第5章聚丙烯腈纤维的生产及质量控制.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第五章 聚丙烯腈纤维生产及质量控制,腈纶：聚丙烯腈纤维、,PAN,纤维或,PAC,纤维,丙烯腈和第二、第三单体的共聚物（,comonomer,）纺制的合成纤维；,常规聚丙烯腈纤维中,AN,含量在,85%,以上；,改性聚丙烯腈纤维（,modacrylic,fiber,）中,AN,含量为,35%,85%,；,腈纶短纤维,腈纶毛条,腈纶丝束,第一节 概述,聚合（原液制备）方法,纺丝方法,溶剂,主要生产厂商,水相沉淀聚合（二步法）,干纺,DMF,DuPont,（美），,Bayer,（德）,丙酮,TennesseEastman,（美）,湿纺,NaSCN,Cytec,（美），,Exlan,（日）,HNO,3,旭化成（日）,DMF,Hoechst,（德），,PhonePoulenc,（法）,DMA,Monsanto,（美），三菱人造丝（日）,丙酮,钟渊化学工业（日）,EC,Savinesti,（罗）,溶液聚合（一步法）,湿纺,NaSCN,Courtaulds,（英）,ZnCl,2,DowChemical,（美），东邦贝丝纶（日）,DMF,钟纺（日）,DMSO,东丽（日）,腈纶生产工艺路线,聚丙烯腈纤维生产工艺路线比较：,一步法与二步法：,一,步法是指,PAN,的合成采用溶液聚合，聚合物不经分离，,直接配成纺丝原液去纺丝；,二步法又称为水相沉淀聚合路线。,PAN,的合成采用水相沉,淀聚合，聚合物经分离后重新溶解，即聚合物的制备及原,液配制两步完成；,干法纺丝与湿法纺丝,：腈纶的成形借助于蒸发除去挤出细流中的溶剂，称为,干法纺丝；,借助于挤出细流中的溶剂与凝固浴中溶剂的双向扩散，,称为湿法纺丝；,有机溶剂与无机溶剂：,聚丙烯腈纤维的用途,主要用于针织品、装饰纺织品市场、室外纺织品,第二节 聚丙烯腈纤维生产用原料,丙烯腈,室温常压下，丙烯腈是具有特殊杏仁气味，无色易流动液体；可发生加成反应、氧化,反应、聚合反应；,CH,2,=CH-CH,2,+NH,3,+3/2O,2,CH,2,=CH-CN+3H,2,O,第二单体,降低丙烯腈分子间引力和抵消,CN,基的作用，降低,PAN,的结晶性，改善聚丙烯腈的可溶性、弹性、手感、热塑性，提高染料向纤维内部的扩散速度，在一定程度上改善纤维的染色性（丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等）；它在纤维中的含量为,4%,10%,左右）,第三单体,引入亲染料基团，增加纤维对染料的亲和力；（甲基丙烯磺酸钠，丙烯磺酸钠、亚甲基丁二酸）；它在纤维中的含量为,0.3%,2%,左右。,溶剂,有机溶剂：占,63%,，,DMF,、,DMA,、,EC,、丙酮、,DMSO,。腈纶结构致密，截面非圆,形，光泽和谐；,无机溶剂：约占,37%,，,NaSCN,、,HNO,3,、,ZnCl,2,。腈纶蓬松性好，截面圆形，光泽较,亮，强度较高；,引发剂：偶氮二异丁腈,浅色剂：二氧化硫脲,分子量调节剂：异丙醇（,IPA,）,萃取剂：异丙醚（,IPE,）,碳酸钡：用,BaCO,3,即可除去,SO,4,2,草酸钾钛：降低溶剂色度，防止铁质进入聚合体,油剂、抗静电剂：油剂（司配,60,、吐温,60,）；,抗静电剂如甲基（三羟乙基）甲基硫酸季铵盐；,其他：钛白粉、荧光增白剂、硫酸、醋酸、盐酸、离子交换树脂等原料。