濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件

3濕法紡絲工藝原理23濕法紡絲工藝原理211、（溶劑的）臨界濃度Cc

（1）臨界濃度Cc定義：在一定溫度下，當(dāng)溶液中高聚物濃度為某一固定值時(shí)，不斷改變體系中溶劑與凝固劑的比例，在達(dá)到某一臨界值后，高聚物開(kāi)始從溶液中析出，此時(shí)溶劑在溶劑-凝固劑體系中的濃度稱為臨界濃度Cc。

臨界濃度Cc越大，體系越容易發(fā)生相分離1、（溶劑的）臨界濃度Cc

（1）臨界濃度Cc定義：在一定溫2（2）臨界濃度Cc的計(jì)算：通常以1%高聚物溶液，用一定濃度的凝固劑滴定至混濁，即可求得臨界濃度。臨界濃度的計(jì)算如下：C0高聚物溶液中溶劑的濃度；ρ0高聚物溶液的比重；V0’為高聚物溶液的體積；Cb滴定液中溶劑的濃度，ρb為滴定液的比重；Vb為滴定液耗用的體積.（2）臨界濃度Cc的計(jì)算：通常以1%高聚物溶液，用一定濃度的3例如：在用硫氰酸鈉法紡腈綸時(shí)，取25ml的丙烯腈共聚物溶液，共聚物濃度為1%，NaSCN在NaSCN-H2O中的濃度為51%，用濃度為12%的NaSCN水溶液進(jìn)行滴定；ρ0值約為1.294；ρb值約為1.069；Vb值為24.3cm3。則

當(dāng)體系中NaSCN的重量百分濃度從51%下降到33.6%以下時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共聚物的相分離，即共聚物從體系中沉淀析出。例如：在用硫氰酸鈉法紡腈綸時(shí)，取25ml的丙烯腈共聚物溶液，4（3）臨界濃度Cc的影響因素①高聚物的結(jié)構(gòu)a、高聚物的分子量：高聚物的分子量越大，臨界濃度Cc越大；b、共聚物的組成和含量：含親溶劑組分的量越大，臨界濃度Cc越小；②溶劑的性質(zhì)溶劑的溶解能力越大，臨界濃度Cc越小；

（3）臨界濃度Cc的影響因素①高聚物的結(jié)構(gòu)5③原液濃度濃度越高，臨界濃度Cc越大；④凝固浴溫度具有上臨界混溶溫度的體系，溫度升高，臨界濃度Cc減?。痪哂邢屡R界混溶溫度的體系，溫度升高，臨界濃度Cc升高；③原液濃度6丙烯腈共聚物的分子量及磺酸基含量對(duì)臨界濃度Cc的影響共聚物中-SO3Na含量平均分子量臨界濃度Cc(%)0.2660.2670.3080.3080.4940.49486100641008160070800885006900035.034.934.534.234.633.9丙烯腈共聚物的分子量及磺酸基含量對(duì)臨界濃度Cc的影響共聚物中72、（凝固浴液的）凝固值Vb（凝固強(qiáng)度）（1）凝固強(qiáng)度的定義：對(duì)同一高聚物溶液來(lái)說(shuō)，滴定所用凝固浴體積的立方厘米數(shù)稱為此滴定液（即凝固浴）的凝固值Vb，它表征該浴液的凝固強(qiáng)度。

Vb的數(shù)值越小，凝固浴的凝固強(qiáng)度越大。Vb的數(shù)值越小，體系越容易發(fā)生相分離。2、（凝固浴液的）凝固值Vb（凝固強(qiáng)度）（1）凝固強(qiáng)度的定義8（2）影響凝固強(qiáng)度的因素①凝固浴的濃度Cb（凝固浴中溶劑的濃度）凝固浴的濃度Cb增加，凝固值Vb增加；凝固強(qiáng)度降低。共聚物的配料比為丙烯腈﹕丙烯酸甲酯﹕甲基丙烯磺酸鈉=91.5﹕7﹕1.5（2）影響凝固強(qiáng)度的因素①凝固浴的濃度Cb（凝固浴中溶劑的濃9②凝固浴溫度具有上臨界混溶溫度的體系，溫度升高，凝固值Vb升高；具有下臨界混溶溫度的體系，溫度升高，凝固值Vb減??；②凝固浴溫度10③凝固劑

凝固浴中凝固劑的凝固能力越大,凝固值Vb越小；

凝固浴中凝固劑的凝固能力越小,凝固值Vb越大

③凝固劑

凝固浴中凝固劑的凝固能力越大,凝固值Vb越?。?/p>

11二、擴(kuò)散定律和衡量擴(kuò)散速率的基本量1.在濕紡過(guò)程中與擴(kuò)散有關(guān)的基本問(wèn)題（1）紡絲原液細(xì)流在凝固浴中的雙擴(kuò)散包括凝固浴中的凝固劑向原液細(xì)流內(nèi)部的擴(kuò)散，也包括原液中溶劑向凝固浴擴(kuò)散。（2）在濕紡過(guò)程中，原液細(xì)流與凝固浴接觸后，當(dāng)原液細(xì)流中某處的溶液濃度達(dá)到臨界濃度時(shí)，則發(fā)生相分離而固化成形。顯然，這一過(guò)程的完成是以雙擴(kuò)散為基礎(chǔ)的。二、擴(kuò)散定律和衡量擴(kuò)散速率的基本量1.在濕紡過(guò)程中與擴(kuò)散有12（3）擴(kuò)散過(guò)程中紡絲線上各組分是在不斷發(fā)生變化的組分噴絲孔出口處%出凝固浴%NaSCN43.98.9H2O43.574.2Co-PAN12.616.9（3）擴(kuò)散過(guò)程中紡絲線上各組分是在不斷發(fā)生變化的組分噴絲孔出132、擴(kuò)散速率的表征（1）擴(kuò)散系數(shù)D和傳質(zhì)通量J

單位時(shí)間擴(kuò)散物質(zhì)的量，擴(kuò)散速度；

濃度梯度（細(xì)流與凝固溶液濃度差）A：擴(kuò)散物質(zhì)所通過(guò)的面積。D：擴(kuò)散系數(shù)是表征擴(kuò)散過(guò)程最基本物理量擴(kuò)散定律：

擴(kuò)散系數(shù)是沿?cái)U(kuò)散方向，在單位時(shí)間每單位濃度降的條件下，垂直通過(guò)單位面積所擴(kuò)散某物質(zhì)的質(zhì)量或摩爾數(shù)。

2、擴(kuò)散速率的表征（1）擴(kuò)散系數(shù)D和傳質(zhì)通量J單位時(shí)間擴(kuò)散14設(shè)

則擴(kuò)散定律為

傳質(zhì)通量J：?jiǎn)挝幻娣e單位時(shí)間通過(guò)物質(zhì)的量Fick第一定律：

傳質(zhì)通量J是表征擴(kuò)散過(guò)程的另一個(gè)基本物理量設(shè)則擴(kuò)散定律為傳質(zhì)通量J：?jiǎn)挝幻娣e單位時(shí)間通過(guò)15

Ds、DN－溶劑、凝固劑的擴(kuò)散系數(shù)，Js、JN－溶劑、凝固劑的傳質(zhì)通量。Ds、DN－溶劑、凝固劑的擴(kuò)散系數(shù)，16（2）固化速率參數(shù)Sr在紡絲細(xì)流中常可以觀察到已固化部分和未固化部分之間有明顯界面，而且隨擴(kuò)散過(guò)程的進(jìn)行界面的位置不斷地移動(dòng)，故稱移動(dòng)邊界（movingboundry），這種邊界位移的速率可用固化速率參數(shù)表示－皮層厚度，t－擴(kuò)散時(shí)間Sr體現(xiàn)相分離、擴(kuò)散等的綜合條件,能較真實(shí)的反映濕紡過(guò)程中的固化速率，并能反映原液組成、凝固浴組成和溫度對(duì)固化速率的影響。（2）固化速率參數(shù)Sr在紡絲細(xì)流中常可以觀察到已固化部分和未17丙烯腈共聚物-DMAc凍膠（26%）在凝固浴中皮層的增長(zhǎng)情況試樣原始半徑0.467cm凝固浴組成(a)15%DMAc-水(b)65%DMAc-水傳質(zhì)通量J、擴(kuò)散系數(shù)D、固化速率參數(shù)Sr是表征擴(kuò)散過(guò)程的基本物理量。傳質(zhì)通量J、擴(kuò)散系數(shù)D、固化速率參數(shù)Sr是表征擴(kuò)散過(guò)程的基本18（3）傳質(zhì)通量比JS/JN溶劑的通量（Js）和非溶劑（凝固劑）的通量（JN）比值（Js/JN），此值稱為傳質(zhì)通量比。Js/JN

=1高聚物濃度不變，等濃凝固Js/JN

<1高聚物濃度減小，稀釋凝固Js/JN

>1高聚物濃度增加，濃縮凝固（3）傳質(zhì)通量比JS/JN19三、成形條件對(duì)擴(kuò)散基本物理量的影響

（一）凝固浴濃度及溫度的影響1、凝固浴溫度的下降，擴(kuò)散系數(shù)減小。溫度升高，分子活動(dòng)能力增加，擴(kuò)散加劇。一般有：T↑,Di(Ds、Dn)↑三、成形條件對(duì)擴(kuò)散基本物理量的影響

