聚丙烯腈

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聚丙烯腈(Polyacrylonitrile)
IUPAC名
poly(1-acrylonitrile)
性质
化学式 C3H3N
摩尔质量 53.0626 ± 0.0028 g/mol
C 67.91%, H 5.7%, N 26.4% g·mol⁻¹
外观 白色固体
密度 1,184 g/cm³
熔点 300 °C(573 K)
沸点 软化分解
溶解性 不溶
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

聚丙烯腈(英文:Polyacrylonitrile,PAN)是由单体的丙烯腈经过自由基聚合反应而得到高分子材料。聚丙烯腈为白色粉末状,密度为1.14-1.15g/cm。常压下,220-300℃时会软化分解。纯聚丙烯腈性脆硬, 染色性很差。聚丙烯腈纤维引入第二单体、第三单体后,会改善染色性能。

聚丙烯腈首先在230摄氏度的空气中被热氧化形成氧化的聚丙烯腈纤维,然后在惰性气氛中在1000摄氏度以上被碳化,以在各种高科技和常见的日常应用中发现碳纤维,例如民用的和军用的飞机的一级和二级结构,导弹,固体推进剂火箭发动机,压力容器,钓鱼竿,网球拍,羽毛球拍和高科技自行车。 它是几种重要共聚物中的组分重复单元,例如苯乙烯-丙烯腈(SAN)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料。

物理特性[编辑]

玻璃转化温度约为95℃,熔化温度为322℃。 聚丙烯腈可溶于极性溶剂,例如二甲基甲醯胺二甲基乙酰胺乙烯的英语Ethylene carbonate丙烯碳酸酯英语Propylene carbonate硫氰酸钠氯化锌硝酸[1]。 溶解度参数:26.09 MPa1/2(25℃)为25.6至31.5 J1/2 cm-3/2。 介电常数:5.5(1 kHz,25°C),4.2(1 MHz,25°C)。

用途[编辑]

聚丙烯腈的均聚物已被用作热气过滤系统,户外遮阳篷,游艇帆和纤维增强混凝土中的纤维。 含有聚丙烯腈的共聚物通常用作纤维来制造袜子和毛衣等针织服装,以及帐篷和类似物品等户外产品。 如果一件衣服的标签上写着“腈纶”,那么它就是由一些聚丙烯腈共聚物制成的。 它于1942年在杜邦(DuPont)公司被制成纺丝纤维,并以腈纶(Orlon)的品牌进行销售。 丙烯腈通常被用作与苯乙烯的共聚单体,例如丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯英语Acrylate塑料。用丙烯酸(参见腈纶)标记的衣物是指聚合物由至少85%的丙烯腈作为单体组成。 典型的共聚单体是乙酸乙烯酯,其可以容易地溶液纺丝以获得足够软化以允许染料渗透的纤维。使用这些丙烯酸的优点是它们与天然纤维相比成本低,它们具有更好的耐日光性并且具有优异的抗虫蛀性。用含卤素的共聚单体改性的丙烯酸类被分类为改性聚丙烯腈,根据定义,其含有超过聚丙烯腈百分比在35-85%之间。 掺入卤素基团增加了纤维的阻燃性,这使得改性聚丙烯腈适用于睡衣,帐篷和毯子。 然而,这些产品的缺点是它们很昂贵并且在干燥后会收缩。

主要用于制造合成纤维,如腈纶

它的高拉伸强度和拉伸模量是通过纤维上浆,涂层,生产工艺和聚丙烯腈的纤维化学来确定的。 其机械性能在军用和商用飞机的复合结构中很重要[2]

碳纤维[编辑]

聚丙烯腈被用作90%碳纤维生产的前体[3]。 大约20-25%的波音和空中客车宽体机身是碳纤维。 但是,应用受到聚丙烯腈的高价格约为15美元/磅的限制[4]

参考资料[编辑]

  1. ^ Internet, D4W Comunicação - Soluções em. IGTPAN. www.igtpan.com. [2018-05-10]. 
  2. ^ Polyacrylonitrile (PAN) Carbon Fibers Industrial Capability Assessment (PDF). United States of America Department of Defense. [4 December 2013]. (原始内容 (PDF)存档于2016-03-04). 
  3. ^ Top 9 Things You Didn’t Know about Carbon Fiber | Department of Energy. Energy.gov. 2013-03-29 [2013-12-08]. 
  4. ^ John McElroy RSS feed. Manufacturing advances bring carbon fiber closer to mass production. Autoblog. [2013-12-08].