第五章化學纖維成型原理第一節化纖成型概述一、成形的基本步驟和主要變化四個步驟：

紡絲流體在噴絲孔中流動；

擠出液流的內應力松弛和流動體系的流場轉化，噴絲孔中的剪切流動→紡絲線上的拉伸流動；

流體絲條的單軸拉伸流動；

纖維的固化。紡絲過程中的變化：幾何形態的變化：化學結構的變化：物理狀態的變化：聚合物的溶解和熔化；紡絲流體的流動和形變；絲條固化過程：結晶、取向、擴散、傳熱和傳質------溫度、組成、應力和速度；

二、紡絲過程的基本規律

（1）在紡絲線的任何一點上，聚合物的流動是穩態的和連續的。“穩態”是指紡絲線上任何一點都具有各自恒定的狀態參數，不隨時間而變化。“連續”指在穩態紡絲條件下，紡程上各點每一瞬時所流經的聚合物質量相等，即服從連續性方程。式中：

0、

、

L絲條在噴絲孔口、紡絲線上某點和卷繞絲的密度；

A0

、A、AL各點的絲條橫截面積；

v0

、v、vL各點絲條的運動速度。（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連續變化的非平衡態動力學過程。（4）紡絲動力學包括幾個同時進行并相互聯系的單元過程。

三、紡絲流體的可紡性“可紡性”：流體在單軸拉伸應力狀態下能大幅度地出現不可逆伸長形變的能力。內聚破壞：機理基于強度的能量理論。

σ11≥σ*σ*=（2KE）1/2“毛細波動”：當毛細波振幅等于自由表面無擾動絲條的半徑時，液流便解體成滴而斷裂。

運動絲條的毛細破壞毛細波的振幅=自由表面無擾動絲條的半徑低分子量熔體絲條破壞→毛細機理高分子量熔體絲條破壞→內聚機理避免辦法：A.控制拉伸應力，使紡絲線上的張力小于臨界應力，控制噴絲頭拉伸比在適當的范圍之內B.控制拉伸形變區的拉伸應變速率。C.毛細斷裂與表面張力引起的擾動及這種不穩定性的滋長和傳播有關，控制流體力學的穩定。本節作業1、化學纖維成型包括哪些基本步驟和主要變化2、簡述紡絲過程的基本規律3、什么是紡絲流體的可紡性？紡絲中如何避免內聚斷裂和毛細斷裂？第五章化學纖維成型原理第二節熔體紡絲

一、擠出細流的類型

正常細流是紡絲必不可少的條件。（一）液滴型液滴型出現的條件與紡絲流體的性質有關。表面張力α大粘度

的下降噴絲孔徑R0減小擠出速度v0減小液滴生成不正常避免液滴型細流出現辦法：降低溫度使η增大增加泵供量使v0增大。（二）漫流型η

、R0和V0增加,α減小，細流由液滴型→漫流型。能形成連續細流，不均勻，不正常細流。減輕或避免漫流型細流辦法噴絲頭（板）表面涂硅樹脂適當改變噴絲頭材質，降低流體與噴絲板間的界面張力；適當降低流體溫度，提高粘度;增大泵供量，使v0增大。（三）脹大型流體在孔口發生脹大，但不流附于噴絲頭（板）表面。只要脹大比B0控制適當，細流是連續而穩定的，正常的細流類型。脹大比：細流最大直徑與噴絲孔直徑之比

B0=1~2.5（四）破裂型提高切變速率，擠出轉化為破裂型。破裂型細流屬于不正常類型，限制著紡絲速度的提高。聚合物流體不穩定流動的判據：（1）臨界切應力值σcr>105Pa左右。