（一）凝固浴濃度及溫度的202、凝固浴濃度增加，擴(kuò)散系數(shù)先減小后增加，擴(kuò)散系數(shù)存在最低值。凝固浴濃度增加，凝固浴溶劑含量增加，凝固劑含量減小，雙擴(kuò)散的擴(kuò)散系數(shù)減小。凝固浴濃度再增高時(shí)，由于溶劑的溶脹作用，結(jié)構(gòu)又復(fù)變松。這也可能就是擴(kuò)散速率在某一凝固浴濃度下出現(xiàn)最低點(diǎn)的原因。2、凝固浴濃度增加，擴(kuò)散系數(shù)先減小后增加，擴(kuò)散系數(shù)存在最低值21（二）擴(kuò)散系數(shù)與纖維半徑的關(guān)系隨著單纖維半徑的的不斷增大，擴(kuò)散系數(shù)D也不斷的增大。一般有：R↑，Di↑

纖維凝固成形時(shí)，在表面先形成一層表皮，結(jié)構(gòu)較緊密。在纖維半徑小時(shí)，表皮層的相對(duì)比例較大，平均擴(kuò)散系數(shù)較小。隨著纖維半徑的增大，表皮層的相對(duì)比例變小，故平均擴(kuò)散系數(shù)變大。（二）擴(kuò)散系數(shù)與纖維半徑的關(guān)系隨著單纖維半徑的的不斷增大，擴(kuò)22（三）擴(kuò)散系數(shù)沿紡程的變化沿紡程擴(kuò)散系數(shù)減小。粘膠纖維成形中H2SO4和ZnSO4的擴(kuò)散系數(shù)沿紡程的變化以粘膠纖維的成形為例，隨紡程的加大，纖維凝固逐漸充分，H2SO4擴(kuò)散系數(shù)減小。對(duì)ZnSO4來(lái)說(shuō)，也呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，但變化幅度很小。（三）擴(kuò)散系數(shù)沿紡程的變化沿紡程擴(kuò)散系數(shù)減小。粘膠纖維成形23（四）添加劑及紡速的影響1、加入變性劑后，擴(kuò)散系數(shù)減小。粘膠纖維成形時(shí)，加入變性劑（聚氧乙烯衍生物）后，中和浸長(zhǎng)成倍增加，表明擴(kuò)散速率明顯下降。這和使用變性劑后，測(cè)得的絲束凍膠溶脹度變小，結(jié)構(gòu)較緊，纖維截面均勻，所得纖維物理機(jī)械性能改善的情況完全一致。2、紡速增大，擴(kuò)散速度增大。以粘膠生產(chǎn)為例：VL↑,擴(kuò)散速率↑（四）添加劑及紡速的影響1、加入變性劑后，擴(kuò)散系數(shù)減小。24表8-17粘膠纖維成形中變性劑及紡速度對(duì)中和浸長(zhǎng)的影響紡絲速度（m/min）無(wú)變性劑加入變性劑中和浸長(zhǎng)（cm）中和時(shí)間（s）中和浸長(zhǎng)（cm）中和時(shí)間（s）11.016.031.436.744.26.08.016.018.522.00.3270.300.3060.300.29414.018.030.034.040.00.7630.6750.5730.5550.543表8-17粘膠纖維成形中變性劑及紡速度對(duì)中和浸長(zhǎng)的影響無(wú)25（五）溶劑及凝固劑種類的影響1、溶劑不同，對(duì)成形纖維的結(jié)構(gòu)和擴(kuò)散速率有很大的影響。以PAN為例：2、凝固劑分子量大，則擴(kuò)散系數(shù)變小。聚丙烯腈以DMF為溶劑，用不同分子量的凝固劑成形時(shí)，其擴(kuò)散系數(shù)有下列順序：溶劑DMSODMFDMAcNaSCNSr6.22.11.10.4凝固劑凝固劑分子量異丁醇>乙醇>甲醇>H2ODN×106cm2/s0.2650.871.865.2（五）溶劑及凝固劑種類的影響1、溶劑不同，對(duì)成形纖維的結(jié)構(gòu)和26（六）原液濃度的影響隨著原液濃度的提高，溶劑或凝固劑的擴(kuò)散系數(shù)都下降。因?yàn)樵旱臐舛忍岣?，體系的粘度也隨之提高，各種分子的擴(kuò)散阻力增大，故擴(kuò)散系數(shù)下降。（六）原液濃度的影響27四、紡絲線的組成變化路徑和傳質(zhì)通量比1、高聚物-溶劑-凝固劑（P-S-N）三元體系相平衡圖

當(dāng)溫度與壓力恒定的情況下，高聚物-溶劑-凝固劑三元體系的相圖可用一等邊三角形表示。三角形的任一邊代表一個(gè)二元體系；三角形內(nèi)的任一點(diǎn)代表體系中三個(gè)成分的相互比例。例如在三元體系中的一點(diǎn)O，過(guò)O點(diǎn)作NP邊的垂線OA，再自S點(diǎn)作NP邊的中垂線SS1，則OA/SS1的比例百分?jǐn)?shù)，代表O點(diǎn)上溶劑S的百分含量，同理可求得O點(diǎn)高聚物P和凝固劑N的百分含量。四、紡絲線的組成變化路徑和傳質(zhì)通量比1、高聚物-溶劑-凝固劑28當(dāng)在40℃下，以0.2%～40%的PVA溶液（以H2O或DMSO為溶劑）與0.2%-100%的NaOH、Na2SO4或甲醇水溶液相混合，如果在搖勻后體系出現(xiàn)混濁，即表示發(fā)生了相分離。把開(kāi)始出現(xiàn)混濁的各點(diǎn)相聯(lián)，即可獲得相分離曲線圖。在三元體系相圖中，相分離曲線以上的部分是均相的溶液；曲線以下的部分由于發(fā)生了相分離，所以是多相體系。PVA-DMSO-甲醇三元體系相平衡圖當(dāng)在40℃下，以0.2%～40%的PVA溶液（以H2O或DM292、紡絲原液細(xì)流凝固的途徑

由于雙擴(kuò)散的進(jìn)行，在聚合物（P）-溶劑（S）-凝固劑（N）的三元體系中，組成隨雙擴(kuò)散的進(jìn)行而逐步發(fā)生變化。組成的變化決定于傳質(zhì)通量比（JS/JN）。改變紡絲用的溶劑和凝固劑，其組成變化所經(jīng)歷的路徑是不同的，每一路徑的通量比也是互不相同的。因此，可用不同通量比來(lái)代表紡絲線組成變化的路徑。傳質(zhì)通量比的變化路徑分三類：JS/JN=1高聚物濃度不變，等濃凝固JS/JN<1高聚物濃度減小，稀釋凝固JS/JN>1高聚物濃度增加，濃縮凝固2、紡絲原液細(xì)流凝固的途徑由于雙擴(kuò)散的進(jìn)行，在聚合物（P）30Ziabicki三元相圖圖中的圓弧線為相分離線，相分離線下的陰影部分為兩相體系，空白區(qū)域?yàn)榫囿w系。組成變化線與S－P線間的夾角為Ziabicki三元相圖圖中的圓弧線為相分離線，相分離31當(dāng)夾角＝0時(shí)，SD沿S－P線向S靠近，相應(yīng)的通量比JS/JN＝－∞，即紡絲原液不斷地被純?nèi)軇┧♂?。?dāng)＝π時(shí)，SD向P靠近，通量比JS/JN＝∞，相當(dāng)于干法紡絲，即紡絲原液中的溶劑不斷蒸發(fā)，使原液中聚合物濃度不斷上升，直至完全凝固。當(dāng)夾角＝0時(shí)，SD沿S－P線向S靠近，相應(yīng)的通量比JS/32

①區(qū):－∞≤JS/JN≤u*

(第一臨界切線)沿紡絲線組成變化路徑,聚合物濃度下降(即溶劑擴(kuò)散速度小于凝固劑的擴(kuò)散速度)無(wú)相變不固化①區(qū):－∞≤JS/JN≤u*(第一臨界切線)無(wú)相33

②區(qū):u*<JS/JN≤1(上限，即溶劑與凝固劑的擴(kuò)散速度相等)。沿紡絲線途徑聚合物含量下降(凝固劑濃度增加)——稀釋凝固成形機(jī)理有相變固化形成疏松的不均勻結(jié)構(gòu)②區(qū):u*<JS/JN≤1(上限，即溶劑與凝固34③區(qū):1<JS/JN≤u**(第二臨界切線)，沿紡絲線途徑聚合物濃度增加有相變固化形成較均勻結(jié)構(gòu)③區(qū):1<JS/JN≤u**(第二臨界切線)，35④區(qū):u**<JS/JN≤∞(上限為干法紡絲)如:凍膠法紡絲溶液發(fā)生凍膠化、液晶法溶致性聚合物液晶發(fā)生取向結(jié)晶等。固化，形成致密而均勻的結(jié)構(gòu)④區(qū):u**<JS/JN≤∞(上限為干法紡絲)固363、影響傳質(zhì)通量比的因素（1）凝固劑種類對(duì)通量比的影響PVA的紡絲試驗(yàn)條件紡絲編號(hào)溶劑原液濃度（%）凝固劑凝固浴濃度（g/dm3）凝固浴溫度（℃）JS/JNG-1C-3G/C-1G/C-2G/C-3水水水水水1515151515Na2SO4NaOHNa2SO4/NaOHNa2SO4/NaOHNa2SO4/NaOH420350320/90210/180100/26040303030306.71.06.22.82.23、影響傳質(zhì)通量比的因素（1）凝固劑種類對(duì)通量比的影響PVA37（2）凝固條件對(duì)JS/JN的影響①提高溫度通量比增大。因?yàn)槿軇┖看螅虅┖啃?，所以溶劑擴(kuò)散速率隨溫度升高而加大的程度較凝固劑（水）為大。②凝固浴濃度增大時(shí)，通量比逐漸增大。因?yàn)槟淘舛仍龃螅軇┖看?，凝固劑含量減小。（2）凝固條件對(duì)JS/JN的影響384、傳質(zhì)通量比對(duì)凍膠纖維的

