3-3 聚丙烯腈纤维和聚氨酯纤维在线视频

同学们大家好

我是主讲老师柴春鹏

今天我们讲聚丙烯腈纤维和聚氨酯纤维

首先是聚丙烯腈纤维

聚丙烯腈纤维

简称PAN纤维

商品名是腈纶

有“合成羊毛”之称

聚丙烯腈纤维是以丙烯腈为主要单体

含量大于85%

与少量其他单体共聚而得高聚物的纺丝产品

产量仅次于涤纶和锦纶

PAN的分子结构式如图

PAN分子结构特点是

主链是碳链

化学稳定性较好

大分子规整性好

分子结构紧密

侧位氰基的极性很强

大分子间可形成氢键

并通过氰基的偶极相互作用

形成偶极键结合

大分子链在空间的构象是不规则的螺旋状结构

聚丙烯腈纤维的化学组成

商品聚丙烯腈纤维大多数是以

丙烯腈为主体的三元共聚物

典型的三元共聚物

聚丙烯腈纤维的分子结构示意如图

图中

均有三种单体

那么三元共聚聚丙烯腈纤维化学组成中的

这三种单体具体有哪些呢

我们来看

第一单体

主要是指丙烯腈

是主要单体

含量在85%以上

是纤维的主体

决定纤维的主要性能

第二单体

也称结构单体

含量为5%～10%

作用是

减弱分子间作用力

使纺丝液容易制备

改善纤维的手感和弹性

克服纤维的脆性

有利于染料进入纤维内部

这类单体的结构特点是

含酯基的乙烯基单体

如

丙烯酸甲酯

甲基丙烯酸甲酯

醋酸乙酯等

第三单体也称为染色单体

含量在0.5%～3%

它的作用是引入能与染料结合的基团

提高纤维的染色性能

并改善纤维的亲水性

这类单体的结构特点是

可离子化的乙烯基单体

主要有两大类

一类是酸性的单体

对阳离子染料有亲和力

含羧基或磺酸基等

可以使纤维用阳离子染料染色

常用的有

丙烯磺酸钠

衣康酸单钠盐

甲基丙烯磺酸钠等

另一类是碱性单体

对酸性染料有亲和力

一般含氨基

酰胺基

吡啶基等

使纤维可用酸性染料染色

聚丙烯腈的性能

首先是一般性能

PAN纤维相对密度接近锦纶

比羊毛轻10%

比棉轻20%

热性能方面

PAN纤维的熔点不明显

因无明显的晶区和非晶区

只有有序度不同的区域

软化温度在190～240℃

范围较宽

热分解温度在250℃以上

高温的时候收缩变形比较大

力学性能方面

断裂强度小于涤纶

锦纶

大于羊毛

强度约高出羊毛1～2.5倍

断裂伸长率小于涤纶和锦纶

毛型的聚丙烯腈纤维

大于棉型的聚丙烯腈纤维

初始模量是介于涤纶和锦纶之间的

硬挺度也是介于涤纶和锦纶之间

腈纶服装的回弹性要比羊毛差

吸湿性方面

PAN纤维的吸湿排汗性能较差

静电较大

容易受污染

这是因为氰基的极性较大

它的第二 第三单体

降低了纤维的规整性

第三单体还含有亲水性基团

关于染色性能方面

PAN纤维的三元共聚物中

第三单体含酸性基团

易于阳离子染料染色

染色性能会得到很大改善

在化学性能方面

PAN纤维的

碳主链对化学药品的稳定性是良好的

但氰基极性较强

容易水解

酸催化作用下

水解的程度要小一点

碱催化作用下

水解程度较大

对常用的氧化剂

比如次氯酸钠

过氧化氢等

和常用还原剂

如亚硫酸钠

亚硫酸氢钠

保险粉等

稳定性良好

环境性能方面

PAN纤维具有优异的耐光

耐晒 耐气候性

防霉 防菌 防虫蛀的性能

因氰基碳氮三健价健中一个σ键

和两个π键

能吸收紫外光

转变成热能

使分子不易发生降解

这样就很好的保护了主价键

在燃烧性能方面

PAN纤维不会像涤纶和锦纶形成熔融的粘流

靠近火焰发生收缩

接触火焰会迅速燃烧

离开火焰也会继续燃烧

燃烧的时候它会冒黑烟

这个燃烧的时候主要产生的是

一氧化氮和二氧化氮等有毒气体

关于PAN纤维的应用

聚丙烯腈纤维有着人造羊毛的美称

它价格便宜

是羊毛和棉花的最佳替代品

可以制作帽子

毛毯 衣服 窗帘和帐篷等

另外还可用于医用器具

人工器官 污水处理等

关于聚丙烯腈纤维就讲到这里

接下来我们来介绍聚氨酯纤维

聚氨酯纤维

