《化學纖維成形加工原理》—濕（shī）法紡絲（一（yī））

濕法紡絲是溶液紡絲中的一（yī）種，也是化（huà）學纖維常（cháng）用的紡絲方法之一。該紡絲技術適（shì）用於不能熔融隻能溶解於溶劑中的聚（jù）合物材料或對溫度敏感易降解的天然高分子、生物質材（cái）料。根據物理化（huà）學原理不（bú）同，濕法紡絲可進一步分為相分離法、凍膠法（fǎ）（凝膠法（fǎ））和液晶法。在液晶法中，溶致性（xìng）聚合物的液晶溶液（yè）通過在溶（róng）液（yè）中固體結晶區的形成而固化，如凱夫拉纖維的成形。凍膠法中，聚合物溶液通過在溶液中分子間鍵（jiàn）的形成而固化，如超高分（fèn）子（zǐ）量（liàng）聚乙烯纖維的成形。在實際的濕法紡絲中，多數是通過相分離（lí）法（fǎ）實施的。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，一為聚合物濃相，一為聚合物稀相，即濕法紡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（shī）法紡絲過（guò）程與熔融紡絲過程不同，濕法成（chéng）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。當紡絲的原液細流進入凝固浴後，便與凝固浴體係不斷地發生著傳質（zhì）、傳熱。而這些傳遞（dì）過程的速率大小和劇烈程度對纖維初生結構具有重要（yào）的影響。也（yě）正因如此，濕法（fǎ）紡絲設備都應該具（jù）有對紡絲溫（wēn）度、速度和應力進行精密調節的功能，這（zhè）樣才能夠對纖維成形過程（chéng）及其細微觀結構進行有效的調控。

濕法（fǎ）紡（fǎng）絲工（gōng）藝（yì）過程一（yī）般是先（xiān）將成纖高聚（jù）物配製成濃溶液（yè）（原液），然後把原液過濾、脫泡後通過計量泵從噴絲頭中擠出（chū），在凝固劑的作用下，經過適當的噴絲頭拉伸而形成初生纖維（wéi）。根據原（yuán）料的（de）來源不同，濕法紡（fǎng）絲工藝又分為一步法紡絲和兩步法（fǎ）紡絲。一（yī）步法紡絲是（shì）將單體聚合得到的聚合（hé）物溶液直接輸（shū）送到紡絲機處進行（háng）紡絲，兩步法紡絲是單（dān）體聚合得到的聚合物溶液經過（guò）分離、幹燥（zào）製得固體聚合物，然（rán）後將固體聚合物再溶解後再進行（háng）紡絲。

濕法紡（fǎng）絲（sī）中（zhōng）的“一步法”與“兩步法”工藝流程說明

溶液的配製是濕法紡絲工藝的一個重要的工藝過程，溶液品質的好（hǎo）壞將直接影響原液的紡絲性能和初（chū）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（yún）性

原液（yè）均勻性中（zhōng）主（zhǔ）要關注的是聚合（hé）物的溶解均勻性，但是對於多（duō）相體係而言還要重點關注體係的分散均勻性，比如有機（jī）/無機複合體係中，無機粉體在聚合物本體中是否能夠（gòu）均勻分散是決定該（gāi）複合體係能夠順利（lì）紡絲的關鍵因（yīn）素。因此在（zài）有機/無機複合體係中，要提升紡絲溶液的品質（zhì），應該重點從材料的（de）結構設計角度入手，增強無機納米材料與高分子本體（tǐ）間的界麵相互作用（yòng）是提高（gāo）分散均勻性的關鍵。

(2) 穩定性（xìng）

分散穩定性是指紡絲溶液的存放和放置過程是（shì）否會發生（shēng）降解、分（fèn）相（xiàng）、沉聚等現象。特別（bié）是無機納米材料（liào）與高分子的（de）複合體係中往往因為界麵相（xiàng）互作用不（bú）強而使納米粒子分散（sàn）性較差，進而導致溶液的穩定性（xìng）較弱。評價紡絲體係穩定性常用的表征手段是Zeta電位（wèi）測量，即通過無機納米粒子（zǐ）在高分子稀溶（róng）液中的zeta電位數值來評價分散穩定性的（de）好壞。其他（tā）的表征手段如複合材料的原（yuán）位TEM、或者分（fèn）散體係的動態激光光散射等。

(3) 可紡性：

紡絲溶（róng）液通過毛細孔擠出後是否（fǒu）具有（yǒu）拉絲成纖的能（néng）力稱之（zhī）為溶液的可紡性。可紡性的高低與高分子本體性質（分子量、分子量（liàng）分布）、紡（fǎng）絲溶液濃度（dù）、溫度、剪切強（qiáng）弱等因素有關。紡絲溶液的可紡（fǎng）性好壞也是溶液體係內部結構化程度的宏觀體現，通常利（lì）用最大噴絲頭拉伸比和結構粘度指數評價可紡性好壞。溶（róng）液的可（kě）紡（fǎng）性是高分子溶液流變學範（fàn）疇（chóu），與溶液流動過（guò）程的參量（liàng）息息相關。

常用濕法紡絲成形（xíng）的體係有：聚丙烯腈纖維（腈綸）、粘膠纖維、萊賽爾纖維、氨綸、氯（lǜ）綸、芳綸、殼聚糖纖維、海藻纖維、無機纖維（CNT纖維、石墨烯纖維、MXene纖維）等。

科研用小微型濕法紡絲設備（颯（sà）卓科技出品）

參考資料：

[1] 董紀震，孫桐，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，化學纖維手冊（cè）

[4] 何平笙，新編高（gāo）聚物的結構（gòu）與性能（néng）