各种纺丝技术

1.1 溶液纺丝
将聚乳酸溶于二氯甲烷??三氯甲烷??甲苯等
溶剂或混合溶剂后，溶液作为纺丝液进行纺丝，并
在一定条件下进行拉伸定型，这种方法称作溶液纺
丝。根据其成丝的氛围是气体或液体的不同，分为
溶液干法、湿法两种。
溶液纺丝纤维的机械性能优于熔纺纤维，其??
????，纺丝溶液比聚合物熔体中大分子链的缠结少
得多，在纺丝过程中缠结少的网络结构可有效地转
移到初生纤维中，使初生纤维表现出很高的拉伸性
能；另一方面，同熔纺相比，溶液纺丝通常在较低
的温度下进行，热降解较少??溶液纺丝的流程为：
溶解→老化→过滤→喷丝孔挤出→成型→卷绕→
拉伸；溶液干法纺丝/热拉伸制得的PLLA纤维的强
度约为熔纺/热拉伸所得纤维强度的4倍以上。
Fambri等[14]以氯仿为溶剂，获得拉伸强度为
1.1GPa的PLLA纤维，纺丝过程中PLLA黏均分子量
只下降约6％。Penning等[15]以氯仿/甲苯为混合溶
剂，获得的PLLA纤维的断裂应力高达2.3 GPa，模
量可达16 GPa。但由于溶液纺丝速率和拉伸倍率较
低，溶剂的回收和对大气的污染是一个很大问题，
所以该方法在工业领域的应用受到了一定限制。
1.2 熔融纺丝
聚乳酸熔融纺丝工艺流程为：聚乳酸树脂→真
空干燥→熔融挤压→过滤→计量→喷丝板出丝→
冷却成型→卷绕→热盘拉伸→上油→成品丝。
典型的纺丝工艺条件[15,16]为：纺丝温度190～
240℃，卷绕速率1～20 m/min，拉伸定型温度100～
110℃。纺丝拉伸倍率最高达10以上。纺丝过程中
PLLA的分子量下降很明显。这主要是由于纺丝温
度较高引起PLLA的热降解[16]。卷绕速率越大，纤
维的模量、强度越高，分子链的断裂减少，分子量
下降较少。纤维的结晶度也依赖于卷绕速率。当卷
绕速率较低时（1.8～3.1 m/min），获得近于无定型
的纤维；当卷绕速率较高时（5～10 m/min），纤维
结晶度达30%～38%。Fambri [14]对聚(L–乳酸–co
–D，L–乳酸)以8～10 km/min的速率进行高速熔
融纺丝，所得聚乳酸纤维的最高起始杨氏模量和柔
韧性分别为5.9 GPa 和0.57GPa。Fambri等[16]认为，
聚乳酸纤维的机械性能决定于它的可拉伸性，即与
初生纤维的初始结晶度和纤维的直径有关；初生纤
维的集束速度越低，它的最大可拉伸比就越高。
Schmack等[17]通过对5种不同立构的聚乳酸的
高速熔融纺丝，获得的聚乳酸纤维的最佳力学性能
是：拉伸强度0.3 GPa，拉伸模量6.8 GPa，断裂延伸
率30%。
1.3 静电纺丝
区别于传统纺丝方法，静电纺丝是指聚合物溶
液或熔体在外加电场作用下的纺丝工艺。在电场力
作用下，处于纺丝喷头

的聚合物溶液或熔体液滴，
克服自身的
表面张力而形成带电细流，在喷射过程
中细流分裂多次，经溶剂挥发或冷凝后而形成超细
纤维，最终被收集在接收屏上，形成非织造超细纤
维膜，或附加特殊装置，将超细纤维纺成纱线。
在一定条件下，受静电排斥力、库仑力和本身
表面张力的共同作用，聚合物细流会沿着不稳定的
螺旋轨迹弯曲运动，在几十毫秒内被牵伸千万倍，
从而形成纳米级至亚微米级(5～1 000 nm)超细纤
维。由于静电纺丝所得到的纤维比常规方法得到的
纤维直径小，所以其非织造膜具有超高的特异性、
比表面积和孔隙率，可用作聚合物纳米复合材料的
增强材料、过滤膜材、功能性织物保护涂层、传感
器、纳米模板和生物医用材料等[10,18]。溶剂的不同
会影响到纤维的直径、结晶度及形态。
Young You等[19]以氯仿或六氟异丙醇为溶剂经
静电纺丝获得了纳米级聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸
(PLA)、聚(乳酸-乙醇酸)(PLGA)纤维，并通过SEM
观察纤维形态。以非极性的氯仿为溶剂经静电纺丝
所得的PLGA纤维，平均直径较大(760 nm)，直径分
布较宽（200～1 800 nm）。以极性六氟异丙醇为溶
剂经静电纺丝所得PGA和PLA纤维，平均直径较小
(300 nm)，直径分布较窄。所得纤维直径不同，可
能与溶剂的极性有关。
1.4 超临界流体法
利用超临界流体技术，使聚合物的超临界溶
液通过小直径喷嘴，在一定溶剂中快速膨胀时，
依据聚合物浓度、温度、压力、喷嘴长径比不同，
可形成聚合物微球、细丝、纤维、网状物、海绵
·288· 化 工 进 展 2006年第25卷
等形态[11]。当聚合物浓度较高、预膨胀温度高、压
力低、喷嘴长径比小时，有利于形成纤维。Meziani[20]
将这一技术用于制备聚乳酸纤维，采用超临界流体
法制备出直径小于100 nm的聚乳酸纳米纤维，研究
认为聚乳酸的浓度对纤维的形成起决定作用。但目
前尚未确立超临界法制备纤维的机理。
1.5 凝胶冻干法
Ma 等[12]提出了制备聚乳酸作为组织修复纤维
支架材料的新方法——凝胶冻干法。其制备方法是
聚合物溶液经热致凝胶、溶剂交换及冻干处理，获
得了纳米级纤维多孔支架，作为细胞间质实现对细
胞的支撑，为细胞生长、培殖可提供良好的环境。
研究发现，聚合物浓度、凝胶温度、溶剂交换及冷
冻温度对纳米级纤维的结构有影响。当凝胶温度较
低时，可形成平均直径为160～170 nm 的纳米纤维
状结构。其孔隙率高达98.5%，并随着聚合物浓度
的增大而减小，机械强度（杨氏模量和拉伸强度）
随着聚合物浓度增大而增大。将聚乳酸等可生

物降
解的脂肪族聚酯经凝胶冻干，制备了直径为50～
500 nm 的三维交错纤维网络