1、1第八章第八章 腈綸腈綸PAN (Polyacrylonitrile)n1.腈綸的概述腈綸的概述n2.腈綸的生產腈綸的生產n3.腈綸的性質腈綸的性質n4.腈綸的用途腈綸的用途2.1 聚合聚合2.2 紡絲紡絲2“奧綸奧綸”、“開司米綸開司米綸”34n早在早在19291929年人們就已制得聚丙烯腈年人們就已制得聚丙烯腈, ,但因沒有合適但因沒有合適的溶劑，未能制成纖維。的溶劑，未能制成纖維。n19421942年，德國人年，德國人H.H.萊因與美國人萊因與美國人G.H.G.H.萊瑟姆幾乎萊瑟姆幾乎同時發現了二甲基甲酰胺溶劑，并成功地得到了同時發現了二甲基甲酰胺溶劑，并成功地得到了聚丙烯腈纖維。聚丙烯

2、腈纖維。n19501950年，美國杜邦公司首先進行工業生產。以后年，美國杜邦公司首先進行工業生產。以后, ,又發現了多種溶劑又發現了多種溶劑, ,形成了多種生產工藝。形成了多種生產工藝。n19541954年，聯邦德國法本拜耳公司用丙烯酸甲酯與年，聯邦德國法本拜耳公司用丙烯酸甲酯與丙烯腈的共聚物制得纖維，改進了纖維性能，提丙烯腈的共聚物制得纖維，改進了纖維性能，提高了實用性，促進了聚丙烯腈纖維的發展。高了實用性，促進了聚丙烯腈纖維的發展。 5n腈綸工業從2O世紀5O年代在美國、德國和日本實現了工業化生產工業化生產，6O年代和7O年代世界腈綸工業快速發展工業快速發展，到8O年代由于服用纖維轉向棉和

3、天然纖維，而且原料價格上漲，成本增加，導致腈綸增長減緩。增長減緩。 6占比指中國腈綸產量占世界腈綸總產量比例 7企業名稱溶劑產量工藝路線上海石化股份公司NaSCNNaSCNDMF22.35一步法濕法紡絲工藝二步法濕法紡絲工藝干法紡絲工藝吉林化纖集團公司DMAc7.86濕法紡絲工藝安慶石化分公司NaSCN7.58二步法濕法紡絲工藝大慶石化分公司NaSCN6.60二步法濕法紡絲工藝齊魯石化分公司DMF5.88干法紡絲工藝撫順石化公司DMF5.55干法紡絲工藝秦皇島腈綸廠DMF4.56干法紡絲工藝蘭州化工廠NaSCN2.11一步法濕法紡絲工藝淮安天意1.24其他2.47 合計66.20國內主要腈綸生

4、產企業 8 丙烯腈：丙烯腈：分子中含有碳分子中含有碳- -碳雙鍵碳雙鍵和腈基，化學性質很活潑。用量和腈基，化學性質很活潑。用量909094%94% 第三單體：第三單體：帶有酸性基團帶有酸性基團的乙烯基的乙烯基單體如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸單體如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸、衣康酸鈉鹽等；或是、衣康酸鈉鹽等；或是帶有堿性基帶有堿性基團團的乙烯基單體如的乙烯基單體如2-2-乙烯基吡啶、乙烯基吡啶、2-2-甲基甲基-5-5乙烯基吡啶等。乙烯基吡啶等。用量很少，一般低于用量很少，一般低于5% 5% 。主要原料主要原料9 這是由于單一丙烯腈聚合物制成的纖維，分這是由于單一丙烯腈聚合物制成的纖維，分子堆砌緊密

5、，橫向高度有序，缺乏柔性，發脆，子堆砌緊密，橫向高度有序，缺乏柔性，發脆，染料分子很難進入，染色非常困難。染料分子很難進入，染色非常困難。 為了克服聚丙烯腈的這些缺陷，人們采用為了克服聚丙烯腈的這些缺陷，人們采用加加入第二單體的方法，破壞大分子鏈的規整性，降入第二單體的方法，破壞大分子鏈的規整性，降低大分子間的斂集密度，使纖維柔順，改善纖維低大分子間的斂集密度，使纖維柔順，改善纖維的彈性和手感的彈性和手感； 加入第三單體，引入一定數量的親染料基團，加入第三單體，引入一定數量的親染料基團，提高染色能力提高染色能力。10國內腈綸基本都是三元共聚，主要有兩類：國內腈綸基本都是三元共聚，主要有兩類：丙

