理可分別製成耐1000℃的碳纖維和耐3000℃的石墨纖維。
製備
由丙烯、液氨以及氧氣在400～500℃下發生氣、固相催化反應的方法稱丙烯氨氧化法。丙烯腈的聚合大多採用溶液法，根據所用溶劑的不同分為均相溶液聚合和非均相溶液聚合。均相溶液聚合所用的溶劑既能溶解單體，又能溶解反應所生成的聚合體，反應完畢後，聚合液可直接用於紡絲，故又稱腈綸生產一步法。如以濃硫氰酸鈉水溶液、濃氯化鋅水溶液、硝酸、二甲基亞碸(DMSO)、二甲基甲醯胺 (DMF)和二甲基乙醯胺(DMAC)為溶劑聚合，則可採用均相溶液聚合。非均相聚合所用的介質只能溶解或部分溶解單體,而不能溶解聚合體,在聚合過程中聚合體不斷地呈絮狀沉澱析出，經分離再溶解於溶劑中製成紡絲溶液，稱為腈綸生產二步法。因非均相聚合介質在大多數情況下都使用水，又稱為水相聚合法。聚合時根據溶劑不同選用不同的引發劑，例如使用硫氰酸鈉和二甲基亞碸溶劑時常用偶氮二異丁腈作為引發劑；在水相聚合時則用氧化還原引發體系。為防止聚合體產生顏色，在聚合過程中加入少量的還原劑或其他添加劑，如二氧化碳脲、氯化亞錫等，以提高纖維的白度。
世界各國生產的聚丙烯腈纖維大多由三元共聚物製得，丙烯腈占90～94%,第二單體加入量為5～8%,第三單體為0.3～2.0%。加入第二單體的目的是為了提高纖維的機械強度、彈性和手感，在一定程度上也可以改善染色性能。使用的第二單體有丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯醯胺等。加入第三單體的目的是引入一定數量的親染料基團，增加纖維對染料的親和力，可製得色譜齊全、顏色鮮艷、染色牢度好的纖維。第三單體分兩大類：一類是對陽離子染料有親和力，含有羧基或磺酸基團的單體，如丙烯磺酸鈉、甲基丙烯磺酸鈉、甲義丁二酸(又名衣康酸)、對－乙烯基苯磺酸鈉等；另一類是對酸性染料有親和力，含有胺基、醯胺基、吡啶等的單體，如乙烯吡啶、甲基乙烯吡啶等。
硫氰酸鈉法均相溶液聚合的工藝流程是：將原料丙烯腈(AN)、第二單體丙烯酸甲酯（MA）、異丙醇 (IPA)和48.8%硫氰酸鈉溶液分別用計量桶計量後放入調配桶。引發劑偶氮二異丁腈 (AIBN)和淺色劑二氧化硫脲(TUD)經稱重後也加入調配桶。第三單體衣康酸 (ITA)則被調成一定濃度的水溶液經計量桶加入調配桶，經充分混合和調溫後，用計量泵連續地送入聚合釜進行聚合反應。全部物料逐漸形成粘稠漿液。聚合完成後的漿液由釜頂出料，輸往脫單體塔脫去單體，然後輸入貯液槽，經混合後用齒輪泵送往真空脫泡塔脫除留在漿液中的空氣泡。漿液再被送往熱交換器進行調溫，同時添加消光劑，對漿液過濾以除去雜質，再以穩定的壓力送去紡絲。
聚丙烯腈紡絲方法
有乾法和濕法兩種。乾法紡絲的溶液是以二甲基甲醯胺為溶劑,紡絲液的濃度達25～30%，卷繞速度一般為100～300米/分,可以高達600米/分。噴絲頭孔數一般為200～300孔。經乾法紡絲的聚丙烯腈纖維結構均勻緻密，外觀像蠶絲，適於織制仿絲織物。濕法紡絲第一導輥速度一般為 5～10米/分，高的可達 50米/分,噴絲頭孔數可達幾十萬孔，適於紡制短纖維，纖維柔軟蓬鬆，適宜製做仿毛織物。選用不同溶劑的紡絲工藝,後處理方式也不同。以硫氰酸鈉為溶劑的腈綸,在紡絲成形後的加工流程如圖所示。紡絲原液經計量泵計量後由紡絲機上的噴絲頭噴出。從噴絲孔出來的細流進入凝固浴凝固成絲。凝固浴的絲束被引入預熱浴進行預熱處理和拉伸，然後進入水洗槽，再入熱水槽中拉伸，兩次拉伸總倍數為 8～10倍。經上油、乾燥緻密化、捲曲、蒸汽熱定形、再上油、再乾燥和切斷成短纖維，最後打包或不切斷直接牽切成條子（見紡絲直接成條）。聚丙烯腈纖維還有少量長絲產品。
改性聚丙烯腈纖維
丙烯腈含量一般為40～60%。工業生產上有兩種纖維：一種是丙烯腈與氯乙烯共聚纖維,商品名為維榮N或可耐可龍，中國稱之為腈氯綸；另一種是丙烯腈與偏二氯乙烯共聚纖維，商品名為維勒爾，中國稱為偏氯腈綸。這兩種共聚物都能溶於丙酮，大多採用濕法紡絲，極少採用乾法。纖維兼有聚丙烯腈纖維和聚氯乙烯纖維(見含氯纖維)的性能，質輕，保暖，耐氣候，耐化學藥品性好，且有一定難燃性，可作室內裝飾品、防寒衣服、工業用濾布等。此外，聚丙烯腈與蛋白質接枝共聚纖維已有小量生產。
