《化學（xué）纖維成形加工原（yuán）理》—濕法紡絲（一）

濕法（fǎ）紡絲是溶液（yè）紡（fǎng）絲中的（de）一種，也（yě）是化學（xué）纖維常用（yòng）的紡絲方法之一。該紡絲技術適用於不（bú）能熔（róng）融隻能溶解於溶劑中的聚合物材料（liào）或對溫度敏感易降解的天然高分子、生物（wù）質材料（liào）。根據物（wù）理化學原理（lǐ）不同，濕法紡絲可進一步（bù）分為（wéi）相分離法、凍膠法（凝膠法）和液晶法。在液晶法（fǎ）中，溶致性聚合物的液晶溶液通過在溶液中固（gù）體（tǐ）結晶（jīng）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（zài）溶液中分子間鍵的形成而固化，如超高（gāo）分子量聚乙烯纖維的成形。在實際的濕法紡絲中，多數是通過相分離法實（shí）施的。在（zài）相分離法中，紡絲原液經噴絲板擠入到凝固浴中，原液（yè）細流中的溶劑向外擴散，而沉澱劑向原液（yè）細流內部擴散，於是引起相變。相變的結（jié）果是溶液中出現兩相，一為聚（jù）合物濃相，一為聚合（hé）物稀相，即濕法紡（fǎng）絲經典的雙擴散（sàn）成形（xíng）理論。

濕法紡絲中溶劑-凝固劑的（de）雙擴散（sàn）過（guò）程示意圖

濕法紡絲過程與熔（róng）融紡絲過程不同，濕法（fǎ）成形過程中（zhōng）不僅有熱量傳遞（dì），質量傳遞也十分突出，有時還伴有化學反應。當紡絲的（de）原液（yè）細流（liú）進入凝固（gù）浴後，便與（yǔ）凝固浴體係不斷地發生著傳質、傳熱。而這些傳遞過程的速率大小和劇烈程度對纖維初生結構（gòu）具有重要的影（yǐng）響。也正（zhèng）因如此，濕法紡（fǎng）絲設備都應該（gāi）具有對紡絲溫度、速度（dù）和應（yīng）力進行精密調節的功能，這樣才能夠對纖維成形（xíng）過（guò）程及其細（xì）微觀結（jié）構進行有效的調控。

濕法紡絲工藝過（guò）程一般是先將成纖高聚物配製成濃溶（róng）液（原液），然後把原液過（guò）濾、脫泡後（hòu）通過計量泵從噴絲頭中擠出，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。根（gēn）據原料的來源不同，濕法紡絲工藝又分為一（yī）步法紡絲和兩步法紡（fǎng）絲。一步（bù）法紡絲是將單體（tǐ）聚（jù）合得到的聚合物溶（róng）液直接輸送（sòng）到（dào）紡絲機處進行紡絲，兩步法紡絲是單體聚合得到的聚合物（wù）溶液經過分離、幹（gàn）燥（zào）製得固體聚合物，然（rán）後將固體聚合物再溶（róng）解後再進行紡絲（sī）。

濕（shī）法（fǎ）紡絲中的“一步法（fǎ）”與“兩步法”工（gōng）藝流程說明

溶液的配製是濕法紡（fǎng）絲工藝的一個重要的工（gōng）藝（yì）過程，溶液品質的好壞將直接（jiē）影響原液的紡絲性能和初生纖維的品質，一般而言濕法紡絲溶液的製備主要關注（zhù）以下三個指（zhǐ）標：

(1) 均勻性

原液均勻性中主（zhǔ）要關注的是聚合物的溶解均勻性，但（dàn）是（shì）對於多相體（tǐ）係而言還要重點關注體係的分散均勻（yún）性，比如有機/無機複合體係中，無機粉體在（zài）聚合物本體中是否能夠均勻分（fèn）散是決定該複合體係能夠順利紡絲的關鍵因（yīn）素。因此在有機/無機（jī）複合體係中，要提升紡絲溶液的品質，應（yīng）該重點從材料的結構設計角度入手，增強無機納米材（cái）料與高分子本（běn）體間的界麵相互作用是提高分散均勻（yún）性的關鍵。

(2) 穩定性

分散穩定性是指紡絲溶液的存放（fàng）和（hé）放置過程是否會發生降解、分相、沉（chén）聚等現象。特別是無機納米材料與高分（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，進而導致溶液的穩定性較弱。評價紡絲體係穩定性常（cháng）用的表征手段是Zeta電位測量，即通（tōng）過無機納米粒子（zǐ）在（zài）高分子稀溶液中的（de）zeta電位（wèi）數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（fèn）散體係（xì）的動態激光（guāng）光散射等。

(3) 可紡性：

紡絲（sī）溶液通（tōng）過毛細孔（kǒng）擠出後是否具有拉絲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、分子量分布）、紡絲溶液濃（nóng）度、溫度、剪切強弱等因素有關。紡絲溶液的（de）可紡性好壞也是（shì）溶液體（tǐ）係內部結構化程度的宏觀體現（xiàn），通常利用最大噴絲頭拉伸比和（hé）結構粘度指數評（píng）價可紡性好壞。溶液的可紡性是高分子（zǐ）溶液流變學範疇，與溶（róng）液流動過程的參量息息（xī）相關。

常用濕法紡絲成形的體係有：聚丙烯（xī）腈纖維（腈綸）、粘膠纖維、萊賽爾（ěr）纖維、氨綸、氯綸、芳（fāng）綸、殼（ké）聚糖（táng）纖維、海藻纖維、無機纖維（wéi）（CNT纖維、石墨烯纖維（wéi）、MXene纖維）等（děng）。

科研用小微型濕法紡絲設備（bèi）（香蕉在线播放科技出品）

參考資料：

[1] 董紀震，孫桐，古（gǔ）大治等，合成纖維生（shēng）產工藝學

[2] 沈新元，高分子材料加工（gōng）原理

[3] 沈新元（yuán），化學纖維手冊

[4] 何平（píng）笙，新編高聚物的結（jié）構與性能