《化學纖維成形加工原理》—濕法紡絲（一）

濕（shī）法紡絲（sī）是溶液紡絲中的一種，也是（shì）化學纖維常用的紡絲（sī）方（fāng）法之一。該紡絲技術適（shì）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敏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，濕法紡絲可進一步分為相分離法、凍膠法（凝膠法）和液晶法（fǎ）。在（zài）液晶法中，溶致性聚合物的液晶溶液通過在溶（róng）液中固體（tǐ）結（jié）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（yè）中（zhōng）分子間鍵的形成（chéng）而固化，如超高分子量聚乙烯纖（xiān）維的成形。在（zài）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（fǎ）中（zhōng），紡絲原液經噴絲板（bǎn）擠入到凝固浴中，原液細流中（zhōng）的溶劑向外擴散，而沉（chén）澱（diàn）劑（jì）向原液細流內部擴（kuò）散，於是引起（qǐ）相變。相變的結果是溶液中出現兩（liǎng）相，一為聚合物濃相（xiàng），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（shuāng）擴散過程示意圖

濕法紡（fǎng）絲過程與（yǔ）熔融紡絲（sī）過程不同，濕法成形過程中不僅有熱量傳遞，質量傳遞也十分突出，有時還伴有化學反（fǎn）應。當紡絲的（de）原液（yè）細流進入凝（níng）固浴後，便與凝固浴體係不斷（duàn）地發生著傳（chuán）質、傳（chuán）熱。而這些傳遞過程的速率大小（xiǎo）和劇烈程度對纖維初生結構具有（yǒu）重要的（de）影響。也正因如此，濕法紡絲設備（bèi）都應該具有對紡絲溫度（dù）、速度和應力進行精密調節的功能，這樣才能夠對（duì）纖維成（chéng）形過程及其細微觀結構進行有效的調控。

濕法紡絲工藝過程一般（bān）是先將成（chéng）纖高（gāo）聚物配製成濃溶液（原液），然後把原液過濾、脫泡後通過計（jì）量泵從噴絲頭（tóu）中擠出，在凝（níng）固劑的作用下，經過適（shì）當的噴絲頭拉伸而（ér）形成（chéng）初生（shēng）纖維。根據原料的來源不同，濕法紡絲工藝又分為一步（bù）法紡絲和兩步法紡絲。一（yī）步法紡絲是將單體聚合得到的聚合物溶（róng）液直接輸送到紡絲機處進行（háng）紡絲（sī），兩步（bù）法紡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（sī）。

濕法紡絲中的“一步法”與“兩步法”工藝（yì）流程說明

溶液的配製是濕法紡絲（sī）工藝（yì）的一個重要的工藝過程，溶液品質（zhì）的好壞將直接影響原液的紡絲性能和初（chū）生纖維的品（pǐn）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（jun1）勻性

原液均勻（yún）性中主要關注的是聚（jù）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（xì）的分散均勻性，比如有機/無機複合體係中，無機粉體在聚合物本體中是否能夠均勻分（fèn）散是決定該複合體係能夠（gòu）順利紡絲的關鍵因素。因（yīn）此在有機/無機複（fù）合體係中，要提升紡絲溶液的品質，應該重點（diǎn）從材料的結構設計角度入手，增強無機納米材料與高分子本體間（jiān）的界麵相互作用是提高（gāo）分散均勻性的關鍵。

(2) 穩定性

分散（sàn）穩定性是指紡絲溶液（yè）的存放和放置過程是否會發生降解、分相、沉聚等現象。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（yòng）不強而（ér）使納米粒子分散性較差，進而導致溶（róng）液的穩定性較弱。評價紡絲體係穩（wěn）定性常用（yòng）的表征手段（duàn）是（shì）Zeta電位測量，即通（tōng）過無機（jī）納（nà）米粒子在高分子稀溶液中的zeta電（diàn）位數（shù）值來評價分散穩定性的好壞。其他的表征手段如複合材料的原位TEM、或者分散體係的動（dòng）態激光光散射等。

(3) 可（kě）紡性（xìng）：

紡絲溶（róng）液通過毛細孔（kǒng）擠（jǐ）出後是否具有拉（lā）絲成纖（xiān）的能（néng）力稱之為溶液的可紡性。可紡性的（de）高低與高分子本（běn）體性（xìng）質（分（fèn）子量、分子量分（fèn）布）、紡絲溶液濃度、溫度、剪切強（qiáng）弱等因素有關。紡絲溶液的可紡性好壞也是溶液體係內部（bù）結構化程度的宏觀體現，通常利用最大噴絲頭拉伸比和結構粘度指數評價可紡性好壞。溶液的可紡性是（shì）高分子溶液流變學範疇，與溶液流動過程的參量息息相關。

常用濕法紡絲成形的（de）體係有：聚丙烯腈纖維（腈綸）、粘膠纖維、萊賽爾纖維、氨綸、氯綸（lún）、芳綸、殼聚糖纖（xiān）維、海藻纖維、無機纖維（CNT纖維、石（shí）墨（mò）烯纖（xiān）維（wéi）、MXene纖維）等。

科研用（yòng）小微型濕法（fǎ）紡絲設備（颯卓科技出品）

參考資料：

[1] 董紀震，孫桐，古大治等，合成纖維生產（chǎn）工藝學

[2] 沈新元，高分子材料加工原（yuán）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