,第三节 聚丙烯腈的合成,一、均相溶液聚合,均相溶液聚合所得的聚合液可直接用于纺丝，又称腈纶生产的一步法。省去分离聚合,物的沉淀、过滤和烘干；但对原料的纯度要求较高，对原液的质量控制和检测难度较大。,（一）聚合工艺流程,硫氰酸钠水溶液为溶剂的均相溶液聚合流程图,1,调配桶,2,漩流液封加料斗,3,混合桶,4,聚合釡,5,热交换器,6,第一脱单体塔,7,加热器,8,第二脱单体塔,9,喷淋冷凝器,10,喷淋液冷却器,11,、,12,、,13,螺杆泵,聚合反应器,（,二）聚合工艺控制,引发剂浓度,引发剂,自由基,活化中心,聚合反应速度,反应转化率,碰撞,大分子链重合、歧化、转移终止,聚合物分子量,大分子端基的引发剂残剩基,分子结构规律性,偶氮引发剂,聚合物色泽加深,纤维白度,工业：引发剂用量为总单体重量的,0.2%0.8%,。,总单体浓度,总单体浓度,聚合反应速度,、聚合物,平均分子量,聚合温度,温度,能量,引发剂分解,活化中心,聚合反应速度,反应转化率,碰撞,大分子链重合、歧化、转移终止,分子量,工业：反应温度,7682,介质,pH,值,pH,值,50.3,，才能保证黏度变化少，聚合转化率变化也不大；,单体中所含有的有机杂质,有机杂质（氢氰酸、丙烯醛、乙醛、丙酮、乙腈和噁唑、丙腈）,反应速度,硫氰酸钠中含有的杂质,甲酸钠（,SF,）,聚合浆液黏度,纺丝困难,Na,2,S,2,O,3,纤维泛黄,各种无机盐杂质,Fe,3+,或,Fe,2+,：,Fe,3+,对反应有阻聚作用,与,SCN,反应生成红色,Fe,（,SCN,）,3,或深红色络合物,Fe,2+,对反应有阻聚,工业：反应剂混合物中铁含量,0.3mg/kg,Ti,4,：,Ti,4,聚合物白度,Ti,4,（链转移剂）,聚合反应速度,、,平均聚合度,工业：,4mg/kg,。,SO4,2,：,SO4,2,硫酸钠在原液中结晶析出,过滤与纺丝困难,工业：聚合用的硫氰酸钠溶剂中硫酸钠含量不超过,0.08%,Cl,：,Cl,腐蚀聚合及原液系统铝质设备、管材,腐蚀后的铝离子进入原液使原液凝聚故工业：控制化工原料及软水质量。,NO,3,：,NO,3,影响聚合物在,NaSCN,溶剂中的溶解度,使原液黏度升高,可纺性,CH,3,COO,：,CH,3,COO,链转移,聚合,反应速度,、,平均聚合度,工业：设立萃取塔，把,CH,3,COO,从系统中除去,Al,3,：,Al,3,使原液絮凝,可纺性,工业：少用铝材,浅色剂二氧化硫脲,二氧化硫脲,防止氧化剂对聚合反应的影响,反应稳定，纤维白度好,分子量调节剂异丙醇,异丙醇其分子中与伯碳原子相连的氢原子特别活泼，易和生长着的大分子自由基发生链转移，使大分子终止。,溶剂,NaSCN,浓度,浓度为,51.8%,的硫氰酸钠溶液中的水分子，可全部与,NaSCN,分子溶剂化，使丙烯腈与聚丙烯腈中的氰基与硫氰酸钠构成的溶剂化层最稳定，溶液黏度最低。,工业：浓度,50%,52%,硫氰酸钠作溶剂，制得原液中硫氰酸钠含量为,43.5%,44.5,聚合反应时间,聚合时间,引发剂分解,活化中心,单体转化率,单体浓度,体系黏度,生成的大分子链变短,平均聚合度,工业：硫氰酸钠一步法中，聚合时间,1.62.5h,硝酸和二甲基亚砜为溶剂时，聚合时间为,1214h,聚合转化率,低转化率（,50%,55%,）,聚合时间,设备利用率,分子量分布窄、聚合度,纤维白度好,聚合好的纺丝液中残留单体量,脱单体负荷,高转化率（,95%,）,聚合时间,引发剂分解,活化中心,单体浓度,黏度,生成的大分子链变短,平均聚合度,中转化率（,70%,75%,）：介于低转化率和高转化率之间,工业：,NaSCN,一步法连续聚合（低转化率），个别厂用中转化率。