是以聚氨基甲酸酯为主要成分的一种

嵌段共聚物制成的纤维

是一种新型的弹性纤维

商品名为氨纶

聚氨酯的分子结构式如图

这个图中显示

聚氨酯结构中

末端的这个曲线它是代表

脂肪族聚酯二醇或者是聚醚二醇分子链

R基团是代表芳香族基

R'基团代表脂肪族基

聚氨酯分子结构的特点是

低熔点软链段和高熔点硬链段的嵌段共聚物

具有很好的弹性和足够的强度

分子结构中的这个软链段主要有两种

一种是聚醚类

如聚氧乙烯

聚氧丙烯和聚四氢呋喃

分子间作用力是范德华力

不能形成氢键

很弱

另一类是聚酯类

如混合二元醇的聚己二酸酯

有较多的酯基

分子作用力不强

但比聚醚类要大一些

硬链段是容易结晶的氨基甲酸酯基

和脲基结构

分子链间通过亚氨基和羰基形成较强的氢键

分子链中的芳香环

会使分子链的柔性降低

并容易结晶

聚氨酯纤维有两种弹性结构

示意如图所示

图中化学交联

是凝固浴中

过量的二异氰酸酯预聚体

在大分子间形成的交联

起到交联的点的作用

使大分子间有相当的这个结点

物理交联

是硬段结晶和氢键的作用

分子链间亚氨基和羰基及亚氨基间会形成氢键

起到交联区的作用

聚氨酯纤维的制备主要包括三步

第一步是聚氨酯的预聚合

通常是用1mol聚酯二醇或者聚醚二醇

与2mol的芳香二异氰酸酯反应

生成分子两端含异氰酸酯基的预聚体

第二步是扩链反应

用低分子量

具有活泼氢原子的双官能团化合物做扩链剂

预聚体中的异氰酸酯和扩链剂中的活泼氢反应

生成聚氨酯嵌段共聚物

分子量通常在20000～50000之间

第三步是纺丝

聚氨酯纤维的工业化纺丝方法主要有

干法纺丝

湿法纺丝

熔融纺丝

还有反应纺丝等四种方法

关于聚氨酯纤维的性能

由于聚氨酯纤维具有特殊的

软硬镶嵌的链段结构

所以它的纤维特点也很独特

首先它的线密度比较低

聚氨酯纤维最细的线密度

可达到11dtex

而最细的橡胶丝约合156dtex

这样就可以比较出来

聚氨酯纤维比橡胶纤维要细很多

聚氨酯纤维的强度较高

聚氨酯纤维的断裂强度是橡胶丝的2~4倍

它的弹性比较好

聚氨酯纤维的伸长率

能达到500％～800％

瞬时弹性回复率也在90％以上

那它的弹性与橡胶丝是相差无几的

耐热性较好

聚氨酯纤维的软化温度约200℃

熔点或分解温度约270℃

这是优于橡胶丝的

在化学纤维中属耐热性比较好的品种

聚氨酯纤维吸湿性较强

橡胶丝几乎是不吸湿的

而聚氨酯纤维在20℃

65％的相对湿度下

它的的回潮率能达到1.1％

这个回潮率虽然比棉

羊毛和锦纶要小

但是它是优于涤纶和丙纶的

由于聚氨酯纤维具有类似海绵的性质

因此可以使用所有类型的

染料对聚氨酯纤维进行染色

因此它具有很优良的染色性

此外

聚氨酯纤维还具有良好的耐气候性

耐挠曲

耐磨

耐一般化学药品等性能

聚氨酯纤维的使用形式主要四种

第一种是裸丝

这个是指100%的氨纶纤维

它是最早使用的弹力长丝

第二种是包芯纱

就是以氨纶为芯

外包一种或者是几种非强力的短纤维

如棉 毛 腈纶 涤纶等的纱线

这种形式是氨纶应用的最广的一种纱线品种

第三是包覆纱

又称包缠纱

芯为氨纶

用合成纤维长丝或者是纱线

以螺旋形的方式对氨纶包覆而形成的

有单包覆纱和双包覆纱

第四种是合捻纱

也称为合股纱

是在对氨纶牵伸的同时

与其他两根无弹性的纱并合加捻而成

这种纱主要是用于织造粗厚织物

如弹力劳动布

弹力单面华达呢等

聚氨酯纤维的应用广泛

加入聚氨酯纤维的服装会有明显的弹性

那么市场上针织T恤的

聚氨酯纤维含量一般是在5%-8%

对弹力要求较高的内衣和紧身服装的

聚氨酯纤维含量可高达30%

聚氨酯纤维不但广泛用于纺织工业

也可作为功能材料用于医用领域

如一次性医用口罩的高弹力耳带

皱纹弹性绷带

手术服和防护服等

有关聚丙烯腈纤维和聚氨酯纤维的改性内容

请同学们课后自学

好 这节课我们就讲到这里

同学们再见