聚丙烯腈纤维.docx

聚丙烯腈纤维之物理化学性质及其应用与发展一、前言聚丙烯腈纤维，学名Polyacrylonitril,商品名为Acrylic，大陆称为腈纶聚丙烯 腈纤维为今日已工业化之合成纤维中，最多采多姿的纤维聚丙烯腈纤维的定义为“属 一种人造纤维形成这种纤维的物质是任何长练的聚合体所组成的，此聚合体至少含有85% 以上之聚丙烯腈成分”而经改质过的聚丙烯腈纤维称为改质聚丙烯腈纤维(modacrylic fiber)，其中聚丙烯腈成分占85%以下但至少须含有35%以上(Textile Fiber Product Identification Act 1960)聚丙烯腈纤维之分类学术上分科聚丙烯腈纤维 (Acrylic Fiber)改质聚丙烯腈纤维 (modacrylic fiber)商业上分类IIIIII丙烯腈含量95%~100%85%~95%35%~85%商品名奥隆司米隆都拉隆(Dral'on)丽隆(Redon)毛丽绒爱司隆压克力隆克丽丝(Creslan)嘉尼嘉隆(kanekalon) 丹尼(Dynel) 维丽尔(Verel)聚丙烯腈纤维为高熔点之聚合物，例如奥隆(Orlon)之熔点为238°C~249°C，聚丙烯腈纤 维之熔点约在240C左右，故加热至融点时容易变质，不能融熔纺丝，一班均采用融液纺 丝法。

早期因为无适当的溶剂，对于溶剂的选择上，为最大的问题点直到1948年，美 国杜邦公司(Du pont)发现DMF(dimethyl formamide二甲基甲酰胺)为聚丙烯腈纤维之最 佳的溶剂，而在1950年大量生产，命名为奥隆(Orlon) 因为聚丙烯腈单独聚合时染色较不易，故除了奥隆及极少数商品之外，现在市场上出售 的聚丙烯腈纤维皆为其共聚合物(copolymer)例如维尼龙N为丙烯腈与醋酸乙烯酯，压 克力隆为丙烯腈与苯乙烯之共聚合物而共聚合之意义在于强化物理性质与改善染色性(导入染色座席使盐基性染料可染 或酸性染料可染)，但各个制造厂商对于所使用之共聚合原料均极端的保守秘密，不做任 何明确的说明纯粹聚丙烯腈纤维具有甚高的强度，而改质的聚丙烯腈纤维则强度较低，与黏液嫘 萦差不多各种聚丙烯腈纤维的纵侧面都很类似，唯有截面的形状有异Orlon截面之形态Orlon纵侧面之形态Acrilan截面之形态 Acrilan纵侧面之形态特有特有性质(1) 短纤维柔软、蓬松，有像羊毛般给人温暖的感觉2) 抗候性特强，一般棉纤维经一年之风吹日晒，强度降低95%, nylon和蚕丝损失约99%, 而聚丙烯腈织品的强度仅损失约20%。

3) 耐热性优良：于150°C温度下，经过两日，强度仍不改变，200°C变黄，温度继续 升高，色由黄而黑，但强度损失并不是很严重4) 耐旋光性特优良：于室外暴露一年半，强度仍然保有77%5) 水分率：1.5%6) 比重：1.177) 具有防霉、抗虫和抗霉菌性一般用途：帐棚、遮日棚、雨棚、防水布、阳伞、窗帘、沙袋、衬衣、领带、运动服、 工作服等等聚丙烯腈之化学构造及化性 1、聚丙烯腈（PAN ）的加成聚合反应由氰化氢分别与环氧乙烷、乙炔、乙醛作用，皆可生成丙烯腈单体氰化氢与环氧 乙烷可经由两阶段反应生成丙烯腈聚丙烯腈（Polyacrylonitrile—P.A.N.）由原料丙烯腈（A.N.）加成聚合而成rt h2c=ch 游離塞加成聚先,CN 电"-'初始風應HoleLHC'退式P.A.hJ. FiberPolyacrylonitrile丙烯腈为具不饱和键的单体，可藉游离基引发剂的作用，促使它发生游离基聚合反 应，其加成聚合反应（Addition Polymerization）步骤为：⑴初始反应（ini tiat ion）首先若干单元体被起始剂（ini tiator）活化而开始聚合反应，活化单体的方式 有：热效应；游离基效应（常用）；光效应；离子催化效应（常用）。

以游离基效应与离子催化效应为例I、游离基效应：反应系统内添加初始剂，（R—R）吸收能量而分解成游离基R* （free radical），再以游离基R*为活化中心，诱导单元 体进行成长反应R-R—2 R游離基［港桂比分干〕1. (peroxides)2. 懾辺化佥炯(mzn compounds')3. 匕iE厢 ^ifefRedojc system)R 4 出CMHII、离子催化效应：利用金属卤化物（BF、TiCl、SnCl、AlCl等）的催化3 4 4 3作用，将单元体在极低的温度下进行聚合反应反应期间 催化剂吸收电子，单元体含双键的碳原子释放电子成为C-离子(carbonium iron)BF3 - H^C=CH GNCN■ h^c=ChCMCN2 -H c一 N Hc-C(2)成长反应(propaga tion)依成长反应单元体结合的方式，分为 头一尾结合； 头一头或尾一尾结合H2 .R—C-CH 4 n HX=CHCNCNhead to tailh-ead to head or tail to tail头一尾结合(head to tail)f 较为安定a、同位立体结构(isotactic structu re)b、对位立体结构(syndi otactic structu re)2H c.rHCHhEAc——CHCH—CNc、错位立体结构(atactic structu re)Hr Hn Ma CN Hr CM HrCN CN CN头一头(head to head)或尾一尾结合(tail to tail)f 较不安定H2 h H H? h H h HR—C—C——C ——0-C —C—0——C—C~C—I I I I I fGN CM CN CM CM GNv_■■**■排H力丸、车左定(3)终止反应(t ermina tion)交互终止反应Mr -+ M4 -^■mtPolymer溶剂转移终止反应MrX + S 擾止 ^PdyrnerMf -+ 3X 活 ti ^Polymer 端淵质子转移终止反应皿(碇帛體按出贊子罐出)IVls (魏弊上惡Po卽卬捋啦，出零于送创)血「 + 仙 —Mr +:'frfkdtPolyniBrMr 4 M, ■ M「+不均齐化反应Mr + 饥 A Mr 4:iH-fLPQlynner、 终止反应，•・•质子转移，・•・分枝多，所需能量高;终止反应，分枝少，所需能量低，.••温度低即可。