6、烯腈丙烯腈丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯（甲基）丙烯磺酸鈉（甲基）丙烯磺酸鈉丙烯腈丙烯腈丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯衣康酸衣康酸第一類第一類第二類第二類CH2CHCH2CNCHCH2COOCH3CHCH2SO3NaCH2CHCH2CNCHCH2COOCH3CCH2COONaCOOH112.1 PAN2.1 PAN的合成的合成聚合機理聚合機理自由基自由基共聚合反應共聚合反應 有機化過氧有機化過氧化物、無機過化物、無機過氧化物和偶氮氧化物和偶氮類化合物類化合物溶液聚合溶液聚合法法（一步法）、（一步法）、水相沉淀聚合水相沉淀聚合法（法（ 二步法）二步法）引發劑引發劑工業聚合方法工業聚合方法12 一步法：用油溶性引發劑

7、，反應熱容易控一步法：用油溶性引發劑，反應熱容易控制，產品均一，可以連續聚合、連續紡絲；制，產品均一，可以連續聚合、連續紡絲；要有溶劑回收工序。要有溶劑回收工序。 二步法：用水為介質，采用水溶性引發劑，聚合產二步法：用水為介質，采用水溶性引發劑，聚合產物不溶解于水相而沉淀出來，其優點在于，反應溫物不溶解于水相而沉淀出來，其優點在于，反應溫度低，產品色澤潔白；可以得到相對分子質量分布度低，產品色澤潔白；可以得到相對分子質量分布窄的產品；聚合速度快，轉化率高，無溶劑回收工窄的產品；聚合速度快，轉化率高，無溶劑回收工序等；但在紡絲前，要進行聚合物的溶解工序。序等；但在紡絲前，要進行聚合物的溶解工序。

8、2.1 PAN的合成的合成13投料配方投料配方以丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲叉丁二酸為單體，以丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲叉丁二酸為單體，以硫氰酸鈉的水溶液為溶劑，單體按丙烯腈以硫氰酸鈉的水溶液為溶劑，單體按丙烯腈丙烯酸甲丙烯酸甲酯酯甲叉丁二酸甲叉丁二酸91.771.391.771.3配比投料，配方如下：配比投料，配方如下： 單體（三元）單體（三元）17% 淺色劑（二氧化硫脲）淺色劑（二氧化硫脲）0.75% 偶氮二異丁腈偶氮二異丁腈0.75% 溶劑（溶劑（NaSCN水溶液水溶液 80-80.5% 濃度濃度51%52% ） 調節劑（異丙醇）調節劑（異丙醇）1%3%（1）溶液聚合）溶液聚合14生產工藝生產工藝

9、123467891012511121314151515AIBNTUD溶劑及溶劑及衣康酸衣康酸丙烯腈丙烯腈丙 烯 酸 甲丙 烯 酸 甲酯酯異丙醇異丙醇聚 合 物 溶聚 合 物 溶液液混合器混合器聚合釜聚合釜脫單體塔脫單體塔噴淋冷噴淋冷凝器凝器熱交換器熱交換器單體含量小于0.2%15聚合釜來聚合釜來去單體噴去單體噴淋冷凝器淋冷凝器進料進料出料出料冷水冷水冷水冷水熱水熱水熱水熱水排污排污熱水熱水熱水熱水排污排污夾套夾套視鏡視鏡視鏡視鏡傘傘攪拌器攪拌器電動機電動機進料溫度控制器進料溫度控制器夾套用蒸汽夾套用蒸汽盤管加熱盤管加熱去漿液混合貯槽去漿液混合貯槽聚合釜聚合釜16聚合條件聚合條件聚合溫度聚合溫度