σcr

=f(M,T)M增高,σcr

下降T下降，σcr

下降。注意（2）臨界切變速率γcr

γcr=f(M)M增大時γcr

值減小。縮聚物γcr>105s-1加聚物>102~103s-1注意聚酯設備加工聚丙烯可行否？熔體破裂發生與否取決于紡絲流體的粘彈性質（

）及其在噴絲孔道中的流動狀態（）。調節影響

和的各項因素來避免熔體破裂。臨界粘度：

cr=0.025

0

彈性雷諾準數NRe,el>5-8紡絲中的熔體破裂非粘性湍流的結果，是彈性湍流所引起的。提高溫度以減小

，增大泵供量以降低有效。二.熔體紡絲的運動學和動力學對穩態紡絲(且忽略各參數在絲條截面上的分布):ρxAxVx=常數T(x)：由補償式接觸溫度計、紅外線拍照等確定ρ(T)不發生結晶時ρxdx：①

高速攝影法②取樣器取樣法確定③

激光衍射法Vx?(x)=dVxdx≈K

Teststandfortemperatureand

velocitymeasurement:

InfraredCameraandLaser

DopplerAnemometer

PA6熔體紡絲線上的直徑變化

速度分布和拉伸應變速率變化1-PA62-PET3-PS可見，絲條的加速運動是非均勻的。

Dm減速加速固化點速度恒定極大值Ⅰ區（擠出脹大區）位置：

噴絲板—DmX<10mm。表現:體積膨化,松弛。vx沿紡程減小，脹大區隨噴絲頭拉伸而減小,噴絲頭拉伸達一定值時,脹大區消失。<0在細流最大直徑處，=0Ⅱ區（形變細化區）位置:脹大點---固化點

50~150cm左右細流拉長變細---取向故vx沿紡程x的變化呈S形，拐點把Ⅱ區劃分為區Ⅱa和區Ⅱb：在區Ⅱa中:在區Ⅱb中:Ⅱ區是熔體細流向初生纖維轉化的重要過渡階段，是發生拉伸流動和形成纖維最初結構的區域。此間大分子取向度增加，雙折射上升。Ⅲ區（等速區）位置：固化點以后Ⅲ區，細流固化為纖維，不發生流動和細化，vx=C。對于紡絲線上發生的結晶情況，Vx要考慮相態變化。圖8-9PET熔體紡絲線上的直徑變化紡速為4000m/min時，絲條直徑單一減少。紡速≥6000m/min絲條直徑急劇減小。---徑縮(結晶放熱-細頸拉伸)（二）熔體紡絲線上的力平衡及分布Fr(X)=Fr(0)+Fs+Ft+Ff–Fg式中：Fr（x）流變阻力；Fr（0）流變阻力；Fs表面張力；Fi慣性力；Ff摩擦阻力；Fg重力。在卷繞點（x=L）：Fext

=Fr(L)=Fr(0)+Fs+Fi+Ff-Fg

1.重力Fgf=g(ρ－ρ0)cos

Fg弱，可忽略。2.表面張力Fs由細流表面更新所致，大小為：

式中：R0為噴絲孔半徑；Rx為x=X處的絲半徑。

在熔體紡絲中，很小。3．摩擦力Ff沿紡絲線而變化。空氣摩擦阻力主要貢獻于固化點后。其中：式中：ρ0為空氣介質的密度；Cf為表面摩擦系數Cf=KNn

Re

n為經驗常數=-0.61或=-0.8；K=0.37，0.507和0.68。可見Ff正比于紡速的1.39次方和X。X↑Fext?解決集束點、上油點↑在高速紡速中Ff十分重要，對結構的形成有很大影響。對復絲將更明顯。在高速紡中，Ff隨紡絲速度提高而急劇增大。4．慣性力Fi

式中:W熔體質量流量；Q熔體體積流量。Fi與vx的平方成正比。Fi

在噴絲板附近，對結構的影響比Ff更大。常規紡絲：Fi

對有影響，但不大。Fext≈Fr(0)高速紡絲中，Fi的重要性增加。Fext≈Fr(0)+Ff（x）+Fi(x)三、熔體紡絲中的傳熱熔體細流的固化過程:傳熱+結晶+分子取向。運動絲條和環境介質間的傳熱，見圖。傳導0<r<R

