纺丝工艺及影响因素分析

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：纤维素纺丝工艺的选择与纺丝液的黏度直接相关，而纺丝液的黏度又与诸多因素相关联，例如，溶液中的纤维素含量、纤维素的聚合度、纺丝液温度等都会影响纺丝液的黏度。低含量纤维素或低聚合度纤维素制成的纺丝液具有较低的黏度，它有利于纺丝，但经济性不佳。因此，人们总是希望在确保纺丝工艺顺利进行的同时，尽可能地提高纺丝液中纤维素的含量。

化学纤维常见的纺丝方法包括熔融纺丝、湿法纺丝、干法纺丝及干喷湿纺（又称干湿法纺丝）。对于热熔性聚合物可以采取熔融纺丝方法，而非热熔性聚合物或热敏感的热融性聚合物只能通过先将聚合物溶解在某种溶剂中制成纺丝溶液，而后，通过干法或湿法纺制成纤维。纤维素在熔融前已经开始分解，因此，不能采用熔融纺丝的方法（酯化后的纤维素可以采用熔融纺丝的方法）。

纤维素纺丝工艺的选择与纺丝液的黏度直接相关，而纺丝液的黏度又与诸多因素相关联，例如，溶液中的纤维素含量、纤维素的聚合度、纺丝液温度等都会影响纺丝液的黏度。低含量纤维素或低聚合度纤维素制成的纺丝液具有较低的黏度，它有利于纺丝，但经济性不佳。纤维素含量的增加或使用高聚合度的纤维素都会导致纺丝液黏度迅速增加。因此，人们总是希望在确保纺丝工艺顺利进行的同时，尽可能地提高纺丝液中纤维素的含量。黏胶纤维通常采用湿法纺丝工艺，因为黏胶纺丝液中不仅纤维素的含量低（纤维素含量在7%～9%），而且，经老成后的纤维素聚合度也比较低（400以下），低聚合度和低溶液中纤维素含量导致黏胶纺丝液具有较低的黏度（落球黏度在50～80s，5～6Pa·s）因此，黏胶纤维可以采用湿法纺丝工艺。湿法纺丝的特点是喷丝孔的孔径小，喷头拉伸小，其纺丝速度受到一定的限制。Lyocell纤维的加工过程是一个纯物理过程，理论上讲，除了少量的热降解外，纤维素在加工过程中聚合度基本不变化，而Lyocell纤维使用的浆粕聚合度一般在600以上，NMMO水溶液对纤维素具有很好的溶解能力，其纺丝液的纤维素含量可以高达25%，高浓度带来的是极高的溶液黏度，过高的溶液黏度显然不可能实现产业化。工业生产中，综合考虑了多种因素，通常采用12%左右的纤维素浓度，即便在这个浓度下，纺丝液的黏度仍然要比黏胶纤维高得多。在100℃的溶解温度下，纺丝液的黏度可以高达2000～3000Pa·s。这样高的黏度已经无法采用与黏胶纤维类似的湿法纺丝工艺。Lyocell纤维采用的是一种干法与湿法相结合的方法，纺丝液从喷丝头挤出，先经过一段空气浴，在此空间内强大的冷却风使丝条迅速冷却，并初步成形，这一阶段的纺丝过程与熔融纺丝十分相似，然后，进入凝固浴槽，凝固浴液是低浓度的NMMO水溶液，丝条进入凝固浴后通过双向扩散，形成初生纤维，这一段又与湿法纺丝相似，因此，干喷湿纺工艺实际上是熔融纺丝和湿法纺丝两种方法的结合。与一般湿法纺丝比较，干喷湿纺的设备可以承受更大的纺丝压力并采用孔径较大的喷丝孔，因此，它更适应于浓度较高、黏度较大的纺丝溶液。干喷湿纺是Lyocell纤维普遍采用的一种纺丝方法。

纺丝工艺及影响因素分析

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