濕法紡絲工藝原理-課件

1、第五節(jié) 紡絲原液細(xì)流的固化一、相分離的熱力學(xué)條件 紡絲原液是高聚物和溶劑二元體系，是均相的高分子溶液。當(dāng)加入凝固劑后，成為高聚物-溶劑-凝固劑三元體系。 高聚物-溶劑-凝固劑三元體系分相難易程度可以用（溶劑的）臨界濃度Cc和凝固強(qiáng)度Vb來表示。 第五節(jié) 紡絲原液細(xì)流的固化1、（溶劑的）臨界濃度Cc（1）臨界濃度Cc定義：在一定溫度下，當(dāng)溶液中高聚物濃度為某一固定值時(shí)，不斷改變體系中溶劑與凝固劑的比例，在達(dá)到某一臨界值后，高聚物開始從溶液中析出，此時(shí)溶劑在溶劑-凝固劑體系中的濃度稱為臨界濃度Cc。 臨界濃度Cc越大，體系越容易發(fā)生相分離1、（溶劑的）臨界濃度Cc（1）臨界濃度Cc定義：在一定溫（

2、2）臨界濃度Cc的計(jì)算：通常以1%高聚物溶液，用一定濃度的凝固劑滴定至混濁，即可求得臨界濃度。臨界濃度的計(jì)算如下：C0 高聚物溶液中溶劑的濃度；0 高聚物溶液的比重；V0 為高聚物溶液的體積； Cb滴定液中溶劑的濃度， b為滴定液的比重； Vb為滴定液耗用的體積.（2）臨界濃度Cc的計(jì)算：通常以1%高聚物溶液，用一定濃度的例如：在用硫氰酸鈉法紡腈綸時(shí)，取25ml的丙烯腈共聚物溶液，共聚物濃度為1%，NaSCN在NaSCN-H2O中的濃度為51%，用濃度為12%的NaSCN水溶液進(jìn)行滴定； 0值約為1.294； b值約為1.069； Vb值為24.3cm3。則 當(dāng)體系中NaSCN的重量百分濃度從

3、51%下降到33.6%以下時(shí)，就會產(chǎn)生共聚物的相分離，即共聚物從體系中沉淀析出。 例如：在用硫氰酸鈉法紡腈綸時(shí)，取25ml的丙烯腈共聚物溶液，（3）臨界濃度Cc的影響因素 高聚物的結(jié)構(gòu) a、高聚物的分子量：高聚物的分子量越大，臨界濃度Cc 越大； b、共聚物的組成和含量：含親溶劑組分的量越大，臨界濃度Cc越小； 溶劑的性質(zhì) 溶劑的溶解能力越大，臨界濃度Cc越小； （3）臨界濃度Cc的影響因素 高聚物的結(jié)構(gòu)原液濃度濃度越高，臨界濃度Cc越大；凝固浴溫度具有上臨界混溶溫度的體系 ，溫度升高，臨界濃度Cc減??；具有下臨界混溶溫度的體系 ，溫度升高，臨界濃度Cc升高；原液濃度丙烯腈共聚物的分子量及磺酸

4、基含量對臨界濃度Cc的影響共聚物中-SO3Na含量平均分子量臨界濃度Cc(%)0.2660.2670.3080.3080.4940.49486100641008160070800885006900035.034.934.534.234.633.9丙烯腈共聚物的分子量及磺酸基含量對臨界濃度Cc的影響共聚物中2、（凝固浴液的）凝固值Vb（凝固強(qiáng)度）（1）凝固強(qiáng)度的定義：對同一高聚物溶液來說，滴定所用凝固浴體積的立方厘米數(shù)稱為此滴定液（即凝固浴）的凝固值Vb ，它表征該浴液的凝固強(qiáng)度。 Vb的數(shù)值越小，凝固浴的凝固強(qiáng)度越大。 Vb的數(shù)值越小，體系越容易發(fā)生相分離。 2、（凝固浴液的）凝固值Vb（凝固

5、強(qiáng)度）（1）凝固強(qiáng)度的定義（2）影響凝固強(qiáng)度的因素凝固浴的濃度Cb（凝固浴中溶劑的濃度）凝固浴的濃度Cb增加，凝固值Vb增加；凝固強(qiáng)度降低。共聚物的配料比為丙烯腈丙烯酸甲酯甲基丙烯磺酸鈉=91.571.5（2）影響凝固強(qiáng)度的因素凝固浴的濃度Cb（凝固浴中溶劑的濃 凝固浴溫度具有上臨界混溶溫度的體系 ，溫度升高，凝固值Vb升高；具有下臨界混溶溫度的體系 ，溫度升高，凝固值Vb減小 ； 凝固浴溫度凝固劑凝固浴中凝固劑的凝固能力越大,凝固值Vb越??；凝固浴中凝固劑的凝固能力越小,凝固值Vb越大凝固劑凝固浴中凝固劑的凝固能力越大,凝固值Vb越??；二、擴(kuò)散定律和衡量擴(kuò)散速率的基本量1. 在濕紡過程中與擴(kuò)