10、76768080，時間，時間1.21.21.5h1.5h 高轉化率控制在高轉化率控制在70%70%75%75%， 低轉化率控制在低轉化率控制在50%50%55%55% 攪拌速度攪拌速度555580r/min80r/min 高轉化率時溶液中聚合物濃度高轉化率時溶液中聚合物濃度11.9%11.9%12.7%12.7% 低轉化率時溶液中聚合物濃度為低轉化率時溶液中聚合物濃度為10%10%11%11%。（1）溶液聚合）溶液聚合17（2 2）連續水相沉淀聚合）連續水相沉淀聚合工藝特點工藝特點水溶性氧化水溶性氧化-還原引發體系；還原引發體系；聚合在聚合在3050之間甚至更低溫度下進行；之間甚至更低溫度下進

11、行；產物色澤較白；產物色澤較白；反應熱容易移出，便于控制聚合溫度；反應熱容易移出，便于控制聚合溫度；產物相對分子質量分布較窄；產物相對分子質量分布較窄；聚合速度快，粒子大小均一，聚合轉化率比較高；聚合速度快，粒子大小均一，聚合轉化率比較高；聚合物含水率低，漿液好處理；聚合物含水率低，漿液好處理；對紡絲溶劑對紡絲溶劑-硫氰酸鈉濃水溶液純度的要求低于一步法硫氰酸鈉濃水溶液純度的要求低于一步法18生產工藝生產工藝1234567891011洗滌水洗滌水聚合體聚合體低壓蒸低壓蒸汽汽聚合體淤漿聚合體淤漿回收單體回收單體NaOH水溶液水溶液含單體的含單體的聚合物漿液聚合物漿液計量泵計量泵終止釜終止釜脫單體塔

12、脫單體塔19聚合條件聚合條件： 引發劑的用量為單體質量的引發劑的用量為單體質量的0.1%0.1%4% 4% ； pHpH值維持在值維持在2 23.53.5之間；之間； 聚合溫度聚合溫度353555 55 ； 反應時間反應時間1 12h 2h ； 高聚物產率高聚物產率80%80%85%85%。為了降低表面張力以使相對分子質量穩定，為了降低表面張力以使相對分子質量穩定，一般要向反應混合物中加入硫醇及其他物質。一般要向反應混合物中加入硫醇及其他物質。20 2.2.12.2.1紡絲方法紡絲方法 聚丙烯腈具有很高的軟化點，其理論熔點聚丙烯腈具有很高的軟化點，其理論熔點TmTm（267267）超）超過分解

13、溫度過分解溫度Td (200-250)Td (200-250)，所以聚丙烯腈不能用熔融紡絲法，所以聚丙烯腈不能用熔融紡絲法紡絲。紡絲。 2.2聚丙烯腈纖維的生產聚丙烯腈纖維的生產溶液法紡絲溶液法紡絲濕法紡絲濕法紡絲干法紡絲干法紡絲生產長絲生產長絲生產短絲生產短絲21 腈綸是合成纖維中工藝路線最多的一個品種。腈綸是合成纖維中工藝路線最多的一個品種。這些工藝路線的共同點是這些工藝路線的共同點是：采用溶液采用溶液(濕法和干法濕法和干法)紡絲方法，紡絲方法，有相應的溶劑回收處理等。有相應的溶劑回收處理等。不同點是：不同點是：不同的聚合方法不同的聚合方法(非均相沉淀聚合或均相聚合非均相沉淀聚合或均相聚合

14、) ；不同的紡絲溶劑不同的紡絲溶劑(可采用二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲可采用二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲基亞砜，碳酸乙烯酯，硫氰酸鈉，硝酸，氯化鋅等基亞砜，碳酸乙烯酯，硫氰酸鈉，硝酸，氯化鋅等)；不同的紡絲方法不同的紡絲方法(濕法或干法紡絲，濕法中采用不同凝固浴濕法或干法紡絲，濕法中采用不同凝固浴)；不同的牽伸、后處理工藝；不同的牽伸、后處理工藝；不同的溶劑回收工藝。不同的溶劑回收工藝。 2223一步法：單體直接聚合一步法：單體直接聚合 聚合物溶液聚合物溶液二步法：固體成纖聚合物二步法：固體成纖聚合物 紡絲液紡絲液 紡絲機紡絲機混合、過濾、脫泡+溶劑溶解分離、干燥 計量泵、燭形濾器計量