,硝酸为溶剂的一步法、以二甲基亚砜为溶剂和以氯化锌浓水溶液为溶剂的一步法（高转化率）,各工艺因素对聚合反应的影响,因素变化,转化率,平均聚合度,色泽,引发剂增加,温度升高,单体浓度增加,二氧化硫脲增加,异丙醇增加,硫氰酸钠浓度（,56%,以下时）增加,pH,值增加（,13,以下时）,有机质量增加,无机盐增加：,Fe,3+,和,Fe,2+,Ti,4,SO,4,2,Cl,反应时间增加,提高,提高,提高,降低,不变,提高,提高,降低,降低,降低,不变,不变,提高,降低,降低,提高,降低,降低,提高,提高,降低,降低,降低,略提高,不变,降低,加深,加深,加深,变浅,变浅,不变,加深,加深,加深,加深,不变,不变,加深,二、水相沉淀聚合,（一）聚合工艺流程,水相沉淀聚合工艺流程示意图,1,聚合反应釜,2,淤浆槽,3,旋转真空过滤机,4,真空泵,5,第二淤浆槽,6,分离槽,7,淤浆混合槽,8,挤压机,9,干燥机,1 0,气体系统,11,循环分离器,l2,一粉碎机,l3,聚合物储槽,l4,泵,（二）聚合工艺控制,引发剂浓度,氧化剂,（即改变,NaClO,3,单体的比例）,聚合物分子量,转化率,还原剂,（即改变,Na,2,SO,3,单体的比例）,聚合物分子量,、,转化率,、,纤维白度,工业：水溶性氧化还原引发体系（,NaClO,3,-Na,2,SO,3,、,K,2,S,2,O,8,NaHSO,3,、,NaClO,3,NaHSO,3,）,单体浓度,单体浓度,转化率转化率,聚合物增比黏度,聚合物颗粒形态均匀，沉降值下降,聚合温度,温度,反应速度,应,温度,转化率,聚合物平均分子量,工艺：控聚合反应温度,4050,聚合时间,聚合时间,反应热来不及散发出去,转化率,聚合时间,设备生产能力,聚合时间对平均分子量影响很小。通常聚合时间取,1,3h,介质,pH,pH,值在,1.9,2.2,较为适宜，酸对于氧化还原引发体系起活化作用,无机盐的影响,Fe,2,聚合反应,NaCl,、,Na,2,SO,3,聚合反应速度,氧的影响,微量对聚合反应影响小，大量空气使反应速度减慢，分子量升高，副产物,HCN,、,HCHO,、,CO,2,产生,搅拌,搅拌器转速,转化率,分子量,平均粒径,、,粒径分布变窄、沉降值,聚合物粒子大小和聚合物效应,聚合物悬浮体粒子,平均分子量,水洗的影响,水洗水温度：温度,杂质溶解,洗涤效果,；工业：,水洗水温度为,22,，,水洗水分布：水洗水分布不均匀,聚合物出现干裂纹,水洗水大量通过裂纹,水洗效果,真空度：真空度,压差,水洗水流动的动力,水洗水不能穿过聚合物层,真空度,转鼓上吸附聚合物层厚,水洗效果,脱水的影响,真空度：真空度,压差,水流动的动力,脱水效果,真空度,滤饼中水含量,能耗,真空度,水脱除量,滤饼中水含量,转鼓转数：转数,滤饼的停留时间,脱水效果,产量,第四节 聚丙烯腈纺丝原液的制备及其性质,原液准备流程示意图,1,、,7,管道混合器,2,原液混合槽,3,脱泡器,4,密封槽,5,多级混合器,6,冷却器,8,板框过滤机,9,振荡研磨机,10,荧光浆液计量罐,11,球磨机,12,球磨机接受槽,13,消光浆液贮槽,一、纺丝原液的制备,（一）一步法纺丝原液的制备,脱单：,高转化率（转化率大于,95%,）：聚合产物不需脱除单体；,中、低转化率：必须将聚合浆液进行脱单体。