6、散有關(guān)的基本問題（1）紡絲原液細(xì)流在凝固浴中的雙擴(kuò)散包括凝固浴中的凝固劑向原液細(xì)流內(nèi)部的擴(kuò)散，也包括原液中溶劑向凝固浴擴(kuò)散。（2）在濕紡過程中，原液細(xì)流與凝固浴接觸后，當(dāng)原液細(xì)流中某處的溶液濃度達(dá)到臨界濃度時(shí)，則發(fā)生相分離而固化成形。顯然，這一過程的完成是以雙擴(kuò)散為基礎(chǔ)的。二、擴(kuò)散定律和衡量擴(kuò)散速率的基本量1. 在濕紡過程中與擴(kuò)散有（3）擴(kuò)散過程中紡絲線上各組分是在不斷發(fā)生變化的組分噴絲孔出口處%出凝固浴%NaSCN43.98.9H2O43.574.2Co-PAN12.616.9（3）擴(kuò)散過程中紡絲線上各組分是在不斷發(fā)生變化的組分噴絲孔出2、擴(kuò)散速率的表征（1）擴(kuò)散系數(shù)D和傳質(zhì)通量J 單位時(shí)間

7、擴(kuò)散物質(zhì)的量，擴(kuò)散速度； 濃度梯度（細(xì)流與凝固溶液濃度差）A：擴(kuò)散物質(zhì)所通過的面積。D：擴(kuò)散系數(shù)是表征擴(kuò)散過程最基本物理量擴(kuò)散定律： 擴(kuò)散系數(shù)是沿?cái)U(kuò)散方向，在單位時(shí)間每單位濃度降的條件下，垂直通過單位面積所擴(kuò)散某物質(zhì)的質(zhì)量或摩爾數(shù)。 2、擴(kuò)散速率的表征（1）擴(kuò)散系數(shù)D和傳質(zhì)通量J 單位時(shí)間擴(kuò)散設(shè) 則擴(kuò)散定律為 傳質(zhì)通量J：單位面積單位時(shí)間通過物質(zhì)的量Fick第一定律： 傳質(zhì)通量J是表征擴(kuò)散過程的另一個(gè)基本物理量設(shè) 則擴(kuò)散定律為 傳質(zhì)通量J：單位面積單位時(shí)間通過 Ds、DN 溶劑、凝固劑的擴(kuò)散系數(shù) ， Js、JN溶劑、凝固劑的傳質(zhì)通量。 Ds、DN 溶劑、凝固劑的擴(kuò)散系數(shù) ， （2）固化速率參數(shù)

8、Sr在紡絲細(xì)流中?？梢杂^察到已固化部分和未固化部分之間有明顯界面，而且隨擴(kuò)散過程的進(jìn)行界面的位置不斷地移動，故稱移動邊界（moving boundry），這種邊界位移的速率可用固化速率參數(shù) 表示皮層厚度，t擴(kuò)散時(shí)間Sr體現(xiàn)相分離、擴(kuò)散等的綜合條件, 能較真實(shí)的反映濕紡過程中的固化速率，并能反映原液組成、凝固浴組成和溫度對固化速率的影響。（2）固化速率參數(shù)Sr在紡絲細(xì)流中?？梢杂^察到已固化部分和未丙烯腈共聚物-DMAc凍膠（26%）在凝固浴中皮層的增長情況 試樣原始半徑0.467cm 凝固浴組成(a)15%DMAc-水 (b)65%DMAc-水傳質(zhì)通量J、擴(kuò)散系數(shù)D、固化速率參數(shù)Sr是表征擴(kuò)散過

9、程的基本物理量。傳質(zhì)通量J、擴(kuò)散系數(shù)D、固化速率參數(shù)Sr是表征擴(kuò)散過程的基本（3）傳質(zhì)通量比JS/JN溶劑的通量（Js）和非溶劑（凝固劑）的通量（JN）比值（Js/JN），此值稱為傳質(zhì)通量比。Js/JN =1 高聚物濃度不變，等濃凝固Js/JN 1 高聚物濃度增加，濃縮凝固（3）傳質(zhì)通量比JS/JN三、成形條件對擴(kuò)散基本物理量的影響（一）凝固浴濃度及溫度的影響1、凝固浴溫度的下降，擴(kuò)散系數(shù)減小。溫度升高，分子活動能力增加，擴(kuò)散加劇。一般有：T, Di (Ds、Dn) 三、成形條件對擴(kuò)散基本物理量的影響（一）凝固浴濃度及溫度的2、凝固浴濃度增加，擴(kuò)散系數(shù)先減小后增加，擴(kuò)散系數(shù)存在最低值。凝固浴濃

