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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)<
/p>
，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
商业上分类
丙烯腈含量
商品名
聚丙烯腈纤维
(Acrylic
Fiber)
Ⅰ
95%~100%
奥隆
司米隆
都拉隆
(Dral`on)
丽隆
(Redon)
Ⅱ
85%~95%
改质聚丙烯腈纤维
(modacrylic fiber)
Ⅲ
35%~85%
毛丽绒
嘉尼嘉隆
(kanekalon)
爱司隆
丹尼
(Dynel)
压克力隆
维丽尔
(Verel)
克丽丝
(Creslan)
聚丙
烯腈纤维为高熔点之聚合物，例如奥隆
(Orlon)
之熔点为
238
℃
~249
℃，聚丙烯腈纤
维之熔点约在
240
℃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 formamid
e
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
)<
/p>
，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。
1
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
< br>(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
℃温度下，经过两日，强度仍不改变，
200
℃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)
< br>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：
1.17<
/p>
。
(7)
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。
2
二、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。
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：
(1)
初始反应（
initiation
）
首先若干单元体被起始剂（
< br>initiator
）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。
*
*
Ⅱ、离
子催化效应：利用金属卤化物（
BF
3
、
TiCl
4
、
SnCl
4
、
AlCl
3
等）的催化
作用，<
/p>
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
3
C
离子（
carbonium
iron
）。
＋
(2)
成
长反应（
propagation
）
依成长反应单元体结合的方式，分为?头－尾结合；?头－头或尾－尾结合。
?头－尾结合（
head to
tail
）→
较为安定
a
、同位立体结构（
isotactic
structure
）
b
、对位立体结构（
syndiotactic
structure
）
c
、错位立体结构（
atactic
structure
）
4
?头－头（
head to
head
）或尾－尾结合（
tail to
tail
）→
较不安定
(3)
终止反应（
< br>termination
）
?交互终止反应
?溶剂转移终止反应
?质子转移终止反应
?不均齐化反应
?、?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。
5
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（
acrylon
itrile
）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（
Modacryl
ic
Fibers
）。
(3)
含
100
％丙烯腈含量者，一般称为工业级聚丙烯腈纤维（
Technical gra
de
，
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
Ⅰ
Acrylic
Fiber
Ⅱ
丙烯腈含量
95
< br>～
100
％
?
Acrylic Fiber
Ⅲ
35
～
85
％
日
Kanekalon
较小
较大
较易（结构松弛，第二成份多）
较小
0.4
～
4
％
较重
近乎椭圆形
?
85
～
95
％
日
Exlan
?
日
Vonnel
?
商品名称
美
Orlon
?
日
Cashmilon
结晶性
吸湿性
染色性
强力
回潮率
比重
横断面
较大（
H-bond
较多）
较小
较难（结构致密）
较大
1
～
2.5
％
较轻
近乎圆形
聚丙烯腈纤维加入其它共
聚合体（
copolymer
），其作用有二：
?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
monomer
?使纤维带正电的碱性
monomer
6
?使纤维不带电的中性
monomer
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
PA
N
结晶区中有极强的氢键结合，这造成纤维强力↑，吸湿性↓，染色性↓，伸度下降。<
/p>
7
8
４、聚丙烯腈纤维制造流程
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