湿法纺丝原理及工艺.ppt

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1、3.2湿法纺丝原理及工艺内容概要3.2.1湿法纺丝工艺3.2.2湿法纺丝原理3.2.2.1聚合物的溶解3.2.2.2湿法纺丝的运动学和动力学3.2.2.3湿法纺丝中的传质和相转变3.2.2.4湿法纺丝中纤维结构的形成3.2.1湿法纺丝工艺一步法：单体直接聚合聚合物溶液二步法：固体成纤聚合物纺丝液纺丝机混合、过滤、脱泡+溶剂溶解分离、干燥计量泵、烛形滤器喷丝头凝固浴后处理原液细流在凝固浴中进行如下过程：双扩散凝固浴中凝固剂向原液细流内部的扩散↑↓原液中的溶剂向凝固浴扩散相分离固化喷丝头拉伸涉及两方面的问题：1.相分离的热力学条件：聚合物（P）、溶剂（S）和凝固剂（N）三者之间对应关系2.

2、扩散动力学问题：原液细流和凝固浴表面接触扩散原液细流的固化3.2.2湿法纺丝原理3.2.2.1聚合物的溶解a.聚合物溶解过程的特点聚合物的溶解过程，是聚合物大分子在溶剂分子的作用下，使大分子之间的作用力不断减弱，进而均匀地与溶剂分子相互混合直至成为分子分散的均相体系的过程。聚合物溶解过程分成两个阶段：A.溶胀B.溶解聚合物溶解过程的复杂性：例:具有交联结构的聚合物，只有溶胀晶态聚合物非极性：室温下难溶解极性：在极性溶剂中相对较易溶解b.聚合物溶解过程的热力学*聚合物溶解过程中的分子运动变化大分子之间溶剂之间作用力↓大分子与溶剂间作用力↑各种分子空间排列状态数及运动自由度↑*聚合物溶解过

3、程中的热力学参数变化∆Fm=∆Hm-T∆SmT∆Sm>∆Hm溶解通常：S↑，即∆S>0,因此ΔFm的正负取决于ΔHm的正负和大小。溶解过程热焓的变化与熵的变化，既与大分子的结构和性质有关，又与溶剂分子的结构和性质有关，而且与它们之间的相互作用也密切相关c.聚合物的溶解类型A)由热焓变化决定的溶解过程∆Sm0，则∆Fm=∆Hm=X1∆H11+X2∆H22-∆H12聚合物溶解的条件：∆Hm<0即∆H12>X1∆H11+X2∆H22极性聚合物（特别是刚性链的聚合物）在极性溶剂中所发生的溶解过程B)由熵变决定的溶解过程特征：∆Sm>>0，∆Hm≥0非极性聚合物在非极性溶剂的溶解过程∆Fm=∆

4、Hm-T∆Sm=X1∆H11+X2∆H22-∆H12-X1T∆S11-X2T∆S22+T∆S12d.影响溶解度的结构因素大分子链结构的影响大分子链的化学结构使分子间作用力↑，则溶解度↓大分子链上官能团分布的均匀性也影响溶解度大分子链的刚性↑，溶解度↓分子量M↑，溶解度↓聚合物超分子结构的影响结晶度↑，溶解度↓但是极性的结晶聚合物也可以在常温下溶解(因为聚合物中无定形部分与溶剂混合时，二者强烈的相互作用会释放出大量的热，致使结晶部分熔融)溶剂结构的影响溶剂的化学结构、缔合程度影响其溶解能力溶剂的极性越接近聚合物的极性，溶解度↑溶剂极性基团旁的原子团越大，对极性聚合物的溶解度↓混合溶剂的溶

5、解性↑e.溶剂的选择聚合物和溶剂的极性相近规律相似相溶聚合物和溶剂的极性越接近，越容易互溶.溶解度参数理论(非极性混合体系,对极性溶剂体系溶解度参数相近原则选择溶剂常会出偏差)溶解度参数理论是一个以热力学为基础的溶剂选择的最常用理论，主要看溶解过程是否自发进，取决于体系的熵变和热焓改变的大小。=(∆E/V)1/2----------溶解度参数若sp(或内聚能密度相近)∆Hm0溶解可自发进行。f.纺丝原液所用溶剂的工艺要求溶剂必须使浓溶液在加工时具有良好的流变性能。要求原液从喷丝孔挤出成形过程中，其结构粘度要小。等浓度溶液的粘度越低或等粘度溶液的浓度越高，则此溶剂的溶解性能就越

6、好。沸点不应太低或过高。通常以溶剂沸点在50-160ºC范围内为佳，如沸点太低，会由于挥发而造成浪费，并污染空气；如沸点太高，则不便回收。溶剂需具备足够的热稳定性和化学稳定性。在回收过程中不易于分解。绿色环保。要求溶剂的毒性低，对设备的腐蚀性小。对聚合物稳定。溶剂在溶解聚合物的过程中，不引起对聚合物的破坏或发生其他化学变化。3.2.2.2湿法纺丝的运动学和动力学a.湿法成型过程中纺丝线上的速度分布等速区细化区胀大区胀大区:沿纺程Vx↓，dVx/dX<0；d=dmax时，dVx/dX=0细化区：沿纺程Vx↑(常呈S形变化)a区：>0，>0dVxdxd2Vxdx2b区：>0，<0dVxdx

7、d2Vxdx2等速区：Vx=常数，dVx/dx=0对稳态纺丝，若体系的密度ρx沿纺程不变：VxAxCx=常数Cx----纺程x处单位体积内所含的高聚物质量纺丝线的速度分布依赖于其直径dx和聚合物浓度Cx的分布。Vx与dx无单值关系。因此在湿纺中，必须独立地测量这两个特征量。由于喷丝头拉伸比的不同，湿纺纺丝线上的Vx和V0有两种情况。(1)正拉伸：Vx>V0,胀大区缩小或消失(2)零拉伸或负拉伸时：Vx≤V0，胀大区存在湿纺中，当纺丝原液从喷丝孔