【纺织原料】腈纶纤维

1、什么是腈纶

腈纶是聚丙烯腈纤维(polyacrylicfibre，PAN)的商品名，也称奥纶、开司米纶、爱克斯纶等，通常是指用85%以上的丙烯腈与第二和第三单体的共聚物，经湿法纺丝或干法纺丝制得的合成纤维。

聚丙烯腈纤维化学式为[CH2＝CH-CN]n，其主要单体为丙烯腈，将丙烯腈单体通过均相聚合和非均相聚合的方法聚合即可生产聚丙烯腈纤维。

聚丙烯腈纤维大分子为碳链结构，化学稳定性较好，但侧链上的氰基在酸或碱的催化作用下会发生水解，先生成酰胺，然后进一步水解便生成羧酸，在适当的条件下，也可与氧化剂发生反应。

1894年，法国化学家姆劳(C.Mouraeu)发明了聚丙烯腈，但由于当时没寻找到合适的溶剂，未能将聚丙烯腈制成纤维。1934年，德国化学家莱茵(H.Rain)发明了使用硫氰酸钠(NaSCN)和氯化锌(ZnCl2)等无机溶剂进行了湿纺聚丙烯腈纤维的试验。1942年，莱茵与美国化学家霍乌兹(R.C.Houtz)几乎同时发现了二甲基甲酰胺溶剂，可以成功制得干纺聚丙烯腈纤维。1950年，美国杜邦公司首先进行工业生产，当时命名为奥纶(orlon)。之后又发现了多种溶剂，形成了多种生产工艺。1954年，德国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，提高了实用性，推进了聚丙烯腈纤维的发展。

中国聚丙烯腈纤维的研究和生产已有多年历史。从1958年开始研究，1969年引进英国考陶尔德(Courtauld Ltd.)公司的硫氰酸钠一步法湿纺腈纶成套设备，开始工业化生产，并将产品正式定名为“腈纶”。到20世纪末，已形成二甲基甲酰胺(DMF)干法、硫氰酸钠（NaSCN）湿法和二甲基乙酰胺(DMAC)湿法等多种工艺路线并举的腈纶工业体系。

2、腈纶的理化特性

2.1物理性质

聚丙烯腈纤维蓬松卷曲而柔软，弹性较好，伸长20%时回弹率仍可保持65%，保暖性比羊毛高15%。强度一般为22.1~48.5cN/tex，比羊毛高1~2.5倍。密度一般为1.16~1.18g/cm3，标准回潮率为1.0%~2.5%。

2.2化学性质

2.2.1吸水性

聚丙烯腈纤维的相对湿度65%时，吸湿率为1.0%~2.5%，提高相对湿度，吸湿率增加不多，干燥的聚丙烯腈纤维在水中能很快润湿。由于纤维结构紧密，水分子不易渗入到纤维内部，溶胀度不高。聚丙烯腈纤维共聚的第三单体含有亲水性基团，纤维在水中可发生一定程度的溶胀，使大分子链间作用力有所减弱，湿态强度约为干态强度的80%~100%。

2.2.2酸碱反应

在碱或酸的作用下，聚丙烯腈纤维能发生一系列化学反应。在碱或酸对聚丙烯腈作用时，氰基会转变成酰胺基。温度越高，反应越剧烈。生成的酰胺又能进一步被水解；在碱性水解时释出的NH3，又能与未水解的聚丙烯腈中的氰基发生反应，使聚丙烯腈变成黄色。聚丙烯腈可溶解于浓硫酸中。聚丙烯腈在很宽的温度范围内，对各种醇类、有机酸（甲酸除外）碳氢化合物、油、酮、酯及其他物质的作用都较稳定。

2.2.3氧化还原性

聚丙烯腈纤维对常用的氧化性漂白剂的稳定性良好，在适当的条件下可使用亚氯酸钠、过氧化氢进行漂白。聚丙烯腈纤维对常用的还原性漂白剂，如亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、保险粉等的作用也较稳定，所以它与羊毛混纺的纺织品可采用保险粉漂白。

2.2.4热的作用

聚丙烯睛具有三种不同的聚集状态，即非晶相的低序态、非晶相中序态和准晶相高序态。玻璃化温度是表征大分子链段热运动的转变点。聚丙烯腈有三种不同的聚集态，必然也有三个与之相对应的链段运动的转变温度。这种转变温度对非晶相是玻璃化温度，对晶相则是熔点。因此聚丙烯腈有两个玻璃化温度。据测定，聚丙烯腈低序区的玻璃化温度为80~100℃，非晶相中序区的玻璃化温度为140~150%℃。

2.2.5耐溶剂性

聚丙烯腈大分子链上含有强极性氰基，分子链间有很强的偶极力。要破坏这种偶极力，就必须采用强极性的溶剂。因此，腈纶不溶于醇、醚、酯、二硫化碳等溶剂，有良好的耐溶剂性。但聚丙烯腈纤维可溶于乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜等强极性有机溶剂，这些溶剂常用作聚丙烯腈纤维纺丝溶剂。

2.2.6染色性

聚丙烯腈纤维的染色性主要取决于第三单体的种类和数量。含有羧基或磺酸基等酸性基团的聚丙烯腈纤维，可以用阳离子染料染色，染成极为鲜艳的色彩。含有吡啶环等碱性基团的聚丙烯腈纤维，可用酸性染料染色。不论含有哪种第三单体，都可用分散染料染色。

2.2.7耐光性

聚丙烯腈具有非常优良的耐光性能，在日光下曝晒80h，纤维强度毫不减退，即使日晒1800h，强度损失仅40%。这是因为聚丙烯腈大分子上含有氰基，氰基中的碳和氮原子间的三价键（一个σ键和两个π键）能吸收能量较强的光子（如紫外光的光子），并转化为热能，使聚合物主链不发生降解。

3、腈纶的用途

聚丙烯腈纤维用途很多，在服饰领域，它有着人造羊毛的美称，价格便宜，是羊毛和棉花的最佳替代品，在服装、装饰、产业三大领域有广泛的应用。通常根据不同用途的要求与纯纺或与天然纤维混纺，与羊毛混纺成毛线，或织成毛毯、地毯等，还可与棉、人造纤维、其他合成纤维混纺，织成各种衣料和室内用品。

在工业领域，将聚丙烯腈纤维经高温处理得到的碳纤维是宇宙飞行、火箭、喷气技术以及工业上耐高温、防腐蚀领域的良好材料。将聚丙烯腈纤维经过高温处理可以得到碳纤维和石墨纤维。在高温下能经久不变形，并具有很高的化学稳定性、良好的导电性和导热性。碳纤维是宇宙飞行、火箭、喷气技术以及工业上耐高温、防腐蚀领域的良好材料。

在医疗领域，将聚丙烯腈纤维经过高温处理可以得到的碳纤维和石墨纤维可以用于人工肋骨和肌腱韧带等。聚丙烯腈中空纤维膜具有透析、超滤、反渗透、微过滤等功能。以聚丙烯腈中空纤维组成的装置可用于混合流体的选择性分离，浓缩和净化等。例如，用于医用无菌水的制造、人工肾、人工肝、血液透析超滤器、血液浓缩器等。

另外，聚丙烯腈纤维通过侧链上氰基的化学转化反应，可以制得系列含功能基团的聚丙烯腈合成纤维，这些合成纤维在水处理、贵金属回收以及衡量金属离子分析等方面都有广泛的应用。

来源：纺织大学堂

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