對流傳熱:絲條表面到環境介質熱輻射軸向的溫度場（T-X）徑向的溫度場（T-r）（一）熔體紡絲線上的軸向溫度分布假設：

內能不變，無散熱；

無熱輻射；

在紡絲線上的任何一點上，聚合物流動是穩態的；

絲條在冷卻過程中無相變熱；

忽略粘性拉伸流動中產生的熱量；

沿絲條軸向無傳熱；

絲條徑向無溫差。將絲條作圓柱形處理，其直徑為d、密度為ρ、速度為v。式中：

α*為傳熱系數；Cp為等容熱容；Ts為環境介質溫度；W為每個噴絲孔熔體擠出量PA6紡絲線上的溫度分布PA6實際溫度分布于理論一致，但PET在4000以上時不符。PET紡絲線上的溫度分布相變熱所致！！！（二）熔體紡絲線上的冷卻長度Lk

紡程:從噴絲板(x=0)到卷繞點(x=L)之間距離。冷卻長度(Lk

):噴絲板到絲條固化點(x=xe)之間的距離。

已知Cp：PET1.7PA62.4PA662.5細旦絲？Lk？α*的影響最大，α*

增大一倍，Lk減少一半。（三）絲條冷卻的傳熱系數冷卻過程的魯塞爾數Nnu和雷諾數NRe的實驗關系式：d為絲條的直徑;為空氣導熱系數,2.76×10-2W/(m.k);為運動粘度,1.6×10-5m2/s空氣速度分量V保持恒定時，傳熱系數隨Vy分量的變化又∵A=πd2/4α*＝0.4253A-0.333Vx0.334[1+(8Vy/Vx)2]0.167

α*＝0.4253A-0.333[Vx+(8Vy)2]0.167

橫吹Vx=0Vy=aα*＝0.4253A-0.333[(8a)2]0.167=2*0.4253A-0.333a0.334縱吹Vx=a

Vy=0α*＝0.4253A-0.333[(a)2]0.167=0.4253A-0.333a0.334橫吹風時的傳熱系數為縱向吹風時的兩倍。若Vy/Vx<0.125，[Vx2+(8Vy)2]0.167≈Vx0.334若Vy/Vx>0.125，[Vx2+(8Vy)2]0.167≈2Vy0.334在紡絲線上絲條冷卻的控制因素是變化的：在紡絲窗的上段，冷卻過程主要受冷卻吹風速度Vy控制；在紡絲窗下部，冷卻過程幾乎完全決定于絲條本身的運動速度Vx。高速紡絲：紡程上出現Vy/Vx<0.125的位置早。Vy對絲的性質的影響小于常規紡。（四）熔體紡絲線上的徑向分布式中：TR為絲條表面溫度；

λ為絲條的導熱系數。絲條的徑向溫度梯度：隨傳熱系數而變大，隨紡速和橫吹風風速的增加隨線密度變細而變大。絲條平均徑向溫度梯度的表示式：溫度粘度軸向速度張應力結晶速率高速紡、高冷卻皮芯四、熔體紡絲中纖維結構的形成卷繞絲結構紡絲條件：熔體細流的拉伸、紡絲線上的傳熱和聚合物結晶動力學。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。聚合物本性紡絲條件（一）熔體紡絲過程中的取向作用熔體紡絲的取向度---預取向度對拉伸和成品纖維的取向度有很大影響。1.紡絲過程中的機理<取向>材料在應力場中結構單元沿外力作用方向的擇優排列是材料對外力作用的響應。紡絲過程中的取向作用將影響：結晶動力學纖維中的晶體形態拉伸工序的進行成品纖維的取向度兩種取向機理：流動取向(熔體狀態下的流動取向)形變取向:纖維固化之后的形變取向切變流場中的剪切流動取向拉伸流場中的拉伸流動取向****ε=ln()VVoⅰ剪切流動取向:在徑向速度梯度場中的取向。在噴絲孔中流動時：∵T高，τ小，取向就小。∵流動取向，在脹大區也將松弛殆盡。∴剪切流動取向對取向的貢獻很小,可不計。在穩態條件下，取向度正比于切變速率與松弛時間的乘積，-----威森堡數。ⅱ拉伸流動取向：軸向速度梯度場中的取向。最重要的取向。是取向與解取向競爭的結果。ⅲ形變取向：發生在紡絲線上的固化區，是一種橡膠狀網絡取向拉伸，對卷繞絲的取向度也有貢獻。可視為松弛時間無限大時的拉伸流動取向。形變取向的大小取決于形變比，與拉伸形變速率和時間無關。取向因數f取決于和τ。2．熔體紡絲線上分子取向的發展ⅰ紡程上基本不發生結晶的聚合體的取向度發展聚合體的取向度沿紡程的分布如圖。根據Δn的不同，可將圖分成三個區域。I區：Δn略有增加。拉伸流動速度場導致取向溫度高，布朗運動致解取向總取向增加有限ηe變化II區中，Δn增加迅速。拉伸流動速度場的取向因較大而增大絲條幾乎固化，大分子活動性小，形變困難，拉伸應力不足使大分子取向Δn達到飽和值。解取向作用因ηe逐漸增大而削弱III區，Δn不變，達到了飽和值。有效取向大幅度上升ⅱ在紡程上發生結晶的聚合體的取向度發展流動形變區