,脱单体流程示意图,脱单体塔结构示意图,1,试剂混合桶,2,列管式冷却器,3,单体喷冷器,4,脱单体器,脱单体效果的因素：原液温度、喷淋液温度和循环量、原液黏度、脱单塔伞面的面积、聚合转化率,低转化反应须经两次脱单体,混合,混合,原液混合均匀,质量均匀,一旦聚合停车，在一定时间内，不会影响纺丝的连续开车。,脱泡,常压静置脱泡法、连续式真空脱泡法,消光和增白,常用的消光剂为锐钛型二氧化钛，对于半消光纤维，其加入量为纤维重量的,0.2%0.3%,。对于消光纤维，其加入量为纤维重量的,0.6%,调温和过滤,原液纺前的调温：原液温度调整为,3235,，原液稳定，黏度较低，流变较好，有利于过滤纺丝,过滤：除去混合浆液中的机械杂质和少量聚合凝胶，以免在纺丝中堵塞喷丝孔，保证纺丝顺利进行,指标,大小,指标,大小,指标,大小,聚合度浓度,(%),130.2,聚合物增比黏度,0.35,0.45,阻塞系数,30,硫氰酸钠浓度,(%),440.55,特性黏度,1.490.02,外观,浅黄色透明黏液,原液黏度（落球法）,/s,280,380,黏均分子量,/,万,6,8,残余单体,/%,0.3,硫氰酸钠一步法制备纺丝原液质量指标,（二）二步法纺丝原液的制备,由水相沉淀聚合所得的聚丙烯腈是细小固体颗粒状，首先需要将它溶解于有机或无机溶剂中。并经过,混合、脱泡、过滤纺前调温等工序，以制成符合纺丝要求的原液。由于溶解之后的混合、脱泡、过滤、,纺前调温等工序，与一步法纺丝原液制备相同，所以这里只介绍溶解。,溶解,第一步：溶剂化，使高聚物浆化（即溶胀）,第二步：有限溶胀发展为无限溶胀,溶解,二、纺丝原液的性质,纺丝原液的黏度,影响聚丙烯腈纺丝原液黏度有：相对分子质量、聚丙烯腈浓度、温度、共聚物组成,纺丝原液中共聚物浓度,随着原液中,PAN,含量的提高，纤维的物理机械性能有所改善，并且可相应提高设备的生产能力。但是随着浓度的增大，原液的黏度将明显增加，这将给原液的过滤、输送和纺丝带来困难,聚丙烯腈分子量及其分布,相对分子质量：,40000,80000,相对分子质量分布：一步法所得,PAN,的相对分子质量分布较宽（分散度指数,为,2.0,2.5,）,二步法,PAN,分散度指数较窄（,1.7,2.0,）。,NaSCN,水溶液浓度（）,聚丙烯腈用量（,%,）,原液放置不同时间后的落球黏度（,s,）,24,小时,48,小时,72,小时,120,小时,44,46,48,50,52,54,56,58,14.9,14.5,14.8,14.9,14.5,14.7,14.9,15.0,冻胶化,567,195,170.5,176,233,283.5,485,1154,201,175,178.5,233.5,287.5,491,冻胶化,207,175,178,232,287.5,216.5,175,177,231,285.5,492,纺丝原液的稳定性,配制原液用的,NaSCN,水溶液中,NaSCN,浓度低于,48%,时，原液的稳定性降低，如低于,46%,，易,于冻胶化，因此腈纶生产上纺丝的原液中,NaSCN,浓度,44%,45%,，相当于采用,51%,52.1%,的,NaSCN,水溶液配制含有,12.8%,聚丙烯腈的纺丝原液,纺丝原液的白度,原液的白度受溶剂的色泽、聚合转化率、原液的,pH,值、引发剂和还原剂用,量等因素的影响。