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化学纤维特殊成形 特殊成形方法：干湿法纺丝、凝胶纺丝、液晶纺丝、纺粘法、熔喷法、闪蒸法、静电纺丝、反应纺丝、膜裂纺丝、分散液纺丝、相分离纺丝、熔池纺丝、离心纺丝和表面结晶生长法等 生产应用：干湿法纺丝、凝胶纺丝、液晶纺丝、熔喷法、纺粘法、闪蒸法、膜裂纺丝和反应纺丝等 13.1 干湿法纺丝 13.2 凝胶纺丝 13.3 液晶纺丝 13.4 纺丝成网 13.5 其它特殊纺丝 13.1 干湿法纺丝 13.1.1干湿法纺丝原理 13.1.2干湿法纺丝特点与应用 13.1.3 聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例 干湿法纺丝（气隙纺丝）：纺丝溶液从喷丝头压出后先经过一段气体（通常为空气）层（或称气隙），然后再进入凝固浴继续凝固的溶液纺丝方法 13.1.1干湿法纺丝原理 干湿法纺丝线可以划分为五个区域 I区为液流胀大（膨化）区：喷丝孔流出的液流胀大至2~4倍（点B） II区为液流在气体层中的轴向形变区：胀大的液流受到拉伸 III区为液流在凝固浴中的轴向形变区：纤维表面形成固体皮层（点S以前纤维能发生显著的纵向形变 Ⅳ为纤维固化区：到达D点时该区结束，扩散前沿达到纤维中心，中心的凝固剂浓度等于临界过饱和浓度 V为已成形纤维导出区 13.1.2干湿法纺丝特点与应用 一、与湿法纺丝的区别 ①纺丝速度可以比湿法纺丝高5~10倍 湿纺时喷丝头拉伸区域很短（图13.2 b B-S点），较小喷丝头拉伸比即可出现很大的拉伸速度梯度，液流受到的张力大，因而提高纺速很局限 干湿法纺丝时拉伸区长度可达5~100mm，液流轴向形变的速度梯度不大，因此能在干法段进行高倍喷丝头拉伸（II区），纺速可比湿纺大幅提高 ②干湿法纺丝可以采用直径较大的喷丝孔（ mm）和黏度较高的纺丝浓度 湿纺溶液黏度一般20~50Pa·s，而干湿法通常50~100Pa·s甚至100Pa·s或更高，因此干湿法纺丝的生产率比湿法纺丝有很大提高 ③干湿法纺丝时喷丝板没有浸入凝固浴，因此纺丝喷丝头和凝固浴可存在较大的温差设计，同时不会发生纺丝溶液在喷丝孔中凝固的问题，因此可采用较高的凝固强度，加快凝固进程，缩短凝固时间 二、与干法纺丝的区别 干法纺丝时液流的凝固受限于溶剂挥发速度，往往很慢，通常溶液并不分离成两相，因此调节纤维结构几乎不可能 干湿法纺丝更重要的是能比较有效地调节纤维的结构形成过程 正在拉伸中的液流（纤维）进入凝固浴，凝固动力学和纤维的结构可借助凝固浴组成和温度的调节而在宽广范围内加以改变；凝固浴中液流分离为皮层固相和中心液相两相，最终全部成为固相，和湿法纺丝过程十分相似 三、实际应用 干湿法纺丝应用：聚丙烯腈长丝、Lyocell纤维、凝胶纺丝和溶液液晶纺丝 13.1.3 聚丙烯腈长丝干湿法纺丝实例 一、纺丝工艺流程 两道拉伸和松弛热定形：第一道热拉伸浴拉伸，第二道蒸汽拉伸槽拉伸 干湿纺长丝结构较均匀，强度和弹性较高，截面结构近似圆形，染色性和光泽较佳 二、纺丝工艺条件 纺丝工艺条件：纺丝速度、纺丝原液黏度、喷丝头到凝固浴液面的距离、纤维的干燥和拉伸条件等 纺速：比湿纺高得多，一般达200~400甚至1500 m/min 原液浓度：较高，要求50~100Pa·s的高黏度纺丝原液 喷丝头到凝固浴液面的距离：关健参数，一般不应小于20~30mm 拉伸条件：第一道应高于1.5倍，一般80~100℃热水或蒸汽中进行；第二道拉伸温度不应低于100℃，以120~150℃为宜，第二道5~10倍 13.2 凝胶纺丝 13.2.1凝胶纺丝工艺流程 13.2.2凝胶纺丝基本特征 13.2.3凝胶纺丝基本原理 13.2.4凝胶纺丝的应用现状及实例 凝胶纺丝（冻胶纺丝或者凝胶纺丝－超拉伸法）：采用超高分子量聚合物半稀溶液为纺丝溶液经喷丝孔中挤出形成的高温原液细流，经过约几厘米的空气层后进入低温凝固浴骤冷凝固成凝胶丝条，然后再进行超倍拉伸，得到高取向、高结晶度、结构特殊的超高强高模纤维的纺丝方法 13.2.1凝胶纺丝工艺流程 典型工艺流程：包括原液制备、纺丝、凝胶化、溶剂萃取、多级热拉伸和干燥等 凝胶纺丝属于溶液纺丝范畴，但是纺丝原液细流在凝固浴中只发生热交换，基本上不发生传质过程，溶剂基本上不扩散，几乎全部滞留在初生丝条里 凝胶纺丝关键： ①纺丝溶液细流在低温凝固浴中骤冷，以保持冻胶丝条中大分子呈少缠结的近解缠状态 ②纺丝溶剂沸点较低时可直接干燥冻胶丝条挥发除去溶剂，纺丝溶剂沸点较高时则选用沸点较低且易挥发的萃取剂将冻胶丝条的溶剂萃取去除后再干燥 ③去除溶剂将提高冻胶丝条超倍热拉伸的稳定性和有效拉伸比 ④凝胶丝条采用超倍拉伸，进一步干燥等处理后得到超高强高模纤维 凝胶纺丝溶液黏度很高，传统纺丝设备无法进行纺丝，凝胶纺丝常常采用双螺杆挤出机 拉伸方法：超倍热拉伸法、单晶