湿法纺丝工艺原理
化学纤维22湿法纺丝原理及工艺
d.影响溶解度的结构因素
大分子链结构的影响
大分子链的化学结构使分子间作用力↑ ，则溶解度↓ 大分子链上官能团分布的均匀性也影响溶解度 大分子链的刚性↑ ，溶解度↓ 分子量M ↑ ，溶解度↓
聚合物超分子结构的影响
结晶度↑ ，溶解度↓ 但是极性的结晶聚合物也可以在常温下溶解(因为聚合物中无定形部分与 溶剂混合时，二者强烈的相互作用会释放出大量的热，致使结晶部分熔融 )
② 沸点不应太低或过高。通常以溶剂沸点在50-160ºC范围 内为佳，如沸点太低，会由于挥发而造成浪费，并污染 空气；如沸点太高，则不便回收。
③ 溶剂需具备足够的热稳定性和化学稳定性。在回收过程 中不易于分解。
④ 绿色环保。要求溶剂的毒性低，对设备的腐蚀性小。 ⑤ 对聚合物稳定。溶剂在溶解聚合物的过程中，不引起对
相图
组成变化路径直线 相分离曲线
相交
通量比影响因素：凝固剂种类、凝固浴浓度、温度等
Ziabicki 三元相图
图中的圆弧线为相 分离线，相分离线 下的阴影部分为两 相体系，空白区域 为均相体系。组成 变化线与S－P线
间的夹角为
相图分析
当夹角＝0时， SD沿S－P线向S靠近，相应的通量比JS/JN＝－∞，即纺丝原 液不断地被纯溶剂所稀释 当 ＝π时，SD向P靠近，通量比JS/JN＝∞，相当于干法纺丝，即纺丝原液中 的溶剂不断蒸发，使原液中聚合物浓度不断上升，直至完全凝固
A)由热焓变化决定的溶解过程
∆Sm 0， 则 ∆Fm= ∆Hm= X1 ∆H11+X2 ∆H22- ∆H12 聚合物溶解的条件： ∆Hm <0 即 ∆H12> X1 ∆H11+X2 ∆H22 极性聚合物（特别是刚性链的聚合物）在极性溶剂中所发生的 溶解过程
集成式光引发动态湿法纺丝工艺
一、概述集成式光引发动态湿法纺丝工艺是一种新型的纺织工艺技术，它结合了光引发技术和动态湿法纺丝技术，能够实现纤维的高效生产和优质产品的生产。
本文将对该工艺技术进行详细介绍，包括其工作原理、优势特点以及应用前景等内容。
二、工艺原理1. 光引发技术光引发技术是一种利用光能来激发化学反应的技术。
在集成式光引发动态湿法纺丝工艺中，光引发技术被应用于纺丝过程中，通过光能的照射来激发化学反应，促进纤维的形成和结晶，从而提高纺丝的效率和质量。
2. 动态湿法纺丝技术动态湿法纺丝技术是一种在纺丝过程中通过湿法对聚合物进行加工的技术。
在集成式光引发动态湿法纺丝工艺中，动态湿法纺丝技术被应用于精确控制聚合物的溶解度和流变性，确保纤维的均匀性和稳定性。
三、优势特点1. 高效生产集成式光引发动态湿法纺丝工艺利用光能激发化学反应，提高了纺丝的速度和效率，大大缩短了生产周期，降低了生产成本。
2. 优质产品光引发技术和动态湿法纺丝技术的结合，使得纤维在形成过程中更加均匀和稳定，产品质量更加优异，能够满足用户的需求。
3. 可持续发展集成式光引发动态湿法纺丝工艺节能环保，减少了对环境的污染，符合现代社会对可持续发展的要求。
四、应用前景集成式光引发动态湿法纺丝工艺已经在纺织产业中开始得到广泛应用，各类纤维产品的生产都可以受益于该技术，包括合成纤维、纱线、织物等。
在未来，随着技术的不断改进和完善，集成式光引发动态湿法纺丝工艺将在纺织产业中发挥更加重要的作用，推动产业的升级和发展。
五、结论集成式光引发动态湿法纺丝工艺是一项具有巨大潜力的新兴技术，它将改变传统纺织产业的生产方式，提高生产效率，改善产品质量，促进产业的可持续发展。
我们有理由相信，随着这项技术的不断成熟和推广，它将在纺织产业中发挥越来越重要的作用。
光引发动态湿法纺丝工艺在纺织产业中的应用前景光引发动态湿法纺丝工艺作为一种新型的纺织工艺技术，其在纺织产业中的应用前景备受关注。
随着科学技术的不断进步和纺织行业的不断发展，这一技术在纺织产业中的应用前景愈发广阔。
干法纺丝和湿法纺丝的原理
干法纺丝和湿法纺丝的原理干法纺丝和湿法纺丝是两种常见的材料纤维生产方法，它们在原理、过程和应用方面有很大不同。
下面就来分别介绍两种纺丝方法的原理。
干法纺丝：干法纺丝又称熔融纺丝，是指利用高温熔化的材料纤维，经过高速旋转的离心力，把熔融的材料纤维拉成细线并逐渐冷却成固态。
干法纺丝主要适用于熔融分子量较高的材料纤维，如聚酰胺、聚酯、聚丙烯等。
该方法具有生产效率高、纤维强度高、成本低等优点。
实际操作中，干法纺丝主要分为两个步骤：先将材料纤维加热至熔化，并通过传送带或者输送管将熔融材料输送到旋转的纤维散纺盘上；之后，通过快速旋转散纺盘，将熔融材料甩出并形成一段长丝，最后通过一系列冷却设备对其进行自然或者人工冷却，使其凝固成为细线。
整个过程中需要控制好温度、旋转速度、拉伸力度以及冷却速度，保证纤维的质量和规格。
湿法纺丝：湿法纺丝是指将材料纤维通过化学方法溶解在特定的溶剂或溶液中，然后通过旋转或挤出或拉伸的方式制造出长丝，并通过酸碱等升华、脱水及干燥等工艺将纤维制成工业用途的物料。
湿法纺丝主要适用于生产高分子、特种纤维，如人造丝、碳纤维、玻璃纤维等。
