《化學纖（xiān）維成形（xíng）加工原理》—濕法紡絲（一）

濕法紡絲是溶液紡絲中的（de）一種，也是（shì）化（huà）學纖維常用的紡絲方法之一。該紡絲技術適用於不能（néng）熔融隻能溶解於溶劑中的聚合物材料或對溫度（dù）敏（mǐn）感易降解的天然高分子、生物質材料。根據物理化學原理不同，濕法紡絲可（kě）進一步分為相分離法、凍膠（jiāo）法（凝膠法）和液晶法。在液晶（jīng）法中，溶致性聚合（hé）物的液晶溶液通過在溶液中固體結晶區（qū）的形成而固化，如凱夫拉纖維的（de）成形。凍膠法中，聚合物溶液（yè）通過在溶液中分子間鍵的形成而（ér）固化（huà），如（rú）超高分子量聚乙烯纖維的成形。在實（shí）際（jì）的濕法紡（fǎng）絲（sī）中，多數是通過相分離法實施（shī）的。在相分離法中，紡絲原液經噴絲板擠入到凝固浴中，原液細流中的溶劑（jì）向外擴散，而沉澱劑向原液細流內部擴散，於是引起相變。相變的結果是溶液中出現兩相，一為聚合物濃相（xiàng），一為聚合物稀相，即濕法紡絲經（jīng）典（diǎn）的雙擴散成形理論（lùn）。

濕（shī）法紡絲中溶劑-凝（níng）固劑的雙擴散過程示（shì）意圖（tú）

濕法紡絲過程與熔融紡絲（sī）過程不同，濕法成形（xíng）過程（chéng）中不僅有熱量（liàng）傳遞，質量傳遞也十分突出，有時還伴有化學反應。當紡絲的原液細流進入凝固浴後，便與（yǔ）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（jù）烈程度對纖維初生結構具有重要的影響。也正因如此，濕法紡絲設備都應該具有對紡絲溫度、速度（dù）和應力（lì）進行精密調節的功能（néng），這樣才能（néng）夠對纖維成形過程及其細微觀結構進行有效的調控。

濕法紡絲工藝（yì）過程一般是先將成纖高聚物配製成濃溶液（原液），然後把原液過濾、脫泡後通過計量泵從噴絲頭（tóu）中擠出，在凝固劑的作用下，經過適當的噴絲頭（tóu）拉伸而形成初生（shēng）纖維。根據原料的來源不同，濕（shī）法紡絲工（gōng）藝又分為一步法紡絲和兩步法紡絲。一步法（fǎ）紡（fǎng）絲是將單體聚合得到的聚合（hé）物溶液直接輸送到紡絲機處進行紡絲，兩（liǎng）步（bù）法紡（fǎng）絲是單體聚合得到的聚合物溶液經過分離、幹燥製得固體聚合物，然後將固體聚合物再溶解後再進行紡絲。

濕法紡絲中的“一步法”與“兩步法”工藝流程說明

溶液的配製是濕法紡絲（sī）工藝的一個重要的工藝過程，溶液品質的好壞將直接影響原液（yè）的紡絲（sī）性能和初生纖維的（de）品質，一般而言濕（shī）法紡絲溶液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（yào）關注的是（shì）聚合物的溶解均勻性，但是對於多（duō）相體（tǐ）係而言（yán）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，無機粉體在聚合物（wù）本體中是否（fǒu）能（néng）夠均勻分（fèn）散是決定（dìng）該複合體係能夠順利紡絲的關（guān）鍵因素。因此在有機/無機複（fù）合體係（xì）中，要提升紡（fǎng）絲溶液的品質，應該（gāi）重點從材（cái）料的結構設計角度入手，增強無機納米材料（liào）與高分子（zǐ）本體間的界麵相互作用是提高分散均勻性的關鍵。

(2) 穩定性

分（fèn）散穩定性是指紡絲溶液的存（cún）放（fàng）和放置過程是否會發生降解、分相、沉聚等現（xiàn）象。特別是無機納米材（cái）料與高分子的複合體係中往（wǎng）往因為界麵相互作用不（bú）強而使納米粒子分散性較差，進而導（dǎo）致溶（róng）液的穩定性較弱。評價紡絲體係穩定性常用的（de）表征手段是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穩定性的好壞。其他的（de）表征手（shǒu）段如複合材料的原位TEM、或者分散體係的動（dòng）態（tài）激光光散射（shè）等（děng）。

(3) 可紡性：

紡絲溶液通過毛細孔擠出後是（shì）否具（jù）有拉絲成纖的能力稱之為（wéi）溶液的可紡（fǎng）性。可紡性的高低與高分子本體性質（分（fèn）子量、分子（zǐ）量分布）、紡（fǎng）絲（sī）溶液濃度、溫度、剪切強弱等因素有（yǒu）關。紡絲溶液的可紡（fǎng）性好壞也是溶液體係內部結構化程（chéng）度的宏觀體現，通常利（lì）用最大噴絲頭拉伸比和結（jié）構（gòu）粘度指數評（píng）價可紡性（xìng）好壞。溶液的可紡性是高分子溶液流變學範疇，與溶（róng）液流動（dòng）過程的參量息息相關。

常用濕法紡絲成形的體係有：聚丙烯腈纖維（腈綸）、粘膠纖（xiān）維、萊賽爾纖維（wéi）、氨綸、氯綸、芳綸、殼聚（jù）糖纖維、海藻纖維、無機纖維（CNT纖維、石墨烯纖維、MXene纖維）等。

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參考資料：

[1] 董紀震，孫（sūn）桐，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（xué）纖維手冊

[4] 何平笙（shēng），新（xīn）編（biān）高（gāo）聚物（wù）的結構（gòu）與性能