《化學纖維成形加工原理》—濕法（fǎ）紡絲（一）

濕法紡絲是溶液紡（fǎng）絲中的一種，也是化學纖（xiān）維常用的（de）紡絲方法之一。該紡絲技術適用於不（bú）能熔融隻能（néng）溶解於溶劑（jì）中的聚合物材料或對溫度敏感易降解的天然（rán）高分子、生物質材料（liào）。根據物理化學原（yuán）理不同，濕法紡（fǎng）絲可進一步（bù）分為相分離法、凍膠法（fǎ）（凝膠法）和液晶法。在液晶法中，溶致性聚合物的液晶溶液通過在（zài）溶液中固體結晶區的形成而固化（huà），如（rú）凱夫拉纖（xiān）維的成形。凍膠法中，聚合物溶液通過在溶液（yè）中分子間鍵的形（xíng）成而（ér）固化，如超高分子量聚乙烯纖（xiān）維的成形。在實際的濕（shī）法紡絲中，多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（rù）到凝固浴中（zhōng），原液細流中的溶劑（jì）向外擴（kuò）散（sàn），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（wéi）聚合物濃相，一為聚合物（wù）稀相，即濕法紡（fǎng）絲經典的雙擴散成形理論。

濕法紡絲中溶劑-凝固劑的雙擴散過程示意圖

濕法紡絲過（guò）程與熔融紡絲過程不同，濕法成形（xíng）過程中不僅有熱量傳（chuán）遞，質量傳遞也十分（fèn）突出，有時（shí）還伴有化學反應。當紡（fǎng）絲的（de）原液（yè）細流進入凝固浴後，便與凝固浴體（tǐ）係不斷地（dì）發生著傳質、傳熱。而這些（xiē）傳遞過程的速率大小和（hé）劇烈程度對纖維初生結構具有重要的（de）影響。也正因如（rú）此（cǐ），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（jiē）的功（gōng）能，這樣才能夠對（duì）纖維成形過程（chéng）及其細微觀結構進行有效的調控。

濕法紡絲工藝過程一般是先（xiān）將成纖高聚物配製成濃溶液（原液），然後把原液過（guò）濾、脫泡後通過計（jì）量泵從噴絲頭中擠出，在凝固（gù）劑的作用下（xià），經過適當的噴絲頭拉伸而形成初生纖維。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（bù）法紡絲。一步法紡絲是將單體聚合得到的聚合物溶液直接輸送到紡絲機處進行紡絲，兩步法紡絲是單體（tǐ）聚合得到的聚合物溶液經過分離、幹燥製得固體聚合物，然（rán）後將固體（tǐ）聚合物再溶解後再進行紡絲。

濕法紡絲（sī）中的“一步法”與“兩步法”工藝流程說（shuō）明

溶液的（de）配製是（shì）濕（shī）法紡絲工藝的一個重要的工藝過程，溶液品質的好壞將（jiāng）直接影響原液的紡絲性能和（hé）初生纖維的品質，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（yuán）液均勻性中主要關注（zhù）的是聚合物的溶解均勻性，但（dàn）是對於多相體係而（ér）言還（hái）要重點（diǎn）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（tǐ）在聚合物本體（tǐ）中（zhōng）是否能夠均勻分散是（shì）決定（dìng）該複合體係能夠順利紡絲的關鍵因素。因此在有（yǒu）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（liào）的結構設計角度入手，增強無機納米材料與高分（fèn）子本體間的（de）界麵相互作用是提高分散均勻性的關鍵。

(2) 穩定性

分散穩定性是指紡絲溶液的存放和放置過程（chéng）是否會發生（shēng）降解、分（fèn）相、沉聚等現象（xiàng）。特別是無機納米材料與高（gāo）分子的複合體係中往往因為界（jiè）麵相互作用不（bú）強而使納米粒子分散性較差，進而導致溶液的穩定性較弱。評價紡絲體係穩定性常用的表征手段是Zeta電位測量，即通過無機納米粒子在（zài）高分子稀溶液中的zeta電位數值來評價分散穩定性的好壞。其他的表征手段如複合材（cái）料的（de）原位（wèi）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（guò）毛細孔擠出後是否（fǒu）具有拉絲（sī）成纖的能力稱之為溶液的可紡性。可紡性的高低與高分子本體性質（分子量（liàng）、分（fèn）子量分布）、紡絲溶液濃度、溫度、剪切強弱等因素有關。紡絲（sī）溶液（yè）的可（kě）紡性好壞也是溶液體係內部結構化程度的宏觀（guān）體現（xiàn），通常利用最大噴絲頭拉伸比（bǐ）和結構粘度指數評（píng）價可紡性好壞。溶液的可（kě）紡性是高分子溶液流變學範疇，與溶液流動過程的參量息息相關。

常（cháng）用濕法（fǎ）紡絲成形的體係有：聚丙烯腈纖維（腈綸）、粘膠纖維、萊賽爾纖維、氨（ān）綸、氯綸、芳（fāng）綸、殼聚（jù）糖（táng）纖維、海藻纖（xiān）維、無機纖（xiān）維（CNT纖維、石（shí）墨烯纖維、MXene纖維）等。

科（kē）研用小微型濕法紡絲設備（猫咪官网科技出品）

參考資料：

[1] 董紀震，孫桐（tóng），古大治等，合（hé）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