反应过程中，分枝最多的地方在终止反应，不是初始或成长反应，因此要减少聚 合反应的分枝的方法，就是降低并控制聚合反应温度2、聚丙烯腈纤维的分类根据美国联邦贸易委员会资料表示：(1) 丙烯腈(acrylonitrile)含量占聚合体的85%以上，称为聚丙烯腈纤维 (Acrylic Fibers)2) 丙烯腈含量占聚合体的35〜85%，称为改质聚丙烯腈纤维(Modacrylic Fibers)3) 含100%丙烯腈含量者，一般称为工业级聚丙烯腈纤维(Technical grade, T—Acrylics)学术上分类聚丙烯腈纤维(Acrylic Fibers)改质聚丙烯腈纤维(Modacrylic Fibers)商业上分类Acrylic Fiber IAcrylic FiberIIAcrylic Fiber III丙烯腈含量95〜100%85〜95%35〜85%商品名称美 Orlon® 日 Cashmilon®日 Exlan®日 Vonnel®日 Kanekalon®结晶性较大(H—bond较多)较小吸湿性较小较大染色性较难(结构致密)较易(结构松弛，第二成份多)强力较大较小回潮率1〜2.5%0.4 〜4%比重较轻较重横断面近乎圆形近乎椭圆形聚丙烯腈纤维加入其它共聚合体(copolymer)，其作用有二：①使*8維蒂員電的酸性monomer 改良物性(如强力等)增加对染料的可染性与均匀性一般丙烯腈与其它单体共聚合，其单元体有下列几种类别: 使纤维带负电的酸性monomerHCOOH使纤维带正电的碱性monomer②便績維帶正電的睦性monomerPAN結晶區中肓極強的氫甥 結合‘這造成縄維強力T ‘叹 濕性J ‘染色性X ‘伸度下降°③使績維不蒂電的中性monomer使纤维不带电的中性monomerhzc~chc=onh2其中以第 种第二成份较多，因此可利用盐基性染料染色，色相鲜艳，牢度佳。

3、聚丙烯腈纤维的化学结构PAN结晶区中有极强的氢键结合，这造成纤维强力f,吸湿性（，染色性（，伸度下降M-ben ndN-=—H.N_=_~H-■c4、悴 bond極性弓1力的勢霁|H band亏極樓竦製》■天黙螺狀躱，維，舞構鬆弛 辩結晶區較多）捋■在菲.结晶區网的 極性蛊數各聚丙烯腈纤维制造流程+性性栓隹紡絲工程、睡琏忡作用 银繊旳結構戦蔗密（姑熬區多）丸部分極性基均存在姑晶區內哦湿出；）染色性仁）有舐極-i±^.tt（ I ）聚丙烯腈共聚合物可用溶液、悬浮、乳化聚合方式制得，首先制得象牙色的聚合物， 再用高极性的溶剂溶解DMF二甲基甲酰胺(dimethylformamide)、DMS0二甲亚腈(dime thylsulfoxide)等使之溶解过滤之后，最后以湿式或干式纺丝法抽丝然后经过抽 长及卷取处理，但须注意奥隆丝的处理和特多隆一样是在较高的温度下施行(称为热抽)， 通常抽长至三到八倍，可使分子排列成长条的并行炼而增加强度经过抽长及卷取处理 的奥隆丝并成丝束，在经切短成奥隆棉(Orlon staple)，也就是现在市面上所供应的货 品HC-叫DMF 二甲堆竽雎乱湿式纺丝：利用水溶液交换法。

干式纺丝：以蒸气使DMF蒸发5、聚丙烯腈纤维对热的性质聚丙烯腈纤维（含85%以上丙烯腈），比重（g/cm3）：1.16〜1.20，其玻璃转位 点（Tg）： 87°C，公定回潮率1.3〜2.5%PAN6聚丙烯腈质轻、保温，弹性回复率佳抗化学药品性强（除强酸、强碱，及某些溶 剂外），抗微生物性优，故保存容易使用盐基性 邙日离子性）染料染色，色泽鲜 艳，坚牢度佳易带静电，易生毛羽'5 热分解、熱氣記分醍—— 廉化単4 變深邑—— 燮褐邑——・碳素臓維30 or（1） PAN受热变色的发色团甲亚胺基（azome thine group）H cHCz ■H cN HC——c£ 1H C He 2H c2 -H cHC——CNHC——cH4H2LJ. «.二Nc^lc——c- N - N HeIc Hc。