化学纤维的多种纺丝方法概述 [复制链接]

是一种将纺丝流体通过纺丝泵（亦称计量泵）连续、精确且均匀地挤出，使其形成液态细流，随后在空气、水或凝固浴中固化成为丝条的过程。熔体纺丝法，也被称为熔融纺丝或简称熔纺，是一种化学纤维纺丝方法。在此过程中，聚合物被加热至熔融状态，随后通过喷丝孔挤出。在空气中，熔融的纺丝流体逐渐冷却并固化，最终形成纤维。采用这种方法时，所使用的聚合物必须能够顺利熔融成粘流态，且在此过程中不发生显著分解。值得注意的是，聚酯纤维、聚酰胺纤维以及聚丙烯纤维都可以通过熔体纺丝法进行生产。熔体纺丝法具有显著的优势，其纺丝速度极高，可达~7米/分钟。此方法无需使用溶剂和沉淀剂，简化了回收和循环系统，使得设备更为精简，工艺流程也大幅缩短。因此，它成为了一种既经济实惠、操作便捷又高效能的生产方法。尽管喷丝头的孔数相对较少，但其产量和质量却能满足大部分生产需求。

工艺流程方面，首先需要制备纺丝熔体。经过预结晶和干燥处理的成纤高聚物切片，在螺杆挤压机的分段加热下，依次进行熔融、混合、计量和挤出。接着，熔体通过熔体计量泵，精准地被送至纺丝箱体内。在纺丝箱体中，熔体被定量挤出，经过喷丝头的小孔形成细长的熔体流。随后，这些熔体流在较低的温度和冷却吹风的作用下逐渐固化，最终形成初生纤维。初生纤维经过上油、网络处理后，被卷绕成筒状。最后，经过拉伸和热定型等二次加工，这些卷绕丝便被制成了具有实用性的成品纤维。熔纺法，根据其熔体制备的不同工艺，可分为两大类：直接纺丝法和切片纺丝法。直接纺丝法是指将聚合后的聚合物熔体直接送入计量泵进行计量和挤出，从而进行纺丝。而切片纺丝法则涉及将聚合物的切粒经过预结晶、干燥等必要准备后，通过螺杆挤出机进行熔融纺丝。在工业生产中，直接纺丝法因其成本效益而被广泛采用，但其在生产差别化纤维品种方面存在局限，主要在纤维线密度和截面形状上进行调整。相比之下，切片纺丝法更为灵活，更易于更换纤维品种，适用于生产小批量、高附加值的差别化纤维。

接下来，我们探讨另一种纺丝技术——溶液纺丝法。这种方法涉及将成纤高聚物溶解在特定溶剂中，制备成适宜浓度的纺丝溶液。随后，该溶液通过微细小孔进入凝固浴或热气体中，使高聚物析出成为固体丝条。经过拉伸、定型、洗涤、干燥等后续处理，即可得到成品纤维。显然，溶液纺丝的生产流程相较于熔体纺丝更为繁复。然而，对于那些在熔融状态下即发生分解的高聚物，溶液纺丝技术成为唯一可行的选择。溶液纺丝进一步细分为湿法纺丝、干法纺丝以及干湿法纺丝。

湿法纺丝，也被称为湿纺，是一种将聚合物溶解在溶剂中，通过喷丝孔喷出细流，进而在凝固浴中形成纤维的化学纤维纺丝方法。这种方法特别适用于那些分解温度低于熔点或在加热时易变色的成纤聚合物，同时这些聚合物还需能溶解在适当的溶剂中。例如，聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维等合成纤维以及粘胶纤维、铜氨纤维等人造纤维都采用湿法纺丝进行生产。湿法纺丝所得到的纤维截面通常呈现非圆形，且具有明显的皮芯结构，这主要归因于凝固液的固化作用。特点：湿法纺丝虽然速度相对较慢，但其喷丝板的孔数却多于熔体纺丝，这使得其工艺流程更为复杂，同时生产成本也相对较高。为了提升生产能力并弥补纺丝速度的不足，短纤维生产时通常会采用多孔喷丝头或级装喷丝孔的设计。

工艺流程：湿法纺丝涉及多个步骤：首先需要制备纺丝原液，随后将原液通过喷丝孔压出以形成细流。这些细流在凝固浴中凝固，进而成为初生纤维。这些初生纤维随后被卷装或直接进行后处理，以得到最终的产品。

接下来，我们将探讨另一种溶液纺丝技术——干法纺丝。干法纺丝适用于那些能够找到低沸点、高溶解性溶剂的高聚物。在干法纺丝中，纺丝溶液通过微细小孔喷出，进入加热气体中。随着溶剂的挥发，高聚物丝条逐渐凝固。经过拉伸、定型、洗涤和干燥等后处理，便可得到成品纤维。腈纶、氨纶、氯纶以及维纶等合成纤维都采用干法纺丝进行生产。特点：干法纺丝以其连续生产、高纺丝速度、大产量和低污染等特点脱颖而出。它生产的纤维在质量、耐化学性和染色性能方面都优于湿纺纤维。然而，干法纤维的耐氯性较差，且技术难度相对较高，需要回收溶剂，导致生产成本相对较高。

与湿纺相比，干纺的纺丝液浓度通常更高，可达8%45%，相应地，其粘度也更大。这使得干纺能够承受比湿纺更大的喷丝头拉伸，通常可达27倍，从而更容易制得细度更高的纤维。

在纺丝过程中，干纺丝条所受到的力学阻力明显小于湿纺，这使得纺丝速度更快。但值得注意的是，由于溶剂挥发速度的限制，干纺速度仍然低于熔纺。此外，由于干法固化速度较慢，固化前丝条容易粘连，因此喷丝头孔数相对较少，通常在孔左右。相比之下，湿纺短纤维的喷丝孔数可高达数万孔。这使得干法单个纺丝位的生产能力远低于湿纺，更适合生产长丝。

干湿法纺丝，又称干喷湿纺，是溶液纺丝中的一种独特方法。它结合了湿法纺丝与干法纺丝的优点，特别适用于液晶高聚物的加工，因此也被称作液晶纺丝。

在此过程中，高聚物被溶解在适当的溶剂中，形成适宜浓度的纺丝溶液。然后，该溶液通过微细的小孔喷出，首先经过一段空气夹层，此处阻力较小，使得处于液晶态的高分子能够在高倍拉伸条件下高度取向。随后，丝条进入低温凝固浴完成固化，同时保持液晶大分子高度有序的冻结状态。最终，制得的纤维展现出高强度和高模量的优异力学性能。

目前，干湿法纺丝已在多种纤维的制备中得到广泛应用，包括聚丙烯腈纤维、聚乳酸纤维、壳聚糖纤维等。特点：干湿法纺丝技术适用于高粘度纺丝原液的加工，具有溶剂回收和单耗小的优势。其成形速度较快，生产的纤维结构均匀，横截面近似金属圆形，使得纤维的强度和弹性得到显著提升，同时染色性和色泽表现也较为出色。然而，该技术也存在一定的不足，主要表现在纺丝原液细流断裂后，原液容易沿喷丝头漫流。在多孔纺丝过程中，一旦出现单丝断裂，就可能导致其他丝的断裂，进而破坏纺丝的连续性。干湿法纺丝技术中，纺丝原液在喷丝头处被压出后，会先经过一段气体层（通常为空气），再进入凝固浴中。因此，这种纺丝方法也被称作气隙纺丝。随后，从凝固浴中引出的初生纤维，其后续处理流程与常规湿法纺丝相似。