转化率或体系,pH,值较高或溶剂色泽较深时，原液的白度较,差；引发剂用量较多时，原液容易发黄；增加还原剂、二氧化硫脲、二亚乙基三,胺亚乙酸的用量时，可有效地改善原液的白度。,第五节 聚丙烯腈纺丝成型,一、聚丙烯腈的湿法纺丝成型,湿法纺丝的凝固浴示意图,（一）工艺流程,DMF,溶剂路线,DMF,法腈纶的纺丝，后加工流程图,1,凝固浴槽,2,拉伸机,3,水洗机,4,上油浴,5,干燥致密化机,6,拉伸机,7,卷曲机,8,汽蒸热定型机,9,冷却机,l0,切断机,ll,打包机,NaSCN,溶剂路线,NaSCN,法腈纶的纺丝，后加工流程图,1,凝固浴,2,预热浴,3,水洗槽,4,压辊,5,拉伸机,6,拉伸浴槽,7,第一上油浴,8,干燥机,9,张力架,10,卷曲加热器,11,卷曲机,12,装丝箱,13,汽蒸锅,14,第二上油浴,15,干燥机,16,切断机,17,吹风机,18,打包机,（二）湿法成型的凝固原理,纺丝原液由喷丝头喷出进入凝固浴后，原液细流的表层首先与凝固浴接触而很快凝固成一薄层，凝,固浴中的凝固剂（水）不断通过这一薄层扩散到细流内部，而细流中的溶剂也通过薄层扩散至凝固浴,中。由于双扩散，使薄层不断增厚，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,丙烯腈共聚合溶液发生相分离，聚丙烯腈从溶液中沉淀析出，构成初生纤维芯层，并产生体积收缩。,（三）湿法成型工艺控制,原液中丙烯腈共聚物的浓度,原液的聚合物浓度,初生纤维的密度,纤维中孔洞数目,结构均一性,、,纤维强度,原液的黏度,原液黏度,原液从喷丝孔挤出的速度,出丝速度导丝速度,丝束下堕,原液黏度,烛形过滤器和喷头的承压,损坏过滤器和喷头，另外也会产生断丝,工业：黏度（,3.80.2,）,Pas,影响因素：平均分子量、聚合物浓度、温度,原液中气泡的含量,气泡丝、毛丝、断头,原液的压力,压力,计量泵抽空,气蚀,气泡,压力,纺前的压力,喷头承受压力,原液的温度,原液温度,传质系数,凝固速度,导致和凝固浴浓度过低的结果一样,原液温度,扩散系数,扩散速度,凝固速度,会导致和凝固浴浓度过高的结果一样,凝固浴中溶剂含量（凝固浴浓度）,凝固浴一般为聚丙烯腈溶剂的水溶液，水是凝固剂。,DMF,法为,50%,60%,；,DMAc,法为,45%,55%,；,EC,法为,15%,20%,；,NaSCN,法为,8%,12%,；,HNO,3,法为,2.5%,3.5%,；,ZnCl,2,法为,185,22%,凝固浴浓度对纤维物理机械性能的影响（,NaSCN,法）,凝固浴浓度,(,),纺丝过程情况,外观,密度,(g/,2,),强力（,g/d,）,延伸度（）,28,30,25,18,23,10,20,6,7,凝固难，纤维硬,凝固难，纤维硬,纤维较紧张,正常,凝固快，纤维紧张,并丝手感粗硬泛白,并丝手感稍有改善,纤维柔软透明,同上,纤维泛白,1.162,1.171,1.181,1.184,1.178,2.4,2.7,3.1,3.3,2.0,35.6,31.5,24.6,28.2,3.8,凝固浴温度,温度,扩散系数,扩散速度,纤维成形的速度,凝固浴浓度过低的结果一样,温度,扩,散速度,纤维成形的速度,纤维芯层凝固不够充分,拉伸时造成毛丝,凝固浴温度,凝固浴循环量,一般浓度允许偏差（落差）为,0.2%,循环量对刚形成的纤维冲击 毛丝,循环量,纺丝箱前后的浓度差,凝固浴中浸长,工业上控制浸长为,0.81.0min,。