結(jié)構(gòu)及其拉伸性能的影響

傳質(zhì)通量比對(duì)凍膠纖維的結(jié)構(gòu)及其拉伸性能也有明顯的影響。對(duì)PVA纖維而言，JS/JN值越小則楊氏模量越小，網(wǎng)結(jié)點(diǎn)密度越低，其可拉伸性能也越好。4、傳質(zhì)通量比對(duì)凍膠纖維的

結(jié)構(gòu)及其拉伸性能的影響

傳質(zhì)通39第六節(jié)濕法紡絲過(guò)程中纖維結(jié)構(gòu)的形成濕紡成形和熔紡成形有相似之處，但也有不少區(qū)別。熔紡初生纖維最重要的結(jié)構(gòu)特征——序態(tài)，因?yàn)槿∠颍ㄑ乩w維軸向的順序排列）明顯地受紡絲工藝的影響，而纖維的序態(tài)進(jìn)一步影響其拉伸性能，并間接地控制著成品纖維的品質(zhì)。紡絲過(guò)程中的應(yīng)力場(chǎng)、速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)等，對(duì)纖維的結(jié)構(gòu)和性能起著關(guān)鍵作用。第六節(jié)濕法紡絲過(guò)程中纖維結(jié)構(gòu)的形成40濕紡初生纖維最重要的結(jié)構(gòu)特征——形態(tài)結(jié)構(gòu)，初生纖維含有大量凝固浴液而溶脹，取向度相當(dāng)?shù)?，序態(tài)對(duì)紡絲工藝條件不敏感。濕紡過(guò)程中，纖維的結(jié)構(gòu)和性能除受上述因素的影響外，還與紡絲線和凝固浴之間的傳質(zhì)速度、相分離條件、凍膠化作用以及紡絲原液中的總固體含量等有關(guān)，甚至后者的影響遠(yuǎn)大于前者。濕紡初生纖維最重要的結(jié)構(gòu)特征——形態(tài)結(jié)構(gòu)，初生纖維含有大量凝41一、初生纖維的溶脹度一、初生纖維的溶脹度42對(duì)于濃縮凝固紡絲原液細(xì)流在凝固過(guò)程中，向凝固浴所排出的液體量大于從凝固浴中所吸取的液體量，紡絲原液的液固比值大于初生纖維的相應(yīng)值。對(duì)于稀釋凝固紡絲原液細(xì)流在凝固過(guò)程中，向凝固浴所排出的液體量小于從凝固浴中所吸取的液體量，紡絲原液的液固比值小于初生纖維的相應(yīng)值。在正常的濕紡工藝中，一般不出現(xiàn)稀釋凝固現(xiàn)象。對(duì)于濃縮凝固43表8-21凝固成形中腈綸初生纖維的組成（二甲基亞砜法）0.51.0

0.51.0編號(hào)凝固噴絲孔直徑（mm）凝固時(shí)間（s）纖維組成濃度（%）溫度（℃）DMSO(M1)H2O(M2)PAN（M3）abcdefgPAN-1155100.100.51.0∞

0.5370.4950.3560.1160.1570.2910.3470.3480.353PAN-2255300.100.51.0∞0.4880.4750.3440.1430.1550.2820.3690.3700.374編號(hào)M1/M3M2/M3M1+M2//M3擴(kuò)散系數(shù)（10-6cm2/s）DMSO水hijklPAN-111.5481.4221.0080.3340.4510.8241.8821.8741.83311.106.628.831.531.661.59PAN-221.3221.2840.9200.3880.4190.7541.7101.7031.67411.746.178.952.531.512.02表8-21凝固成形中腈綸初生纖維的組成（二甲基亞砜法）0442、影響溶脹度的因素

（1）原液濃度：原液濃度提降低，紡絲原液的總固體量（%）降低，初生纖維溶脹度有顯著提高。（2）高聚物分子量：高聚物分子量增加，[η]增加，分子間作用力增加，與溶劑作用減小，初生纖維溶脹度減小。[η]]和溶脹度的關(guān)系[η]D.S.1.01.41.73.122.292.202、影響溶脹度的因素

（1）原液濃度：原液濃度提降低，紡絲原45（3）共聚物組成：共聚物組成中含有親水性基團(tuán)或提高親水性基團(tuán)含量，都導(dǎo)致溶脹度提高。表8-23共聚組成和溶帳度的關(guān)系共聚組成D.S.值（NaSCN-水體系）

AN/丙烯酸甲酯（MA）91/9AN/丙烯酰胺（AAM）91/9AN/AAM94/62.082.982.92AN/MA100/0AN/MA97/3含有磺酸根50mmol/kgAN/MA95/5聚合物AN/MA93/72.822.361.931.77（3）共聚物組成：共聚物組成中含有親水性基團(tuán)或提高親水性基團(tuán)463、初生纖維的溶脹度對(duì)纖維的結(jié)構(gòu)和性能的影響

（1）取向度在同樣的拉伸倍數(shù)下，初生纖維的溶脹度較低者，分子間作用力較高，所得纖維具有較高的取向度，因而有較高的斷裂強(qiáng)度。（2）序態(tài)和染色飽和值纖維經(jīng)相同的拉伸和后處理后，由高D.S.值的初生纖維制得的成品纖維，具有較高的碘溶脹度（低序態(tài)）和高的染色飽和值。（3）干燥收縮率高溶脹度的初生纖維，經(jīng)拉伸和水洗后，其初級(jí)溶脹纖維的D.S.值仍較高，纖維在干燥過(guò)程中具有較高的縱向收縮率。3、初生纖維的溶脹度對(duì)纖維的結(jié)構(gòu)和性能的影響

（1）取向度47二、宏形態(tài)結(jié)構(gòu)

分別從橫截面形狀、空洞和毛細(xì)孔以及皮芯結(jié)構(gòu)等三方面討論纖維的宏形態(tài)結(jié)構(gòu)。（一）橫截面形狀纖維的橫截面形狀涉及制得織物的手感、彈性、光澤、色澤、覆蓋性、保暖性、耐污性以及起球性等多種性能。因此，控制及改變化學(xué)纖維的橫截面形狀已成為纖維物理改性的一個(gè)重要方面。二、宏形態(tài)結(jié)構(gòu)

分別從橫截面形狀、空洞和毛細(xì)孔以及皮芯結(jié)構(gòu)等48例:真絲是不規(guī)則的三角形產(chǎn)生光澤和優(yōu)良手感。采用三角形噴絲孔，并控制成形和后處理工藝，制得纖維的截面呈三角形，具有鉆石的光澤。例:真絲是不規(guī)則的三角形產(chǎn)生光澤和優(yōu)良手感。49非圓形截面纖維的性能：（1）手感爽適而無(wú)蠟感；（2）扁形截面而有較強(qiáng)的閃光效果，Y型纖維有絲綢的光澤；（3）降低纖維的透明度，提高纖維的覆蓋能力；（4）具有較高的蓬松性和保暖性；（5）具有較高的抗沾污能力；（6）提高織物的抗結(jié)球性能；（7）增加染色后的鮮艷程度。非圓形截面纖維的性能：（1）手感爽適而無(wú)蠟感；501、濕紡初生纖維橫截面形狀和形成原因

腎形、啞鈴形、扁平形、鋸齒形：濃縮凝固時(shí)，雙擴(kuò)散的結(jié)果使纖維截面可能發(fā)生收縮?？焖倌虝r(shí)，皮層凝固程度高于芯層，芯層收縮時(shí)，皮層相應(yīng)的收縮率較小，導(dǎo)致背向浴流的側(cè)面凹進(jìn)，使截面呈腎形。圓形：稀釋凝固，截面不收縮?；驖饪s凝固時(shí)，凝固緩慢，皮層柔軟易收縮變形，能隨同芯層一起均勻收縮，使呈圓形或近似圓形。1、濕紡初生纖維橫截面形狀和形成原因

腎形、啞鈴形、扁平形、51濕紡初生纖維有的為非圓形狀，存在微孔和皮芯結(jié)構(gòu)serrated：viscosebean-shaped：strongviscoseacrylic濕紡初生纖維有的為非圓形狀，存在微孔和皮芯結(jié)構(gòu)bean-sh52濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件53(1)溶劑種類無(wú)機(jī)溶劑的固化速率參數(shù)Sr一般小于有機(jī)溶劑，傳質(zhì)通量比通常JS/JN<1，因此纖維的橫截面形狀為圓形。采用有機(jī)溶劑，JS/JN

﹥1，而且皮層的凝固程度高于芯層，芯層收縮時(shí)皮層相應(yīng)的收縮較小，因此纖維的橫截面形狀呈非圓形。溶劑不同時(shí)得到的PAN原絲的截面形狀(1)溶劑種類溶劑不同時(shí)得到的PAN原絲的截面形狀54凝固浴溫度(℃):2535455565凝固浴溫度不同時(shí)得到的PAN原絲的截面形狀(2)凝固浴溫度

凝固浴溫度同時(shí)影響JS和JN:T↑

JN↑,JS

↑

當(dāng)結(jié)果使JS/JN＜1時(shí),T↑纖維截面更圓

但當(dāng)JS/JN＞1時(shí)，則纖維截面形狀將取決于固化表面硬度。凝固浴溫度(℃):253555凝固浴濃度(％)：01030557075凝固浴濃度不同時(shí)，PAN原絲截面形狀

