聚丙烯腈

聚丙烯腈
IUPAC名
poly(1-acrylonitrile)
聚(1-丙烯腈)
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,所有数据均出自标准状态(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,已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

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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碳酸乙烯酯碳酸丙烯酯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

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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

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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

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  1. ^ Internet, D4W Comunicação - Soluções em. IGTPAN. www.igtpan.com. [2018-05-10]. (原始内容存档于2018-05-11). 
  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]. (原始内容存档于2013-12-13). 
  4. ^ John McElroy RSS feed. Manufacturing advances bring carbon fiber closer to mass production. Autoblog. [2013-12-08]. (原始内容存档于2013-12-11).