,浸长丝条在浴中停留时间凝固充分纤维质量,浸长纺线机占地面积,凝固浴中运行阻力 毛丝,浸长丝条凝固不充分并丝,凝固浴中的含杂量,通过对其体积质量进行控制间接实现的。一定的体积质量对应一定的浓度。,初生纤维的卷绕速度,卷绕速度,纺丝箱中的初生纤维下垂,影响丝束的成形和连续性,卷绕速度,断丝,影响纺丝的连续性,工业：喷丝头的负拉伸率为,65%,，即卷绕速度相当出喷丝孔细流速度的,65%,。,（四）腈纶湿法纺丝机,斜底水平式纺丝机,纺丝机结构,凝固浴,喷丝板,纺丝生产线,纺丝机,纺丝计量泵,纺丝计量泵原理及结构如同纺粘胶纤维的纺丝计量泵,喷丝头,烛形过滤器,烛形过滤器,二、,聚丙烯腈的干法纺丝成型,干法纺丝喷丝头孔数较少，一般为,200,300,孔。这样用干法纺短纤维就不够经济，而,比较适合于纺制长丝，由于成形过程缓和，因此结构比较均匀致密。其纺成长丝的手感和,外观似蚕丝，物理机械性能、染色性能较好。劳动条件较好，流程紧凑，占地面积少，溶,剂回收简单。但干法纺丝设备复杂，对设备密闭性要求高。,（一）工艺流程,干纺工艺流程图,1,贮槽,2,溶解釡,3,过滤器,4,计量泵,5,纺丝甬道,6,洗涤槽,7,拉伸浴槽,8,干燥热定型（长丝）,9,卷曲机,10,干燥热定型（丝束）,11,切断机,（二）干法纺丝设备,古典式纺丝机,1,一原液导管,2,一喷丝头,3,一温度计,4,一喷丝头载热体进口,5,一喷丝头载热体出口,6,一喷丝板,7,一丝束,8,一加热载体进口,9,一加热载体出口,10,一纺丝甬道套管,11,一溶剂蒸发与加热气体出口,12,一干燥热气进口,13,一丝条出口,14,一导盘,15,一筒管,密闭循环式干法纺丝机,1,一喷丝头,2,一纺丝甬道,3,、,4,一低温夹套,5,一冷凝后溶剂出口,6,一加热套管,7,观察孔,（三）纺丝原液凝固,纺丝原液被压出喷丝孔进入纺丝甬道后，与甬道中热空气接触，使原液细流温度上升，当细流表,面温度达到溶剂沸点时，细流内部溶剂不断扩散至表面而蒸发，由于溶剂蒸发，使原液细流中高聚物,浓度增加，而溶剂含量不断降低，当达到凝固临界浓度时，原液细流固化为丝条。,（四）干法成形工艺控制,聚合物分子量,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，提高通道长度，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：,N,2,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/m,3,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,三、聚丙烯腈的干喷湿纺法纺丝成型,（一）工艺流程,腈纶干喷湿纺法成型工艺流程图,1,计量泵,2,烛形滤器,3,喷丝头,4,凝固浴,5,导丝钩,6,导丝盘,7,拉伸浴,8,干燥辊筒,9,蒸汽拉伸槽,10,松弛干燥辊筒,（二）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,50,100Pas,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,第六节 