腈纶的组成、结构和主要性能分析

（一）腈纶的组成

由于均聚丙烯腈制得的聚丙烯腈纤维不易染色，手感及弹性都较差，还常呈现脆性，不适应纺织加工和服用的要求。为了改善纤维的性能，在聚合时需加入少量其他单体。一般采用三种单体共聚。通常将丙烯腈称为第一单体，它是聚丙烯腈纤维的主体，对纤维的许多化学、物理及机械性能起着主要的作用；第二单体为结构单体，可以是丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯等，这些单体的取代基极性较氰基弱，基团体积又大，可以减弱聚丙烯腈大分子链间的作用力，改善纤维的手感和弹性，克服纤维的脆性，也有利于染料分子进入纤维内部；第三单体又称染色单体，是使纤维引入具有染色性能的基团，改善纤维的染色性能。第三单体又可以分两大类：一类是含酸性基团的单体，如丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、对甲基丙烯酰胺苯磺酸钠、亚甲基丁二酸单钠盐（又称衣康酸），加入这类单体的聚丙烯腈纤维可以用阳离子染料染色；另一类是含碱性基团的单体，如乙烯吡啶、丙烯基二甲胺等，加入这类单体的聚丙烯腈纤维可以用酸性染料染色。显然因第二、第三单体的品种不同，用量不一，就得到不同的聚丙烯腈纤维，染整加工时应注意。

目前国内生产的腈纶基本上都是三元共聚的。第一种是以丙烯酸甲酯为第二单体，用量为7%，以丙烯磺酸钠为第三单体，用量为1.7%左右，其余均为丙烯腈。第二种是第三单体为衣康酸，其余的同第一种。三种单体在共聚体分子链上的分布是随机的。上述两者的差异在于用磺酸型的单体，染色的日晒牢度较高，而羧酸型的日晒牢度差，但染浅色时色泽较鲜艳。

（二）腈纶的结构

1.腈纶的形态结构

腈纶的纵向表面比较粗糙，并存在沿轴向的沟槽。纤维横截面的形状随纺丝方法的不同而不同。湿法纺丝纤维截面呈圆形或腰圆形，干法纺丝为哑铃形。

腈纶形态结构的另一重要特征是纤维截面内有空穴存在，有利于染料向纤维内部的扩散。经高度拉伸的纤维，空穴明显变小，机械性能提高。

2.腈纶的超分子结构

腈纶的超分子结构还不完全清楚，一般认为，腈纶具有结晶高聚物的一部分特性，大分子排列侧向有序，但缺少正规的结晶结构，又强烈表现出非晶高聚物的特性，不存在垂直于纤维轴的晶面，也就是说沿纤维轴（即大分子纵向）原子的排列是没有规则的，纤维纵向表现无序，所以腈纶仅是二维有序。腈纶的这种侧向有序的二维结构被称为“准结晶结构”。因此，腈纶的超分子结构与涤纶、锦纶不同，它的晶体并非真正的晶体，它的非晶部分经拉伸后，又比其他纤维规整性高。

（三）腈纶的主要性能

1.热性能

腈纶的热稳定性不如涤纶和锦纶，由于它没有真正的结晶，所以对热处理比较敏感，具有较大的热塑性。温度升高时，分子间力被严重削弱，通过分子链段的运动，在不受外力作用的条件下，收缩形变较大。(www.xing528.com)

腈纶的耐热性能较好，在125℃热空气中，放置32天，强度不变，在150℃热空气中经20h，其强度下降不到5%。随着第二第三单体的加入，耐热性有所下降。腈纶在空气中长时间受热会变黄。

腈纶不像涤纶、锦纶那样有明显的结晶和无定形结构，只有不同序态的区别，所以腈纶没有明显的熔融温度，软化温度范围也比较宽（190～240℃），更特殊的是它有两个玻璃化温度：Tg1为70～80℃，Tg2为140～150℃，分别代表低序态和高序态内分子链段开始转动的温度。

由于腈纶分子中引入了第二、第三单体，所以纤维序态降低，Tg降到80～100℃，在含有较多水分或膨化剂的情况下，将会降到75℃左右，了解这一温度对腈纶的染整加工有指导意义。

2.吸湿性和染色性

腈纶的吸湿性是比较差的，在标准状态下，其回潮率为1.2%～2.0%，在合成纤维中属中等。

聚丙烯腈均聚物纤维很难染色。但在纤维的组成中引入了第二、第三单体后，不仅在一定程度上降低了纤维结构的规整性，并且引进了少量酸性或碱性基团，而能采用阳离子染料或酸性染料染色，使腈纶的染色性能得到改善。染料在纤维上的染色牢度与第三单体的种类密切相关。

3.化学性能

聚丙烯腈属碳链高分子物，其大分子主链对酸、碱比较稳定，然而聚丙烯腈大分子的侧基—氰基在酸、碱的催化作用下会发生水解，先生成酰氨基，进一步水解生成羧基。水解的结果使聚丙烯腈转变为可溶性的聚丙烯酸而溶解，造成纤维失重，强力降低，甚至完全溶解。例如，在50g/L的氢氧化钠溶液中沸煮5h，纤维将全部溶解。水解反应过程如下：

在水解反应中，烧碱的催化作用比硫酸强。碱性催化时，水解释出的NH3与未水解的氰基反应生成脒基，产生黄色，这就是聚丙烯腈纤维在强碱条件下处理易发黄的原因。

腈纶对常用的氧化性漂白剂稳定性良好，在适当的条件下，可使用亚氯酸钠、过氧化氢进行漂白。对常用的还原剂，如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和保险粉也较稳定，所以与羊毛混纺时可用保险粉漂白。