(3)凝固浴濃度凝固浴濃度Cb↑JN

↓,JS

↓固化表面層的硬度降低,

因此濕紡纖維的截面會(huì)變得更圓.凝固浴濃度(％)：(3)凝固浴濃度56(4)紡絲溶液中聚合物含量紡絲溶液中聚合物含量CP↑JS↓,JN↓固化表面層的硬度↓因此纖維的截面會(huì)變得更圓.PAN濃度：21％PAN濃度：23％(4)紡絲溶液中聚合物含量PAN濃度：21％572、控制濕紡初生纖維橫截面形狀的方法強(qiáng)烈的凝固條件，容易形成非圓形的橫截面；緩慢的成形條件，容易導(dǎo)致圓形橫截面的形成。粘膠纖維：控制不同的凝固條件和粘膠熟成度，可分別獲得全皮層（高鋅、低酸、加變性劑），全芯層（低酸、低鹽、低溫、低紡速）和一般皮芯型纖維。全皮層和全芯層纖維橫截面為圓形、皮芯層纖維截面具有鋸齒形周邊。這是由于皮層和芯層收縮率不同所致。2、控制濕紡初生纖維橫截面形狀的方法強(qiáng)烈的凝固條件，容易形成58濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件59維綸：維綸的橫截面形狀明顯地受凝固劑組分和濃度的影響。普通維綸的橫截面形狀為腎形（腰子形）。以NaOH為凝固劑成形時(shí)，由于固化緩慢，纖維呈圓形截面；而以Na2SO4為凝固劑時(shí)，則呈彎曲的扁平狀橫截面，橫截面形狀還隨Na2SO4含量的高低而變化。凝固劑中Na2SO4含量較高時(shí)，橫截面趨于扁平；而降低Na2SO4含量，截面則趨于圓整。以有機(jī)溶劑為凝固浴時(shí)，由于其凝固能力很弱，因此纖維呈圓形截面。維綸：維綸的橫截面形狀明顯地受凝固劑組分和濃度的影響。普通維60腈綸：濕法成形時(shí)，如采用有機(jī)試劑作溶劑，因有機(jī)溶劑的固化速率參數(shù)一般大于無(wú)機(jī)溶劑。因此，采用有機(jī)溶劑濕紡時(shí)，容易形成非圓形的橫截面；相反，采用無(wú)機(jī)溶劑時(shí)，容易導(dǎo)致圓形橫截面的形成。腈綸：濕法成形時(shí)，如采用有機(jī)試劑作溶劑，因有機(jī)溶劑的固化速率61濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件62濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件63濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件64濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件65濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件66（二）皮芯結(jié)構(gòu)1.皮芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)濕紡初生纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的另一特點(diǎn)是沿徑向有結(jié)構(gòu)上的差異，這個(gè)差異繼續(xù)保留到成品纖維中。纖維（特別明顯的是粘膠纖維）外表有一層極薄的、密實(shí)的、較難滲透、難染的皮膜，該膜對(duì)傳質(zhì)過(guò)程有決定性作用。皮膜內(nèi)部是纖維的皮層，皮層可占整個(gè)橫截面的0～100%。皮層中一般含有較小的微晶并具有較高取向度。再向里是芯層。芯層結(jié)構(gòu)較松散，微晶較粗大。（二）皮芯結(jié)構(gòu)1.皮芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)67皮層的主要特性：皮層的序態(tài)較低，結(jié)構(gòu)比較均一在水中的膨潤(rùn)度較低；吸濕性較高；密度較低。對(duì)某些物質(zhì)的可及性較低；對(duì)染料的吸收值較低，但染色牢度較高；皮層因有較高的取向和均勻的微晶結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸較小，因此其斷裂強(qiáng)度和斷裂延伸度較高，抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性能都較優(yōu)。高強(qiáng)力粘膠纖維的重要特征之一是具有全皮層結(jié)構(gòu)，所以其機(jī)械性能較好。皮層的主要特性：682.皮芯結(jié)構(gòu)的測(cè)定由于皮層和芯層對(duì)染料親和性的差異，故這一性能被用做觀察皮、芯層的厚度。如粘膠纖維經(jīng)硝酸銀或活性染料染色，再經(jīng)洗滌后，黑色銀離子或染料主要集中在皮層，芯層的顏色顯得較淡，通過(guò)切片在顯微鏡下的觀察，可測(cè)量皮、芯層的厚度。2.皮芯結(jié)構(gòu)的測(cè)定由于皮層和芯層對(duì)染料親和性的差異，故這一693.形成原因（1）在紡絲原液細(xì)流中，處于細(xì)流周邊和內(nèi)部的聚合物的凝固機(jī)理不同，以及凝固劑在纖維內(nèi)部分不勻，導(dǎo)致皮層和芯層的結(jié)構(gòu)不同；①細(xì)流外邊的凝固主要由于溶劑向凝固浴擴(kuò)散，使細(xì)流中溶劑濃度低于臨界濃度，于是聚合物析出；此時(shí)P-S-N體系中聚合物含量高，因此結(jié)構(gòu)致密。②細(xì)流內(nèi)部的凝固溶劑向凝固浴擴(kuò)散，凝固浴中的沉淀劑向原液細(xì)流擴(kuò)散，使溶劑濃度不斷下降，當(dāng)中溶劑濃度低于臨界濃度,聚合物析出，但此時(shí)P-S-N體系中聚合物含量不高，內(nèi)部含有較多溶劑和沉淀劑，因此結(jié)構(gòu)較松散。3.形成原因（1）在紡絲原液細(xì)流中，處于細(xì)流周邊和內(nèi)部的70（2）紡絲原液在噴絲孔口處的硼化效應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)流外表層的“拉伸效應(yīng)”，對(duì)皮層和芯層的形成也有一定的影響（3）在噴絲頭拉伸區(qū)中，皮層已經(jīng)凝固，而芯層尚處于液流態(tài)，使紡絲張力主要作用在紡絲線表面的凍膠層上，從而使沿纖維徑向分布的各層具有不同的取向度。（2）紡絲原液在噴絲孔口處的硼化效應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)流外表層的“拉伸714.紡絲條件對(duì)濕紡初生纖維皮芯結(jié)構(gòu)的影響通過(guò)改變工藝條件，可以制得全皮型、皮芯型和全芯型纖維。①凝固浴組成例:粘膠纖維：隨浴中硫酸鋅含量的增加而增加（比較表中試樣３和１、２、４）；隨浴中硫酸鈉含量的增加而增加（比較試樣４和６）；隨浴中硫酸含量的增加而下降（比較試樣４和５）；

4.紡絲條件對(duì)濕紡初生纖維皮芯結(jié)構(gòu)的影響通過(guò)改變工72表紡絲工藝對(duì)粘膠纖維皮芯結(jié)構(gòu)和性能的影響表紡絲工藝對(duì)粘膠纖維皮芯結(jié)構(gòu)和性能的影響73②紡絲液組成例:有機(jī)變性劑一般促進(jìn)粘膠纖維皮層的形成。隨粘膠鹽值的增加而增加（比較試樣８和９）③凝固浴溫度例:維綸的皮層隨溫度增加而加厚。④凝固浴濃度例:維綸的皮層隨凝固浴濃度增加而增加。隨凝固浴中Na2SO4含量的增加而增厚。②紡絲液組成74（三）空隙

由于成形過(guò)程中發(fā)生溶劑和凝固劑雙擴(kuò)散和紡絲溶液發(fā)生相分離，濕紡初生纖維的結(jié)構(gòu)為由空隙分隔、相互連接的聚合物凍膠網(wǎng)絡(luò)。

