化學(xué)纖維22濕法紡絲原理及工藝

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1、2.2濕法紡絲原理及工藝內(nèi)容概要2.2.1濕法紡絲工藝2.2.2濕法紡絲原理2.2.2.1聚合物的溶解2.2.2.2濕法紡絲的運動學(xué)和動力學(xué)2.2.2.3濕法紡絲中的傳質(zhì)和相轉(zhuǎn)變2.2.2.4濕法紡絲中纖維結(jié)構(gòu)的形成2.2.1濕法紡絲工藝一步法：單體直接聚合聚合物溶液二步法：固體成纖聚合物紡絲液紡絲機混合、過濾、脫泡+溶劑溶解分離、干燥計量泵、燭形濾器噴絲頭凝固浴后處理2.2.2濕法紡絲原理2.2.2.1聚合物的溶解a.聚合物溶解過程的特點聚合物的溶解過程，是聚合物大分子在溶劑分子的作用下，使大分子之間的作用力不斷減弱，進而均勻地與溶劑分子相互混合直至成為分子分散的均相體系的過

2、程。聚合物溶解過程分成兩個階段：A.溶脹B.溶解聚合物溶解過程的復(fù)雜性：例:具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物，只有溶脹晶態(tài)聚合物非極性：室溫下難溶解極性：在極性溶劑中相對較易溶解b.聚合物溶解過程的熱力學(xué)*聚合物溶解過程中的分子運動變化大分子之間溶劑之間作用力↓大分子與溶劑間作用力↑各種分子空間排列狀態(tài)數(shù)及運動自由度↑*聚合物溶解過程中的熱力學(xué)參數(shù)變化?Fm=?Hm-T?SmT?Sm>?Hm溶解通常：S↑，即?S>0,因此ΔFm的正負取決于ΔHm的正負和大小。溶解過程熱焓的變化與熵的變化，既與大分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)，又與溶劑分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)，而且與它們之間的相互作用也密切相關(guān)c.聚合物

3、的溶解類型A)由熱焓變化決定的溶解過程?Sm?0，則?Fm=?Hm=X1?H11+X2?H22-?H12聚合物溶解的條件：?Hm<0即?H12>X1?H11+X2?H22極性聚合物（特別是剛性鏈的聚合物）在極性溶劑中所發(fā)生的溶解過程B)由熵變決定的溶解過程特征：?Sm>>0，?Hm≥0非極性聚合物在非極性溶劑的溶解過程?Fm=?Hm-T?Sm=X1?H11+X2?H22-?H12-X1T?S11-X2T?S22+T?S12d.影響溶解度的結(jié)構(gòu)因素大分子鏈結(jié)構(gòu)的影響大分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)使分子間作用力↑，則溶解度↓大分子鏈上官能團分布的均勻性也影響溶解度大分子鏈的剛性↑，溶解度↓分子

4、量M↑，溶解度↓聚合物超分子結(jié)構(gòu)的影響結(jié)晶度↑，溶解度↓但是極性的結(jié)晶聚合物也可以在常溫下溶解(因為聚合物中無定形部分與溶劑混合時，二者強烈的相互作用會釋放出大量的熱，致使結(jié)晶部分熔融)溶劑結(jié)構(gòu)的影響溶劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、締合程度影響其溶解能力溶劑的極性越接近聚合物的極性，溶解度↑溶劑極性基團旁的原子團越大，對極性聚合物的溶解度↓混合溶劑的溶解性↑e.溶劑的選擇聚合物和溶劑的極性相近規(guī)律相似相溶聚合物和溶劑的極性越接近，越容易互溶.溶解度參數(shù)理論(非極性混合體系,對極性溶劑體系溶解度參數(shù)相近原則選擇溶劑常會出偏差)溶解度參數(shù)理論是一個以熱力學(xué)為基礎(chǔ)的溶劑選擇的最常用理論，主要看溶解過

5、程是否自發(fā)進，取決于體系的熵變和熱焓改變的大小。若?s??p(或內(nèi)聚能密度相近)?Hm?0溶解可自發(fā)進行。f.紡絲原液所用溶劑的工藝要求溶劑必須使?jié)馊芤涸诩庸r具有良好的流變性能。要求原液從噴絲孔擠出成形過程中，其結(jié)構(gòu)粘度要小。等濃度溶液的粘度越低或等粘度溶液的濃度越高，則此溶劑的溶解性能就越好。沸點不應(yīng)太低或過高。通常以溶劑沸點在50-160oC范圍內(nèi)為佳，如沸點太低，會由于揮發(fā)而造成浪費，并污染空氣；如沸點太高，則不便回收。溶劑需具備足夠的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。在回收過程中不易于分解。綠色環(huán)保。要求溶劑的毒性低，對設(shè)備的腐蝕性小。對聚合物穩(wěn)定。溶劑在溶解聚合物的過程中，不引

6、起對聚合物的破壞或發(fā)生其他化學(xué)變化。2.2.2.2濕法紡絲的運動學(xué)和動力學(xué)a.濕法成型過程中紡絲線上的速度分布等速區(qū)細化區(qū)脹大區(qū)對穩(wěn)態(tài)紡絲，若體系的密度ρx沿紡程不變：VxAxCx=常數(shù)Cx----紡程x處單位體積內(nèi)所含的高聚物質(zhì)量紡絲線的速度分布依賴于其直徑dx和聚合物濃度Cx的分布。Vx與dx無單值關(guān)系。因此在濕紡中，必須獨立地測量這兩個特征量。由于噴絲頭拉伸比的不同，濕紡紡絲線上的Vx和V0有兩種情況。(1)正拉伸：Vx>V0,脹大區(qū)縮小或消失(2)零拉伸或負拉伸時：Vx≤V0，脹大區(qū)存在濕紡中，當紡絲原液從噴絲孔擠出時，原液尚未固化，紡絲線的抗張強度很低，不能承受過大的

7、噴絲頭拉伸，故濕法成型通常采用噴絲頭負拉伸、零拉伸或不大的正拉伸。脹大區(qū):沿紡程Vx↓，dVx/dX<0；d=dmax時，dVx/dX=0細化區(qū)：沿紡程Vx↑(常呈S形變化)a區(qū)：>0，>0dVxdxd2Vxdx2b區(qū)：>0，<0dVxdxd2Vxdx2等速區(qū)：Vx=常數(shù)，dVx/dx=0b.濕法成型區(qū)內(nèi)的噴絲頭拉伸?a：噴絲頭拉伸率ia：噴絲頭拉伸比：平均軸向速度梯度實際紡絲情況下：以實際自由流出速度計算vf可以直接從單位時間內(nèi)自由流出細流的長度測得。在忽略傳質(zhì)和密度變化的情況下有：擠出漲