聚丙烯腈纤维后加工,一、湿法成型聚丙烯腈纤维的后加工,（一）后加工工艺流程,湿纺腈纶后加工主要包括拉伸，水洗，干燥致密化，卷曲，热定型，上油，干燥，打包,湿法纺丝工艺流程示意图,1,凝固浴,2,预热浴,3,水洗槽,4,压辊,5,拉伸机,6,拉伸浴槽,7,第一上油浴,8,干燥机,9,张力架,10,卷曲加热器,11,卷曲机,12,装丝箱,13,汽蒸锅,14,第二上油浴,15,干燥机,16,切断机,17,吹风机,18,打包机,（二）后加工工艺控制,拉伸,预热浴拉伸：为高倍拉伸作准备,拉伸倍数为,1.5,2.5,倍，温度,5060,，浴内溶剂含量,2.5%,4%,沸水或蒸汽浴拉伸：,T,g,以上进行,拉伸温度,100,左右，沸水或蒸汽浴拉伸倍数为,4,6,倍,水洗,除去丝束中的溶剂，使纤维手感好，白度好，在加工中纤维不发粘，在干燥和热定型时纤维不泛,黄，使纤维染色性良好。,上油,柔软浴采用浸渍法，而抗静电浴采用喷淋法或辊子定量法上油。棉型腈纶因长度短，抱合力差，上油率,0.4%,0.5%,，毛型腈纶上油率,0.2%,0.3%,。,上油位置：水洗和干燥致密化之间，这主要是为了避免在干燥致密化过程中因纤维与设备的摩擦引起静电而使纤维过度蓬松和紊乱造成绕鼓。,水洗,干燥致密,化,目的：消除内应力和纤维内存在的缺陷，固定卷曲度，提高尺寸稳定性，降低纤维含湿量。,机理：拉伸水洗后的纤维，其微孔已被拉长拉细，微孔内充满着水，在适当的温度下进行干燥，由于水分逐渐蒸发并从微孔移出，在微孔中产生一定的负压，即有毛细管压力。又在适当温度下，大分子链段能自由运动而引起热收缩，使微孔半径也收缩，导致分子间作用力急剧上升，然后达到微孔融合。,工艺控制：,温度和时间：干燥介质（热空气），,100,150,，时间为,2,3min,；,介质湿度：,含湿量,致密化中大分子链段运动,但不利于水分驱除,含湿量,造成与温度过高同样的弊病,工业：高温高湿相结合的方法。充分利用回风，回风利用率,85%,90%,，可节约能源。,张力：干燥致密化过程中纤维要产生轴向和径向收缩。和松弛态相比，紧张状态所得纤维的干强较,高，但延伸度和钩强低，沸水收缩率较高。,纤维收缩率：在保证温度、风量下，丝束在烘干机内保持松弛状态使之收缩,19%,25%,。这样有利 于 纤维致密化。,干燥致密化后纤维性能变化：尺寸稳定性,、,物理机械性能,、,匀染性,、,含水率,、,透光率,热定型,目的：纤维尺寸稳定性,，机械性能,（主要是勾强、勾伸）、染色性,腈纶在热定型中性能的变化：沸水收缩率,、,尺寸稳定性,、,纤度,、,初始模量,、,勾强,干伸,、染色均匀性,热定型工艺控制：介质种类、介质温度、热定型时间、纤维张力,卷曲,目的：增加腈纶自身及其与棉、毛混纺时的抱合力，提高纤维的柔软性、弹性和保暖性。,方法：机械卷曲；供棉纺用的纤维卷曲数,4,5,个,/cm,，供毛纺的纤维卷曲数,3.5,5,个,/cm,。