（三）空隙

由于成形過(guò)程中發(fā)生溶劑和凝固劑雙擴(kuò)散和紡絲溶液75尺寸達(dá)幾十微米的空隙，成為大空洞或毛細(xì)孔.尺寸達(dá)幾十微米的空隙，成為大空洞或毛細(xì)孔.76尺寸在10納米左右的稱為微孔。初生纖維經(jīng)拉伸后，成為初級(jí)溶脹纖維，此時(shí)微孔被拉長(zhǎng)呈梭子形，聚合物凍膠網(wǎng)絡(luò)取向而成為微纖結(jié)構(gòu)。尺寸在10納米左右的稱為微孔。初生纖維經(jīng)拉伸后，成為初級(jí)溶脹771.形成原因⑴紡絲線凝固較激烈時(shí)，皮層很快形成，表面可能產(chǎn)生一些缺陷或裂縫，沉淀劑通過(guò)此裂縫滲入而形成輻射狀空洞或毛細(xì)孔。⑵皮層收縮率小，芯層收縮率大，在皮芯層之間會(huì)產(chǎn)生缺陷和空洞；⑶纖維在凝固過(guò)程中所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力集中，也促進(jìn)了輻射狀空洞的發(fā)展。1.形成原因782、對(duì)纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響⑴當(dāng)凝固劇烈時(shí)，濕紡初生纖維內(nèi)部可能產(chǎn)生大空洞或毛細(xì)孔，其尺寸可大致幾十微米，經(jīng)拉伸、干燥、熱處理后，這樣的空洞或毛細(xì)孔尺寸會(huì)有所減小或閉合，但難于根除，最終影響成品纖維的機(jī)械性能。⑵具有空洞或閉合空洞的成品纖維在服用過(guò)程中受摩擦發(fā)生縱向開(kāi)裂——原纖化。2、對(duì)纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響793.空隙的測(cè)試⑴汞密度：就是在汞中測(cè)定纖維的體積，根據(jù)該體積和纖維的重量計(jì)算而得的密度。由于汞和纖維間的表面接觸角（約為140℃）和汞的表面張力（4.75N/cm）都很大，因此汞很難滲入到半徑小于6μm的空隙中去。這樣求得的體積除了高聚物的真實(shí)體積外，還包括半徑小于6μm的小空隙的體積總和，所以是一種表現(xiàn)體積，因而由此算得的汞密度也是一種表現(xiàn)密度。汞密度數(shù)值越低表明纖維內(nèi)空隙越多。⑵顯微鏡（光學(xué)、電子）觀察：3.空隙的測(cè)試⑴汞密度：就是在汞中測(cè)定纖維的體積，根據(jù)該體80濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件814.降低原纖化的途徑⑴提高原液濃度，總固體含量越高，越不易產(chǎn)生空洞。紡絲原液中高聚物濃度過(guò)低，擴(kuò)散系數(shù)過(guò)高，凝固劇烈，會(huì)導(dǎo)致空洞產(chǎn)生；紡絲原液中總固體含量過(guò)低時(shí)，則凝固凍膠體中大分子間交聯(lián)點(diǎn)過(guò)少，強(qiáng)度過(guò)弱，這種凍膠纖維在進(jìn)一步的凝固收縮過(guò)程中易產(chǎn)生裂縫或缺損，并繼續(xù)擴(kuò)大成為空洞或毛細(xì)孔。4.降低原纖化的途徑⑴提高原液濃度，總固體含量越高，越不易82⑵需選擇合適的溶劑劑，提高凝固浴中溶劑含量或降低凝固溫度以避免產(chǎn)生空洞和毛細(xì)孔。當(dāng)凝固浴濃度較低時(shí)，因凝固能力過(guò)強(qiáng)，易產(chǎn)生空洞相應(yīng)地導(dǎo)致纖維的汞密度下降凝固浴溫度的影響也相當(dāng)大，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，纖維中開(kāi)始出現(xiàn)空洞表8-25凝固浴濃度對(duì)初生纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響凝固浴濃度初生纖維橫截面平均空洞數(shù)初生纖維表觀密度（g/cm3）初生纖維表面積（m2/g）40%DMAc，60%H2O55%DMAc，45%H2O70%DMAc，30%H2O8410.440.450.47100100130⑵需選擇合適的溶劑劑，提高凝固浴中溶劑含量或降低凝固溫度以避83濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件84⑶需選擇合適的沉淀劑，降低凝固浴的凝固強(qiáng)度。采用無(wú)機(jī)溶劑紡制腈綸，一般不生成空洞。在硫氰酸鈉法中，即使將凝固浴溫度由正常的0～10℃升至50℃，此時(shí)紡絲已很難進(jìn)行，但所得初生纖維中仍無(wú)空洞。這顯然是由于無(wú)機(jī)溶劑小于有機(jī)溶劑，凝固比較溫和的緣故。⑶需選擇合適的沉淀劑，降低凝固浴的凝固強(qiáng)度。85⑷共聚物中親水性基團(tuán)增加。早期曾采用過(guò)丙烯腈均聚物紡絲，由于水是沉淀劑，而均聚物中缺乏親水性基團(tuán)，所以凝固過(guò)程十分激烈。這種聚丙烯腈纖維中有大量空洞產(chǎn)生，干燥后空洞體積縮小或閉合，但并未根除，纖維在服用過(guò)程中因受摩擦而沿原空洞發(fā)生縱向撕裂。腈綸第二、三單體的采用在賦予纖維以彈性、染色性的同時(shí)，第三單體一般還具有親水性。因此，共聚物在含水凝固浴中的凝固要比均聚物的凝固溫和，這就從根本上解決了纖維的原纖化的問(wèn)題。⑷共聚物中親水性基團(tuán)增加。86(5)噴絲頭拉伸空隙隨噴絲頭拉伸率降低而減小，其后處理?xiàng)l件可較溫和。但在初生纖維經(jīng)拉伸、干燥致密化和松弛熱定型后，噴絲頭拉伸對(duì)品纖維機(jī)械性能的影響不再明顯。(5)噴絲頭拉伸87合適的濕紡工藝可以避免纖維中大空洞或毛細(xì)孔的產(chǎn)生，但濕紡初生纖維中微纖微孔結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生是不避免的。因?yàn)榧徑z線沉析過(guò)程中的相分離使著聚合物相發(fā)生強(qiáng)烈的收縮，直接導(dǎo)致了凍膠網(wǎng)絡(luò)的形成，從而形成微纖微孔結(jié)構(gòu)。但后處理工藝可以使微孔閉合，而不能夠使大空洞或毛細(xì)孔合。合適的濕紡工藝可以避免纖維中大空洞或毛細(xì)孔的產(chǎn)生，但濕紡初88三、濕紡纖維的超分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)軸向取向作用：

與熔紡相比取向度小得多取向單元大分子微晶取向區(qū)域主要在皮層取向機(jī)理大多為拉伸形變?nèi)∠蚪Y(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成受聚合物體系剛?cè)嵝缘纫蛩赜绊懜飨虍愋砸撼尚蜁r(shí)：較快形成規(guī)整結(jié)構(gòu)結(jié)晶結(jié)構(gòu)剛性鏈聚合物的各向同性液成型時(shí)：形成各向異性狀態(tài)規(guī)整結(jié)構(gòu)緩慢形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)柔性鏈聚合物的各向同性液成型時(shí)：形成無(wú)定形相或部分規(guī)整的結(jié)構(gòu)較快形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)三、濕紡纖維的超分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)軸向取向作用：結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成受聚89

濕紡初生纖維取向度小的原因在噴絲孔道中所形成的取向，在濕法成型過(guò)程中，除紡絲線上外表的一薄層外，其余都來(lái)不及凝固而松弛，加上孔口膨化的影響，使原來(lái)已有取向的大分子鏈產(chǎn)生解取向。所以，在孔道中的剪切流動(dòng)取向?qū)w維總?cè)∠虻挠绊懯呛苡邢薜摹?duì)于紡絲線上的拉伸流動(dòng)取向，由于濕紡中軸向速度梯度和平均拉伸應(yīng)力要比熔紡中低得多，因此其效果比較?。ǖ摍C(jī)理對(duì)所有的濕紡纖維或?qū)λ械募徑z條件不是普適的）。濕紡初生纖維取向度小的原因903濕法紡絲工藝原理23濕法紡絲工藝原理2911、（溶劑的）臨界濃度Cc

（1）臨界濃度Cc定義：在一定溫度下，當(dāng)溶液中高聚物濃度為某一固定值時(shí)，不斷改變體系中溶劑與凝固劑的比例，在達(dá)到某一臨界值后，高聚物開(kāi)始從溶液中析出，此時(shí)溶劑在溶劑-凝固劑體系中的濃度稱為臨界濃度Cc。

臨界濃度Cc越大，體系越容易發(fā)生相分離1、（溶劑的）臨界濃度Cc

（1）臨界濃度Cc定義：在一定溫92（2）臨界濃度Cc的計(jì)算：通常以1%高聚物溶液，用一定濃度的凝固劑滴定至混濁，即可求得臨界濃度。臨界濃度的計(jì)算如下：C0高聚物溶液中溶劑的濃度；ρ0高聚物溶液的比重；V0’為高聚物溶液的體積；Cb滴定液中溶劑的濃度，ρb為滴定液的比重；Vb為滴定液耗用的體積.（2）臨界濃度Cc的計(jì)算：通常以1%高聚物溶液，用一定濃度的93例如：在用硫氰酸鈉法紡腈綸時(shí)，取25ml的丙烯腈共聚物溶液，共聚物濃度為1%，NaSCN在NaSCN-H2O中的濃度為51%，用濃度為12%的NaSCN水溶液進(jìn)行滴定；ρ0值約為1.294；ρb值約為1.069；Vb值為24.3cm3。則

當(dāng)體系中NaSCN的重量百分濃度從51%下降到33.6%以下時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共聚物的相分離，即共聚物從體系中沉淀析出。例如：在用硫氰酸鈉法紡腈綸時(shí)，取25ml的丙烯腈共聚物溶液，94（3）臨界濃度Cc的影響因素①高聚物的結(jié)構(gòu)a、高聚物的分子量：高聚物的分子量越大，臨界濃度Cc越大；b、共聚物的組成和含量：含親溶劑組分的量越大，臨界濃度Cc越小；②溶劑的性質(zhì)溶劑的溶解能力越大，臨界濃度Cc越??；

（3）臨界濃度Cc的影響因素①高聚物的結(jié)構(gòu)95③原液濃度濃度越高，臨界濃度Cc越大；④凝固浴溫度具有上臨界混溶溫度的體系，溫度升高，臨界濃度Cc減??；具有下臨界混溶溫度的體系，溫度升高，臨界濃度Cc升高；③原液濃度96丙烯腈共聚物的分子量及磺酸基含量對(duì)臨界濃度Cc的影響共聚物中-SO3Na含量平均分子量臨界濃度Cc(%)0.2660.2670.3080.3080.4940.49486100641008160070800885006900035.034.934.534.234.633.9丙烯腈共聚物的分子量及磺酸基含量對(duì)臨界濃度Cc的影響共聚物中972、（凝固浴液的）凝固值Vb（凝固強(qiáng)度）（1）凝固強(qiáng)度的定義：對(duì)同一高聚物溶液來(lái)說(shuō)，滴定所用凝固浴體積的立方厘米數(shù)稱為此滴定液（即凝固?。┑哪讨礦b，它表征該浴液的凝固強(qiáng)度。

Vb的數(shù)值越小，凝固浴的凝固強(qiáng)度越大。Vb的數(shù)值越小，體系越容易發(fā)生相分離。2、（凝固浴液的）凝固值Vb（凝固強(qiáng)度）（1）凝固強(qiáng)度的定義98（2）影響凝固強(qiáng)度的因素①凝固浴的濃度Cb（凝固浴中溶劑的濃度）凝固浴的濃度Cb增加，凝固值Vb增加；凝固強(qiáng)度降低。共聚物的配料比為丙烯腈﹕丙烯酸甲酯﹕甲基丙烯磺酸鈉=91.5﹕7﹕1.5（2）影響凝固強(qiáng)度的因素①凝固浴的濃度Cb（凝固浴中溶劑的濃99②凝固浴溫度具有上臨界混溶溫度的體系，溫度升高，凝固值Vb升高；具有下臨界混溶溫度的體系，溫度升高，凝固值Vb減??；②凝固浴溫度100③凝固劑