15、泵、燭形濾器 噴絲頭噴絲頭 凝固浴凝固浴 后處理后處理目前用于工業化生產的共有目前用于工業化生產的共有8種溶劑、種溶劑、12種工藝路線，其種工藝路線，其中中以以DMAC濕法濕法二步法、二步法、NaSCN濕法和濕法和DMF干法為主干法為主。 其中濕法紡絲的又分一步法和二步法其中濕法紡絲的又分一步法和二步法24n2.2.2 濕法紡絲工藝（以二步法為例）濕法紡絲工藝（以二步法為例）1 1、紡絲原液的制備、紡絲原液的制備（以硫氰酸鈉溶液為溶劑以硫氰酸鈉溶液為溶劑） 由水相聚合得到的聚丙烯腈是細小的固體顆粒狀，首先由水相聚合得到的聚丙烯腈是細小的固體顆粒狀，首先需要將它溶解在需要將它溶解在NaSCN溶液

16、溶液中，并經過混合、脫泡、過濾中，并經過混合、脫泡、過濾等工序，以制成符合紡絲要求的紡絲原液等工序，以制成符合紡絲要求的紡絲原液漿化。漿化。NaSCN水溶液水溶液的濃度為的濃度為44%57%。高聚物濃度為高聚物濃度為1013%。取決于共聚物的取決于共聚物的組成、分子量組成、分子量 及其多分散性及其多分散性在溶液中加入適當的稀釋劑可以降低溶液的黏度，例如用在溶液中加入適當的稀釋劑可以降低溶液的黏度，例如用硫氰酸鈉、乙醇、水三組分（硫氰酸鈉、乙醇、水三組分（45：40；15）溶液作溶劑。）溶液作溶劑。252 2、成型過程、成型過程 將聚合工段送來的紡絲溶液經計量泵壓入燭形過濾器至噴將聚合工段送來的

17、紡絲溶液經計量泵壓入燭形過濾器至噴頭，以頭，以5 510m/s10m/s的紡絲速度噴出紡絲細流，在凝固溶中凝的紡絲速度噴出紡絲細流，在凝固溶中凝固成形。初生的絲條再經預熱進一步凝固脫水，并給予適固成形。初生的絲條再經預熱進一步凝固脫水，并給予適當的拉伸后，於蒸汽加熱下進行高倍率拉伸。拉伸后的纖當的拉伸后，於蒸汽加熱下進行高倍率拉伸。拉伸后的纖維再經水洗、上油、干燥、熱定型、卷曲、切斷、打包等維再經水洗、上油、干燥、熱定型、卷曲、切斷、打包等工序制得聚丙烯腈短纖維。工序制得聚丙烯腈短纖維。26原液細流原液細流凝固浴凝固浴臨臨界界濃濃度度這一過程的完成是以雙擴散為基礎的。這一過程的完成是以雙擴散為

18、基礎的。雙擴散包括凝固浴中的凝固劑向原液細流內雙擴散包括凝固浴中的凝固劑向原液細流內部的擴散，也包括原液中溶劑向凝固浴擴散。部的擴散，也包括原液中溶劑向凝固浴擴散。濕法成形凝固歷程濕法成形凝固歷程27雙擴散過程雙擴散過程 紡絲原液由噴絲頭噴出進入凝固浴后，原液細流的表紡絲原液由噴絲頭噴出進入凝固浴后，原液細流的表層首先與凝固浴接觸而很快凝固成一薄層，層首先與凝固浴接觸而很快凝固成一薄層，凝固浴中的凝凝固浴中的凝固劑固劑（水）不斷通過這一皮層（水）不斷通過這一皮層擴散至細流內部擴散至細流內部，而，而細流中細流中的溶劑的溶劑也通過皮層也通過皮層擴散至凝固浴中。擴散至凝固浴中。由于雙擴散的不斷進行，

