聚丙烯腈纤维的发展:特性与应用T.Gries等著刘越译李理校1特性传统的聚丙烯腈(PAN)纤维具有清晰显著的结晶结构。X射线图显示出轮廓明显的半圆形晶体反射,这主要是因为与分子链方向平行的不间断晶格面所致。另外,由于明显地缺乏与分子链方向成横向关系的确定的晶格面,因此只有弥散“非晶态”的光强度贡献才可以观察到。PAN纤维的X射线图如图1所示,聚丙烯腈纤维结构模型图如图2所示。图1PAN纤维的X射线图聚丙烯腈纤维具有类似羊毛的手感,而且由于哑铃形纤维横截面使它具有特别有价值的高膨松力和弹性。高的弹性度确保其低的皱纹倾向。其低密度则确保由其加工的纺织品具有好的回复性和保温能力。PAN纤维不发生毡缩,并且如果与羊毛以合适比例混纺还能防止羊毛发生毡缩。由于纤维具有极好的防腐性及高的耐紫外线性,因而它们常用于家用纺织品以及室外纺织品方面。聚丙烯腈纤维的可染色性良好。PAN纤维可以用分散染料、碱性染料染色,也可以用颜料着色以获得最大的色牢度。染色后色彩亮丽。111显微特性11111横截面图2聚丙烯腈纤维的结构模型聚丙烯腈纤维的横截面取决于以下参数:(1)聚合物组成;(2)纺丝工艺以及纺丝工艺的中间过程;(3)纺丝条件。在溶液纺丝工艺中,纤维横截面的变化发生在纤维离开喷丝板之后。干法纺丝纤维一般具有哑铃形、卵石形、x形或y形的横截面。湿法纺丝时,存在沉淀剂与溶剂的比例问题。如果纺丝物料中所含溶剂量少于沉淀剂量,纤维发生溶胀而形成圆形横截面。另一方面,如果纺丝浴中溶剂量多于沉淀剂量,就会出现收缩,从而形成柔软的、易变形薄壳型的圆形横截面,但是这一固态表层易发生塌陷从而形成哑铃形横截面。用干法工艺纺PAN纤维时,溶剂的渗出与挥发速率之间的相互关系对横截面的轮廓起决定性—9—2004年第1期国外纺织技术化纤作用。当成形中长丝固化时外部快于内部时,就会形成皮芯结构,溶剂从纤维芯部向皮层恒定的挥发减少了芯部物质,从而使其从内部消失。如果与溶剂的渗出速率相比较,溶剂的挥发速率较快,那么更多的是纤维的横截面从圆形向哑铃形的转化。图3显示了DMF挥发速率与长丝在纺丝甬道中的延迟时间的关系。横截面形状对纤维的光泽、吸收能力及力学特性都有影响,例如:对确定的表面积而言,圆形横截面纤维的抗弯性能要大于哑铃形横截面纤维。11112纵截面纤维的纵向表面结构与其生产工艺之间有着极大的关系,湿法纺丝纤维具有粗糙且明显的结构表面,而干法纺丝纤维具有柔软且细微的结构图3DMF挥发速率与长丝在纺丝甬道中延迟时间的关系表面。图4为聚丙烯腈及改性聚丙烯腈纤维的横截面和纵截面的电子显微镜(SEM)照片。图4聚丙烯腈及改性聚丙烯腈纤维的横截面和纵截面112特殊类型众多不同的特殊类型以及每种情况下各种截面各不相同的性质,基本上都可以通过PAN纤维的化学改性来获得。根据Z.A.Rogowin的文献,下面的化学改性是可能的:(1)由丙烯腈共聚物制得纤维;(2)通过似聚合物的腈基转化来改性纤维;(3)由接枝共聚物制备纤维;(4)其他聚合混合制备纤维。图5为B.vonFalkai的文献列举的聚丙烯腈纤维改性的可能途径。图5聚丙烯腈纤维改性的可能途径11211双组分纤维PAN双组分纤维是在1958年由DuPont公司最先以Type21的名称推向市场的。对双组分纤维重要的是并列型(S/S型),其中两种丙烯腈组分在横截面中偏心排列。纺丝是通过孪生的喷丝板实现的。由于在这两组分中不同共聚单体含量不同,因此受温度影响它们的收缩度不同,形成类似于羊毛的三维卷曲纤维。在组分中对于不同浓度的亲水性基团,卷曲是可逆的,也就是说在洗涤时卷曲会消失掉而在干燥时又会恢复。而对同一个浓度亲水性基团就会形成永久性卷曲。双组分纤维的另一种改性就是生产具有不同—01—化纤国外纺织技术总第226期染料亲和力的纤维,以此种方式改性的纤维,可以用不同染料基团进行染色。按此方法可以得到单浴混纺效果。11212纺丝染色纤维染料可以早在此步骤时加入到纺丝溶液中,可以使用水溶性的、阳离子的及颜料等染料品种。其他添加品种为用于消光的二氧化钛及荧光增白剂。这种加工对于湿法纺丝工艺而言具有特别的成本效益。生产纺丝染色纤维的其他可能性作者已在另文中作了说明。11213可收缩性纤维用于生产收缩性PA...