凝固浴中凝固劑的凝固能力越大,凝固值Vb越小；

凝固浴中凝固劑的凝固能力越小,凝固值Vb越大

③凝固劑

凝固浴中凝固劑的凝固能力越大,凝固值Vb越??；

101二、擴(kuò)散定律和衡量擴(kuò)散速率的基本量1.在濕紡過(guò)程中與擴(kuò)散有關(guān)的基本問(wèn)題（1）紡絲原液細(xì)流在凝固浴中的雙擴(kuò)散包括凝固浴中的凝固劑向原液細(xì)流內(nèi)部的擴(kuò)散，也包括原液中溶劑向凝固浴擴(kuò)散。（2）在濕紡過(guò)程中，原液細(xì)流與凝固浴接觸后，當(dāng)原液細(xì)流中某處的溶液濃度達(dá)到臨界濃度時(shí)，則發(fā)生相分離而固化成形。顯然，這一過(guò)程的完成是以雙擴(kuò)散為基礎(chǔ)的。二、擴(kuò)散定律和衡量擴(kuò)散速率的基本量1.在濕紡過(guò)程中與擴(kuò)散有102（3）擴(kuò)散過(guò)程中紡絲線上各組分是在不斷發(fā)生變化的組分噴絲孔出口處%出凝固浴%NaSCN43.98.9H2O43.574.2Co-PAN12.616.9（3）擴(kuò)散過(guò)程中紡絲線上各組分是在不斷發(fā)生變化的組分噴絲孔出1032、擴(kuò)散速率的表征（1）擴(kuò)散系數(shù)D和傳質(zhì)通量J

單位時(shí)間擴(kuò)散物質(zhì)的量，擴(kuò)散速度；

濃度梯度（細(xì)流與凝固溶液濃度差）A：擴(kuò)散物質(zhì)所通過(guò)的面積。D：擴(kuò)散系數(shù)是表征擴(kuò)散過(guò)程最基本物理量擴(kuò)散定律：

擴(kuò)散系數(shù)是沿?cái)U(kuò)散方向，在單位時(shí)間每單位濃度降的條件下，垂直通過(guò)單位面積所擴(kuò)散某物質(zhì)的質(zhì)量或摩爾數(shù)。

2、擴(kuò)散速率的表征（1）擴(kuò)散系數(shù)D和傳質(zhì)通量J單位時(shí)間擴(kuò)散104設(shè)

則擴(kuò)散定律為

傳質(zhì)通量J：?jiǎn)挝幻娣e單位時(shí)間通過(guò)物質(zhì)的量Fick第一定律：

傳質(zhì)通量J是表征擴(kuò)散過(guò)程的另一個(gè)基本物理量設(shè)則擴(kuò)散定律為傳質(zhì)通量J：?jiǎn)挝幻娣e單位時(shí)間通過(guò)105

Ds、DN－溶劑、凝固劑的擴(kuò)散系數(shù)，Js、JN－溶劑、凝固劑的傳質(zhì)通量。Ds、DN－溶劑、凝固劑的擴(kuò)散系數(shù)，106（2）固化速率參數(shù)Sr在紡絲細(xì)流中?？梢杂^察到已固化部分和未固化部分之間有明顯界面，而且隨擴(kuò)散過(guò)程的進(jìn)行界面的位置不斷地移動(dòng)，故稱移動(dòng)邊界（movingboundry），這種邊界位移的速率可用固化速率參數(shù)表示－皮層厚度，t－擴(kuò)散時(shí)間Sr體現(xiàn)相分離、擴(kuò)散等的綜合條件,能較真實(shí)的反映濕紡過(guò)程中的固化速率，并能反映原液組成、凝固浴組成和溫度對(duì)固化速率的影響。（2）固化速率參數(shù)Sr在紡絲細(xì)流中?？梢杂^察到已固化部分和未107丙烯腈共聚物-DMAc凍膠（26%）在凝固浴中皮層的增長(zhǎng)情況試樣原始半徑0.467cm凝固浴組成(a)15%DMAc-水(b)65%DMAc-水傳質(zhì)通量J、擴(kuò)散系數(shù)D、固化速率參數(shù)Sr是表征擴(kuò)散過(guò)程的基本物理量。傳質(zhì)通量J、擴(kuò)散系數(shù)D、固化速率參數(shù)Sr是表征擴(kuò)散過(guò)程的基本108（3）傳質(zhì)通量比JS/JN溶劑的通量（Js）和非溶劑（凝固劑）的通量（JN）比值（Js/JN），此值稱為傳質(zhì)通量比。Js/JN

=1高聚物濃度不變，等濃凝固Js/JN

<1高聚物濃度減小，稀釋凝固Js/JN

>1高聚物濃度增加，濃縮凝固（3）傳質(zhì)通量比JS/JN109三、成形條件對(duì)擴(kuò)散基本物理量的影響

（一）凝固浴濃度及溫度的影響1、凝固浴溫度的下降，擴(kuò)散系數(shù)減小。溫度升高，分子活動(dòng)能力增加，擴(kuò)散加劇。一般有：T↑,Di(Ds、Dn)↑三、成形條件對(duì)擴(kuò)散基本物理量的影響

（一）凝固浴濃度及溫度的1102、凝固浴濃度增加，擴(kuò)散系數(shù)先減小后增加，擴(kuò)散系數(shù)存在最低值。凝固浴濃度增加，凝固浴溶劑含量增加，凝固劑含量減小，雙擴(kuò)散的擴(kuò)散系數(shù)減小。凝固浴濃度再增高時(shí)，由于溶劑的溶脹作用，結(jié)構(gòu)又復(fù)變松。這也可能就是擴(kuò)散速率在某一凝固浴濃度下出現(xiàn)最低點(diǎn)的原因。2、凝固浴濃度增加，擴(kuò)散系數(shù)先減小后增加，擴(kuò)散系數(shù)存在最低值111（二）擴(kuò)散系數(shù)與纖維半徑的關(guān)系隨著單纖維半徑的的不斷增大，擴(kuò)散系數(shù)D也不斷的增大。一般有：R↑，Di↑

纖維凝固成形時(shí)，在表面先形成一層表皮，結(jié)構(gòu)較緊密。在纖維半徑小時(shí)，表皮層的相對(duì)比例較大，平均擴(kuò)散系數(shù)較小。隨著纖維半徑的增大，表皮層的相對(duì)比例變小，故平均擴(kuò)散系數(shù)變大。（二）擴(kuò)散系數(shù)與纖維半徑的關(guān)系隨著單纖維半徑的的不斷增大，擴(kuò)112（三）擴(kuò)散系數(shù)沿紡程的變化沿紡程擴(kuò)散系數(shù)減小。粘膠纖維成形中H2SO4和ZnSO4的擴(kuò)散系數(shù)沿紡程的變化以粘膠纖維的成形為例，隨紡程的加大，纖維凝固逐漸充分，H2SO4擴(kuò)散系數(shù)減小。對(duì)ZnSO4來(lái)說(shuō)，也呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，但變化幅度很小。（三）擴(kuò)散系數(shù)沿紡程的變化沿紡程擴(kuò)散系數(shù)減小。粘膠纖維成形113（四）添加劑及紡速的影響1、加入變性劑后，擴(kuò)散系數(shù)減小。粘膠纖維成形時(shí)，加入變性劑（聚氧乙烯衍生物）后，中和浸長(zhǎng)成倍增加，表明擴(kuò)散速率明顯下降。這和使用變性劑后，測(cè)得的絲束凍膠溶脹度變小，結(jié)構(gòu)較緊，纖維截面均勻，所得纖維物理機(jī)械性能改善的情況完全一致。2、紡速增大，擴(kuò)散速度增大。以粘膠生產(chǎn)為例：VL↑,擴(kuò)散速率↑（四）添加劑及紡速的影響1、加入變性劑后，擴(kuò)散系數(shù)減小。114表8-17粘膠纖維成形中變性劑及紡速度對(duì)中和浸長(zhǎng)的影響紡絲速度（m/min）無(wú)變性劑加入變性劑中和浸長(zhǎng)（cm）中和時(shí)間（s）中和浸長(zhǎng)（cm）中和時(shí)間（s）11.016.031.436.744.26.08.016.018.522.00.3270.300.3060.300.29414.018.030.034.040.00.7630.6750.5730.5550.543表8-17粘膠纖維成形中變性劑及紡速度對(duì)中和浸長(zhǎng)的影響無(wú)115（五）溶劑及凝固劑種類的影響1、溶劑不同，對(duì)成形纖維的結(jié)構(gòu)和擴(kuò)散速率有很大的影響。以PAN為例：2、凝固劑分子量大，則擴(kuò)散系數(shù)變小。聚丙烯腈以DMF為溶劑，用不同分子量的凝固劑成形時(shí)，其擴(kuò)散系數(shù)有下列順序：溶劑DMSODMFDMAcNaSCNSr6.22.11.10.4凝固劑凝固劑分子量異丁醇>乙醇>甲醇>H2ODN×106cm2/s0.2650.871.865.2（五）溶劑及凝固劑種類的影響1、溶劑不同，對(duì)成形纖維的結(jié)構(gòu)和116（六）原液濃度的影響隨著原液濃度的提高，溶劑或凝固劑的擴(kuò)散系數(shù)都下降。因?yàn)樵旱臐舛忍岣?，體系的粘度也隨之提高，各種分子的擴(kuò)散阻力增大，故擴(kuò)散系數(shù)下降。（六）原液濃度的影響117四、紡絲線的組成變化路徑和傳質(zhì)通量比1、高聚物-溶劑-凝固劑（P-S-N）三元體系相平衡圖

