濕法紡絲原理及工藝.ppt

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1、3.2濕法紡絲原理及工藝內(nèi)容概要3.2.1濕法紡絲工藝3.2.2濕法紡絲原理3.2.2.1聚合物的溶解3.2.2.2濕法紡絲的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)3.2.2.3濕法紡絲中的傳質(zhì)和相轉(zhuǎn)變3.2.2.4濕法紡絲中纖維結(jié)構(gòu)的形成3.2.1濕法紡絲工藝一步法：?jiǎn)误w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(jī)混合、過(guò)濾、脫泡+溶劑溶解分離、干燥計(jì)量泵、燭形濾器噴絲頭凝固浴后處理原液細(xì)流在凝固浴中進(jìn)行如下過(guò)程：雙擴(kuò)散凝固浴中凝固劑向原液細(xì)流內(nèi)部的擴(kuò)散↑↓原液中的溶劑向凝固浴擴(kuò)散相分離固化噴絲頭拉伸涉及兩方面的問(wèn)題：1.相分離的熱力學(xué)條件：聚合物（P）、溶劑（S）和凝固劑（N）三者之間對(duì)應(yīng)關(guān)系2.

2、擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)問(wèn)題：原液細(xì)流和凝固浴表面接觸擴(kuò)散原液細(xì)流的固化3.2.2濕法紡絲原理3.2.2.1聚合物的溶解a.聚合物溶解過(guò)程的特點(diǎn)聚合物的溶解過(guò)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(jìn)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(guò)程。聚合物溶解過(guò)程分成兩個(gè)階段：A.溶脹B.溶解聚合物溶解過(guò)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(duì)較易溶解b.聚合物溶解過(guò)程的熱力學(xué)*聚合物溶解過(guò)程中的分子運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)自由度↑*聚合物溶解過(guò)

3、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(fù)取決于ΔHm的正負(fù)和大小。溶解過(guò)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.聚合物的溶解類型A)由熱焓變化決定的溶解過(guò)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(guò)程B)由熵變決定的溶解過(guò)程特征：?Sm>>0，?Hm≥0非極性聚合物在非極性溶劑的溶解過(guò)程?Fm=?

4、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(tuán)分布的均勻性也影響溶解度大分子鏈的剛性↑，溶解度↓分子量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?yàn)榫酆衔镏袩o(wú)定形部分與溶劑混合時(shí)，二者強(qiáng)烈的相互作用會(huì)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(tuán)旁的原子團(tuán)越大，對(duì)極性聚合物的溶解度↓混合溶劑的溶

5、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(duì)極性溶劑體系溶解度參數(shù)相近原則選擇溶劑常會(huì)出偏差)溶解度參數(shù)理論是一個(gè)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(guò)程是否自發(fā)進(jìn)，取決于體系的熵變和熱焓改變的大小。?=(?E/V)1/2----------溶解度參數(shù)若?s??p(或內(nèi)聚能密度相近)?Hm?0溶解可自發(fā)進(jìn)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(shí)具有良好的流變性能。要求原液從噴絲孔擠出成形過(guò)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

6、好。沸點(diǎn)不應(yīng)太低或過(guò)高。通常以溶劑沸點(diǎn)在50-160oC范圍內(nèi)為佳，如沸點(diǎn)太低，會(huì)由于揮發(fā)而造成浪費(fèi)，并污染空氣；如沸點(diǎn)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(guò)程中不易于分解。綠色環(huán)保。要求溶劑的毒性低，對(duì)設(shè)備的腐蝕性小。對(duì)聚合物穩(wěn)定。溶劑在溶解聚合物的過(guò)程中，不引起對(duì)聚合物的破壞或發(fā)生其他化學(xué)變化。3.2.2.2濕法紡絲的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)a.濕法成型過(guò)程中紡絲線上的速度分布等速區(qū)細(xì)化區(qū)脹大區(qū)脹大區(qū):沿紡程Vx↓，dVx/dX<0；d=dmax時(shí)，dVx/dX=0細(xì)化區(qū)：沿紡程Vx↑(常呈S形變化)a區(qū)：>0，>0dVxdxd2Vxdx2b區(qū)：>0，<0dVxdx

7、d2Vxdx2等速區(qū)：Vx=常數(shù)，dVx/dx=0對(duì)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(wú)單值關(guān)系。因此在濕紡中，必須獨(dú)立地測(cè)量這兩個(gè)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(fù)拉伸時(shí)：Vx≤V0，脹大區(qū)存在濕紡中，當(dāng)紡絲原液從噴絲孔