10、度增加，凝固浴溶劑含量增加，凝固劑含量減小，雙擴(kuò)散的擴(kuò)散系數(shù)減小。凝固浴濃度再增高時(shí)，由于溶劑的溶脹作用，結(jié)構(gòu)又復(fù)變松。這也可能就是擴(kuò)散速率在某一凝固浴濃度下出現(xiàn)最低點(diǎn)的原因。2、凝固浴濃度增加，擴(kuò)散系數(shù)先減小后增加，擴(kuò)散系數(shù)存在最低值（二）擴(kuò)散系數(shù)與纖維半徑的關(guān)系隨著單纖維半徑的的不斷增大，擴(kuò)散系數(shù)D也不斷的增大。一般有：R，Di 纖維凝固成形時(shí)，在表面先形成一層表皮，結(jié)構(gòu)較緊密。在纖維半徑小時(shí)，表皮層的相對比例較大，平均擴(kuò)散系數(shù)較小。隨著纖維半徑的增大，表皮層的相對比例變小，故平均擴(kuò)散系數(shù)變大。 （二）擴(kuò)散系數(shù)與纖維半徑的關(guān)系隨著單纖維半徑的的不斷增大，擴(kuò)（三）擴(kuò)散系數(shù)沿紡程的變化沿紡程擴(kuò)

11、散系數(shù)減小。 粘膠纖維成形中H2SO4和ZnSO4的擴(kuò)散系數(shù)沿紡程的變化以粘膠纖維的成形為例，隨紡程的加大，纖維凝固逐漸充分，H2SO4擴(kuò)散系數(shù)減小。對ZnSO4來說，也呈現(xiàn)減小的趨勢，但變化幅度很小。（三）擴(kuò)散系數(shù)沿紡程的變化沿紡程擴(kuò)散系數(shù)減小。 粘膠纖維成形（四）添加劑及紡速的影響1、加入變性劑后，擴(kuò)散系數(shù)減小。粘膠纖維成形時(shí)，加入變性劑（聚氧乙烯衍生物）后，中和浸長成倍增加，表明擴(kuò)散速率明顯下降。這和使用變性劑后，測得的絲束凍膠溶脹度變小，結(jié)構(gòu)較緊，纖維截面均勻，所得纖維物理機(jī)械性能改善的情況完全一致。2、紡速增大，擴(kuò)散速度增大。以粘膠生產(chǎn)為例：VL ,擴(kuò)散速率 （四）添加劑及紡速的影響

12、1、加入變性劑后，擴(kuò)散系數(shù)減小。表8-17 粘膠纖維成形中變性劑及紡速度對中和浸長的影響紡絲速度（m/min）無 變 性 劑加 入 變 性 劑中和浸長（cm）中和時(shí)間（s）中和浸長（cm）中和時(shí)間（s）11.016.031.436.744.26.08.016.018.522.00.3270.300.3060.300.29414.018.030.034.040.00.7630.6750.5730.5550.543表8-17 粘膠纖維成形中變性劑及紡速度對中和浸長的影響無（五）溶劑及凝固劑種類的影響1、溶劑不同，對成形纖維的結(jié)構(gòu)和擴(kuò)散速率有很大的影響。以PAN為例： 2、凝固劑分子量大，則擴(kuò)散系數(shù)

13、變小。聚丙烯腈以DMF為溶劑，用不同分子量的凝固劑成形時(shí)，其擴(kuò)散系數(shù)有下列順序：溶劑DMSODMFDMAcNaSCNSr6.22.11.10.4凝固劑凝固劑分子量異丁醇乙醇甲醇H2ODN106 cm2/s0.2650.871.865.2（五）溶劑及凝固劑種類的影響1、溶劑不同，對成形纖維的結(jié)構(gòu)和（六）原液濃度的影響隨著原液濃度的提高，溶劑或凝固劑的擴(kuò)散系數(shù)都下降。因?yàn)樵旱臐舛忍岣?，體系的粘度也隨之提高，各種分子的擴(kuò)散阻力增大，故擴(kuò)散系數(shù)下降。（六）原液濃度的影響四、紡絲線的組成變化路徑和傳質(zhì)通量比1、高聚物-溶劑-凝固劑 （P-S-N）三元體系相平衡圖 當(dāng)溫度與壓力恒定的情況下，高聚物-溶劑

14、-凝固劑三元體系的相圖可用一等邊三角形表示。 三角形的任一邊代表一個(gè)二元體系； 三角形內(nèi)的任一點(diǎn)代表體系中三個(gè)成分的相互比例。例如在三元體系中的一點(diǎn)O，過O點(diǎn)作NP邊的垂線OA，再自S點(diǎn)作NP邊的中垂線SS1，則OA/ SS1的比例百分?jǐn)?shù)，代表O點(diǎn)上溶劑S的百分含量，同理可求得O點(diǎn)高聚物P和凝固劑N的百分含量。四、紡絲線的組成變化路徑和傳質(zhì)通量比1、高聚物-溶劑-凝固劑當(dāng)在40下，以0.2%40%的PVA溶液（以H2O或DMSO為溶劑）與0.2%-100%的NaOH、Na2SO4或甲醇水溶液相混合，如果在搖勻后體系出現(xiàn)混濁，即表示發(fā)生了相分離。把開始出現(xiàn)混濁的各點(diǎn)相聯(lián)，即可獲得相分離曲線圖。在

