干湿法纺丝原版

。在这样长的距离内发生的液流的轴向形
变，其速度梯度不大，形成的纤维能在气
隙中经受显著的喷丝头拉伸（II区），而
液流胀大区却没有很大的形变，能使纤维
在固化前得到充分拉伸，这就可以大大提
高纺丝速度。
10
干湿法纺丝VS湿法纺丝
干湿法纺丝与湿法纺丝的区别
湿法纺丝的喷丝头的拉伸在很短的 区域内（B点与S点之间）发生，这样就 导致产生很大的拉伸速度，同时导致胀 大区发生强烈的形变，此时液流变细， 使粘弹性的液体受到过大的张力，并在 较小的喷丝头拉伸下就发生断裂。因此 在湿法纺丝时，要借增大喷丝头拉伸而 提高纺丝速度是有限制的。
11
干湿法纺丝VS湿法纺丝
干湿法纺丝与湿法纺丝的区别
通常干湿法纺丝的速度可 比湿法纺丝高5-10倍。另外干 湿法纺丝可以采用直径较大的 喷丝孔（d=0.15-0.3mm）和粘 度较大的纺丝溶液。湿法纺丝 溶液的粘度一般为20-50Pa.s， 而干湿法纺丝溶液的粘度通常 为50-100Pa.s，甚至可以达到 200Pa.s或更高。因此，干湿 法纺丝的生产率比湿法纺丝有 了很大的提高。
8
干湿法纺丝原理
干湿法纺丝成形过程
IV为纤维固化区。此区长度取决 于丝条的运动速度和凝固剂的扩 散速度，到达D点时，此区结束， 扩散的前沿达到纤维中心，其凝 固剂浓度等于临界过饱和浓度。 在此区内主要发生纤维结构的形 成过程或各项异性溶液结构的固 定过程。 V为已形成纤维导出区。丝条在此 区中运动时继续发生扩散过程， 并部分的发生结构形成过程。
9
干湿法纺丝VS湿法纺丝
干湿法纺丝与湿法纺丝的区别
（1） 干湿法纺丝不会发生纺丝溶液在喷 丝孔中冻结的问题，因此可采用比湿法纺 丝低得多的凝固浴温度。
（2） 干湿法纺丝时，纺丝溶液挤出喷丝
孔后先通过一段气隙，导致喷丝板至丝条
固化点之间的距离增大，因此拉伸区长度
可达5-100mm，远远超过液流胀大区的长度
29
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
截面
凝固浴温度35℃，凝固浴浓度↑， 纤维截面先由圆形—过渡为肾 形—圆形，其异形度相应先↑后 逐渐↓
30
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
截面
凝固浴DMSO质量分数70%， 随着凝固浴温度↑ ，纤维截面 椭圆形或肾形--变化为圆形，异 形度逐渐变小，当凝固浴温度超 过30℃时，异形度接近5％，即 截面为近圆形或圆形。
16
干湿法纺丝的缺点
漫流的成因及改善
式中：Uk表示纺丝溶液喷丝头表面的剥离速度； 表 示纺丝溶液与喷丝头间的表面张力；Rc表示细流胀大区的 半径，ro表示喷丝孔半径； 表示纺丝溶液的粘度； 表示 纺丝溶液的密度；g表示重力加速度。Uk越小，漫流的可 能就越小，因此增加粘度和孔径，降低表面张力有利于提 高可纺性。
由表可看出， L/D越大，所纺制的PAN纤维的结晶度越 高，晶区的取向度也逐渐增大。
因为受到剪切力作用产生取向，且受力作用时间变长， 因而会使得大分子链排列愈规整；
同时L/D越大，喷丝头出口处的膨胀效应越小，已形成 的规整的大分子结构不会因突然膨胀而消失。
24
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
拉伸过程的力学性能，依赖于纤维的结构、拉伸条件， 纺丝凝固工艺（凝固浴温度、凝固牵伸、空气层长度）— 决定纤维结构—影响拉伸性能
28
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
表面
干湿法纺丝所得纤维表面光洁 无沟槽，而湿法纺丝纤维表面有较 深的沟槽和皱褶。
干湿法，由于自重的影响丝条 的表皮层初步形成，该表皮结构非 常光洁，空气层 --“缓冲层”，使 得丝条表面的光洁表面初步形成， 后续的凝固过程 --“固定” ；湿法， 存在液-液双扩散运动，扩散传质的 作用下--疏松散乱的凹凸表面结构， 后续凝固过程--“固定”这种表皮结 构。
12
干湿法纺丝VS干法纺丝
干湿法纺丝与干法纺丝的区别
干湿法纺丝除了增大喷丝 头拉伸提高纺丝速度外，更重 要的是能比较有效地调节纤维 的结构形成过程。这是因为通 过气隙的纤维进入凝固浴后， 凝固动力学和纤维的结构可借 助于调节凝固浴的组成和温度， 在一个宽广的范围内加以改变。
13
干湿法纺丝VS干法纺丝
5
干湿法纺丝原理
干湿法纺丝成形过程
