高分子材料成型加工-第9讲

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1、高分子材料成型与加工第九讲1第二章化学纤维的成型加工第三节湿法纺丝二、湿法纺丝中纤维结构的形成1、截面形状：溶剂种类、凝固浴温度、凝固浴浓度、纺丝溶液浓度、喷头负拉伸2、皮芯结构（皮、芯存在结构性能差别）凝固浴组成、纺丝液组成、凝固浴温度、凝固浴浓度3、微孔结构（几十um的大孔及10nm左右的微孔）溶剂种类、聚合物的结构、凝固浴浓度、凝固浴温度、纺丝溶液浓度、喷头负拉伸4、超分子结构轴向取向结构、结晶结构三、干法纺丝1、干纺纺丝的甬道送风方式(1)顺流式；(2)逆流式；(3)分流式；(4)双进式2、干纺纺丝中的传热和传质I区(闪蒸区)(近喷孔处)；II区(恒速蒸发区)；III区(

2、降速蒸发区)3、干法纺丝与其他纺丝方法的比较4、干法纺丝中纤维结构的形成（1）超分子结构；（2）形态结构（3）纺丝参数对纤维的结构和性质的影响四、干湿法纺丝普通干湿法纺丝、冻胶纺丝、（溶致）液晶纺丝普通干湿法纺丝与湿法纺丝的比较3第四节湿法纺丝实例一、聚丙烯腈（PAN）纤维1、丙烯腈的聚合均相溶液聚合和非均相溶液聚合2、聚丙烯腈纺丝原液的制备（1）一步法（聚合）；（2）二步法（再溶解）3、聚丙烯腈湿法纺丝工艺一步法与二步法、不同溶剂、湿法与干法，共有12种工艺路线（1）DMF溶剂路线（2）NaSCN溶剂路线4、聚丙烯腈湿法纺丝机主要部件：烛形过滤器、计量泵、喷丝头5、聚丙烯腈的干

3、法纺丝4二、间位芳纶（PMIA纤维）间位芳纶纺丝工序PMIA的聚合、纺丝一步法工艺三、沉析纤维（纤维纸主要原料）纺丝溶液、非纺丝法（类似于熔喷纺丝）沉析纤维纤维纸第五节冻胶纺丝Staudinger教授提出的高强高模高分子纤维必须具备的结构模型：刚性链高分子：分子链刚性不易折叠，分子自然而然地充分伸展，在加工过程中沿作用力方向择优取向和结晶。杜邦公司发明了液晶纺丝方法（对位芳纶Kevlar）非极性柔性链高分子：分子间作用力非常小，分子链很长，设法使其充分伸展并取向结晶，形成伸直链结构的纤维。荷兰DSM公司发明了冻胶纺丝方法（UHMWPE纤维Dyneema）一、冻胶纺丝概述冻胶

4、纺丝（凝胶纺丝）是一种通过冻胶态中间物质制得高强度纤维的新型纺丝方法。采用干-湿法纺丝工艺，挤出的纺丝溶液细流先通过一段气隙，然后进入凝固浴，骤冷成冻胶纤维。1978年，荷兰DSM公司中心实验室的SmithP与LemstraPJ发表了第一份关于冻胶纺丝法(Gelspinning)制备高强高模聚乙烯纤维的专利（溶剂为十氢萘），并于1979年获得专利授权。美国Allied公司购买荷兰DSM公司专利，改用石蜡油为溶剂，于1984年率先实现了UHMWPE冻胶纺丝工业化，之后荷兰DSM公司与日本的东洋纺公司合作，1986年实现了十氢萘为溶剂的UHMWPE冻胶纺丝工业化。冻胶纺丝与普通干

5、湿法纺丝的区别主要区别不在于纺丝工艺，而在于挤出细流在凝固浴中的状态不同。普通干湿法纺丝：挤出喷丝孔的原液细流与凝固浴发生质交换，细流中的溶剂向凝固浴扩散，凝固剂向细流扩散，从而使纺丝原液发生相分离逐步凝固，丝条的化学组成随纺程一直在变化。冻胶纺丝：进入凝固浴的高温纺丝原液与凝固浴发生热交换，骤冷凝固形成冻胶纤维，凝固过程几乎没有质交换，只有热交换。二、冻胶纺丝工艺要点冻胶纺丝的所有工艺技术要点都是为了减少纤维宏观和微观缺陷，使纤维结晶结构接近理想的纤维，使分子链几乎完全沿纤维轴取向，从而使得纤维具有高强度高模量。常规纤维微纤的结构模型示意图高强高模纤维的结构模型完全伸直链结

6、晶的理想微纤结构模型二、冻胶纺丝工艺要点采用超高分子量的聚合体，减少分子链末端缺陷；溶解解开长链分子间的缠结，采用良溶剂，溶液浓度一般比较低；喷头挤出解缠结：采用喷丝孔L/D≥10的喷丝板；凝固过程：为骤冷过程，将分子解缠结状态固定住；除溶剂过程：采用萃取或高温挥发方式去除溶剂，防止长链分子再缠结；超倍热拉伸：使解开缠结的长链分子沿纤维轴取向结晶，形成伸直链结晶结构。冻胶纺丝工艺要点高分子链的拓扑缠结（a）和凝聚缠结（b）工艺要排除的缺陷溶解工艺末端缺陷制备超高分子量聚合物的均匀溶液缠结纺丝工艺骤冷控制结晶，制备冻胶状初生纤维缠结拉伸工艺折叠链高倍拉伸非晶含量三、UH

7、MWPE冻胶纺丝工艺前纺：后纺：UHMWE纤维生产工艺流程图1、原料选择UHMWPE冻胶纺丝的主要原料包括UHMWPE聚合体、溶剂及抗氧剂等纺丝助剂。（1）UHMWPE聚合体UHMWPE分子量：要获得超高强度的聚乙烯纤维，必须采用超高分子量聚合体为原料。因分子量越高，末端缺陷越少，另大幅度提高分子量还有助于超倍拉伸的实现。但分子量过高，会造成溶解困难，必须降低溶液浓度以达到溶解并具有可纺性，不利于工业化生产。目前工业化UHMWPE冻胶纺丝采用的原料分子量一般为350~500万。