《化學纖維（wéi）成形加（jiā）工原理》—濕（shī）法紡絲（一）

濕法紡絲是溶（róng）液紡絲中的一種，也是化學纖（xiān）維常用的紡絲方法之一。該紡絲技術適（shì）用（yòng）於不能熔融隻能溶解於溶劑（jì）中的聚合物材料或對（duì）溫度（dù）敏感易降解的天然高分子、生物質材料（liào）。根據物理化學原理（lǐ）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。在液晶法中，溶致性聚合物的液晶溶液通過在溶液中（zhōng）固體結晶區的形（xíng）成而固化，如凱夫拉（lā）纖維的成形。凍膠法中，聚合物溶液（yè）通（tōng）過在溶（róng）液中分子（zǐ）間鍵的形成而（ér）固化，如超高分子量聚乙烯（xī）纖維（wéi）的成形。在實際（jì）的濕法紡（fǎng）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到（dào）凝固（gù）浴中，原（yuán）液細流中的溶（róng）劑向外擴散，而沉澱劑向原液細流內部擴散，於（yú）是（shì）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（kuò）散成形理論。

濕法紡絲中溶（róng）劑-凝固劑的雙擴散過程示意圖

濕法紡絲過程與熔融紡絲過程不同，濕法成形過程中不僅有熱量傳（chuán）遞，質量傳遞也十分突出，有時還伴（bàn）有化學反應。當紡（fǎng）絲的原液細流進入凝固浴後，便與（yǔ）凝（níng）固（gù）浴體係不斷地發生（shēng）著傳質、傳熱。而這些傳遞過程的（de）速率大小（xiǎo）和劇烈程度對纖維初生結（jié）構具有重要的（de）影響。也正因如此，濕法紡（fǎng）絲設備都應該具有對紡絲溫度、速度和應（yīng）力進行精密調節的功能，這樣才能夠對纖維成形過程及其細微觀（guān）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（wù）配製成濃溶液（原液），然（rán）後把原（yuán）液（yè）過濾、脫泡（pào）後通過計量泵從噴（pēn）絲頭中擠出，在凝固劑的作用下，經過適（shì）當的噴絲頭（tóu）拉伸而形成初生纖（xiān）維。根據原（yuán）料的來源不（bú）同，濕法紡絲工藝又分為一步法紡絲和兩步法紡絲（sī）。一步法紡絲是將單體聚合得到的聚合物溶液（yè）直接（jiē）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，然後將固體聚合物再溶解後再進行紡絲。

濕（shī）法紡絲中的“一步法”與“兩步法（fǎ）”工藝流（liú）程說明

溶液（yè）的配製是濕法紡絲工藝的一個重要的（de）工藝過程，溶（róng）液品質的好壞將直接影響原液（yè）的紡絲性能（néng）和初生纖維的（de）品質，一般而言濕法紡絲溶液的製備主要關（guān）注以下三個指標（biāo）：

(1) 均勻性

原液均勻（yún）性中主要關注的是聚合物的溶解均勻性，但是對於多相體係而言還要重點關注體係的分散均勻性，比（bǐ）如有機/無機複合體係中，無機粉體在聚合物本體（tǐ）中是否（fǒu）能夠均勻分散是決定該複合體係能夠順利紡絲的關鍵因素。因此在有機/無機複合體係中，要提升紡絲溶液的品（pǐn）質，應該重點從材料的結構設計角度入手，增強無機納米材料與（yǔ）高分子本體（tǐ）間的界麵相互作用是提高分散均勻性（xìng）的關鍵。

(2) 穩定性

分散（sàn）穩定（dìng）性是指紡絲溶液的存放和（hé）放置過程是否會發生降解（jiě）、分相、沉聚等（děng）現象。特別是無機納米（mǐ）材（cái）料與高分子的複合體係中往（wǎng）往因為界麵（miàn）相互（hù）作用不強而使納米粒子（zǐ）分散性較差，進而（ér）導致溶液的穩定性較弱（ruò）。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（nà）米粒子在高分子稀溶液中（zhōng）的zeta電位數值來評價分散穩定性的好壞。其他的表（biǎo）征手段如複合材料的原位TEM、或者分散體係的動態激光光散射等。

(3) 可（kě）紡性：

紡絲溶液通過毛（máo）細孔擠出後是否具（jù）有（yǒu）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（分子量、分子量（liàng）分布）、紡絲溶液濃度（dù）、溫度、剪切強弱等（děng）因（yīn）素有關。紡絲溶液的可紡性好壞也是溶液體係內部結構化程度的宏觀體現，通常利用最大噴絲頭拉伸比（bǐ）和結構粘度指數評價可紡性好壞。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（chéng）的（de）參量息息相關。

常用濕（shī）法紡絲成形的體係有：聚丙烯腈纖維（腈綸）、粘膠（jiāo）纖維、萊（lái）賽爾纖維、氨綸、氯綸、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（花季传媒app科技出品）

參考資料：

[1] 董紀震（zhèn），孫桐，古大治等，合成纖維生產工藝學

[2] 沈新元，高分（fèn）子材（cái）料（liào）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（néng）