实际操作中，湿法纺丝的基本原理为将失去结晶性的高分子材料纤维溶解在溶剂中，形成一个具有高粘度的凝胶溶液。
然后将凝胶溶液通过高压喷嘴或旋转筒的方式喷出，使其迅速成型，随后通过酸碱溶解、脱水、热定型等工艺来生成稳定的纤维。
环节后对纤维进行干燥处理，最后进行包装。
总结：干法纺丝和湿法纺丝是两种材料纤维生产常见的方法，其原理和过程有很大的不同。
干法纺丝主要是通过高温熔化的材料纤维，经过高速旋转的离心力，把熔融的材料纤维拉成细线并逐渐冷却成固态。
湿法纺丝则是将高分子材料纤维溶解在溶剂中，形成凝胶溶液，通过高压喷嘴或旋转筒的方式喷出，再进行化学处理生成稳定的纤维。
两种方法根据不同的物料材质和特性来进行选择，并有着广泛的应用。
湿法纺丝原理范文
湿法纺丝原理范文湿法纺丝是一种纤维加工技术，主要用于生产天然纤维如棉花、亚麻、大麻等的纤维制品。
这种技术的原理是将纤维浸泡在水中，通过机械力和压力作用，将纤维逐渐分离并形成纤维束，最后再通过调节纤维的拉伸和延伸，使其在水中形成连续的纤维线。
湿法纺丝主要分为两个步骤：浆备和纺丝。
浆备是把原始纤维进行浸泡处理的过程。
首先，将原始纤维打开，去除杂质，并保持纤维的原始长度。
然后，将经过处理的纤维浸泡在大型浆液缸中，加入适量的水和其他处理剂，如润湿剂、溶解剂等。
这样做的目的是使纤维在水中充分分散，并与处理剂相互作用，使纤维更易分离。
纺丝是将浆备好的纤维形成纤维线的过程。
首先，将浆液缸中的纤维通过过滤装置分离，将纤维浆排除，只保留流体中的纤维。
然后，将纤维通过进一步的过滤和排水，逐渐将纤维形成纤维束。
接下来，使用纺丝机，通过机械力和压力作用，将纤维束拉伸成连续的纤维线。
在这一过程中，使用调节装置来控制纤维的拉伸程度和速度，以确保纤维线的质量稳定。
湿法纺丝的原理基于纤维在水中的分散性和可延伸性。
纤维在水中容易分散，因为水可以将纤维熨平并将纤维间空隙填满。
这使得纤维能够在水中自由移动，并在机械力作用下逐渐分离出来。
同时，纤维在水中的延伸性也很好。
当纤维受到拉力作用时，纤维可以在水的阻力下延伸，而不会断裂。
这使得纤维能够在纺丝机上顺利地形成连续的纤维线。
湿法纺丝技术有一些优点。
首先，由于纤维在水中形成，相对于干法纺丝，纤维线的断裂率较低。
其次，湿法纺丝可以更好地控制纤维线的拉伸和延伸，从而提供更好的纤维线质量。
此外，湿法纺丝可以适应不同纤维的特点和处理需求，通过调整处理剂和纤维条件，可以实现对纤维性质和产量的灵活控制。
总之，湿法纺丝是一种重要的纤维加工技术，通过浆备和纺丝两个步骤，能够将原始纤维转化为连续的纤维线。
其原理基于纤维在水中的分散性和延伸性，并应用了机械力和压力作用，以及调节装置的控制，以确保纤维线的质量和产量。
3第三章湿法纺丝工艺原理2
（2）临界浓度Cc的计算：通常以1%高聚物溶液，
用一定浓度的凝固剂滴定至混浊，即可求得临界浓度。 临界浓度的计算如下：
V0 0C0 Vb bCb Cc V0 0 Vb b
C0 高聚物溶液中溶剂的浓度；ρ 0 高聚物溶液的比重； V0 ’为高聚物溶液的体积； Cb滴定液中溶剂的浓度， ρ b为滴定液的比重； Vb为滴定液耗用的体积.
二、扩散定律和衡量扩散速率的基本量
1. 在湿纺过程中与扩散有关的基本问题 （1）纺丝原液细流在凝固浴中的双扩散包括凝固浴 中的凝固剂向原液细流内部的扩散，也包括原液 中溶剂向凝固浴扩散。 （2）在湿纺过程中，原液细流与凝固浴接触后，当 原液细流中某处的溶液浓度达到临界浓度时，则 发生相分离而固化成形。显然，这一过程的完成 是以双扩散为基础的。
③原液浓度 浓度越高，临界浓度Cc越大； ④凝固浴温度 具有上临界混溶温度的体系 ，温度升高，临 界浓度Cc减小； 具有下临界混溶温度的体系 ，温度升高，临 界浓度Cc升高；
丙烯腈共聚物的分子量及磺酸基含量对临界浓度Cc的影响
共聚物中-SO3Na含量 0.266 0.267 0.308 0.308 0.494 0.494 平均分子量 86100 64100 81600 70800 88500 69000 临界浓度Cc(%) 35.0 34.9 34.5 34.2 34.6 33.9
共聚物的配料比为丙烯腈﹕丙烯酸甲酯﹕甲基丙烯磺酸钠=91.5﹕7﹕1.5
② 凝固浴温度 具有上临界混溶温度的体系 ，温度升高，凝固 值Vb升高； 具有下临界混溶温度的体系 ，温度升高，凝固 值Vb减小 ；
③凝固剂
凝固浴中凝固剂的凝固能力越大,凝固值Vb越小； 凝固浴中凝固剂的凝固能力越小,凝固值Vb越大
第三章湿法纺丝工艺原理
1.分子间作用力越强，聚合物越难溶解。
分子间作用力↑ ，则溶解度↓
如能减弱大分子之间的作用力，将使 聚合物的溶解度有显著增加。例如有丙烯 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。
2. 大分子主链上官能团亲水性越强，聚合物越易溶解
