目錄
4.常見紡絲問題及解決方法
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，玻璃轉化溫度約為95℃，熔化溫度為322℃。它溶於二甲基甲醯胺 ( DMF ) 、二甲基亞碸 ( DMSO )、環丁碸、硝酸亞乙基酯等極性有機溶劑，還能溶於硫氰酸鹽、過氯酸鹽、氯化鋅、溴化鋰等無機鹽的濃水溶液，以及濃硝酸等特殊溶劑。其中，DMF被廣泛用作PAN的溶劑，因為其極強的溶解性和較高的介電常數。PAN纖維具有良好的耐日光性與耐氣候性，防黴和防菌性能良好。這是由於PAN的腈基中的碳、氫原子間以一個σ鍵，二個π鍵連接，這種結構能吸收能量較高的紫外光並轉化為熱能，從而保護主鍵不降解。PAN是製備碳纖維三大前體 ( PAN、瀝青和粘膠纖維 ) 中，用量最大的一種材料。選用PAN作為碳纖維製備前體的優點是碳化收率高 ( 1000℃~1500℃為50%~55% )，並且在脫除碳以外的雜原子時其骨架結構很少破壞。均聚PAN和共聚PAN均可用於製備碳纖維，雖然均聚PAN具有結晶度高和鏈結構規整等優點，但由於在預氧化過程中易集中放熱，使PAN纖維熱烙或難維持形貌，所以在碳纖維生產中，一般選擇共聚PAN作為原絲製備的原料，通常採用的共聚單體有丙烯酸 ( AA ) 、甲基丙烯酸( MMA ) 、衣康酸 ( IA ) 等。圖1 聚丙烯腈結構式
2.靜電紡PAN的應用
(1) 空氣過濾：纖維空氣過濾材料是由許多排列複雜的纖維搭建而成，傳統的纖維空氣過濾材料的孔徑較大，即使是過濾性能較好的熔噴過濾材料的孔徑也在十至幾十微米，過濾細小顆粒的效果並不良好。PAN納米纖維膜不僅具有孔徑小、孔隙率高（蓬鬆）、比表面積大、吸附性能好等優點，而且具有良好的耐溶劑性、耐日曬性及耐老化性，非常適合應用於空氣/水體過濾材料。
圖2 空氣過濾網
圖3 鋰離子電池結構
圖 4 重金屬汙染
(4) 吸音材料：傳統吸音材料主要有吸音棉、空間吸聲體、穿孔板、吸音泡沫等，相比於傳統吸音材料靜電紡PAN納米纖維材料具有蓬鬆度高、孔隙率高、孔徑小、比表面積大、質輕等優勢，從而使聲波與材料的有效接觸面積增大，接觸次數增加，從而提高了材料對聲能的空氣粘滯、熱傳導、纖維振動、摩擦等作用轉化為機械能或熱能損耗，故其在吸音降噪領域有著巨大的應用前景。
圖5 噪聲汙染
3. 靜電紡PAN流程
(1) 紡絲材料：PAN粉末，分子量5萬-20萬；DMF （或DMAc）溶劑，分析純。(2) 實驗儀器：50mL錐形瓶、磁力攪拌器、水浴鍋、電子天平、E05靜電紡絲機。
使用電子天平稱取一定質量溶劑DMF於錐形瓶中，加入磁力攪拌子，置於水浴鍋中攪拌；再稱取一定質量的PAN，緩慢加入攪拌的錐形瓶中；蓋緊瓶蓋，防止水汽進入錐形瓶；設置水浴溫度為60℃，連續攪拌溶解4h，至溶液澄清透明（或透亮金黃色），即可得到一定質量濃度的PAN紡絲液。
常見PAN紡絲液質量濃度為5% -15%; 溶劑體系為DMF 或DMAC。將上述PAN紡絲液抽到20mL注射器中，注射器固定到紡絲機注射泵上，裝上20G （1/2 英寸，平口）不鏽鋼針頭，針頭接高壓電源正極，接收輥筒接高壓電源負極，輥筒上貼上接收基材；調整接收距離為15-20cm；設置注射泵規格為20mL,供液速度2mL/h ，輥筒轉速300轉/min，滑臺行程20cm，紡絲電壓正15kV，負5kV，溫度35℃，溼度40%，定時120min，最後關閉設備門，開啟排風。
常用靜電紡接收基材：鋁箔紙、離型紙、無紡布、篩網布等。
4.常見紡絲問題及解決方法
(1) 掃描電鏡下，纖維上串珠較多：一般是紡絲液的中PAN濃度太低，導致紡絲液粘度不夠，建議繼續提高PAN濃度。通常情況下，隨著紡絲液濃度的升高，紡出來的產物會從微納米顆粒、串珠纖維、均勻纖維到粗纖維，這一過程轉變；另外PAN分子量太小，PAN分子在溶液中纏結不足，也會導致纖維產生串珠，不建議使用分子量太低於的PAN原料。
(2) 紡絲過程中，針尖掛絲、飄絲：一般是紡絲環境溼度過高，紡絲射流在空氣中吸溼提前固化並且纖維上電荷中和，導致纖維帶電量下降，導致纖維拉伸性能減弱，所受電場力減弱，不足以吸附到接收極。可以嘗試除溼機除溼或者加熱除溼解決。
(3) 紡絲液保存過程中，發生凝膠：PAN紡絲液易吸收空氣中水氣而凝固，因而需在乾燥密閉的條件下保存，建議現配現用或者密封保存15天內使用。