15、三元體系相圖中，相分離曲線以上的部分是均相的溶液；曲線以下的部分由于發(fā)生了相分離，所以是多相體系。PVA-DMSO-甲醇三元體系相平衡圖當(dāng)在40下，以0.2%40%的PVA溶液（以H2O或DM2、紡絲原液細(xì)流凝固的途徑 由于雙擴(kuò)散的進(jìn)行，在聚合物（P）-溶劑（S）-凝固劑（N）的三元體系中，組成隨雙擴(kuò)散的進(jìn)行而逐步發(fā)生變化。組成的變化決定于傳質(zhì)通量比（ JS / JN ）。改變紡絲用的溶劑和凝固劑，其組成變化所經(jīng)歷的路徑是不同的，每一路徑的通量比也是互不相同的。因此，可用不同通量比來代表紡絲線組成變化的路徑。傳質(zhì)通量比的變化路徑分三類：JS / JN =1 高聚物濃度不變，等濃凝固JS / J

16、N 1 高聚物濃度增加，濃縮凝固2、紡絲原液細(xì)流凝固的途徑 由于雙擴(kuò)散的進(jìn)行，在聚合物（P）Ziabicki 三元相圖 圖中的圓弧線為相分離線，相分離線下的陰影部分為兩相體系，空白區(qū)域?yàn)榫囿w系。組成變化線與SP線間的夾角為Ziabicki 三元相圖 圖中的圓弧線為相分離線，相分離當(dāng)夾角0時(shí)， SD沿SP線向S靠近，相應(yīng)的通量比JS/JN，即紡絲原液不斷地被純?nèi)軇┧♂尅．?dāng) 時(shí)，SD向P靠近，通量比JS/JN，相當(dāng)于干法紡絲，即紡絲原液中的溶劑不斷蒸發(fā)，使原液中聚合物濃度不斷上升，直至完全凝固。當(dāng)夾角0時(shí)， SD沿SP線向S靠近，相應(yīng)的通量比JS/ 區(qū): JS/JN u* (第一臨界切線) 沿

17、紡絲線組成變化路徑,聚合物濃度下降 (即溶劑擴(kuò)散速度小于凝固劑的擴(kuò)散速度)無相變 不固化 區(qū): JS/JN u* (第一臨界切線)無相 區(qū): u* JS/JN 1 (上限，即溶劑與凝固劑的擴(kuò)散速度相等)。 沿紡絲線途徑聚合物含量下降 (凝固劑濃度增加) 稀釋凝固成形機(jī)理有相變 固化形成疏松的不均勻結(jié)構(gòu) 區(qū): u* JS/JN 1 (上限，即溶劑與凝固 區(qū): 1 JS/JN u* (第二臨界切線)，沿紡絲線途徑聚合物濃度增加有相變 固化形成較均勻結(jié)構(gòu) 區(qū): 1 JS/JN u* (第二臨界切線)， 區(qū): u* JS/JN (上限為干法紡絲) 如:凍膠法紡絲溶液發(fā)生凍膠化、液晶法溶致性聚合物液晶發(fā)

18、生取向結(jié)晶等。固化，形成致密而均勻的結(jié)構(gòu) 區(qū): u* JS/JN (上限為干法紡絲)固3、影響傳質(zhì)通量比的因素（1）凝固劑種類對通量比的影響PVA的紡絲試驗(yàn)條件紡絲編號溶 劑原液濃度（%）凝 固 劑凝固浴濃度（g/dm3）凝固浴溫度（）JS / JNG-1C-3G/C-1G/C-2G/C-3水水水水水1515151515Na2SO4NaOHNa2SO4/ NaOHNa2SO4/ NaOHNa2SO4/ NaOH420350320/90210/180100/26040303030306.71.06.22.82.23、影響傳質(zhì)通量比的因素（1）凝固劑種類對通量比的影響PVA（2）凝固條件對JS /

19、 JN的影響提高溫度通量比增大。因?yàn)槿軇┖看螅虅┖啃?，所以溶劑擴(kuò)散速率隨溫度升高而加大的程度較凝固劑（水）為大。凝固浴濃度增大時(shí)，通量比逐漸增大。因?yàn)槟淘舛仍龃?，溶劑含量大，凝固劑含量減小。（2）凝固條件對JS / JN的影響4、傳質(zhì)通量比對凍膠纖維的結(jié)構(gòu)及其拉伸性能的影響 傳質(zhì)通量比對凍膠纖維的結(jié)構(gòu)及其拉伸性能也有明顯的影響。對PVA纖維而言， JS / JN值越小則楊氏模量越小，網(wǎng)結(jié)點(diǎn)密度越低，其可拉伸性能也越好。4、傳質(zhì)通量比對凍膠纖維的結(jié)構(gòu)及其拉伸性能的影響 傳質(zhì)通第六節(jié) 濕法紡絲過程中纖維結(jié)構(gòu)的形成濕紡成形和熔紡成形有相似之處，但也有不少區(qū)別。熔紡初生纖維最重要的結(jié)構(gòu)特征