采用干法纺丝时，首要的问题是选择溶 剂。因为纺丝速度主要取决于溶剂的挥发 速度，所以选择的溶剂应使溶液中的聚合 物浓度尽可能高，而溶剂的沸点和蒸发潜 热应尽可能低，这样就可减少在纺丝溶液 转化为纤维过程中所需挥发的溶剂量，降 低热能消耗，并提高纺丝速度。除了技术 经济要求外，还应考虑溶剂的可燃性以满 足安全防护要求。最常用的干法纺丝溶剂 为丙酮、二甲基甲酰胺等。
在聚乙烯醇的分子链上，如果含有3%～15%摩尔的残余醋酸 基，其溶解度要比完全皂化的聚乙烯醇为高；而且，在大分子链 上交替分布的羟基和残余醋酸基的链段越长，其溶解度就越低； 在纤维素的羟基上引入少量的乙基、乙氧基、酯基，也明显地提 高了纤维素在碱中甚至在水中的溶解度。
O NH2 C NH2
HNCO+Cell OH
从喷丝头毛细孔中挤出的纺丝溶液先经 过一段空气层，然后进入凝固浴凝固成形 的过程。与普通湿法纺丝相比，纺丝速度 提高5～10倍。
2. 纺丝溶液的制备和纺前准备
（1）纺丝溶液的制备 对于溶液纺丝纺丝溶液的制备有两种方法：
� 一步法：将聚合后的聚合物溶液直接送去 纺丝，这种方法称一步法。必须采用均相 聚合，只有腈纶可采用一步法。
� 在纤维素纤维生产中，由于纤维素不溶于 普通溶剂，所以通常是将其转变成衍生物 （纤维素黄酸酯、纤维素醋酸酯、纤维素 氨基甲酸酯CC等）之后，再溶解制成纺丝 溶液，进行纺丝成形及后加工。采用新溶 剂（N-甲基吗啉- N-氧化物）纺丝工艺时， 纤维素可直接溶解在溶剂中制成纺丝溶液 （Lyocell）。
湿法纺丝工艺原理
J
s
Ds
dcs dx
J
N
DN
dcN dx
Ds、DN －溶剂、凝固剂的扩散系数 ， Js、JN－溶剂、凝固剂的传质通量。
（2）固化速率参数Sr
在纺丝细流中常可以观察到已固化部分和未固化部分之
间有明显界面，而且随扩散过程的进行界面的位置不断
地移动，故称移动边界（moving boundry），这种边界
2固化速率参数sr在纺丝细流中常可以观察到已固化部分和未固化部分之间有明显界面而且随扩散过程的进行界面的位置不断地移动故称移动边界movingboundry这种边界位移的速率可用固化速率参数表示皮层厚度t扩散时间sr体现相分离扩散等的综合条件能较真实的反映湿纺过程中的固化速率并能反映原液组成凝固浴组成和温度对固化速率的影响
（3）扩散过程中纺丝线上各组分是在不断 发生变化的
组分 NaSCN
H2O Co-PAN
喷丝孔出口处% 出凝固浴%
43.9
8.9
43.5
74.2
12.6
16.9
2、扩散速率的表征
（1）扩散系数D和传质通量J
扩散定律：
m DAC
t
x
m
t 单位时间扩散物质的量，扩散速度；
c 浓度梯度（细流与凝固溶液浓度差）
具有下临界混溶温度的体系 ，温度升高，凝固 值Vb减小 ；
③凝固剂
凝固浴中凝固剂的凝固能力越大,凝固值Vb越小； 凝固浴中凝固剂的凝固能力越小,凝固值Vb越大
二、扩散定律和衡量扩散速率的基本量
1. 在湿纺过程中与扩散有关的基本问题 （1）纺丝原液细流在凝固浴中的双扩散包括凝固浴
中的凝固剂向原液细流内部的扩散，也包括原液 中溶剂向凝固浴扩散。 （2）在湿纺过程中，原液细流与凝固浴接触后，当 原液细流中某处的溶液浓度达到临界浓度时，则 发生相分离而固化成形。显然，这一过程的完成 是以双扩散为基础的。
合成纤维湿法纺丝
T′
T″ Td
d: Tg，Tf>Td, 可成纤 不能熔融纺丝—— 纤维素纤维
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
e: T′>Tb, T″<Tg<Td, Tf>Td, 能够成形，难调。
Td
f: T′>Tb, T′~T″处于 Tb~Tg之间，Tf<Td， 聚合物能够进行熔体 切丝，如PET
最有价值
品种主要有并列型、皮芯型、海岛型。
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
并列型：两个组分在纤维截面上分别构成半月形。
自卷曲性好、复合百分比较稳定、易剥离 利用两组分热性能不同，可生产高螺旋卷曲状旳纤
维、导电纤维、阻燃纤维
皮-芯型：一种组分包围另一种组分，
形成“皮”和“芯”。 芯层具有纤维旳主体性能 皮层提供特殊旳表面性能
杂链纤维
聚酰胺纤维 聚酯纤维 聚氨酯纤维 等……
碳链纤维
聚丙烯睛纤维
聚乙烯醇缩醛纤维
聚丙烯纤维 等……
杂链纤维 大分子主链除碳原子外，还具有其他元素（N，O)
碳链纤维 大分子主链全部由C-C构成
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(2)按性能功用分 耐高温纤维， 如聚苯并咪唑纤维（PBI）； 耐高温腐蚀纤维，如聚四氟乙烯（PTFE）； 高强度纤维， 如聚对苯二甲酰对苯二胺； 耐辐射纤维， 如聚酰亚胺纤维； 阻燃纤维、高分子光导纤维等。
第一节 概述
一 熔体纺丝旳定义及合用范围
将高分子聚合物加热熔融成为一定粘度旳纺丝 熔体，利用纺丝泵连续均匀地挤压到喷丝头，经过 喷丝头旳细孔压出成为细丝流，然后在空气或水中 使其降温凝固，经过牵伸成丝。
