《化学纤维成形加工原理》—湿法纺丝（一）

　　是溶液纺丝中的一种，也是化学纤维常用的纺丝方法之一。该纺丝技术适用于不能熔融只能溶解于溶剂中的聚合物材料或对温度敏感易降解的天然高分子、生物质材料。根据物理化学原理不同，湿法纺丝可进一步分为相分离法、冻胶法（凝胶法）和液晶法。在液晶法中，溶致性聚合物的液晶溶液通过在溶液中固体结晶区的形成而固化，如凯夫拉纤维的成形。冻胶法中，聚合物溶液通过在溶液中分子间键的形成而固化，如超高分子量聚乙烯纤维的成形。在实际的湿法纺丝中，多数是通过相分离法实施的。在相分离法中，纺丝原液经喷丝板挤入到凝固浴中，原液细流中的溶剂向外扩散，而沉淀剂向原液细流内部扩散，于是引起相变。相变的结果是溶液中出现两相，一为聚合物浓相，一为聚合物稀相，即湿法纺丝经典的双扩散成形理论。

　　湿法纺丝过程与熔融纺丝过程不同，湿法成形过程中不仅有热量传递，质量传递也十分突出，有时还伴有化学反应。当纺丝的原液细流进入凝固浴后，便与凝固浴体系不断地发生着传质、传热。而这些传递过程的速率大小和剧烈程度对纤维初生结构具有重要的影响。也正因如此，湿法纺丝设备都应该具有对纺丝温度、速度和应力进行精密调节的功能，这样才能够对纤维成形过程及其细微观结构进行有效的调控。

　　湿法纺丝工艺过程一般是先将成纤高聚物配制成浓溶液（原液），然后把原液过滤、脱泡后通过计量泵从喷丝头中挤出，在凝固剂的作用下，经过适当的喷丝头拉伸而形成初生纤维。根据原料的来源不同，湿法纺丝工艺又分为一步法纺丝和两步法纺丝。一步法纺丝是将单体聚合得到的聚合物溶液直接输送到纺丝机处进行纺丝，两步法纺丝是单体聚合得到的聚合物溶液经过分离、干燥制得固体聚合物，然后将固体聚合物再溶解后再进行纺丝。

　　溶液的配制是湿法纺丝工艺的一个重要的工艺过程，溶液品质的好坏将直接影响原液的纺丝性能和初生纤维的品质，一般而言湿法纺丝溶液的制备主要关注以下三个指标：

　　(1) 均匀性原液均匀性中主要关注的是聚合物的溶解均匀性，但是对于多相体系而言还要重点关注体系的分散均匀性，比如有机/无机复合体系中，无机粉体在聚合物本体中是否能够均匀分散是决定该复合体系能够顺利纺丝的关键因素。因此在有机/无机复合体系中，要提升纺丝溶液的品质，应该重点从材料的结构设计角度入手，增强无机纳米材料与高分子本体间的界面相互作用是提高分散均匀性的关键。

　　分散稳定性是指纺丝溶液的存放和放置过程是否会发生降解、分相、沉聚等现象。特别是无机纳米材料与高分子的复合体系中往往因为界面相互作用不强而使纳米粒子分散性较差，进而导致溶液的稳定性较弱。评价纺丝体系稳定性常用的表征手段是Zeta电位测量，即通过无机纳米粒子在高分子稀溶液中的zeta电位数值来评价分散稳定性的好坏。其他的表征手段如复合材料的原位TEM、或者分散体系的动态激光光散射等。

　　纺丝溶液通过毛细孔挤出后是否具有拉丝成纤的能力称之为溶液的可纺性。可纺性的高低与高分子本体性质（分子量、分子量分布）、纺丝溶液浓度、温度、剪切强弱等因素有关。纺丝溶液的可纺性好坏也是溶液体系内部结构化程度的宏观体现，通常利用最大喷丝头拉伸比和结构粘度指数评价可纺性好坏。溶液的可纺性是高分子溶液流变学范畴，与溶液流动过程的参量息息相关。

　　常用湿法纺丝成形的体系有：聚丙烯腈纤维（腈纶）、粘胶纤维、莱赛尔纤维、氨纶、氯纶、芳纶、壳聚糖纤维、海藻纤维、无机纤维（CNT纤维、石墨烯纤维、MXene纤维）等。