20、序態(tài)，因?yàn)槿∠颍ㄑ乩w維軸向的順序排列）明顯地受紡絲工藝的影響，而纖維的序態(tài)進(jìn)一步影響其拉伸性能，并間接地控制著成品纖維的品質(zhì)。紡絲過程中的應(yīng)力場、速度場和溫度場等，對纖維的結(jié)構(gòu)和性能起著關(guān)鍵作用。第六節(jié) 濕法紡絲過程中纖維結(jié)構(gòu)的形成濕紡初生纖維最重要的結(jié)構(gòu)特征形態(tài)結(jié)構(gòu)，初生纖維含有大量凝固浴液而溶脹，取向度相當(dāng)?shù)?，序態(tài)對紡絲工藝條件不敏感。濕紡過程中，纖維的結(jié)構(gòu)和性能除受上述因素的影響外，還與紡絲線和凝固浴之間的傳質(zhì)速度、相分離條件、凍膠化作用以及紡絲原液中的總固體含量等有關(guān)，甚至后者的影響遠(yuǎn)大于前者。濕紡初生纖維最重要的結(jié)構(gòu)特征形態(tài)結(jié)構(gòu)，初生纖維含有大量凝一、初生纖維的溶脹度一、初生纖維的溶

21、脹度對于濃縮凝固紡絲原液細(xì)流在凝固過程中，向凝固浴所排出的液體量大于從凝固浴中所吸取的液體量，紡絲原液的液固比值大于初生纖維的相應(yīng)值。對于稀釋凝固紡絲原液細(xì)流在凝固過程中，向凝固浴所排出的液體量小于從凝固浴中所吸取的液體量，紡絲原液的液固比值小于初生纖維的相應(yīng)值。在正常的濕紡工藝中，一般不出現(xiàn)稀釋凝固現(xiàn)象。對于濃縮凝固表8-21 凝固成形中腈綸初生纖維的組成（二甲基亞砜法）0.5 1.0 0.51.0編 號凝 固噴絲孔直徑 （mm）凝固時(shí)間（s）纖維組成濃度（%）溫度（）DMSO(M1)H2O(M2)PAN（M3） a b c d e fgPAN-1155100.100.51.0 0.5370

22、.4950.3560.1160.1570.2910.3470.3480.353PAN-2255300.100.51.00.4880.4750.3440.1430.1550.2820.3690.3700.374編 號M1/M3M2/M3M1+ M2/M3擴(kuò)散系數(shù)（10-6cm2/s）DMSO 水 h i j k lPAN-11 1.548 1.422 1.008 0.334 0.451 0.824 1.882 1.874 1.833 11.10 6.62 8.83 1.53 1.66 1.59PAN-22 1.322 1.284 0.920 0.388 0.419 0.754 1.710 1.7

23、03 1.674 11.74 6.17 8.95 2.53 1.51 2.02表8-21 凝固成形中腈綸初生纖維的組成（二甲基亞砜法）02、影響溶脹度的因素（1）原液濃度：原液濃度提降低，紡絲原液的總固體量（%）降低，初生纖維溶脹度有顯著提高。（2）高聚物分子量：高聚物分子量增加，增加，分子間作用力增加，與溶劑作用減小，初生纖維溶脹度減小。和溶脹度的關(guān)系 D.S.1.01.41.73.122.292.202、影響溶脹度的因素（1）原液濃度：原液濃度提降低，紡絲原（3）共聚物組成：共聚物組成中含有親水性基團(tuán)或提高親水性基團(tuán)含量，都導(dǎo)致溶脹度提高。 表8-23 共聚組成和溶帳度的關(guān)系共 聚 組 成

24、D.S.值（NaSCN-水體系） AN/ 丙烯酸甲酯（MA）91/9 AN/ 丙烯酰胺（AAM）91/9 AN/AAM94/62.082.982.92AN/MA 100/0AN/MA 97/3 含有磺酸根50mmol/kgAN/MA 95/5 聚合物AN/MA 93/72.822.361.931.77（3）共聚物組成：共聚物組成中含有親水性基團(tuán)或提高親水性基團(tuán)3、初生纖維的溶脹度對纖維的結(jié)構(gòu)和性能的影響（1）取向度 在同樣的拉伸倍數(shù)下，初生纖維的溶脹度較低者，分子間作用力較高，所得纖維具有較高的取向度，因而有較高的斷裂強(qiáng)度。（2）序態(tài)和染色飽和值 纖維經(jīng)相同的拉伸和后處理后，由高D.S.值的初