19、使皮層不斷增厚，當由于雙擴散的不斷進行，使皮層不斷增厚，當細流中間部分的細流中間部分的溶劑濃度降低到某一臨界濃度以下溶劑濃度降低到某一臨界濃度以下時，原為均相的丙烯腈的共時，原為均相的丙烯腈的共聚物溶液發生相分離，聚丙烯腈從溶液中沉淀析出，構成初生聚物溶液發生相分離，聚丙烯腈從溶液中沉淀析出，構成初生纖維的芯層，并產生一定的體積收縮。纖維的芯層，并產生一定的體積收縮。濕法成形凝固歷程濕法成形凝固歷程28 隨著紡程的增加，細流中的隨著紡程的增加，細流中的NaSCN含量不斷下含量不斷下降，而降，而H2O的含量不斷增加，導致體系中的含量不斷增加，導致體系中NaSCN濃度明顯下降。濃度明顯下降。 由于

20、脫溶劑化所引起的體積收縮使聚丙烯腈的濃由于脫溶劑化所引起的體積收縮使聚丙烯腈的濃度相應地提高。度相應地提高。初生纖維是一種高度溶脹立體網初生纖維是一種高度溶脹立體網絡狀的凍膠體，絡狀的凍膠體，立體網絡骨架由大分子鏈束組成，立體網絡骨架由大分子鏈束組成，大分子鏈間的纏結是骨架的物理交聯點。大分子鏈間的纏結是骨架的物理交聯點。濕法成形凝固歷程濕法成形凝固歷程293、紡絲工藝流程、紡絲工藝流程n原液細流原液細流凝固浴固化成型凝固浴固化成型溶劑拉伸溶劑拉伸（預熱）（預熱）水洗水洗熱拉伸熱拉伸驟冷驟冷調溫調調溫調濕熱定型濕熱定型二次拉伸二次拉伸調質上油調質上油卷卷曲曲干燥干燥打包裝箱打包裝箱30溶劑拉伸

21、溶劑拉伸a、概念概念 所謂溶劑拉伸是指將剛成形的纖維在一定溫度、一定濃度所謂溶劑拉伸是指將剛成形的纖維在一定溫度、一定濃度的的NaSCN溶液中進行低倍拉伸。溶液中進行低倍拉伸。b、目的目的 1. 為達到工藝總牽伸創造條件為達到工藝總牽伸創造條件 2. 提高初生纖維的強度提高初生纖維的強度 3. 降低絲的直徑，提高水洗的效率降低絲的直徑，提高水洗的效率55-65 3-4%的的NaSCN水溶液水溶液 1.5-2.5倍倍31 使使纖維手感粗硬，且色澤灰暗，加工中纖維發粘，纖維手感粗硬，且色澤灰暗，加工中纖維發粘，不易梳分，干燥和熱定型時纖維容易發黃不易梳分，干燥和熱定型時纖維容易發黃，特別，特別是在

22、以后的染色過程中更會有不良影響，是在以后的染色過程中更會有不良影響，使染料使染料沉淀，產生斑點沉淀，產生斑點。水洗的目的水洗的目的由凝固浴或拉伸浴出來的絲束含有一定量的溶劑由凝固浴或拉伸浴出來的絲束含有一定量的溶劑不除不除水洗后纖維上的殘余溶劑含量水洗后纖維上的殘余溶劑含量1 略偏離圓形（存在皮層）略偏離圓形（存在皮層） 1 近梅花形近梅花形 1 呈扁平狀，近于大豆形或啞鈴形呈扁平狀，近于大豆形或啞鈴形紡絲液濃度紡絲液濃度，越偏離圓形，越偏離圓形(2)其他形態結構特點其他形態結構特點 無明顯孔洞和微纖結構，皮芯結構不如濕紡明顯無明顯孔洞和微纖結構，皮芯結構不如濕紡明顯51 1形態形態 隨溶劑和