按工艺特点划分为五个区域： I为液流胀大（膨化）区。自喷丝 孔中流出的液流，由于喷丝孔中 流动时产生的应力作用而胀大至 2-4倍（点B）。液流胀大程度主 要取决于毛细孔长度和直径、原 液粘度、弹性模量、松弛时间以 及原液的流动速度。
6
干湿法纺丝原理
干湿法纺丝成形过程
先进国家还存在很大差距。
采用常规的熔融纺丝工艺。
原因，关键在于PAN原丝质量
聚丙烯腈纤维以溶液干
未真正过关。
法和湿法纺丝工艺为主。
18
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
干湿法纺丝纺制的PAN长丝成品的结构较均匀，强度和弹性较
高，截面结构近似圆形，染色性和光泽较佳。内部没有大的缺陷，
结构均匀、孔洞少、直径小、致密度高、皮芯差异小，强度比湿法
另外还可以通过提高原液挤出速度，提高喷丝头拉伸 速度以及增大喷丝孔间距等方式来减轻漫流现象。
17
实例一：聚丙烯腈
碳纤维是一种新型工业材料， 为什么？
优异性能，广泛应用。
PAN熔点高于热分解温
最理想的材料之一是聚丙烯 度。加热时，在熔点温度以
腈（PAN）原丝。
下即发生分解反应，不能形
而我国碳纤维质量、产量与 成稳定的熔体，因而不适合
随凝固浴浓度↑，纤维总牵 伸倍数↑，因为凝固浴中溶 剂含量↑--初生纤维中溶剂 含量↑，增塑作用增加，使 得冻胶网络更具有弹性和塑 性，拉伸应力↓，从而可拉 伸性↑。
25
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
凝固浴温度对纤维力学性能有重要影响。凝固浴温度升 高，加快了双扩散的速率，导致细流凝固速率加快，因 此影响了纤维的结构均匀性，致使纤维的强度下降。
干湿法纺丝与干法纺丝的区别
在凝固浴中，聚合物溶液
分离为两厢：溶剂化的聚合物
成为固相，从溶液中扩散出来
的溶剂和凝固剂成为液相，这
和湿法纺丝的纤维成型过程十
分相似，表现为明显的分为两
相的界面，从纤维表面移向纤
维中心，如图中IV区中的锥形。
而干法纺丝的纤维成型过程中，
离开喷丝头的溶液凝固将依赖
于溶剂挥发的速度，比较慢，
15
干湿法纺丝的缺点
漫流的成因及改善
在空气层中纺丝细流的长度超过其直径许多倍，这种 细流为热力学不稳定状态，它力图成为球状或沿喷丝头表 面漫流。漫流会造成纤维的疵点或堵喷丝孔，湿纺时纺丝 溶液压入凝固浴后有大的润湿力，漫流可由凝固浴与喷丝 头表面的作用而抑制；干湿纺时空气与喷丝头表面的作用 力极小，要防止漫流，可以根据以下公式选择适当的条件 ：
（2）干纺距离：即喷丝头表面至凝固浴之间的距离，是干湿 法纺丝的关键参数之一，一般随纺丝原液粘度增加而增加 且不应小于20-30mm。
（3）纤维的干燥和拉伸：以腈纶为例，丝条凝固、洗涤后在 80-100℃的热水中进行第一次拉伸，拉伸倍数大于1.5倍， 在进行第二次拉伸，一般拉伸倍数为5-10倍，拉伸温度为 120-150℃，然后进行干燥和热定型。
的不断增大，V1m(出凝固浴的第一导辊最大卷绕速度)的增大 趋势逐渐趋缓,直至没有影响；
相对于湿法纺丝来说，在干湿法纺丝过程中，喷丝头L/D 对PAN可纺性的影响程度较大。这是由于干湿法纺丝过程中 所存在的空气层，使孔口胀大区不受凝固条件的限制，而使 原液弹性造成的膨化过程自由进行。
23
2、喷丝头长径比对结晶度、取向度及强度影响
干湿法纺丝的优点
干湿法纺丝可以纺高粘度的纺丝原液，从而减小溶剂的回收 以及单耗，同时其成形速度较高，所得纤维结构均匀，横截 面近似圆形，强度和弹性居有所提高，染色性和色泽较好。
干湿法纺丝的应用范围
目前，干湿法纺丝已在聚丙烯腈纤维、聚乳酸纤维、壳聚糖 纤维、二丁酰甲壳素、聚氯乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、 聚苯并咪唑纤维等纤维的制备中得到应用。
而且不分相，因此纤维结构的
调节几乎是不可能的。
14
干湿法纺丝的缺点
干湿法纺丝的问题——漫流
干湿法纺丝一个主要的缺点是纺丝原液细流断裂后， 原液极易沿喷丝头漫流，这意味着多孔纺丝过程中如果一根 单丝断裂，就很可能因为原液漫流，而造成其它丝的断裂， 从而破坏纺丝过程的连续性。
漫流的影响因素
干湿法纺丝时，液流极易沿喷丝头表面发生漫流，此 种漫流现象与聚合物溶液的粘弹性、表面张力、喷丝孔几何 形状以及形变速度有关。
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
