《化學纖維成形加工（gōng）原（yuán）理》—濕法紡絲（一）

濕（shī）法紡絲是溶液紡絲中的（de）一種，也是化學纖維常用的紡絲方法（fǎ）之一。該紡絲技術適用（yòng）於不能熔融隻能溶（róng）解於溶劑中的（de）聚合物材料或（huò）對溫度敏（mǐn）感易（yì）降解的天然（rán）高分子、生（shēng）物質材料。根據物理化學原理不同，濕法紡絲可進一步（bù）分為相（xiàng）分離法、凍膠法（凝膠法）和液晶法。在液晶法中（zhōng），溶致性聚合物的液晶溶液通過在溶液中固體結晶（jīng）區的形成而固化，如凱夫拉纖維的成（chéng）形。凍膠法（fǎ）中，聚合物溶液通過（guò）在溶液中分子間鍵的形成（chéng）而固化，如超高分子（zǐ）量聚（jù）乙烯纖維的成（chéng）形。在實際（jì）的濕法紡絲中，多數是通過相分離法實施的。在相分離法中（zhōng），紡絲（sī）原液經噴絲（sī）板擠入到凝固浴中，原液細流中的溶（róng）劑向外擴散，而沉澱劑向原液細流內部擴散，於是引起相變。相（xiàng）變的結果是溶液（yè）中出現（xiàn）兩相，一為聚合物濃相，一為（wéi）聚合（hé）物稀相，即（jí）濕法紡絲經典的雙擴散成形理論（lùn）。

濕法紡絲中溶劑-凝固劑的（de）雙擴散（sàn）過程示意圖

濕法（fǎ）紡絲過程與（yǔ）熔融紡絲過（guò）程不同，濕法成形過程中不（bú）僅有熱量傳遞，質量傳遞也十分突（tū）出，有時還伴有化學反應。當紡（fǎng）絲的原液細流進入凝固（gù）浴（yù）後，便與凝固浴體係不斷地發生著傳質、傳熱。而這些傳（chuán）遞過程的速率大小和劇烈程度對纖維初生結構具有重要的影響。也正（zhèng）因如此，濕法紡絲設備都應該具有對紡絲溫度、速度和應力進行精（jīng）密（mì）調節（jiē）的功能，這（zhè）樣才能夠對纖維成形過程及其細微觀結（jié）構進行有效的調控（kòng）。

濕法紡絲工（gōng）藝過程（chéng）一般是先將成纖高聚物配製（zhì）成濃溶液（原液），然後把原液過濾、脫泡後通過計量泵從（cóng）噴絲頭中擠出，在凝固劑的（de）作用下，經過適當的噴絲頭拉伸而形成初生纖維。根據原（yuán）料的來（lái）源不同，濕法（fǎ）紡絲工藝又分為一（yī）步法紡絲和兩步法紡絲。一步法紡絲（sī）是將單體聚合得到的聚合（hé）物溶（róng）液直接輸送到紡絲機處進行（háng）紡絲（sī），兩步（bù）法紡（fǎng）絲是單體（tǐ）聚合得到的聚合（hé）物溶液經過分離、幹燥（zào）製得固體聚合物，然後將固（gù）體聚合物再溶解後再進（jìn）行紡絲。

濕法紡絲（sī）中的“一步法”與“兩步法”工藝流程說明

溶液的配製是濕法（fǎ）紡（fǎng）絲工藝的一個重要的工藝過程（chéng），溶液品質的（de）好壞將直接影響原液的紡絲性能（néng）和初生纖維的品質，一（yī）般而言濕法紡絲溶液（yè）的製備主要關注以下三個指標：

(1) 均勻性

原液均勻性中主要關（guān）注的是（shì）聚合物的溶解均勻性，但是對於多相體係而言還要重點關注體係的分散均勻性，比如有機/無機複合體係中，無機粉（fěn）體在聚合物本體（tǐ）中是否能夠均勻分散是決定該複合體（tǐ）係能夠順利紡絲的關鍵因素。因此在有機/無機複合體係中，要提升紡絲溶液的品質，應該重點從材料的結構設計角度入手，增強無機納米（mǐ）材料與高分子本體（tǐ）間（jiān）的（de）界麵相（xiàng）互作用是提高（gāo）分散均勻性的關鍵。

(2) 穩定性（xìng）

分散穩（wěn）定性是指紡（fǎng）絲溶液的存放和放置過程是否會發生降解、分相、沉（chén）聚（jù）等現象。特別是無機納米材料與高分子的複合體係中往往因為界麵相互作（zuò）用不強而使納米粒子分散性（xìng）較差，進而導致溶液的穩（wěn）定（dìng）性較（jiào）弱。評價（jià）紡絲體係穩定性常用的表征手（shǒu）段是Zeta電位測量，即通過無機納米粒子在高分子稀溶液中的zeta電位數值來評價分散（sàn）穩定性的好壞。其他的表征手段如複合材料的原位TEM、或者分散體係的動態激光光散射等。

(3) 可紡性：

紡絲溶液通過毛（máo）細孔擠出後是否具有拉（lā）絲成纖的能力稱之為溶液的可（kě）紡性。可紡性的高低與高分子本體性質（分子量、分子量（liàng）分布）、紡絲溶液濃度、溫度、剪（jiǎn）切強弱等因素有關。紡絲（sī）溶液的可紡性（xìng）好壞也是（shì）溶（róng）液體係內部結構化程度的宏觀體現，通常利用最大噴絲（sī）頭拉（lā）伸比和（hé）結構粘度指（zhǐ）數評價可紡性好壞。溶液的可紡性是高分子溶液流變學（xué）範疇，與（yǔ）溶液流動過程的參（cān）量息息相關。

常用濕法紡絲成形（xíng）的（de）體（tǐ）係有：聚丙烯腈纖維（腈綸）、粘膠纖維、萊賽爾纖維、氨綸、氯綸、芳綸、殼聚糖纖維、海（hǎi）藻纖維、無機纖維（CNT纖維、石墨（mò）烯纖維、MXene纖維）等。

科研用小微型濕法紡絲設（shè）備（颯卓科技（jì）出品）

參考資料：

[1] 董紀（jì）震，孫桐，古大治等，合成纖維生（shēng）產工藝學

[2] 沈新元，高分子材料加工原理

[3] 沈新元，化學纖維（wéi）手（shǒu）冊

[4] 何平笙，新編高聚物的結構與性能