23、紡絲方法不同而不同。腈綸的縱隨溶劑和紡絲方法不同而不同。腈綸的縱面有少量溝槽，干法紡絲的纖維截面呈啞鈴形，濕法面有少量溝槽，干法紡絲的纖維截面呈啞鈴形，濕法紡絲（紡絲（NaSCN為溶劑）的則為圓形。為溶劑）的則為圓形。 52n2強伸性和彈性強伸性和彈性 品種腈綸滌綸錦綸強度cN/tex173235443353斷裂伸長率%254620502545 腈綸蓬松、卷曲而柔軟，彈性較好，但多次拉伸的剩腈綸蓬松、卷曲而柔軟，彈性較好，但多次拉伸的剩余變形較大，因此腈綸織物的袖口、領口等易變形。余變形較大，因此腈綸織物的袖口、領口等易變形。53和羊毛比：和羊毛比：1、比羊毛輕、比羊毛輕10以上，但強度卻大以

24、上，但強度卻大2倍多；倍多；2、回彈性在伸長較小時、回彈性在伸長較小時羊毛羊毛2回彈率腈綸回彈率腈綸9299%，羊毛，羊毛99%3、穿著過程中羊毛的回彈性、穿著過程中羊毛的回彈性腈綸的腈綸的多次循環負荷的回彈性好多次循環負荷的回彈性好剩余形變值剩余形變值OR大。大。543吸濕性和染色性吸濕性和染色性腈綸結構緊密腈綸結構緊密吸濕性低，一般大氣吸濕性低，一般大氣條件下回潮率為條件下回潮率為1.22.0%左右。左右。染色性不好，引入第染色性不好，引入第二、第三單體后得到二、第三單體后得到了改善了改善4腈綸的腈綸的Tg丙烯腈的丙烯腈的均聚物均聚物一般有一般有2個個Tg：低序區低序區Tg1=80100高

25、序區高序區Tg2=140150丙烯腈的丙烯腈的三元共聚物三元共聚物Tg：75100含較多水分或膨化劑下含較多水分或膨化劑下Tg：7580555. 腈綸的熱彈性腈綸的熱彈性熱回彈性熱回彈性：在緊張狀態下使纖維迅速冷卻，使纖維在具有：在緊張狀態下使纖維迅速冷卻，使纖維在具有較大內應力的情況下固定下來，這種纖維就潛伏著受熱后較大內應力的情況下固定下來，這種纖維就潛伏著受熱后的收縮性，即熱回彈性。的收縮性，即熱回彈性。腈綸的高收縮纖維腈綸的高收縮纖維：在外力作用下，強迫熱拉伸而具有熱彈：在外力作用下，強迫熱拉伸而具有熱彈性的纖維性的纖維AB高收縮纖維高收縮纖維100進行熱松弛處理進行熱松弛處理AB腈綸

26、膨體紗腈綸膨體紗56主鏈對酸堿穩定，側基主鏈對酸堿穩定，側基氰基氰基發生水解發生水解6耐酸堿性耐酸堿性CH2CHCNH2OH or OHCH2CHCONH2H2OH or OHCH2CHCOOH+NH3水解反應中水解反應中燒堿的催化作用燒堿的催化作用硫酸。硫酸。水解的結果水解的結果：聚丙烯腈溶解，纖維失重，強力降低：聚丙烯腈溶解，纖維失重，強力降低PAN強堿處理下為什么發黃？強堿處理下為什么發黃？水解出的水解出的NH3與為與為水解的氰基反應生水解的氰基反應生成脒基，產生黃色成脒基，產生黃色57 7耐光性耐光性 腈綸耐光性和耐氣候性特別優良，在腈綸耐光性和耐氣候性特別優良，在常見紡織纖維中最好常

27、見紡織纖維中最好。腈綸放在室外曝曬一年，其強度只下降腈綸放在室外曝曬一年，其強度只下降5%，對日光的抵抗性也，對日光的抵抗性也比羊毛大比羊毛大1倍，比棉花大倍，比棉花大10倍。因此腈綸最適宜做室外用織物。倍。因此腈綸最適宜做室外用織物。 8其他性質其他性質 腈綸耐熱性好，熨燙溫度腈綸耐熱性好，熨燙溫度130-140。不發霉，不怕蟲。不發霉，不怕蟲蛀，但耐磨性差，尺寸穩定性差。腈綸相對密度較小。蛀，但耐磨性差，尺寸穩定性差。腈綸相對密度較小。58通過共聚、混合紡通過共聚、混合紡絲、復合紡絲等方絲、復合紡絲等方法可以改進聚丙烯法可以改進聚丙烯腈纖維的染色性、腈纖維的染色性、耐熱性、蓬松性與耐熱性、