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
湿法成型原理
四、湿法纺丝中纤维结构的形成
1、初生纤维溶胀度D.S.对纤维结构和性能影响：
取向度：溶胀度↓→高聚物含量↑→分子间作用力↑→取向度↑→ 断裂强度↑ 序态和染色饱和值：溶胀度↑→较高的碘溶胀度（低序态）和高的染色饱和值 干燥收缩率：溶胀度↑→纵向收缩率↑
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二、湿法纺丝的运动学和动力学
1、湿法成型过程中纺丝线上的速度分布：
孔流区、胀大区、细化区、等速区。
二、湿法纺丝的运动学和动力学
1、湿法成型过程中纺丝线上的速度分布：
原液从喷丝孔挤出尚未固化，不能承受过大的喷丝头拉伸。
喷丝头正拉伸：纺丝线的速度略大于喷丝速度，胀大区消失或部分消失，速度和速 度梯度沿纺程的分布情况和熔纺相类似。 零拉伸与负拉伸：胀大区的存在，刚进入凝固浴时，纺丝线的速度低于喷丝速度。 然后纺丝线被缓慢加速。与熔纺不同。纺丝线上张力很小，可以得到内应力较低的初 生纤维。
生形变，湿纺初生纤维内部产生大空洞或毛细孔。经拉伸定型后会有所减小或 闭合难以根除，服用过程发生纵向开裂（原纤化）
3、超分子结构：（结晶结构了解不多）
剪切流动取向：孔道中的剪切流动取向较小； 拉伸流动取向：湿纺中的流动取向机理在湿纺条件下其效果较小； 拉伸形变取向：初生纤维的取向主要来自于拉伸形变取向。
先发生体积溶胀 （溶剂向高聚物扩散）→溶解（大分子分散到溶剂中） 热力学角度： 分子间作用力的变化使体系的△H变化； 分子运动自由度的改变与体系的熵变有关。 自由能△Fm= △ H-T* △ S △Fm＜0，溶解过程能自发进行。
一、成纤高聚物溶解的基本规律
2、影响溶解度的结构因素：
大分子链结构：分子间作用力强、刚性分子链、化学交联、相对分子质量高→溶解 度↓；低聚体的存在，使溶解度提高。 超分子结构：结晶高聚物→溶解度↓（极性结晶高聚物常温下溶解，无定型部分溶解 时放出大量热，PA能溶于甲酸、浓硫酸） 溶剂：极性溶剂（成纤高聚物是极性高聚物）
湿法纺丝原理
湿法纺丝原理
湿法纺丝是一种常用的纺织工艺，用于生产人造纤维。
其原理如下：
1. 原料准备：将合成纤维的聚合物物料（如聚酯、聚醚等）和相应的添加剂混合均匀，制成粘稠的溶液或浆料。
2. 溶解：将混合物加热至一定温度，使聚合物完全溶解在溶剂中，形成纺液。
3. 过滤：将纺液通过滤网或其他过滤设备进行过滤，去除其中的杂质和固体颗粒。
4. 旋转脱水：将过滤后的纺液注入旋转脱水机中，通过高速旋转的离心力将溶液中的溶剂尽量脱除，使纺液的浓度提高。
5. 扩散：将旋转脱水后的纺液通过多孔板或喷嘴系统，使纤维化液体以细小的颗粒形式均匀扩散到空气中。
6. 固化：经过扩散后的纤维化液体中的溶剂逐渐蒸发，溶剂浓缩，使聚合物分子逐渐凝固并形成连续的纤维结构。
7. 拉伸和卷绕：由于纤维材料具有较高的强度，可以将其通过拉伸设备进行拉伸，提高纤维的强度和延伸性。
拉伸后的纤维经过卷绕机器上的卷绕轴，制成纺丝成品。
以上就是湿法纺丝的原理过程。
通过上述步骤，可以将合成纤
维的聚合物转化为连续的纤维，并进一步加工成各种人造纤维产品。
合成纤维第四章湿法纺丝
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
• 如：用57%的NaSCN水溶液溶解粒状丙烯腈 共聚体时，由于在共聚体颗粒表面生成了高黏度 的溶液层，使进一步的溶解变慢，在原液中形成 了一些小胶团和溶胀的胶粒，使原液的过滤性能、 可纺性大大地变差。
25
解决的办法
• 先用低于35%浓度的NaSCN水溶液进行 均匀的预溶胀，而后再用53% NaSCN 水溶液进一步溶解，则可防止颗粒表面浓 溶液层以及胶粒的形成，不但加快了溶解 的速度，而且所得到的原液的品质较好。
• 2.溶剂具有足够的热稳定性和化学稳定性，在回 收过程中不易于分解；
• 3.毒性低，对设备的腐蚀性小； • 4.溶剂在溶解聚合物过程中，不引起对聚合物的
破坏或发生化学反应 。 • 5.在适宜的温度下要有较好的溶解能力，并在较
高的浓度下有较低的粘度。
22
四 聚合物溶解过程的动力学
• 聚合物溶解过程的重要特征之一，是一个溶胀过程， 因此溶胀过程的速度对整个聚合物的溶解速度有着 重要的影响。
20
• 另外，在溶剂中加入一些添加剂，也能使 聚合物的溶解度增加。
第八章 化学纤维成型原理湿法1
可以看出，vf增大，vLmax增大。 vf与B0有关。 B0增大后vf下降，vLmax下降。 vLmax 作为可纺性的一种量度。 最小的挤出胀大比相应于最大的可纺性。
vLmax - vL 是正常纺丝的缓冲范围。其越大，
成形越稳定。
（三）湿纺纺丝线上的轴向力平衡 轴向力平衡方程与熔纺相似，但有几项力与 熔纺有较大差别。
湿法纺丝的运动学和动力学喷丝头正拉伸在整个或大部分纺丝线上纺丝线的速度略大于喷丝速度胀大区消失或部分消失其v和沿纺丝线分布与熔纺基本相同
