《化學纖維成形加工原理》—濕法紡絲（一）

濕（shī）法（fǎ）紡絲是溶液紡絲中的一種，也（yě）是化學纖維常（cháng）用的紡絲方法之一。該紡絲技術適用於不能熔融隻能（néng）溶解於溶劑中的聚合物材（cái）料或對溫度敏感易降解的天然高分子、生物質材料。根據物（wù）理化學原理不同，濕法紡絲可進一步分為相分離法、凍膠法（凝（níng）膠法）和（hé）液晶法（fǎ）。在液晶（jīng）法中，溶致性（xìng）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（lā）纖維的成形。凍膠法中，聚合（hé）物溶液通過在溶液中分子間鍵的形成而固（gù）化（huà），如超高（gāo）分子量聚乙烯纖維的成形。在實際的濕法紡絲中，多（duō）數是通過相分離法實施的。在相分離法中，紡絲原液經噴絲板擠入到（dào）凝固浴中，原液細流中的溶劑向外擴散，而沉澱劑向原液細（xì）流內部擴散，於是引起相變。相變的結果是溶液中（zhōng）出現兩相，一為聚合物濃相，一（yī）為聚合物稀相，即濕法紡絲經典的雙（shuāng）擴散成形理（lǐ）論。

濕（shī）法紡絲中溶劑-凝固劑的雙擴散過程示意圖

濕法紡絲（sī）過程（chéng）與熔（róng）融（róng）紡絲（sī）過程不同，濕法成形過程中不僅有熱量（liàng）傳遞，質量（liàng）傳遞也十分（fèn）突出，有時還伴（bàn）有化學反應。當紡絲的原液細（xì）流進入凝固（gù）浴後（hòu），便與凝固浴體係不斷地發生著（zhe）傳質（zhì）、傳熱（rè）。而這些傳遞過程的速率（lǜ）大小和劇烈（liè）程度對纖維初生（shēng）結構具有重要的（de）影響。也正因如此，濕法紡絲設備都應該具有對紡絲溫度、速度和應力進行精密調節的功能，這樣才能（néng）夠（gòu）對纖維成（chéng）形過程及其細微觀結（jié）構進行有效的調控。

濕法紡絲工（gōng）藝過程一般是先（xiān）將（jiāng）成纖高聚物配製成濃溶液（原液），然後把原液過（guò）濾、脫（tuō）泡後通過計量泵從噴絲頭中擠出，在凝固劑的作用下，經過（guò）適當的噴絲頭拉伸（shēn）而形成初（chū）生纖維。根據原料的來源不同，濕法紡絲工藝又分為一步法紡絲和兩步法紡絲（sī）。一步法紡絲是將單體聚合得到的聚（jù）合物溶液直（zhí）接輸送到紡絲機處（chù）進行紡絲，兩步法紡（fǎng）絲是單體聚（jù）合得到的聚合物（wù）溶液經過分離、幹燥製得固體聚合物，然後將固體聚合物再溶解後再（zài）進行紡（fǎng）絲。

濕法（fǎ）紡絲中的“一步法”與“兩步法”工藝（yì）流程說明

溶液的配（pèi）製是濕法紡絲工藝的一個重要的工藝過程，溶液（yè）品質的好壞（huài）將直接影響原液的紡絲性能（néng）和初生纖維的品質，一般（bān）而言濕法紡絲溶液的製備主要關注以下三個指標：

(1) 均勻性

原液（yè）均勻性中主要關注的是聚合物的溶解均勻（yún）性，但是對（duì）於多相體係（xì）而言還要重點關注體係的分散均勻性，比如（rú）有機/無機複合（hé）體係中，無機粉體在聚合物本體中是（shì）否能夠均勻分散是決定該複合體係能夠順利紡絲的關鍵因素。因此在有機/無機（jī）複合體係中，要提升紡絲溶（róng）液的（de）品質，應該重點從（cóng）材料的結構（gòu）設計角度入手，增強無機（jī）納米材料與高分子本體間的界麵相互作用是提高（gāo）分散均勻性（xìng）的關鍵。

(2) 穩定（dìng）性（xìng）

分（fèn）散穩定性是指紡絲溶液的存放和放置（zhì）過程是否（fǒu）會發生降解、分（fèn）相、沉聚等現象。特別是（shì）無機納（nà）米材（cái）料與高分子的複合體係中往往因為界麵相互作用不強而使納米粒子分散性較差，進而導致溶液的穩定（dìng）性較（jiào）弱。評價紡（fǎng）絲體係穩定性常用的表征手段是Zeta電（diàn）位測量，即（jí）通過無機納米粒子（zǐ）在高分子稀溶液中的（de）zeta電位數值來評價分散穩定（dìng）性的好壞。其（qí）他的表征手段如複合（hé）材料的原位TEM、或者分散（sàn）體係的動態激光光散射等。

(3) 可紡性：

紡絲溶液通過毛細孔擠出後是否具（jù）有拉絲成纖的（de）能力稱之（zhī）為溶液的可紡性。可紡性的高（gāo）低與高分子本體性質（分子量、分子（zǐ）量分布）、紡絲溶液濃度（dù）、溫度、剪切強弱等（děng）因（yīn）素有（yǒu）關。紡絲溶液的可紡性好壞也是溶液（yè）體係（xì）內部結（jié）構化程度的宏觀體現，通常利用（yòng）最大噴絲頭拉（lā）伸比和結構粘度指數評價可紡性好壞。溶液的可紡性是高分子溶液流變學範疇，與溶液流（liú）動過程的參量息息相關。

常用濕法紡絲（sī）成形的體係有：聚丙（bǐng）烯腈（jīng）纖（xiān）維（腈綸）、粘膠纖維、萊賽爾纖維、氨綸、氯（lǜ）綸、芳綸、殼聚糖纖維（wéi）、海藻（zǎo）纖維、無機纖維（CNT纖維、石墨烯（xī）纖維、MXene纖維）等。

科研用小微型濕法紡絲設備（蜜桃视频科技出品）

參考資（zī）料：

[1] 董紀震，孫桐（tóng），古大治等，合成纖維生產工藝學

[2] 沈新元，高分子材料加工原理

[3] 沈新元，化學纖維手冊

[4] 何平笙，新編高聚物的結構與性能