25、生纖維制得的成品纖維，具有較高的碘溶脹度（低序態(tài)）和高的染色飽和值。（3）干燥收縮率 高溶脹度的初生纖維，經(jīng)拉伸和水洗后，其初級溶脹纖維的D.S.值仍較高，纖維在干燥過程中具有較高的縱向收縮率。3、初生纖維的溶脹度對纖維的結(jié)構(gòu)和性能的影響（1）取向度 二、宏形態(tài)結(jié)構(gòu)分別從橫截面形狀、空洞和毛細(xì)孔以及皮芯結(jié)構(gòu)等三方面討論纖維的宏形態(tài)結(jié)構(gòu)。（一）橫截面形狀纖維的橫截面形狀涉及制得織物的手感、彈性、光澤、色澤、覆蓋性、保暖性、耐污性以及起球性等多種性能。因此，控制及改變化學(xué)纖維的橫截面形狀已成為纖維物理改性的一個(gè)重要方面。二、宏形態(tài)結(jié)構(gòu)分別從橫截面形狀、空洞和毛細(xì)孔以及皮芯結(jié)構(gòu)等例:真絲是不規(guī)則的三

26、角形產(chǎn)生光澤和優(yōu)良手感。 采用三角形噴絲孔，并控制成形和后處理工藝，制得纖維的截面呈三角形，具有鉆石的光澤。例:真絲是不規(guī)則的三角形產(chǎn)生光澤和優(yōu)良手感。非圓形截面纖維的性能：（1）手感爽適而無蠟感；（2）扁形截面而有較強(qiáng)的閃光效果，Y型纖維有絲綢的光澤；（3）降低纖維的透明度，提高纖維的覆蓋能力；（4）具有較高的蓬松性和保暖性；（5）具有較高的抗沾污能力；（6）提高織物的抗結(jié)球性能；（7）增加染色后的鮮艷程度。 非圓形截面纖維的性能：（1）手感爽適而無蠟感；1、濕紡初生纖維橫截面形狀和形成原因腎形、啞鈴形、扁平形、鋸齒形：濃縮凝固時(shí)，雙擴(kuò)散的結(jié)果使纖維截面可能發(fā)生收縮?？焖倌虝r(shí)，皮層凝固程度

27、高于芯層，芯層收縮時(shí)，皮層相應(yīng)的收縮率較小，導(dǎo)致背向浴流的側(cè)面凹進(jìn)，使截面呈腎形。圓形：稀釋凝固，截面不收縮?；驖饪s凝固時(shí)，凝固緩慢，皮層柔軟易收縮變形，能隨同芯層一起均勻收縮，使呈圓形或近似圓形。1、濕紡初生纖維橫截面形狀和形成原因腎形、啞鈴形、扁平形、濕紡初生纖維有的為非圓形狀，存在微孔和皮芯結(jié)構(gòu)serrated ：viscose bean-shaped ：strong viscose acrylic濕紡初生纖維有的為非圓形狀，存在微孔和皮芯結(jié)構(gòu)bean-sh濕法紡絲工藝原理-課件(1)溶劑種類 無機(jī)溶劑的固化速率參數(shù)Sr一般小于有機(jī)溶劑，傳質(zhì)通量比通常JS / JN 1，因此纖維的橫截面

28、形狀為圓形。 采用有機(jī)溶劑， JS / JN 1，而且皮層的凝固程度高于芯層，芯層收縮時(shí)皮層相應(yīng)的收縮較小，因此纖維的橫截面形狀呈非圓形。溶劑不同時(shí)得到的PAN原絲的截面形狀(1)溶劑種類溶劑不同時(shí)得到的PAN原絲的截面形狀凝固浴溫度():25 35 45 55 65凝固浴溫度不同時(shí)得到的PAN原絲的截面形狀(2)凝固浴溫度 凝固浴溫度同時(shí)影響JS和JN:T JN ,JS 當(dāng)結(jié)果使JS / JN1時(shí), T 纖維截面更圓 但當(dāng)JS / JN1時(shí)，則纖維截面形狀將取決于固化表面硬度。凝固浴溫度():25 35 凝固浴濃度()： 0 10 30 55 70 75 凝固浴濃度不同時(shí)，PAN原絲截面形狀

29、 (3)凝固浴濃度 凝固浴濃度Cb JN ,JS 固化表面層的硬度降低, 因此濕紡纖維的截面會變得更圓.凝固浴濃度()：(3)凝固浴濃度(4)紡絲溶液中聚合物含量 紡絲溶液中聚合物含量CP JS , JN 固化表面層的硬度 因此纖維的截面會變得更圓.PAN濃度：21 PAN濃度：23(4)紡絲溶液中聚合物含量PAN濃度：21 2、控制濕紡初生纖維橫截面形狀的方法強(qiáng)烈的凝固條件，容易形成非圓形的橫截面；緩慢的成形條件，容易導(dǎo)致圓形橫截面的形成。粘膠纖維：控制不同的凝固條件和粘膠熟成度，可分別獲得全皮層（高鋅、低酸、加變性劑），全芯層（低酸、低鹽、低溫、低紡速）和一般皮芯型纖維。全皮層和全芯層纖維