當(dāng)溫度與壓力恒定的情況下，高聚物-溶劑-凝固劑三元體系的相圖可用一等邊三角形表示。三角形的任一邊代表一個(gè)二元體系；三角形內(nèi)的任一點(diǎn)代表體系中三個(gè)成分的相互比例。例如在三元體系中的一點(diǎn)O，過(guò)O點(diǎn)作NP邊的垂線OA，再自S點(diǎn)作NP邊的中垂線SS1，則OA/SS1的比例百分?jǐn)?shù)，代表O點(diǎn)上溶劑S的百分含量，同理可求得O點(diǎn)高聚物P和凝固劑N的百分含量。四、紡絲線的組成變化路徑和傳質(zhì)通量比1、高聚物-溶劑-凝固劑118當(dāng)在40℃下，以0.2%～40%的PVA溶液（以H2O或DMSO為溶劑）與0.2%-100%的NaOH、Na2SO4或甲醇水溶液相混合，如果在搖勻后體系出現(xiàn)混濁，即表示發(fā)生了相分離。把開(kāi)始出現(xiàn)混濁的各點(diǎn)相聯(lián)，即可獲得相分離曲線圖。在三元體系相圖中，相分離曲線以上的部分是均相的溶液；曲線以下的部分由于發(fā)生了相分離，所以是多相體系。PVA-DMSO-甲醇三元體系相平衡圖當(dāng)在40℃下，以0.2%～40%的PVA溶液（以H2O或DM1192、紡絲原液細(xì)流凝固的途徑

由于雙擴(kuò)散的進(jìn)行，在聚合物（P）-溶劑（S）-凝固劑（N）的三元體系中，組成隨雙擴(kuò)散的進(jìn)行而逐步發(fā)生變化。組成的變化決定于傳質(zhì)通量比（JS/JN）。改變紡絲用的溶劑和凝固劑，其組成變化所經(jīng)歷的路徑是不同的，每一路徑的通量比也是互不相同的。因此，可用不同通量比來(lái)代表紡絲線組成變化的路徑。傳質(zhì)通量比的變化路徑分三類：JS/JN=1高聚物濃度不變，等濃凝固JS/JN<1高聚物濃度減小，稀釋凝固JS/JN>1高聚物濃度增加，濃縮凝固2、紡絲原液細(xì)流凝固的途徑由于雙擴(kuò)散的進(jìn)行，在聚合物（P）120Ziabicki三元相圖圖中的圓弧線為相分離線，相分離線下的陰影部分為兩相體系，空白區(qū)域?yàn)榫囿w系。組成變化線與S－P線間的夾角為Ziabicki三元相圖圖中的圓弧線為相分離線，相分離121當(dāng)夾角＝0時(shí)，SD沿S－P線向S靠近，相應(yīng)的通量比JS/JN＝－∞，即紡絲原液不斷地被純?nèi)軇┧♂尅．?dāng)＝π時(shí)，SD向P靠近，通量比JS/JN＝∞，相當(dāng)于干法紡絲，即紡絲原液中的溶劑不斷蒸發(fā)，使原液中聚合物濃度不斷上升，直至完全凝固。當(dāng)夾角＝0時(shí)，SD沿S－P線向S靠近，相應(yīng)的通量比JS/122

①區(qū):－∞≤JS/JN≤u*

(第一臨界切線)沿紡絲線組成變化路徑,聚合物濃度下降(即溶劑擴(kuò)散速度小于凝固劑的擴(kuò)散速度)無(wú)相變不固化①區(qū):－∞≤JS/JN≤u*(第一臨界切線)無(wú)相123

②區(qū):u*<JS/JN≤1(上限，即溶劑與凝固劑的擴(kuò)散速度相等)。沿紡絲線途徑聚合物含量下降(凝固劑濃度增加)——稀釋凝固成形機(jī)理有相變固化形成疏松的不均勻結(jié)構(gòu)②區(qū):u*<JS/JN≤1(上限，即溶劑與凝固124③區(qū):1<JS/JN≤u**(第二臨界切線)，沿紡絲線途徑聚合物濃度增加有相變固化形成較均勻結(jié)構(gòu)③區(qū):1<JS/JN≤u**(第二臨界切線)，125④區(qū):u**<JS/JN≤∞(上限為干法紡絲)如:凍膠法紡絲溶液發(fā)生凍膠化、液晶法溶致性聚合物液晶發(fā)生取向結(jié)晶等。固化，形成致密而均勻的結(jié)構(gòu)④區(qū):u**<JS/JN≤∞(上限為干法紡絲)固1263、影響傳質(zhì)通量比的因素（1）凝固劑種類對(duì)通量比的影響PVA的紡絲試驗(yàn)條件紡絲編號(hào)溶劑原液濃度（%）凝固劑凝固浴濃度（g/dm3）凝固浴溫度（℃）JS/JNG-1C-3G/C-1G/C-2G/C-3水水水水水1515151515Na2SO4NaOHNa2SO4/NaOHNa2SO4/NaOHNa2SO4/NaOH420350320/90210/180100/26040303030306.71.06.22.82.23、影響傳質(zhì)通量比的因素（1）凝固劑種類對(duì)通量比的影響PVA127（2）凝固條件對(duì)JS/JN的影響①提高溫度通量比增大。因?yàn)槿軇┖看?，凝固劑含量小，所以溶劑擴(kuò)散速率隨溫度升高而加大的程度較凝固劑（水）為大。②凝固浴濃度增大時(shí)，通量比逐漸增大。因?yàn)槟淘舛仍龃?，溶劑含量大，凝固劑含量減小。（2）凝固條件對(duì)JS/JN的影響1284、傳質(zhì)通量比對(duì)凍膠纖維的

結(jié)構(gòu)及其拉伸性能的影響

傳質(zhì)通量比對(duì)凍膠纖維的結(jié)構(gòu)及其拉伸性能也有明顯的影響。對(duì)PVA纖維而言，JS/JN值越小則楊氏模量越小，網(wǎng)結(jié)點(diǎn)密度越低，其可拉伸性能也越好。4、傳質(zhì)通量比對(duì)凍膠纖維的

結(jié)構(gòu)及其拉伸性能的影響

傳質(zhì)通129第六節(jié)濕法紡絲過(guò)程中纖維結(jié)構(gòu)的形成濕紡成形和熔紡成形有相似之處，但也有不少區(qū)別。熔紡初生纖維最重要的結(jié)構(gòu)特征——序態(tài)，因?yàn)槿∠颍ㄑ乩w維軸向的順序排列）明顯地受紡絲工藝的影響，而纖維的序態(tài)進(jìn)一步影響其拉伸性能，并間接地控制著成品纖維的品質(zhì)。紡絲過(guò)程中的應(yīng)力場(chǎng)、速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)等，對(duì)纖維的結(jié)構(gòu)和性能起著關(guān)鍵作用。第六節(jié)濕法紡絲過(guò)程中纖維結(jié)構(gòu)的形成130濕紡初生纖維最重要的結(jié)構(gòu)特征——形態(tài)結(jié)構(gòu)，初生纖維含有大量凝固浴液而溶脹，取向度相當(dāng)?shù)?，序態(tài)對(duì)紡絲工藝條件不敏感。濕紡過(guò)程中，纖維的結(jié)構(gòu)和性能除受上述因素的影響外，還與紡絲線和凝固浴之間的傳質(zhì)速度、相分離條件、凍膠化作用以及紡絲原液中的總固體含量等有關(guān)，甚至后者的影響遠(yuǎn)大于前者。濕紡初生纖維最重要的結(jié)構(gòu)特征——形態(tài)結(jié)構(gòu)，初生纖維含有大量凝131一、初生纖維的溶脹度一、初生纖維的溶脹度132對(duì)于濃縮凝固紡絲原液細(xì)流在凝固過(guò)程中，向凝固浴所排出的液體量大于從凝固浴中所吸取的液體量，紡絲原液的液固比值大于初生纖維的相應(yīng)值。對(duì)于稀釋凝固紡絲原液細(xì)流在凝固過(guò)程中，向凝固浴所排出的液體量小于從凝固浴中所吸取的液體量，紡絲原液的液固比值小于初生纖維的相應(yīng)值。在正常的濕紡工藝中，一般不出現(xiàn)稀釋凝固現(xiàn)象。對(duì)于濃縮凝固133表8-21凝固成形中腈綸初生纖維的組成（二甲基亞砜法）0.51.0

0.51.0編號(hào)凝固噴絲孔直徑（mm）凝固時(shí)間（s）纖維組成濃度（%）溫度（℃）DMSO(M1)H2O(M2)PAN（M3）abcdefgPAN-1155100.100.51.0∞

0.5370.4950.3560.1160.1570.2910.3470.3480.353PAN-2255300.100.51.0∞0.4880.4750.3440.1430.1550.2820.3690.3700.374編號(hào)M1/M3M2/M3M1+M2//M3擴(kuò)散系數(shù)（10-6cm2/s）DMSO水hijklPAN-111.5481.4221.0080.3340.4510.8241.8821.8741.83311.106.628.831.531.661.59PAN-221.3221.2840.9200.3880.4190.7541.7101.7031.67411.746.178.952.531.512.02表8-21凝固成形中腈綸初生纖維的組成（二甲基亞砜法）01342、影響溶脹度的因素

（1）原液濃度：原液濃度提降低，紡絲原液的總固體量（%）降低，初生纖維溶脹度有顯著提高。（2）高聚物分子量：高聚物分子量增加，[η]增加，分子間作用力增加，與溶劑作用減小，初生纖維溶脹度減小。[η]]和溶脹度的關(guān)系[η]D.S.1.01.41.73.122.292.202、影響溶脹度的因素

（1）原液濃度：原液濃度提降低，紡絲原135（3）共聚物組成：共聚物組成中含有親水性基團(tuán)或提高親水性基團(tuán)含量，都導(dǎo)致溶脹度提高。表8-23共聚組成和溶帳度的關(guān)系共聚組成D.S.值（NaSCN-水體系）

