湿法纺丝工艺原理
湿法纺丝原理
第一節概述
一、工藝概述 1.溶液紡絲工藝流程
原液制備→紡前準備（過濾、脫泡、混合）→ 紡絲→後處理（水洗、拉伸、熱定型、捲曲、切 斷、打包） 2. 溶液紡絲的分類 在溶液紡絲法中，根據凝 固方式不同，又分為： • 濕法紡絲 • 幹法紡絲 濕法紡絲
（1）濕法紡絲
從噴絲頭毛細孔中擠出的紡絲溶液細流進入凝 固浴，聚合物在凝固浴中析出而形成初生纖維 的過程。
目前在採用溶液紡絲法生產的主要化學纖
維品種中，只有腈綸既可採用一步法，又 可採用二步法紡絲，其它品種的成纖聚合 物，無法採用一步法生產工藝。雖然採用 一步法省去的聚合物的分離、乾燥、溶解 等工序，可簡化工藝流程，提高勞動生產 率，但制得的纖維品質不穩定。
在纖維素纖維生產中，由於纖維素不溶于
4.熔紡和濕紡的不同
紡絲方法
紡絲體系組成
熔紡
一元（高聚物）
濕紡
二元（幹法）高聚物+溶劑 三元（ 濕法）高聚物+溶劑+沉澱劑
傳熱、傳質、擴散、相分離 每分鐘幾米至幾十米
固化過程機理 紡絲速度
傳熱 每分鐘幾百米至幾千米
工藝流程
設備
簡單
自動化和精度要求高複雜自動和精度要求一般環境污染
經濟
環境污染較輕
成本低
環境污染較嚴重
必須配備凝固浴的配置、迴圈及回 收設備，成本高。
第二節 聚合物的溶解
一. 溶解過程的特點和熱力學解釋 （1）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 相體系的過程。
高聚物的溶解過程一般分為兩個階段：先溶脹後
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。
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。
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A：扩散物质所通过的面积。
D：扩散系数是表征扩散过程最基本物理量
扩散系数是沿扩散方向，在单位时间每单位浓度降的条件下， 垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数。
设 J m A t
则扩散定律为
J Dc x
传质通量J：单位面积单位时间通过物质的量
Fick第一定律：
J
i
D
地移动，故称移动边界（moving boundry），这种边界
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
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
2、（凝固浴液的）凝固值Vb（凝固强度）
（1）凝固强度的定义：对同一高聚物溶液来说，滴定所 用凝固浴体积的立方厘米数称为此滴定液（即凝固浴） 的凝固值Vb ，它表征该浴液的凝固强度。
（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）
三、成形条件对扩散基本物理量的影响 （一）凝固浴浓度及温度的影响
1、凝固浴温度的下降，扩散系数减小。 温度升高，分子活动能力增加，扩散加剧。
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
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.
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；
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；
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。
i
dci dx
传质通量J是表征扩散过程的另一个基本物理量
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
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
2 5 1 .2 9 4 0 .5 1 2 4 .3 1 .0 6 9 0 .1 2 C c ( % ) 2 5 1 .2 9 4 2 4 .3 1 .0 6 9 1 0 0 3 3 .6 %
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