28、蓬松性與提高回彈性等性能提高回彈性等性能。由于聚丙烯纖維由于聚丙烯纖維具有優良的耐光、具有優良的耐光、耐氣候性，所以除耐氣候性，所以除作衣著及毛毯之外作衣著及毛毯之外，最適宜作室外織，最適宜作室外織物，如帳篷、苫布物，如帳篷、苫布等。等。5960 將將聚丙烯腈纖聚丙烯腈纖維（共聚組分盡維（共聚組分盡量少）經過高溫量少）經過高溫處理可得到碳纖處理可得到碳纖維和石墨纖維。維和石墨纖維。聚丙烯腈纖維聚丙烯腈纖維 目前目前已知的熱穩已知的熱穩定性最好的纖維之定性最好的纖維之一，可耐一，可耐30003000的的高溫。在高溫下能高溫。在高溫下能經久不變形，并具經久不變形，并具有很高的化學穩定有很高的化學穩

29、定性，良好的導電性性，良好的導電性和導熱性。和導熱性。石墨纖維石墨纖維碳纖維碳纖維 是宇宙飛行是宇宙飛行、火箭、噴氣技、火箭、噴氣技術以及工業一耐術以及工業一耐高溫、防腐蝕領高溫、防腐蝕領域的良好材料。域的良好材料。在醫療上，還可在醫療上，還可以用于人工肋骨以用于人工肋骨和肌腱韌帶等。和肌腱韌帶等。6162 由有機纖維或低分子烴氣體原料在由有機纖維或低分子烴氣體原料在惰性氣氛中經高溫惰性氣氛中經高溫(1500C)碳化而成的碳化而成的纖維狀碳化合物，其碳含量在纖維狀碳化合物，其碳含量在90%以上。以上。特點特點：強度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼：強度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼還耐腐蝕、

30、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導電，具有許多寶貴的電學、熱學和力學性能的新電，具有許多寶貴的電學、熱學和力學性能的新型材料。型材料。63輕巧，而且消耗動力輕巧，而且消耗動力少，推力大，噪音小少，推力大，噪音小碳纖維碳纖維碳纖維碳纖維+塑料塑料能提高計算機的儲存能提高計算機的儲存量和運算速度量和運算速度碳纖維增強塑料碳纖維增強塑料衛星衛星機械強度高，質量小，機械強度高，質量小，可節約大量的燃料可節約大量的燃料64預氧化：預氧化：200300的氧化氣氛中，原絲受張力情況下進行的氧化氣氛中，原絲受張力情況下進行 PAN的的Tg低于低于100，分解前會軟化熔融

31、，不能直接在惰性氣體中，分解前會軟化熔融，不能直接在惰性氣體中進行碳化。先在空氣中進行預氧化處理，使進行碳化。先在空氣中進行預氧化處理，使PAN的結構轉化為穩定的的結構轉化為穩定的梯形六元環結構，就不易熔融。另外，當加熱足夠長的時間，將產生梯形六元環結構，就不易熔融。另外，當加熱足夠長的時間，將產生纖維吸氧作用，形成纖維吸氧作用，形成PAN纖維分子間的化學鍵合。纖維分子間的化學鍵合。PAN原絲制備碳纖維的過程分為三個階段：原絲制備碳纖維的過程分為三個階段：65碳化：碳化： 在在4001900的惰性氣氛中進行，碳纖的惰性氣氛中進行，碳纖維生成的主要階段。除去大量的氮、氫、氧等維生成的主要階段。除去大量的氮、氫、氧等非碳元素，改變了原非碳元素，改變了原PAN纖維的結構，形成了纖維的結構，形成了碳纖維。碳化收率碳纖維。碳化收率4045，含碳量，含碳量95%左右。左右。6667 在在25003000的溫度下，密封裝置，施加的溫度下，密封裝置，施加壓力，保護氣體中進行。壓力，保護氣體中進行。 目的：目的：是使纖維中的結晶