《化學纖維成形（xíng）加工原理》—濕（shī）法（fǎ）紡絲（一（yī））

濕法紡絲是溶液紡絲中的一種（zhǒng），也是化學纖維常用的紡絲方法之一。該紡絲（sī）技術（shù）適用於不能（néng）熔融隻能（néng）溶解於溶劑中的聚合物材料或對溫度敏感易降（jiàng）解的天然高分子、生物質材料。根（gēn）據物理化學原理不同，濕法紡絲可進一（yī）步分為相分離法、凍膠法（fǎ）（凝膠法）和液晶法。在（zài）液晶法（fǎ）中，溶致性聚合物（wù）的液晶溶液通過在溶液中（zhōng）固體結晶區的形成（chéng）而固化，如凱夫拉纖維的（de）成形。凍膠（jiāo）法中，聚合物溶（róng）液通過在溶（róng）液中分子間鍵的形成而固（gù）化（huà），如超高分子量聚乙烯纖維的成形。在（zài）實際的（de）濕法紡絲中（zhōng），多（duō）數是通過相分離法實（shí）施的。在相分離法中（zhōng），紡絲原液經噴絲板擠入（rù）到凝固浴中，原液細流（liú）中的溶劑向外擴散，而沉（chén）澱劑向原液細流內部擴散（sàn），於是引起相變。相變的結果是溶液中出現兩相（xiàng），一為聚合物濃相，一（yī）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（yì）圖

濕法紡絲過程與（yǔ）熔融紡絲過程（chéng）不同，濕法成形過（guò）程（chéng）中不（bú）僅有熱量傳遞，質量傳遞也（yě）十分突出，有時還伴有化（huà）學反應。當紡絲的原液細流進入凝固浴後，便與凝固浴（yù）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烈程度對纖維（wéi）初生（shēng）結構具有重要的影響。也正因如此，濕法紡絲（sī）設備都（dōu）應該（gāi）具有（yǒu）對紡絲溫度、速度和應力進行精（jīng）密調節的功（gōng）能，這樣才能夠對纖維成形過程及其細微觀結構進行（háng）有效的調控。

濕（shī）法紡絲工藝（yì）過程一般是先將成（chéng）纖高聚物配製成濃溶液（原液），然後把原液（yè）過濾、脫泡後通過計量泵從噴絲頭中擠（jǐ）出，在凝固劑的作用下，經過（guò）適當（dāng）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法紡絲。一步（bù）法紡絲（sī）是將單體聚合得到的聚（jù）合物溶（róng）液直接輸送到紡絲機處進行紡絲，兩步法紡絲是單體聚合得到的聚合物溶（róng）液經過分離、幹燥（zào）製得固體聚合物，然後（hòu）將固體聚合物（wù）再（zài）溶解後再進行紡絲。

濕法紡絲中（zhōng）的“一步法”與“兩步法”工藝流程說明

溶液（yè）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（de）紡（fǎng）絲性能和初生纖維（wéi）的品質，一般而言濕法紡（fǎng）絲溶液（yè）的製備主要關注（zhù）以下三（sān）個指標：

(1) 均勻性

原液均勻性中主要關注的是聚合物的溶解均（jun1）勻性，但是對於多相體係而言還要重點關注（zhù）體係的分（fèn）散均勻（yún）性，比如有機/無機複合體係中，無機粉體在（zài）聚合物本體（tǐ）中是（shì）否能夠均勻分散是決定該複（fù）合體係能夠順利紡絲的關鍵因素。因此在有機/無機複合體係（xì）中，要提升紡絲（sī）溶液的品質，應該重點從材料的結構設計角度入（rù）手，增強無機納米材料與高分子本體間（jiān）的界麵相互作（zuò）用是提高分散均勻性（xìng）的關鍵。

(2) 穩定性（xìng）

分（fèn）散（sàn）穩定性（xìng）是指紡絲溶液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（nà）米材料與高（gāo）分（fèn）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（wěn）定性較弱。評價紡（fǎng）絲（sī）體係穩（wěn）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高分子稀溶液中的（de）zeta電位數值（zhí）來評價分（fèn）散（sàn）穩定性的好壞。其他的（de）表征手（shǒu）段如複合材料的（de）原位TEM、或者分散體（tǐ）係的動態激光光（guāng）散射等。

(3) 可紡性：

紡絲溶液通過毛細孔擠出後是否具有（yǒu）拉絲成纖的能力稱之為溶液的可紡性。可紡性的高（gāo）低與高分子本體性質（分子量、分子量分布）、紡絲（sī）溶液濃度、溫度、剪切（qiē）強弱等因素（sù）有關。紡（fǎng）絲溶液的可紡性好壞也是溶液體係內部結（jié）構化程度（dù）的宏（hóng）觀體現，通（tōng）常利用最大噴絲頭拉伸比和結（jié）構粘度指數評價可紡性好（hǎo）壞。溶液的可紡性是高分子溶液流變學範疇，與溶液（yè）流動過程的參量息息相關。

常用濕法紡絲成形的體（tǐ）係有：聚丙烯腈纖維（腈綸）、粘膠纖維、萊賽爾（ěr）纖維（wéi）、氨綸、氯綸（lún）、芳綸、殼聚糖纖（xiān）維、海藻纖維、無（wú）機（jī）纖維（CNT纖維、石墨烯纖維、MXene纖維（wéi））等。

科研用小微型濕（shī）法（fǎ）紡絲設（shè）備（17c起草视频科技出品（pǐn））

參考資料：

[1] 董紀震，孫桐，古大治等（děng），合成纖維生（shēng）產工藝（yì）學

[2] 沈新元，高分子（zǐ）材料（liào）加工原（yuán）理

[3] 沈新元，化學纖維手（shǒu）冊

[4] 何平笙，新編高（gāo）聚物的結構與性能