30、橫截面為圓形、皮芯層纖維截面具有鋸齒形周邊。這是由于皮層和芯層收縮率不同所致。2、控制濕紡初生纖維橫截面形狀的方法強(qiáng)烈的凝固條件，容易形成濕法紡絲工藝原理-課件維綸：維綸的橫截面形狀明顯地受凝固劑組分和濃度的影響。普通維綸的橫截面形狀為腎形（腰子形）。以NaOH為凝固劑成形時(shí)，由于固化緩慢，纖維呈圓形截面；而以Na2SO4為凝固劑時(shí)，則呈彎曲的扁平狀橫截面，橫截面形狀還隨Na2SO4含量的高低而變化。凝固劑中Na2SO4含量較高時(shí)，橫截面趨于扁平；而降低Na2SO4含量，截面則趨于圓整。以有機(jī)溶劑為凝固浴時(shí)，由于其凝固能力很弱，因此纖維呈圓形截面。維綸：維綸的橫截面形狀明顯地受凝固劑組分和濃度

31、的影響。普通維腈綸：濕法成形時(shí)，如采用有機(jī)試劑作溶劑，因有機(jī)溶劑的固化速率參數(shù)一般大于無機(jī)溶劑。因此，采用有機(jī)溶劑濕紡時(shí)，容易形成非圓形的橫截面；相反，采用無機(jī)溶劑時(shí)，容易導(dǎo)致圓形橫截面的形成。腈綸：濕法成形時(shí)，如采用有機(jī)試劑作溶劑，因有機(jī)溶劑的固化速率濕法紡絲工藝原理-課件濕法紡絲工藝原理-課件濕法紡絲工藝原理-課件濕法紡絲工藝原理-課件濕法紡絲工藝原理-課件（二）皮芯結(jié)構(gòu)1. 皮芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)濕紡初生纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的另一特點(diǎn)是沿徑向有結(jié)構(gòu)上的差異，這個(gè)差異繼續(xù)保留到成品纖維中。 纖維（特別明顯的是粘膠纖維）外表有一層極薄的、密實(shí)的、較難滲透、難染的皮膜，該膜對傳質(zhì)過程有決定性作用。 皮膜內(nèi)部是

32、纖維的皮層，皮層可占整個(gè)橫截面的0100%。皮層中一般含有較小的微晶并具有較高取向度。 再向里是芯層。芯層結(jié)構(gòu)較松散，微晶較粗大。（二）皮芯結(jié)構(gòu)1. 皮芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)皮層的主要特性：皮層的序態(tài)較低，結(jié)構(gòu)比較均一在水中的膨潤度較低；吸濕性較高；密度較低。對某些物質(zhì)的可及性較低；對染料的吸收值較低，但染色牢度較高；皮層因有較高的取向和均勻的微晶結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸較小，因此其斷裂強(qiáng)度和斷裂延伸度較高，抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性能都較優(yōu)。 高強(qiáng)力粘膠纖維的重 要特征之一是具有全 皮層結(jié)構(gòu)，所以其機(jī) 械性能較好。皮層的主要特性：2. 皮芯結(jié)構(gòu)的測定由于皮層和芯層對染料親和性的差異，故這一性能被用做觀察皮、芯層的厚度。

33、如粘膠纖維經(jīng)硝酸銀或活性染料染色，再經(jīng)洗滌后，黑色銀離子或染料主要集中在皮層，芯層的顏色顯得較淡，通過切片在顯微鏡下的觀察，可測量皮、芯層的厚度。2. 皮芯結(jié)構(gòu)的測定由于皮層和芯層對染料親和性的差異，故這一3. 形成原因（1）在紡絲原液細(xì)流中 ，處于細(xì)流周邊和內(nèi)部的聚合物的凝固機(jī)理不同，以及凝固劑在纖維內(nèi)部分不勻，導(dǎo)致皮層和芯層的結(jié)構(gòu)不同；細(xì)流外邊的凝固 主要由于溶劑向凝固浴擴(kuò)散，使細(xì)流中溶劑濃度低于臨界濃度，于是聚合物析出；此時(shí)P-S-N體系中聚合物含量高，因此結(jié)構(gòu)致密。細(xì)流內(nèi)部的凝固 溶劑向凝固浴擴(kuò)散，凝固浴中的沉淀劑向原液細(xì)流擴(kuò)散，使溶劑濃度不斷下降，當(dāng)中溶劑濃度低于臨界濃度, 聚合物析

34、出，但此時(shí)P-S-N體系中聚合物含量不高，內(nèi)部含有較多溶劑和沉淀劑，因此結(jié)構(gòu)較松散。3. 形成原因（1）在紡絲原液細(xì)流中 ，處于細(xì)流周邊和內(nèi)部的（2）紡絲原液在噴絲孔口處的硼化效應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)流外表層的“拉伸效應(yīng)”，對皮層和芯層的形成也有一定的影響（3）在噴絲頭拉伸區(qū)中，皮層已經(jīng)凝固，而芯層尚處于液流態(tài)，使紡絲張力主要作用在紡絲線表面的凍膠層上，從而使沿纖維徑向分布的各層具有不同的取向度。（2）紡絲原液在噴絲孔口處的硼化效應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)流外表層的“拉伸4. 紡絲條件對濕紡初生纖維皮芯結(jié)構(gòu)的影響 通過改變工藝條件，可以制得全皮型、皮芯型和全芯型纖維。 凝固浴組成 例:粘膠纖維：隨浴中硫酸鋅含量的增加而增

