第三節 熔體紡絲過程中纖維結構的形成
❖ 初生纖維結構的形成和發展主要是指紡絲線上聚合物的取 向和結晶。
❖ 一 熔體紡絲過程中的取向作用
紡絲過程中發生取向是纖維製造中重要的結構
形成過程之一。對成品纖維的取向貢獻最大的不是 紡絲工序，而是拉伸工序。在紡絲過程中得到的取向 度，即預取向度，對拉伸工序和成品纖維的取向度有很
於絲條的方向上吹送調溫調濕氣流。
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初生纖維的後處理主要有拉伸、熱定型、捲曲 和假撚。
拉伸可改變初生纖維的內部結構，提高斷裂強度和
耐磨性，減少產品的伸長率。熱定型可調節紡絲過程帶
來的高聚物內部分子間作用力，提高纖維的穩定性和其
他物理－機械性能、染色性能。卷曲是改善合成纖維的
加工性（羊毛和棉花纖維都是捲曲的），克服合成纖維
❖ 二 熔體紡絲過程中的結晶
熔體紡絲線上的結晶是控制絲條固化的 一個極重要的動力學過程。紡絲線上的結晶對捲繞絲 的結構和性能起決定作用。 ❖ （一）熔體紡絲中纖維結晶的主要特徵
熔體紡絲中纖維結晶的特徵包括兩個方面 ，一是捲繞絲本身的晶態結構，二是熔體紡絲中聚合 物結晶過程的發展。
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捲繞絲的結晶特性主要包括：晶格結構 、結晶度、結晶形態和結晶取向等，它們對纖
大的影響，對結晶動力學和晶體形態也有一定的影響。
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❖ 兩種取向機理：
（1）處於熔體狀態下的流動取向機理：包括噴絲孔 中切變流場中的流動取向和出噴絲孔後熔體細流在 拉伸流場中的流動取向
T高，τ小，取向小，可忽略
控制取向的速度場：軸向
精品课件 速度梯度，主要
（2）纖維固化之後的形變機理
1）紡絲線上的任何一點上，高聚物的流動是“穩態”的和連 續的。
2）紡絲線上的主要成形區域內，占支配地位的形變是單軸拉 伸。
3）紡絲過程是一個狀態參數（T,σ，C）連續變化的非平衡態 動力學變化。
4）紡絲動力學包括幾個同時進行並相互聯繫的單元過程，如 流體力學過程，傳熱、傳質，結構和聚集態變化過程等。
須被拉伸至需要的細度並充分地冷卻固化。噴絲板的
孔徑一般為0.1-0.4mm，而捲繞絲的直徑僅為20-
30μm，熔體出噴絲孔後，絲條的直徑需成十倍的減
小，絲條就應成百倍地被拉伸，因此卷繞的速度就應
成百倍地高於擠出速度。
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❖ 由於聚合物熔體絲條一旦凝固便具有很大的抗張 能力，因此，熔體紡絲的速度很高，工業上熔體 紡絲的捲繞速度為每分鐘幾百米至幾千米。絲條 的冷卻固化通常在噴絲板下的空氣中完成，為了 加強冷卻效果，一般在噴絲板後，在垂直或平行
熔體紡絲（melt spinning）工藝原理
第一節
概述
一 熔體紡絲的定義及適用範圍
將高分子聚合物加熱熔融成為一定粘度的 紡絲熔體，利用紡絲泵連續均勻地擠壓到噴絲頭， 通過噴絲頭的細孔壓出成為細絲流，然後在空氣或 水中使其降溫凝固，通過牽伸成絲。
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二 熔體紡絲的工序 熔紡分直接紡絲法和切片紡絲法。
密度法來測定 ❖ 3. 結晶形態及尺寸 在光學和電子顯微鏡下，可以觀察到聚合物有多種
形態，主要為球晶，柱晶，片晶，單晶。
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三 高速紡絲線上的結晶特徵
❖ 高速紡絲，紡速已達 3000～4000m/min，所得的捲 繞絲稱為部分取向絲。用超高紡速 (9000～ 10000m/min)以獲得全取向絲的工藝也已研究成功。
維的物理性能都有一定的影響。
1. 晶格結構
成纖聚合物的晶體，大多數為對稱性較小的晶系，
如三斜、單斜等，值得注意的是，纖維結晶中常常
會出現同質多晶現象，即在不同的紡絲過程和紡絲
條件下，生成不同的晶型。例如：聚丙烯（PP）在
快速冷卻時形成六角次晶，而在緩慢固化時形成單
斜晶體 。
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❖ 2. 結晶度 聚合物的結晶極不完整，常用X射線衍射、熱分析或
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❖ 熔體紡絲過程中的參數可以歸為三類
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第二節 熔體紡絲過程的運動學和動力學
紡絲線上直徑的變化和速度的分佈
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從速度分佈，可求出拉 伸應變速率（軸向速度 梯度）
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根據拉伸應變速率的 不同，把整個紡絲線 分成三個區域
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第一區：在直徑膨化最大 的地方，離噴絲板<10mm； 第二區：發展拉伸流動的 主要區域，通常在 50~150CM； 第三區：絲條已基本固化， 不再明顯流動。
表面光滑平直的不足。假撚是改進紡織品的風格，使其
膨松並增加彈性。
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熔體紡絲理論是在高分子物理學與連續介質力學等 學科背景下發展起來的。
紡絲過程中的動量和熱量交換
涉
及
流動和形變下的大分子取向
的
問
聚合物結晶動力學
題
受紡絲條件影響的纖維形態
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第二節 紡絲過程中的基本規律和主要參 數
❖ 基本規律
❖ 高速紡絲的優點有：生產能力大；所得纖維的貯存 穩定性好；對捲繞工序的空調要求較低；能得到部 分取向絲，可直接在拉伸變形機上加工；能形成穩 定的卷裝；變形加工時截面形變小，加工容易；染 色較均勻。
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❖ 冷卻速率增加，結晶所需時間降低，結晶速率隨 紡速提高而增加。
直接紡絲是將聚合後的聚合物熔體直接送往紡絲； 切片紡絲則需將高聚物溶體經鑄帶、切粒等紡前準備
工序而後送往紡絲。 熔體紡絲工藝主要包括：紡絲熔體的製備；將熔體
經噴絲板眼壓出——熔體細流的形成；熔體細流 被拉長變細並冷卻凝固；固態絲條的上油和捲繞 。
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熔紡的主要特點是捲繞速度高、不需要溶劑和
沉澱劑，設備簡單，工藝流程短。熔點低於分解溫度 、可熔融形成熱穩定熔體的成纖聚合物，都可採用
這一方法成形。如滌綸、丙綸、錦綸等。 熔體紡絲是一元體系，只涉及聚合物熔體絲條與冷卻
介質間的傳熱，紡絲體系沒有組成的變化，而幹法和濕法 紡絲分別為二元體系（聚合物+溶劑）和三元體系（聚合 物+溶劑+沉澱劑）。
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❖
在紡絲過程中，聚合物熔體以一定的流量自
噴絲板細孔擠出，在噴絲板到捲繞裝置之間，絲條必
是一種橡膠網路取向拉伸， 對捲繞絲的取向度也有貢獻， 大小取決於形變比
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❖ 取向度的測定：一般用取向因數f 表徵。
該式用於表徵單軸取向中結構單元的取向，φ 表示單元晶胞某晶軸與纖維軸的平均夾角，當 結構單元完全平行于纖維軸時，φ=0，f=1； 垂直于纖維軸時，φ=90度，f=0.5 。
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