第八章 化学纤维 成型原理
第三节 湿法纺丝
一．湿法纺丝的运动学和动力学
（一）湿法成形过程中纺丝线上的速度分布 稳态纺丝时： ρxvxAxCx＝常数 速度和速度分布如图8-33。
Vf = v0/B2
其中，B≡Rf/R0
将Vf = v0/B2代入真实喷丝头拉伸率有：
vL f (%) R0 v0 Rf 2 R0 a 1 100 1 100 1 100 R f
湿纺纤维皮芯结构的形成的原因： (1) 在纺丝原液细流中，处于细流周边和内部 的聚合物的凝固机理不同，以及凝固剂在纤 维内部分布不均匀，导致皮层和芯层的结构 不同。 (2) 纺丝原液在喷丝孔口处的膨化效应，导致 细流外表层的“拉伸效应”，对皮层和芯 层的形成也有一定影响。
(3) 在喷丝头拉伸区中，皮层已经凝固，而芯
（JS/JN>1）时，横截面的形状取决于固化 层的力学行为。 柔软而可变形的表层，形成圆形的横截面；
化学纤维成型原理—湿法纺丝成型原理
结构
内聚能密度或溶度参数相近：
溶解
2 湿法纺丝的运动学和动力学
湿法成型过程中纺丝线上的速度分布
喷丝头正拉伸：
纺丝线的速度略大于喷丝速度，胀大区消失或部分消失，速度和 速度梯度沿纺程的分布情况和熔纺相类似。
出口膨化：
胀大区的存在，刚进入凝固浴时，纺丝线的速度低于喷丝速度。
湿法成型区内的喷丝头拉伸
湿法纺丝原理
湿法纺丝 生产流程
湿法纺丝原理
成纤高聚物溶解的 01 基本规律
湿法纺丝的运动学 02 和动力学
湿法纺丝中的 03 传质过程
湿法纺丝中 04 纤维结构的形成
目录
1 成纤高聚物溶解的基本规律
溶解过程
（溶质分子通过分子扩散与溶剂分子均匀地混合，成形分子 分散体系） 高聚物的溶解：两个阶段
空隙：由于皮层颇为刚性，聚合物粒子的合并使内部体系收缩时，皮层不能 按比例发生形变，湿纺初生纤维内部产生大空洞或毛细孔。
超分子结构
剪切流动取向：
孔道中的剪切流动取向较小；
拉伸流动取向：
湿纺中的流动取向机理在湿纺条件下其效果较小；
拉伸形变取向：
初生纤维的取向主要来自于拉伸形变取向。
理论
喷丝头负拉伸，使成型得以稳定
丝头正拉伸或零拉伸 (胀大区的存在)。 实际
湿法纺丝线上受力分析
纺丝线上轴向力：
平衡。
纺丝线上的径向应力：
施加于纺丝线上的张力，完全由皮层承受和传递，皮层的取向度 比芯层高得多。
靠近喷丝头的区域内，张力由很薄的皮层承受，故皮层内的应力 很大。
3 湿法纺丝中的传质过程
双扩散的传质过程：
液体细流中的溶剂及盐类向外扩散，而凝固剂向内扩散，结果形成 温度差别不大）。
湿法纺丝工艺原理1
HNCO+NH3
O Cell O C NH2
• 纤维素氨基甲酸酯的酯化度对其溶解性的影响
表4.2 不同含氮量的纤维素氨基甲酸酯的溶解情况
含氮量/wt% 溶解情况 毛胶*
2 部分溶解
很多
3 部分溶
解
多
5
6
部分溶解 溶解
多 较少
8 溶解 极少
（*：粘胶纤维生产中，将观 况。在此是判断纤维素氨基甲酸酯溶解情况。）
� 纺丝溶液的浓度根据纤维品种和纺丝方法 的不同而异。通常，用于湿法纺丝的纺丝 溶液浓度为12%~25%；用于干法纺丝的纺 丝溶液浓度则高一些，一般在25%~35%之 间。
（2）纺前准备
采用二步法时，需要选择合适的溶剂将成纤聚合物 溶解，所得的溶液在送去纺丝之前还要经过混合、过 滤和脱泡等工序，这些工序总称为纺前准备。
第二节 聚合物的溶解
一. 溶解过程的特点和热力学解释
（1）聚合物溶解过程的特点
聚合物的溶解过程是聚合物大分子在溶剂分子 的作用下，使大分子之间的作用力不断减弱，进而 均匀地与溶剂分子相互混合直至成为分子分散的均 相体系的过程。
�高聚物的溶解过程一般分为两个阶段：先溶胀后 溶解。
首先是溶剂分子扩散进入高聚物的外层，并逐 渐由外层进入内层，使高聚物体积膨胀，称为膨胀 阶段；然后，大分子逐渐进入到溶剂中去，直到形 成均匀的溶液，达到完全溶解。
即： |∆H12|>|x1∆H12+x2∆H22| �特征： ΔSm≈ 0， ΔHm <0
适用范围：极性高聚物（特别是刚性链的 高聚物）在极性溶剂中所发生的溶解过 程，由于大分子与溶剂分子的强烈相互作 用，溶解时放热（ ∆Hm ＜０），使混合体 系的自由能降低﹙ ∆Fm ＜０）而高聚物溶 解。
第八章湿法纺织工艺原理
第八章湿法纺丝工艺原理湿法纺丝工艺简介一、溶液纺丝的分类化学纤维的纺丝方法主要有两大类：熔体纺丝法和溶液纺丝法。
在溶液纺丝法中，根据凝固方式不同，又分为湿法纺丝和干法纺丝。
化学纤维生产过程中绝大部分采用上述三种纺丝方法。
此外，还有一些特殊的纺丝方法，如乳液纺丝、悬浮纺丝、干湿法纺丝、冻胶纺丝、液晶纺丝、相分离纺丝和反应纺丝法等。
1.湿法纺丝从喷丝头毛细孔中挤出的纺丝溶液细流进入凝固浴，聚合物在凝固浴中析出而形成初生纤维的过程。
图1-4 湿法纺丝示意图1-喷丝头2-凝固浴3-导丝盘4-卷绕装置湿法纺丝中的扩散和凝固不仅是一般的物理和化学过程，对某些化学纤维如粘胶纤维同时还发生化学变化，因此，湿法纺丝的成形过程比较复杂，纺丝速度受溶剂和凝固剂的双扩散、凝固浴的流体阻力等因素限制，所以纺丝速度比熔体纺丝低的多。