,纤维切断,棉型纤维长度：,40mm,毛型纤维长度：粗梳毛纺的纤维长度,64 76mm,精梳毛纺的纤维长度,89114mm,卷曲机,切断机,二、干法成型聚丙烯腈纤维的后加工,干纺腈纶的水洗拉伸上油卷曲流程示意图,1,丝束桶,2,拉伸机,3,给油机,4,集束导辊,5,蒸汽箱,6,卷曲机,7,冷却输送带水冼,8,输送带,9,卷曲丝束桶,10,导辊,11,丝束检测器,集束拉伸水洗上油干燥拉伸卷曲热定型切断输送、开松打包,干纺腈纶切断干燥上油打包的流程示意图,1,丝束桶,2,切断机,3,短纤输送箱,4,丝束平铺辊,5,汽蒸室,6,风扇,7,加热区,8,张力辊,9,喷油泵,10,计量泵,11,集捕器,12,短纤打包机,13,输送带,14,成品丝束桶,切断法直接制条工艺流程图,1,引导罗拉,2,螺旋刀切丝辊,3,分离罗拉,4,输送皮带,5,后罗拉,6,双针梳箱,7,前罗拉,8,导槽,9,卷曲装置,10,导槽,11,条筒,12,铜辊,切断以后短纤维在条子中的分布,三、聚丙烯腈纤维的特殊加工,（一）直接制条,切断法,拉断法,拉断后的纤维分布情况,拉断法直接制条工艺流程图,1,张力杆,2,喂入罗拉,3,引导罗拉,4,加热板,5,中罗拉,6,刀轮,7,出条罗拉,腈纶毛条生产线,针梳,牵切纺,（二）膨体纱,腈纶的热弹性,：,拉断法制备成纤维时，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，还会重新回到拉伸以前的状态,方法：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）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，被推向细纱外部，并形成小圆圈状卷曲，浮,在细纱表面，这样就成为膨体纱。,第七节 溶剂回收和净化,一、硫氰酸钠溶液的蒸发浓缩,目的：从车间各部分收集来的硫氰酸钠溶液，混合后的浓度为,12%,14%,52%,（聚合溶剂）方法：多效蒸发流程，较常用的是双效，最多的达五效。,二、硫氰酸钠溶液中硫酸根的去除,硫酸根来源,原料的分解原料带入聚合及蒸发过程中产生 萃取后料液带入,硫酸根危害,硫酸钠,纺丝原液中沉淀出来,堵塞喷丝孔,断头，毛丝,在蒸发器中结晶出来,锅垢,影响传热,硫酸根去除：,用溶解度较大的碳酸钡，将硫酸根转变为难溶的硫酸钡沉淀，然后经真空转鼓过滤器加 以去除，而生成的碳酸在加热时可分解为二氧化碳和水，从溶剂中分离出去,。,三、硫氰酸钠溶液中铁离子的去除,铁离子危害：聚合反应产生阻聚作用；聚合液着色铁离子去出：离子交换法，强碱性阴离子交换树脂，除铁加料槽的温度,35,40,。,四、硫氰酸钠溶液的净化,将硫氰酸钠溶液中的杂质除去，采用液体萃取法，以异丙醚作为萃取剂。异丙醚能够溶解硫氰酸，而对水、硫酸、硫酸钠及其他杂质均不溶解，故首先用硫酸将硫氰酸钠转化为硫氰酸，再用异丙醚作为萃取剂将硫氰酸转入醚层而被萃取。醚层提取后，再用高纯碱还原，重新置换成硫氰酸钠，在混合液中除去异丙醚，达到净化硫氰酸钠溶液的目的。,第八节,聚丙烯腈纤维的质量控制（自学）,第九节 聚丙烯腈纤维的结构和性能,聚丙烯腈纤维的结构,通过光谱分析，聚丙烯腈大分子链中丙烯腈单元的连接方式主要是首尾相接，与,CN,基相连接的碳原子间隔着一个,CH,2,基。,聚丙烯腈纤维的性能,腈纶很像羊毛，有“人造羊毛”之美称。其主要特点是质轻保暖，染色鲜艳而牢固，防虫，防蛀，耐日晒。腈纶的热弹性和极好的日晒牢度是腈纶最突出的优点。,第十节 聚丙烯腈纤维的新品种（自学）,返回目录,