Ⅲ区：纤维传质传热形成纤维结构的主要区域。纤维开始成形，溶剂从纤维中间层向表 面扩散，溶剂蒸发的速度更慢，浓度分布变得更大，随着蒸发强度的急剧降低，丝条表面 温度上升并接近热风温度。此时，纤维中的分子扩散速度又小，在此阶段开始除去使聚合 物分子溶剂化的那部分溶剂。在Ⅲ区内，溶剂的蒸发速度变小，以致聚合体与溶剂间的相 互作用加强，而且受内部扩散控制。Ⅲ区丝条的固化过程基本上完成，此时溶剂含量约为 30%～50%。从甬道出来的纤维溶剂含量为5%～25%。
Ⅱ区：由于热风的传热与丝条溶剂蒸发达到平衡，这一阶段丝条的温度实际上保持不变， 且等于湿球温度。沿纤维截面的温度同样是相同的，纤维同周围介质之间的热交换也恒定。 在该区内丝条内部温度保持较低，溶剂缓慢扩散，质量交换速度变化很小，可以近似地认 为不变。这时聚合物细流中溶剂的浓度会大一些，所以蒸发过程不是由内部扩散控制，它 主要取决于外部的（对流的）热、质交换速度和与此相对应的表面温度。这个阶段的热、 质交换大致相同，纤维表面温度不变。
二、湿法纺丝的运动学和动力学
1、湿法成型过程中纺丝线上的速度分布：
孔流区、胀大区、细化区、等速区。
二、湿法纺丝的运动学和动力学
1、湿法成型过程中纺丝线上的速度分布： 原液从喷丝孔挤出尚未固化，不能承受过大的喷丝头拉伸。
喷丝头正拉伸：纺丝线的速度略大于喷丝速度，胀大区消失或部分消失，速度和速 度梯度沿纺程的分布情况和熔纺相类似。 零拉伸与负拉伸：胀大区的存在，刚进入凝固浴时，纺丝线的速度低于喷丝速度。 然后纺丝线被缓慢加速。与熔纺不同。纺丝线上张力很小，可以得到内应力较低的初 生纤维。
纺丝线上的径向应力： 施加于纺丝线上的张力，完全由皮层承受和传递，皮层的取向度比芯层高得多。 靠近喷丝头的区域内，张力由很薄的皮层承受，故皮层内的应力很大。纺丝时采用 过大的张力会引起细流的断裂。
三、湿法纺丝中的传质过程
双扩散的传质过程： 液体细流中的溶剂及盐类向外扩散，而凝固剂向内扩散，结果 形成固相纤维。
传热过程：热效应不大（传质过程中温度差别不大）
四、湿法纺丝中纤维结构的形成
1、初生纤维溶胀度D.S.对纤维结构和性能影响：
取向度：溶胀度↓→高聚物含量↑→分子间作用力↑→取向度↑→ 断裂强度↑ 序态和染色饱和值：溶胀度↑→较高的碘溶胀度（低序态）和高的染色饱和值 干燥收缩率：溶胀度↑→纵向收缩率↑
腈纶干法纺丝线上直径和速度分布
三、干法纺丝中的传热和传质
干法同时进行传热和传质的过程
1、溶剂从纺丝线上除去有三种机理：
闪蒸； 纺丝线内部的扩散； 从纺丝线表面向周围介质的对流传质
2、纤维溶剂含量的变化及其温度的分布：
干法成型时沿纺程温度和溶剂的浓度分布图
Ⅰ区：喷丝孔出口处，热的纺丝液解除压缩的结果，发生溶剂闪蒸，使溶剂迅速大量挥 发，聚合物细流表面的温度很快减少到湿球温度，而后温度变化很慢，经过一段时间后接 近所需温度和纤维中层温度，因为在Ⅰ区蒸发所需热量在很大程度上是由纺丝溶液供给的， 同时同周围介质产生热交换。传质以对流方式进行，因为细流表层上溶剂的浓度大。此段 距离比较短。
一、溶剂的选择
纺丝速度主要取决于溶剂的挥发速度 高浓度聚合物 溶剂的沸点和蒸发潜热应尽可能低 常用溶剂：丙酮、二甲基甲酰胺DMF，DMAc，DMSO
二、干法纺丝的运动学和动力学
直径分布：靠近喷丝板，直径急剧下降（细流拉伸流动） 以后，因溶剂蒸发和喷丝头拉伸直径缓慢减少 随着溶剂蒸发量的减少和丝条的固化，趋于平稳。 速度分布：速度分布与熔纺相似，胀大区基本消失。 这是因为干法纺丝时，根据流变因素来看， 成型条件接近于熔纺，纺丝速度较高（600～1200m/min）
返回目录
化学纤维成型原理
熔体纺丝法、干法纺丝法、湿法纺丝法
湿法纺丝成型原理