35、加（比較表中試樣和、）；隨浴中硫酸鈉含量的增加而增加（比較試樣和）；隨浴中硫酸含量的增加而下降（比較試樣和）； 4. 紡絲條件對濕紡初生纖維皮芯結(jié)構(gòu)的影響 通過改變工表 紡絲工藝對粘膠纖維皮芯結(jié)構(gòu)和性能的影響表 紡絲工藝對粘膠纖維皮芯結(jié)構(gòu)和性能的影響紡絲液組成 例:有機(jī)變性劑一般促進(jìn)粘膠纖維皮層的形成。 隨粘膠鹽值的增加而增加（比較試樣和）凝固浴溫度 例:維綸的皮層隨溫度增加而加厚。凝固浴濃度 例:維綸的皮層隨凝固浴濃度增加而增加。隨凝固浴中Na2SO4含量的增加而增厚。紡絲液組成（三）空隙由于成形過程中發(fā)生溶劑和凝固劑雙擴(kuò)散和紡絲溶液發(fā)生相分離，濕紡初生纖維的結(jié)構(gòu)為由空隙分隔、相互連接的聚合

36、物凍膠網(wǎng)絡(luò)。（三）空隙由于成形過程中發(fā)生溶劑和凝固劑雙擴(kuò)散和紡絲溶液尺寸達(dá)幾十微米的空隙，成為大空洞或毛細(xì)孔.尺寸達(dá)幾十微米的空隙，成為大空洞或毛細(xì)孔.尺寸在10納米左右的稱為微孔。初生纖維經(jīng)拉伸后，成為初級溶脹纖維，此時(shí)微孔被拉長呈梭子形，聚合物凍膠網(wǎng)絡(luò)取向而成為微纖結(jié)構(gòu)。尺寸在10納米左右的稱為微孔。初生纖維經(jīng)拉伸后，成為初級溶脹 1. 形成原因紡絲線凝固較激烈時(shí)，皮層很快形成，表面可能產(chǎn)生一些缺陷或裂縫，沉淀劑通過此裂縫滲入而形成輻射狀空洞或毛細(xì)孔。皮層收縮率小，芯層收縮率大，在皮芯層之間會產(chǎn)生缺陷和空洞；纖維在凝固過程中所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力集中，也促進(jìn)了輻射狀空洞的發(fā)展。 1. 形成原因2

37、、對纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響當(dāng)凝固劇烈時(shí)，濕紡初生纖維內(nèi)部可能產(chǎn)生大空洞或毛細(xì)孔，其尺寸可大致幾十微米，經(jīng)拉伸、干燥、熱處理后，這樣的空洞或毛細(xì)孔尺寸會有所減小或閉合，但難于根除，最終影響成品纖維的機(jī)械性能。具有空洞或閉合空洞的成品纖維在服用過程中受摩擦發(fā)生縱向開裂原纖化。2、對纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響3. 空隙的測試汞密度：就是在汞中測定纖維的體積，根據(jù)該體積和纖維的重量計(jì)算而得的密度。由于汞和纖維間的表面接觸角（約為140）和汞的表面張力（4.75N/cm）都很大，因此汞很難滲入到半徑小于6m的空隙中去。這樣求得的體積除了高聚物的真實(shí)體積外，還包括半徑小于6m的小空隙的體積總和，所以是一種表現(xiàn)體積

38、，因而由此算得的汞密度也是一種表現(xiàn)密度。汞密度數(shù)值越低表明纖維內(nèi)空隙越多。顯微鏡（光學(xué)、電子）觀察：3. 空隙的測試汞密度：就是在汞中測定纖維的體積，根據(jù)該體濕法紡絲工藝原理-課件4. 降低原纖化的途徑提高原液濃度，總固體含量越高，越不易產(chǎn)生空洞。紡絲原液中高聚物濃度過低，擴(kuò)散系數(shù)過高，凝固劇烈，會導(dǎo)致空洞產(chǎn)生；紡絲原液中總固體含量過低時(shí)，則凝固凍膠體中大分子間交聯(lián)點(diǎn)過少，強(qiáng)度過弱，這種凍膠纖維在進(jìn)一步的凝固收縮過程中易產(chǎn)生裂縫或缺損，并繼續(xù)擴(kuò)大成為空洞或毛細(xì)孔。4. 降低原纖化的途徑提高原液濃度，總固體含量越高，越不易需選擇合適的溶劑劑，提高凝固浴中溶劑含量或降低凝固溫度以避免產(chǎn)生空洞和毛細(xì)孔。 當(dāng)凝固浴濃