AN/丙烯酸甲酯（MA）91/9AN/丙烯酰胺（AAM）91/9AN/AAM94/62.082.982.92AN/MA100/0AN/MA97/3含有磺酸根50mmol/kgAN/MA95/5聚合物AN/MA93/72.822.361.931.77（3）共聚物組成：共聚物組成中含有親水性基團(tuán)或提高親水性基團(tuán)1363、初生纖維的溶脹度對(duì)纖維的結(jié)構(gòu)和性能的影響

（1）取向度在同樣的拉伸倍數(shù)下，初生纖維的溶脹度較低者，分子間作用力較高，所得纖維具有較高的取向度，因而有較高的斷裂強(qiáng)度。（2）序態(tài)和染色飽和值纖維經(jīng)相同的拉伸和后處理后，由高D.S.值的初生纖維制得的成品纖維，具有較高的碘溶脹度（低序態(tài)）和高的染色飽和值。（3）干燥收縮率高溶脹度的初生纖維，經(jīng)拉伸和水洗后，其初級(jí)溶脹纖維的D.S.值仍較高，纖維在干燥過(guò)程中具有較高的縱向收縮率。3、初生纖維的溶脹度對(duì)纖維的結(jié)構(gòu)和性能的影響

（1）取向度137二、宏形態(tài)結(jié)構(gòu)

分別從橫截面形狀、空洞和毛細(xì)孔以及皮芯結(jié)構(gòu)等三方面討論纖維的宏形態(tài)結(jié)構(gòu)。（一）橫截面形狀纖維的橫截面形狀涉及制得織物的手感、彈性、光澤、色澤、覆蓋性、保暖性、耐污性以及起球性等多種性能。因此，控制及改變化學(xué)纖維的橫截面形狀已成為纖維物理改性的一個(gè)重要方面。二、宏形態(tài)結(jié)構(gòu)

分別從橫截面形狀、空洞和毛細(xì)孔以及皮芯結(jié)構(gòu)等138例:真絲是不規(guī)則的三角形產(chǎn)生光澤和優(yōu)良手感。采用三角形噴絲孔，并控制成形和后處理工藝，制得纖維的截面呈三角形，具有鉆石的光澤。例:真絲是不規(guī)則的三角形產(chǎn)生光澤和優(yōu)良手感。139非圓形截面纖維的性能：（1）手感爽適而無(wú)蠟感；（2）扁形截面而有較強(qiáng)的閃光效果，Y型纖維有絲綢的光澤；（3）降低纖維的透明度，提高纖維的覆蓋能力；（4）具有較高的蓬松性和保暖性；（5）具有較高的抗沾污能力；（6）提高織物的抗結(jié)球性能；（7）增加染色后的鮮艷程度。非圓形截面纖維的性能：（1）手感爽適而無(wú)蠟感；1401、濕紡初生纖維橫截面形狀和形成原因

腎形、啞鈴形、扁平形、鋸齒形：濃縮凝固時(shí)，雙擴(kuò)散的結(jié)果使纖維截面可能發(fā)生收縮。快速凝固時(shí)，皮層凝固程度高于芯層，芯層收縮時(shí)，皮層相應(yīng)的收縮率較小，導(dǎo)致背向浴流的側(cè)面凹進(jìn)，使截面呈腎形。圓形：稀釋凝固，截面不收縮?；驖饪s凝固時(shí)，凝固緩慢，皮層柔軟易收縮變形，能隨同芯層一起均勻收縮，使呈圓形或近似圓形。1、濕紡初生纖維橫截面形狀和形成原因

腎形、啞鈴形、扁平形、141濕紡初生纖維有的為非圓形狀，存在微孔和皮芯結(jié)構(gòu)serrated：viscosebean-shaped：strongviscoseacrylic濕紡初生纖維有的為非圓形狀，存在微孔和皮芯結(jié)構(gòu)bean-sh142濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件143(1)溶劑種類無(wú)機(jī)溶劑的固化速率參數(shù)Sr一般小于有機(jī)溶劑，傳質(zhì)通量比通常JS/JN<1，因此纖維的橫截面形狀為圓形。采用有機(jī)溶劑，JS/JN

﹥1，而且皮層的凝固程度高于芯層，芯層收縮時(shí)皮層相應(yīng)的收縮較小，因此纖維的橫截面形狀呈非圓形。溶劑不同時(shí)得到的PAN原絲的截面形狀(1)溶劑種類溶劑不同時(shí)得到的PAN原絲的截面形狀144凝固浴溫度(℃):2535455565凝固浴溫度不同時(shí)得到的PAN原絲的截面形狀(2)凝固浴溫度

凝固浴溫度同時(shí)影響JS和JN:T↑

JN↑,JS

↑

當(dāng)結(jié)果使JS/JN＜1時(shí),T↑纖維截面更圓

但當(dāng)JS/JN＞1時(shí)，則纖維截面形狀將取決于固化表面硬度。凝固浴溫度(℃):2535145凝固浴濃度(％)：01030557075凝固浴濃度不同時(shí)，PAN原絲截面形狀

(3)凝固浴濃度凝固浴濃度Cb↑JN

↓,JS

↓固化表面層的硬度降低,

因此濕紡纖維的截面會(huì)變得更圓.凝固浴濃度(％)：(3)凝固浴濃度146(4)紡絲溶液中聚合物含量紡絲溶液中聚合物含量CP↑JS↓,JN↓固化表面層的硬度↓因此纖維的截面會(huì)變得更圓.PAN濃度：21％PAN濃度：23％(4)紡絲溶液中聚合物含量PAN濃度：21％1472、控制濕紡初生纖維橫截面形狀的方法強(qiáng)烈的凝固條件，容易形成非圓形的橫截面；緩慢的成形條件，容易導(dǎo)致圓形橫截面的形成。粘膠纖維：控制不同的凝固條件和粘膠熟成度，可分別獲得全皮層（高鋅、低酸、加變性劑），全芯層（低酸、低鹽、低溫、低紡速）和一般皮芯型纖維。全皮層和全芯層纖維橫截面為圓形、皮芯層纖維截面具有鋸齒形周邊。這是由于皮層和芯層收縮率不同所致。2、控制濕紡初生纖維橫截面形狀的方法強(qiáng)烈的凝固條件，容易形成148濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件149維綸：維綸的橫截面形狀明顯地受凝固劑組分和濃度的影響。普通維綸的橫截面形狀為腎形（腰子形）。以NaOH為凝固劑成形時(shí)，由于固化緩慢，纖維呈圓形截面；而以Na2SO4為凝固劑時(shí)，則呈彎曲的扁平狀橫截面，橫截面形狀還隨Na2SO4含量的高低而變化。凝固劑中Na2SO4含量較高時(shí)，橫截面趨于扁平；而降低Na2SO4含量，截面則趨于圓整。以有機(jī)溶劑為凝固浴時(shí)，由于其凝固能力很弱，因此纖維呈圓形截面。維綸：維綸的橫截面形狀明顯地受凝固劑組分和濃度的影響。普通維150腈綸：濕法成形時(shí)，如采用有機(jī)試劑作溶劑，因有機(jī)溶劑的固化速率參數(shù)一般大于無(wú)機(jī)溶劑。因此，采用有機(jī)溶劑濕紡時(shí)，容易形成非圓形的橫截面；相反，采用無(wú)機(jī)溶劑時(shí)，容易導(dǎo)致圓形橫截面的形成。腈綸：濕法成形時(shí)，如采用有機(jī)試劑作溶劑，因有機(jī)溶劑的固化速率151濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件152濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件153濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件154濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件155濕法紡絲工藝原理專題培訓(xùn)課件156（二）皮芯結(jié)構(gòu)1.皮芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)濕紡初生纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的另一特點(diǎn)是沿徑向有結(jié)構(gòu)上的差異，這個(gè)差異繼續(xù)保留到成品纖維中。纖維（特別明顯的是粘膠纖維）外表有一層極薄的、密實(shí)的、較難滲透、難染的皮膜，該膜對(duì)傳質(zhì)過(guò)程有決定性作用。皮膜內(nèi)部是纖維的皮層，皮層可占整個(gè)橫截面的0～100%。皮層中一般含有較小的微晶并具有較高取向度。再向里是芯層。芯層結(jié)構(gòu)較松散，微晶較粗大。（二）皮芯結(jié)構(gòu)1.皮芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)157皮層的主要特性：皮層的序態(tài)較低，結(jié)構(gòu)比較均一在水中的膨潤(rùn)度較低；吸濕性較高；密度較低。對(duì)某些物質(zhì)的可及性較低；對(duì)染料的吸收值較低，但染色牢度較高；皮層因有較高的取向和均勻的微晶結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸較小，因此其斷裂強(qiáng)度和斷裂延伸度較高，抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性能都較優(yōu)。高強(qiáng)力粘膠纖維的重要特征之一是具有全皮層結(jié)構(gòu)，所以其機(jī)械性能較好。皮層的主要特性：1582.皮芯結(jié)構(gòu)的測(cè)定由于皮層和芯層對(duì)染料親和性的差異，故這一性能被用做觀察皮、芯層的厚度。如粘膠纖維經(jīng)硝酸銀或活性染料染色，再經(jīng)洗滌后，黑色銀離子或染料主要集中在皮層，芯層的顏色顯得較淡，通過(guò)切片在顯微鏡下的觀察，可測(cè)量皮、芯層的厚度。2.皮芯結(jié)構(gòu)的測(cè)定由于皮層和芯層對(duì)染料親和性的差異，故這一1593.形成原因（1）在紡絲原液細(xì)流中，處于細(xì)流周邊和內(nèi)部的聚