合成纤维第四章湿法纺丝

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1、第四章湿法纺丝（wetspinning)工艺原理定义：湿法纺丝将高聚物在溶剂中配成纺丝原液（成纤聚合物的浓溶液）后，然后把原液经过滤、脱泡，通过计量泵从喷丝头挤出，在凝固浴的作用下，粘液细流内的溶剂扩散以及凝固剂向粘液细流中渗透，经过适当的喷丝头拉伸形成初生纤维的方法。腈纶、维纶、粘胶纤维、氨纶、氯纶和芳纶采用湿法纺丝。1湿法纺丝工艺流程2湿法纺丝要求事先把聚合物制成纺丝原液（成纤聚合物的浓溶液），然后使原液过滤、脱泡，并经计量泵精确计量后进入浸泡在凝固浴中的喷丝头。由喷丝孔挤出的原液细流与凝固浴之间进行质量交换，交换的结果使原

2、液细流的低分子组分的组成发生变化，导致聚合物析出成为溶剂含量较高的凝胶。在进一步脱溶剂化的同时，发生了凝胶的脱水收缩并转变成流动性很差的初生纤维。3纺丝包括的工序是：(1)制备纺丝原液；(2)将原液从喷丝孔压出形成细流；(3)原液细流凝固成初生纤维；(4)初生纤维卷装或直接进行后处理。4特点：湿法纺丝的纺丝速度较低，一般为50～100m/min，而喷丝板的孔数较熔体纺丝多，一般达4000～2000孔。湿法纺丝得到纤维截面大多呈非圆形，且有较明显的皮芯结构，这主要是由凝固液的固化作用而造成的。湿法纺丝的缺点是工艺流程复杂，投资大、

3、纺丝速度低，生产成本较高。一般在短纤维生产时，可采用多孔喷丝头或级装喷丝孔来提高生产能力，从而弥补纺丝速度低的缺陷。5纺丝原液的制备是湿法纺丝工艺中的一个重要环节，成纤聚合物溶解的好坏不仅影响原液的稳定性和加工性能，还间接地影响到纤维成品的质量指标。聚合物的溶解较之小分子物质的溶解过程要慢得多，一般需要几小时乃至数天。所谓溶解就是指溶质分子通过分子扩散与溶剂分子均匀地混合，以至成为分子分散的均相体系。一溶解过程的特点第一节成纤聚合物溶解的基本规律6聚合物的溶解过程分为两个阶段：首先是溶剂分子扩散进入聚合物的外层，并逐渐由外层进入

4、内层，使聚合物体积膨胀，称为溶胀阶段；然后，大分子逐渐分散到溶剂中去，直至形成均匀的体系，达到完全溶解。由于聚合物结构的复杂性，如分子量很大并具有多分散性；高分子形状有线形的、支化的和交联的；高分子的聚集态有晶态或非晶态结构；有极性聚合物和非极性聚合物；有柔性高分子和刚性高分子等，使得聚合物的溶解过程比小分子物质的溶解要复杂得多。7若ΔGm为负值，则溶解过程可以自发进行。与小分子溶解过程一样，应服从下面的热力学关系式：ΔGm=ΔHm-TΔSmΔGm为混合自由能；ΔSm为混合熵；ΔHm为混合热焓；T为绝对温度从热力学的角度看，分子

5、之间作用力的变化将使体系的热焓ΔH发生变化；而分子运动自由度的改变则与体系的熵变有关。因此，溶解过程能否自发进行，可以用体系在溶解过程中所发生的自由能改变ΔGm来判断。8对于高聚物的溶解过程，可进一步表示：式中：x1、x2分别表示大分子及溶剂的摩尔分数；∆H11、∆H22表示溶解过程中大分子及溶剂的热焓变化；∆H12表示由于溶剂与大分子之间的溶剂化作用引起的热焓变化；∆S11、∆S22、∆S12表示大分子、溶剂以及由溶剂与大分子的溶剂化作用引起的熵变。ΔGm9通常根据聚合物—溶剂体系在溶解过程中热力学函数的变化，可以分为两种类型

6、的溶解情况：（一）由热焓变化决定的溶解过程在这类体系中，溶解过程所发生的熵变与过程的热焓变化相比非常小，可以忽略。极性聚合物在极性溶剂中发生的溶解过程，由于大分子与溶剂分子的强烈相互作用，溶解时放热（ΔHm<0）因此体系的自由能降低而使聚合物溶解。ΔGm10（二）由熵变决定的溶解过程一般，非极性聚合物在非极性溶剂中的溶解过程属于这种类型。溶解过程不放热或发生某种程度的吸热（ΔHm>0）；同时溶解过程所发生的熵变很大（ΔSm>0）上述只是两种不同类型体系溶解过程的一般特征。实际上，极性聚合物在极性溶剂中的溶解也可发生无热或吸热现象

7、，情况比较复杂。相似相溶11（一）大分子链结构的影响大分子链的结构决定了分子间作用力的强弱，分子间作用力强的聚合物，一般较难溶解。若减弱大分子间的作用力，将使聚合物的溶解度有显著增加。例如：用丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯等低极性官能团的单体与丙烯腈共聚，所得到的丙烯腈共聚体的溶解度要比丙烯腈均聚物大得多。二影响溶解度的结构因素12聚合物的溶解还在很大程度上取决于分子链的柔性。分子链的柔性大的较易溶解。分子链的柔性取决于聚合物的结构。在聚合物分子链中若引入化学交联点，会使溶解度明显下降，分子量高的聚合物，分子间的作用力比较大，随着分

8、子量的增加，溶解度下降。13（二）超分子结构的影响无定形聚合物要比部分结晶聚合物容易溶解原因：前者分子间的作用力较弱，后者因结晶部分分子间的作用力较强，要使其完全溶解需较高的温度。例如聚烯烃，一般需高温溶解，聚四氟乙烯由于高度的结晶，即使在加热的情况下，也难溶解