纺丝速度为5～100m/min，而熔体纺丝的卷绕速度为每分钟几百米至几千米。
采用湿法纺丝时，必须配备凝固浴的配置、循环及回收设备，工艺流程复杂，厂房建筑和设备投资费用都较大，纺丝速度低，成本高且对环境污染较严重。
目前腈纶、维纶、氯纶、氨纶、粘胶纤维以及某些由刚性大分子构成的成纤聚合物都需要采用湿法纺丝。
2.干法纺丝从喷丝头毛细孔中挤出的纺丝溶液进入纺丝甬道。
通过甬道中热空气的作用，使溶液细流中的溶剂快速挥发，溶液细流在逐渐脱去溶剂的同时发生浓缩和固化而成为初生纤维的过程。
图1-5 干法纺丝的示意图采用干法纺丝时，首要的问题是选择溶剂。
因为纺丝速度主要取决于溶剂的挥发速度，所以选择的溶剂应使溶液中的聚合物浓度尽可能高，而溶剂的沸点和蒸发潜热应尽可能低，这样就可减少在纺丝溶液转化为纤维过程中所需挥发的溶剂量，降低热能消耗，并提高纺丝速度。
除了技术经济要求外，还应考虑溶剂的可燃性以满足安全防护要求。
最常用的干法纺丝溶剂为丙酮、二甲基甲酰胺等。
目前干法纺丝速度一般为200~500m/min,高者可达1000~1500m/min,但由于受溶剂挥发速度的限制，干纺速度还是比熔纺低，而且还需要设置溶剂回收等工序，故辅助设备比熔体纺丝多。
湿法纺丝工艺流程及绘图
实验1 湿法纺丝工艺流程及绘图一、实验目的1、了解湿法纺丝原理、设备及工艺流程。
2、根据设备组成绘制工艺流程图。
二、基本原理湿法纺丝是将聚合物溶于溶剂中，通过喷丝孔喷出细流，进入凝固浴形成纤维的化学纤维纺丝方法。
适用于湿法纺丝的成纤聚合物，其分解温度低于熔点或加热时易变色，且能溶解在适当溶剂中。
聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维等合成纤维和粘胶纤维、铜氨纤维等人造纤维品种采用湿法纺丝生产。
湿法纺丝工艺主要包括纺丝原液制备、纺前准备、纺丝以及丝条上油和卷绕。
将成纤聚合物溶解在适当的溶剂中，得到一定组成、一定粘度、有良好可纺性的溶液，称纺丝原液。
纺丝原液也可由溶液聚合直接获得。
纺丝原液在送去纺丝前，要经过混合、过滤和脱泡等纺前准备,使其性质均匀,并除去其中所夹带的凝胶块、机械杂质以及原液中的气泡。
经纺前准备后的纺丝原液送上纺丝机（见图）,通过纺丝泵计量、过滤器过滤后进入喷丝头。
湿法纺丝的喷丝头通常采用铂与钽的合金材料制成，喷丝头上有规律地排布着若干孔径为0.05～0.12mm的孔眼，喷丝头孔数可多达数千至数万。
从喷丝孔中压出的原液细流进入凝固浴。
原液细流中的溶剂向凝固浴液扩散，浴液中的沉淀剂向细流扩散，这种扩散称为双扩散。
通过扩散使原液细流达到临界浓度，聚合物于凝固浴液中析出而形成纤维。
凝固是物理化学过程，但某些化学纤维（例如粘胶纤维）在湿法纺丝过程中，还同时发生化学变化。
湿法纺丝的纺丝速度，受溶剂和凝固剂的双扩散速度以及凝固浴液的流体阻力等因素所限制，因此比熔体纺丝速度低得多，一般在15～150m/min范围内。
湿法纺丝初生纤维由于含有大量凝固浴液而处于溶胀状态，大分子具有很大的活动性，其取向度很低。
选择和控制纺丝工艺条件，可制得不同横截面形状或具有特殊毛细孔结构和特殊性能的纤维。
三、实验设备组成湿法纺丝设备组成主要包括纺丝箱、计量泵、纺丝组件、喷丝板、凝固浴槽、牵伸机构、清洗槽、干燥箱、卷绕机。
四、湿法纺丝工艺流程纺丝前准备→纺丝→凝固→牵伸→清洗→干燥→卷绕。
胶原蛋白湿法纺丝
胶原蛋白湿法纺丝一、胶原蛋白湿法纺丝简介胶原蛋白湿法纺丝是一种利用胶原蛋白作为主要原料进行纺丝加工的技术。
这种技术能够制备出具有优异力学性能和生物相容性的纤维，因此在医疗、美容、纺织等领域具有广泛的应用前景。
二、胶原蛋白湿法纺丝的原理胶原蛋白湿法纺丝的原理主要包括溶解、形核、扩散和固化四个步骤。
首先，将胶原蛋白原料溶解于适当的溶剂中，形成均一的纺丝液。
然后，通过喷丝孔将纺丝液喷出，进入凝固浴中。
在凝固浴中，纺丝液发生相分离，形成胶原蛋白纤维。
在此过程中，溶剂逐渐扩散出纤维，而纤维发生固化。
最后，通过后处理得到所需的胶原蛋白纤维。
三、胶原蛋白湿法纺丝的工艺流程胶原蛋白湿法纺丝的工艺流程主要包括以下步骤：1.溶解：将胶原蛋白原料溶解于适当的溶剂中，形成均一的纺丝液。
常用的溶剂包括酸、碱、盐等水溶液。
2.过滤和脱泡：为了确保纺丝液的质量，需要进行过滤和脱泡处理，去除其中的杂质和气泡。
3.喷丝：将纺丝液通过喷丝孔喷出，形成连续的胶原蛋白纤维。
喷丝孔的孔径和喷丝速度需要根据具体的工艺条件进行调整。
4.凝固浴：将喷出的胶原蛋白纤维浸入凝固浴中，使纤维发生相分离和固化。
凝固浴的成分和温度需要根据具体的工艺条件进行调整。
5.拉伸：对初生纤维进行拉伸处理，以提高其力学性能和结晶度。
拉伸条件需要根据具体的工艺条件进行调整。
6.干燥：将拉伸后的纤维进行干燥处理，以去除其中的残余溶剂。
干燥温度和时间需要根据具体的工艺条件进行调整。