凝固浴浓度Cn2>Cn1时， 凝固浴浓度为Cn2时，纤维 总牵伸倍数受空气层长度 影响小，为时，空气层长 度对其影响大。干湿纺纤 维具有更大的牵伸倍数， 甚至可高达40~60倍，纤维 容易细旦化。
存在合适范围的空气层 长度，过大，喷丝孔细流 由于自重和凝固牵伸所受 张力造成细流大分子链段 间发生过大滑移而断丝， 过小，凝固浴容易产生虹 吸，纺丝难以正常、稳定。
26
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
空气层长度2mm、 10mm时，一定范围内，凝 固牵伸倍数↑，牵伸总牵 伸倍数↑，然后，牵伸总 牵伸倍数↓。
适当提高凝固牵伸倍 数，初生纤维中大分子链 束沿着纤维轴取向—利于 蒸汽牵伸再次取向。过大， 初生纤维中部分大分子链 断裂—蒸汽牵伸可拉伸性 变差且产生毛丝。
27
31
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
截面
空气层高度↑时，纤维的异形度↓ ，纤维截面偏离圆形的 程度也↓ ，当空气层高度达10 mm以后，纤维异形度变化 很小。这说明干湿法纺丝时空气层高度对纤维的截面形 状有一定影响，但相对凝固浴温度和浓度来说，这种影 响较小。
32
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
截面
纤维的截面形态主要由凝固条 件决定，通过控制喷丝头拉伸 比、优化凝固条件可获得截面 圆形的PAN原丝。
纺丝速度：
PAN干湿法纺丝速度比湿法纺丝高得多。纤维在 常温空气层中经受显著的高倍喷丝头拉伸，使纤维固 化前得到充分拉伸，因此，干湿法纺丝速度比湿法纺 丝要快得多。
纺丝速度可达200~400m/min，甚至有高达 1500m/min的报道。
22
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
1、喷丝头长径比对可纺性影响：随着喷丝头L/D
江南大学学士学位论文答辩
干湿法纺丝
答 辩 人：王晓玲 指导老师：魏取福 教授
1
目录
1
干湿法纺丝简介
2
干湿法纺丝原理
3
干湿法VS干、湿法纺丝
4
干湿法纺丝缺点
5
干湿法纺丝实例
源自文库
2
干湿法纺丝简介
干湿法纺丝概念
干湿法纺丝是将干法纺丝与湿法纺丝的特点结合起来的化学 纤维纺丝方法，又称干喷湿纺，简称干湿纺。
3
干湿法纺丝原理
干湿法纺丝基本过程
干湿法纺丝时，纺丝溶液 从喷丝头压出后，先经过一段 气体（一般是空气）层（气隙 ），然后进入凝固浴，因此也 有人把这种方法称为气隙纺丝 。从凝固浴中导出的初生纤维 的后处理过程，与普通湿法纺 丝相同，干湿法纺丝的示意图 ：
4
干湿法纺丝原理
干湿法纺丝工艺特点
（1）原液粘度：干湿法纺丝的原液粘度比湿法的高，粘度过 低时喷出的原液细流容易断头，或发生粘结，过高时则原 液流动困难，使纺丝不能顺利进行。一般在20℃时，干湿 法纺丝的原液粘度为50-100Pa.s。
II为液流在气体层中的轴向形变 区。在此区内，胀大的液流收到 拉伸，根据纺丝原液的粘弹性、 表面张力和液流的形变速率可拉 伸至10-20倍。
7
干湿法纺丝原理
干湿法纺丝成形过程
III为液流在凝固浴中的轴向形变 区。进入凝固浴中的丝条并不是 立即凝固的，而需要经过一定的 时间，这取决于扩散条件和发生 相变的诱导期。在纤维表面形成 固体皮层（点S）以前，纤维能发 生显著的纵向形变，特别是在凝 固作用缓和的浴中。
高50%以上。表面光滑，拉伸强度、打结强度和弹性均比湿法纺丝
所得纤维优越。
19
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
气体层、
20
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
纺丝工艺条件：
纺丝速度 纺丝原液黏度 喷丝孔长径比 喷丝头到凝固浴液面的距离 凝固浴浓度 凝固浴温度 纤维的拉伸条件 纤维的干燥条件
21
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
喷丝头拉伸比↑，纤维截面由圆形（异形度≤5%）—近圆 形（异形度5%-10%）--椭圆形（异形度10%-17%）--扁平 形（异形度29%-38%）。因此，在保证获得圆形截面的条 件下，↑凝固浴温度，可获得较大喷丝头拉伸。
33
聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例
结论： 后拉伸比、干燥方式、致密化时间对截面形状影响小，