适用于不能熔融仅能溶解于非挥发性的或对热不稳定 的溶剂中的聚合物。除有传热外，传质突出，有时还 伴有化学反应，只能定性讨论与成形有关的一些问题。
湿法纺丝生产流程
湿法纺丝原理
一、成纤高聚物溶解的基本规律
1、溶解过程：溶质分子扩散到溶剂分子中形成分散的均相体系
2、形态结构：
横截面形状：强烈凝固→非圆形横截面，PAN用有机溶剂，凝固速度快，呈肾形 缓慢凝固→圆形横截面 皮芯结构：径向差异，皮层：密实、取向度高；芯层：松散，微晶较粗大。 其主要原因是： ——细流周边和内部的聚合物的凝固机理不同，凝固剂在纤维内部分布不匀； ——纺丝原液在喷丝孔口处的膨化效应，导致细流外表层的“拉伸效应” ； ——皮层凝固，芯层尚处于液流态，大部分拉伸张力导致皮层产生单轴拉伸形变； ——外层大分子链在喷丝孔内取向凝固浴内快速冻结，内层因凝固速率较慢，取向的 分子链解取向； 空隙：由于皮层颇为刚性，聚合物粒子的合并使内部体系收缩时，皮层不能按比例发 生形变，湿纺初生纤维内部产生大空洞或毛细孔。经拉伸定型后会有所减小或 闭合难以根除，服用过程发生纵向开裂（原纤化）
3、溶剂的选择：
高分子～溶液相互作用参数χ1： χ1< 1/2 →大分子和溶剂分子间作用能↑→溶解 χ1＞1/2 →大分子和溶剂分子间作用能弱→不溶解 相似相溶原则：组成和结构相似的物质可以互溶；极性大的溶质可以溶于极性大的 溶剂；非极性的高聚物溶于非极性的溶剂。 内聚能密度或溶解度参数相近原则：溶解 溶剂化规则：极性定向和氢键规则
先发生体积溶胀 （溶剂向高聚物扩散）→溶解（大分子分散到溶剂中） 热力学角度： 分子间作用力的变化使体系的△H变化； 分子运动自由度的改变与体系的熵变有关。
自由能△Fm= △ H-T* △ S
△Fm＜0，溶解过程能自发进行。
一、成纤高聚物溶解的基本规律
2、影响溶解度的结构因素：
大分子链结构：分子间作用力强、刚性分子链、化学交联、相对分子质量高→溶解 度↓；低聚体的存在，使溶解度提高。 超分子结构：结晶高聚物→溶解度↓（极性结晶高聚物常温下溶解，无定型部分溶解 时放出大量热，PA能溶于甲酸、浓硫酸） 溶剂：极性溶剂（成纤高聚物是极性高聚物）
2、湿法成型区内的喷丝头拉伸： 两个参数：喷丝头拉伸率（比）；平均轴向速度梯度。拉伸率增大对应于 B0=Rf/R0增大
理论：喷丝头负拉伸，使成型得以稳定 实际：喷丝头正拉伸或零拉伸（胀大区的存在）
二、湿法纺丝的运动学和动力学
3、湿法纺丝线上受力分析：
纺丝线上轴向力：平衡
纺丝线上各项力的平衡 Fr(x)=Fr(0)+Fs+Fi(x)+Ff(x)-Fg(x)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高聚物
聚苯乙烯
溶剂
甲苯 苯 醋酸乙酯 四氢呋喃 硝基苯 丙酮 水 DMF
温度
23 23 23 27 53 53 25 23
x1
0.44 0.45 0.55 0.14 0.29 0.60 0.494 0.17~0.29
聚氯乙烯
聚乙烯醇 聚丙烯腈
一、成纤高聚物溶解的基本规律
4、溶解过程的动力学 溶胀程度随时间增加，还与溶剂性质和组成、温度、压力等条件有关。
3、超分子结构：（结晶结构了解不多）
剪切流动取向：孔道中的剪切流动取向较小； 拉伸流动取向：湿纺中的流动取向机理在湿纺条件下其效果较小； 拉伸形变取向：初生纤维的取向主要来自于拉伸形变取向。
干法纺丝成型原理
干法纺丝原理 干法纺丝生产流程
干纺工艺特点： 纺丝溶液浓度比湿法高，18%～45%，黏度高，喷丝头拉伸大（2～7倍） 纺丝线上丝条受到的力学阻力远比湿纺小，纺速比湿纺高，一般达300～600m/min 喷丝头孔数远比湿纺少（干法固化慢，固化前丝条易粘连），短纤小于1200孔