7.后处理：对干燥后的纤维进行后处理，如热处理、表面改性等，以提高其性能和应用范围。
后处理条件需要根据具体的工艺条件进行调整。
四、胶原蛋白湿法纺丝的应用前景胶原蛋白湿法纺丝制备的纤维具有优异的力学性能、生物相容性和生物活性，因此在医疗、美容、纺织等领域具有广泛的应用前景。
例如，在医疗领域，胶原蛋白纤维可以用于制备可植入人体的医疗器械，如人工血管、人工腱等；在美容领域，胶原蛋白纤维可以用于制备面膜、紧肤霜等化妆品；在纺织领域，胶原蛋白纤维可以用于制备舒适、环保、健康的纺织品，如内衣、袜子、运动服等。
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（三）扩散系数沿纺程的变化
沿纺程扩散系数减小。
以粘胶纤维的成形 为例，随纺程的加大， 纤维凝固逐渐充分， H2SO4扩散系数减小。 对ZnSO4来说，也呈 现减小的趋势，但变 化幅度很小。
粘胶纤维成形中H2SO4和ZnSO4的扩散系数沿纺程的变化
（四）添加剂及纺速的影响
1、加入变性剂后，扩散系数减小。 粘胶纤维成形时，加入变性剂（聚氧乙烯衍生
同理可求得O点高聚物P和
凝固剂N的百分含量。
当在40℃下，以0.2%～40%的PVA溶液（以H2O或DMSO为溶剂）与 0.2%-100%的NaOH、Na2SO4或甲醇水溶液相混合，如果在摇匀后体 系出现混浊，即表示发生了相分离。把开始出现混浊的各点相联，即可 获得相分离曲线图。
在三元体系相图中，相分离曲线以上的部分是均相的溶液；曲线以下的 部分由于发生了相分离，所以是多相体系。
J
s
Ds
dcs dx
J
N
DN
dcN dx
Ds、DN －溶剂、凝固剂的扩散系数 ， Js、JN－溶剂、凝固剂的传质通量。
（2）固化速率参数Sr
在纺丝细流中常可以观察到已固化部分和未固化部分之
间有明显界面，而且随扩散过程的进行界面的位置不断
地移动，故称移动边界（moving boundry），这种边界
当夹角＝0时， SD沿S－P线向S靠近，相应的通量比JS/JN ＝－∞，即纺丝原液不断地被纯溶剂所稀释。
当 ＝π时，SD向P靠近，通量比JS/JN＝∞，相当于干法纺 丝，即纺丝原液中的溶剂不断蒸发，使原液中聚合物浓度不 断上升，直至完全凝固。
无相变 不固化
①区: －∞≤ JS/JN ≤u* (第一临界切线) 沿纺丝线组成变化路径,聚合物浓度下降 (即溶剂扩散速度小 于凝固剂的扩散速度)
1、高聚物-溶剂-凝固剂 （P-S-N）三元体系相平衡图
当温度与压力恒定的情况下，高聚物-溶剂-凝固剂三
元体系的相图可用一等边三角形表示。
三角形的任一边代表一个二元体系；
三角形内的任一点代表体系中三个成分的相互比例。源自例如在三元体系中的一点O，
过O点作NP边的垂线OA，
再自S点作NP边的中垂线SS1， 则OA/ SS1的比例百分数， 代表O点上溶剂S的百分含量，
具有下临界混溶温度的体系 ，温度升高，凝固 值Vb减小 ；
③凝固剂
凝固浴中凝固剂的凝固能力越大,凝固值Vb越小； 凝固浴中凝固剂的凝固能力越小,凝固值Vb越大
二、扩散定律和衡量扩散速率的基本量
1. 在湿纺过程中与扩散有关的基本问题 （1）纺丝原液细流在凝固浴中的双扩散包括凝固浴
中的凝固剂向原液细流内部的扩散，也包括原液 中溶剂向凝固浴扩散。 （2）在湿纺过程中，原液细流与凝固浴接触后，当 原液细流中某处的溶液浓度达到临界浓度时，则 发生相分离而固化成形。显然，这一过程的完成 是以双扩散为基础的。
第五节 纺丝原液细流的固化
一、相分离的热力学条件 纺丝原液是高聚物和溶剂二元体系，是均相的
高分子溶液。当加入凝固剂后，成为高聚物-溶 剂-凝固剂三元体系。
高聚物-溶剂-凝固剂三元体系分相难易程度可 以用（溶剂的）临界浓度Cc和凝固强度Vb来表 示。
1、（溶剂的）临界浓度Cc
（1）临界浓度Cc定义：在一定温度下，当溶 液中高聚物浓度为某一固定值时，不断改变体 系中溶剂与凝固剂的比例，在达到某一临界值 后，高聚物开始从溶液中析出，此时溶剂在溶 剂-凝固剂体系中的浓度称为临界浓度Cc。
0.763 0.675 0.573 0.555 0.543
（五）溶剂及凝固剂种类的影响
1、溶剂不同，对成形纤维的结构和扩散速率有很大的影响。 以PAN为例：
溶剂 DMSO DMF DMAc NaSCN
Sr
6.2
2.1
1.1
0.4
2、凝固剂分子量大，则扩散系数变小。
聚丙烯腈以DMF为溶剂，用不同分子量的凝固剂成形时， 其扩散系数有下列顺序：
Vb的数值越小，凝固浴的凝固强度越大。 Vb的数值越小，体系越容易发生相分离。
（2）影响凝固强度的因素
①凝固浴的浓度Cb（凝固浴中溶剂的浓度） 凝固浴的浓度Cb增加，凝固值Vb增加；凝固强度降低。
共聚物的配料比为丙烯腈﹕丙烯酸甲酯﹕甲基丙烯磺酸钠=91.5﹕7﹕1.5
② 凝固浴温度
具有上临界混溶温度的体系 ，温度升高，凝固 值Vb升高；
传质通量比的变化路径分三类：
JS / JN =1 高聚物浓度不变，等浓凝固 JS / JN <1 高聚物浓度减小，稀释凝固 JS / JN >1 高聚物浓度增加，浓缩凝固
