聚丙烯腈(英文:Polyacrylonitrile,PAN)是由單體的丙烯腈經過自由基聚合反應而得到高分子材料。聚丙烯腈為白色粉末狀,密度為1.14-1.15g/cm。常壓下,220-300℃時會軟化分解。純聚丙烯腈性脆硬, 染色性很差。聚丙烯腈纖維引入第二單體、第三單體後,會改善染色性能。

聚丙烯腈
IUPAC名
poly(1-acrylonitrile)
聚(1-丙烯腈)
性質
化學式 C3H3N
摩爾質量 53.0626 ± 0.0028 g/mol
C 67.91%, H 5.7%, N 26.4% g·mol⁻¹
外觀 白色固體
密度 1.184 g/cm³
熔點 300 °C(573 K)
沸點 軟化分解
溶解性 不溶
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

聚丙烯腈首先在230攝氏度的空氣中被熱氧化形成氧化的聚丙烯腈纖維,然後在惰性氣氛中在1000攝氏度以上被碳化,已在各種高科技和常見的日常應用中發現碳纖維,例如民用的和軍用的飛機的一級和二級結構,導彈,固體推進劑火箭發動機,壓力容器,釣魚竿,網球拍,羽毛球拍和高科技自行車。 它是幾種重要共聚物中的組分重複單元,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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玻璃轉化溫度約為95℃,熔化溫度為322℃。 聚丙烯腈可溶於極性溶劑,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鈉氯化鋅硝酸[1]。 溶解度參數:26.09 MPa1/2(25℃)為25.6至31.5 J1/2 cm-3/2。 介電常數: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熱氣過濾系統,戶外遮陽篷,遊艇帆和纖維增強混凝土中的纖維。含有聚丙烯腈的共聚物通常用作纖維來製造襪子和毛衣等針織服裝,以及帳篷和類似物品等戶外產品。如果一件衣服的標籤上寫着「腈綸」,那麼它就是由一些聚丙烯腈共聚物製成的。它於1942年在杜邦(DuPont)公司被製成紡絲纖維,並以腈綸(Orlon)的品牌進行銷售。丙烯腈通常被用作與苯乙烯的共聚單體,例如丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯塑料。用丙烯酸(參見腈綸)標記的衣物是指聚合物由至少85%的丙烯腈作為單體組成。典型的共聚單體是乙酸乙烯酯,其可以容易地溶液紡絲以獲得足夠軟化以允許染料滲透的纖維。使用這些丙烯酸的優點是它們與天然纖維相比成本低,它們具有更好的耐日光性並且具有優異的抗蟲蛀性。用含鹵素的共聚單體改性的丙烯酸類被分類為改性聚丙烯腈,根據定義,其含有超過聚丙烯腈百分比在35-85%之間。摻入鹵素基團增加了纖維的阻燃性,這使得改性聚丙烯腈適用於睡衣,帳篷和毯子。然而,這些產品的缺點是它們很昂貴並且在乾燥後會收縮。

主要用於製造合成纖維,如腈綸

它的高拉伸強度和拉伸模量是通過纖維上漿,塗層,生產工藝和聚丙烯腈的纖維化學來確定的。其機械性能在軍用和商用飛機的複合結構中很重要[2]

碳纖維

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聚丙烯腈被用作90%碳纖維生產的前體[3]。大約20-25%的波音和空中客車寬體機身是碳纖維。但是,應用受到聚丙烯腈的高價格約為15美元/磅的限制[4]

參考資料

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  1. ^ Internet, D4W Comunicação - Soluções em. IGTPAN. www.igtpan.com. [2018-05-10]. (原始內容存檔於2018-05-11). 
  2. ^ Polyacrylonitrile (PAN) Carbon Fibers Industrial Capability Assessment (PDF). United States of America Department of Defense. [4 December 2013]. (原始內容 (PDF)存檔於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]. (原始內容存檔於2013-12-13). 
  4. ^ John McElroy RSS feed. Manufacturing advances bring carbon fiber closer to mass production. Autoblog. [2013-12-08]. (原始內容存檔於2013-12-11).