Ziabicki 三元相图
图中的圆弧线为相分离线，相分离线下的阴影部分为两相体 系，空白区域为均相体系。组成变化线与S－P线间的夹角为
传质通量J、扩散系数D、固化速率参数Sr是表征扩散过程的 基本物理量。
（3）传质通量比JS/JN 溶剂的通量（Js）和非溶剂（凝固剂）的通 量（JN）比值（Js/JN），此值称为传质通 量比。 Js/JN =1 高聚物浓度不变，等浓凝固 Js/JN <1 高聚物浓度减小，稀释凝固 Js/JN >1 高聚物浓度增加，浓缩凝固
位移的速率可用固化速率参数 s 表示
s
2 4t
－皮层厚度，t－扩散时间
Sr体现相分离、扩散等的综合条件, 能较真实的反映湿 纺过程中的固化速率，并能反映原液组成、凝固浴组成 和温度对固化速率的影响。
丙烯腈共聚物-DMAc冻胶（26%）在凝固浴中皮层的增长情况 试样原始半径0.467cm 凝固浴组成(a)15%DMAc-水 (b)65%DMAc-水
③原液浓度
浓度越高，临界浓度Cc越大；
④凝固浴温度
具有上临界混溶温度的体系 ，温度升高，临 界浓度Cc减小； 具有下临界混溶温度的体系 ，温度升高，临 界浓度Cc升高；
丙烯腈共聚物的分子量及磺酸基含量对临界浓度Cc的影响
共聚物中-SO3Na含量
0.266 0.267 0.308 0.308 0.494 0.494
当体系中NaSCN的重量百分浓度从51%下降到 33.6%以下时，就会产生共聚物的相分离，即共 聚物从体系中沉淀析出。
（3）临界浓度Cc的影响因素
①高聚物的结构 a、高聚物的分子量：高聚物的分子量越大，临 界浓度Cc 越大； b、共聚物的组成和含量：含亲溶剂组分的量越 大，临界浓度Cc越小； ②溶剂的性质 溶剂的溶解能力越大，临界浓度Cc越小；
凝固剂
凝固剂分子量 异丁醇>乙醇>甲醇>H2O
DN×106 cm2/s
0.265
0.87
1.86
5.2
（六）原液浓度的影响
随着原液浓度的提高，溶剂或凝固剂的扩散系 数都下降。
因为原液的浓度提高，体系的粘度也随之提高， 各种分子的扩散阻力增大，故扩散系数下降。
四、纺丝线的组成变化路径和传质通量比
临界浓度Cc越大，体系越容易发生相分离
（2）临界浓度Cc的计算：通常以1%高聚物溶液， 用一定浓度的凝固剂滴定至混浊，即可求得临界浓度。 临界浓度的计算如下：
CcV0V00C 00
VbbCb Vbb
C0 高聚物溶液中溶剂的浓度；ρ0 高聚物溶液的比重； V0 ’为高聚物溶液的体积； Cb滴定液中溶剂的浓度， ρb为滴定液的比重； Vb为滴定液耗用的体积.
④区: u**< JS/JN ≤∞ (上限为干法纺丝) 如:冻胶法纺丝溶液发生冻胶化、液晶法溶致性聚合 物液晶发生取向结晶等。
3、影响传质通量比的因素
（1）凝固剂种类对通量比的影响
PVA的纺丝试验条件
纺丝编 号
溶 剂
原液浓度 （%）
凝固剂
凝固浴浓 凝固浴温 度（g/dm3） 度（℃）
JS / JN
①提高温度通量比增大。因为溶剂含量大，凝固剂含量小， 所以溶剂扩散速率随温度升高而加大的程度较凝固剂（水） 为大。
S
N
P
PVA-DMSO-甲醇三元体系相平衡图
2、纺丝原液细流凝固的途径
由于双扩散的进行，在聚合物（P）-溶剂（S）-凝固剂 （N）的三元体系中，组成随双扩散的进行而逐步发生变 化。组成的变化决定于传质通量比（ JS / JN ）。
改变纺丝用的溶剂和凝固剂，其组成变化所经历的路径是 不同的，每一路径的通量比也是互不相同的。因此，可用 不同通量比来代表纺丝线组成变化的路径。
例如：在用硫氰酸钠法纺腈纶时，取25ml的丙 烯腈共聚物溶液，共聚物浓度为1%，NaSCN在 NaSCN-H2O中的浓度为51%，用浓度为12%的 NaSCN水溶液进行滴定； ρ0值约为1.294； ρb 值约为1.069； Vb值为24.3cm3。则
C c ( % ) 2 5 1 .2 2 9 5 4 1 . 0 2 .9 5 4 1 2 2 4 4 . .3 3 1 1 . .0 0 6 6 9 9 0 .1 2 1 0 0 3 3 .6 %
物）后，中和浸长成倍增加，表明扩散速率明 显下降。这和使用变性剂后，测得的丝束冻胶 溶胀度变小，结构较紧，纤维截面均匀，所得 纤维物理机械性能改善的情况完全一致。 2、纺速增大，扩散速度增大。 以粘胶生产为例：VL↑ ,扩散速率↑
表8-17 粘胶纤维成形中变性剂及纺速度对中和浸长的影响
纺丝 速度 （
凝固浴浓度再增高时，由于溶剂的溶胀作用，结构又复变 松。这也可能就是扩散速率在某一凝固浴浓度下出现最低 点的原因。
（二）扩散系数与纤维半径的关系
随着单纤维半径的的不断增大，扩散系数D也不 断的增大。一般有：R↑，Di ↑
纤维凝固成形时，在表 面先形成一层表皮，结构较 紧密。在纤维半径小时，表 皮层的相对比例较大，平均 扩散系数较小。随着纤维半 径的增大，表皮层的相对比 例变小，故平均扩散系数变 大。
（3）扩散过程中纺丝线上各组分是在不断 发生变化的