Δn略增結晶取向區

Δn增大顯著塑性形變區

Δn略增Δn沿紡程的分布劃分為三個區：（1）流動形變區Δn略增大

0~70cm，形變速率較低聚合物處于高溫，大分子迅速地發生解取向作用此區中雙折射僅和紡絲應力有關。

Δn＝kσxxm

（2）結晶取向區，Δn增大顯著

80~130cm。取向誘導結晶，結晶加速取向。（3）塑性形變區，Δn略增≥130cm左右。纖維幾乎固化，空氣阻力使大分子產生屈服。出現初生纖維的“冷拉”。使

Δn略增。Δn在狹小的區域內急劇上升。Δn飽和值提高。直徑曲線上出現細頸。溫度曲線上出現平臺。特點PET在紡程上發生了結晶。

（二）熔體紡絲過程中的結晶

1．紡絲線的準等溫結晶動力學等溫下，聚合物結晶可用Avrimi方程處理：

(1－θc)＝exp[-Ktn]式中：K常數，與成核濃度和結晶生長速度有關；n為時間指數（Avrimi指數）（1～6），與成核過程的類型和結晶生長的幾何特征有關。圖8-26高密度聚乙烯的結晶特性曲線－等溫結晶的計算結果…非等溫結晶實驗數據①結晶誘導期。結晶度低且上升緩慢，誘導期長短取決于結晶溫度和聚合物分子質量。結晶溫度↑，聚合物相對分子質量

----誘導期↑

②結晶進行期。結晶度急劇增加。③結晶結束期。結晶趨于穩定。結晶速率常數K：將結晶度達到最大可能結晶度的1/2所需時間的倒數（t1/2）-1****。K大，結晶速率快。由K（T）曲線為倒鐘形曲線。圖8-27結晶速率特性曲線示意圖(a)結晶速率常數K(T)溫度依賴性(b)冷卻曲線T(t)和結晶速率K(t)時間依賴性動力學結晶能力G：K(T)曲線下的面積。動力學結晶能力G意義：某一聚合物從熔點Tm以單位冷卻速度降低至玻璃化溫度Tg時，所得到的相對結晶度。到達卷繞裝置時，絲條的結晶度近似為：卷繞絲的結晶度：隨K*、D,Cp，Ts↑而↑隨T*，α*↑而

。上述結論僅考慮了熱歷史，未考慮紡絲應力的影響，個別結論與紡速實驗不符。理論上，紡速vL增大，α*↑θ↓。但反例！PET高速紡，在4000～7000m/min,θ隨vL提高而增大。發生了取向結晶。2．紡絲線上的取向結晶取向結晶，指在聚合物熔體、溶液或非固體中，大分子鏈由或多或少的取向狀態到開始結晶的過程。取向結晶的特點：(1)結晶聚合物的形態及結晶尺寸受取向度影響(2)結晶溫度和結晶速率升高。

高速紡絲中，紡絲速度和紡絲應力越高，則結晶開始的溫度（即臨界結晶溫度）也越高如圖。取向聚合物的結晶速率可增加102~105倍。取向使結晶速率增加的原因:第一，從結晶理論看，大分子取向規整區域越大，生成晶核的臨界溫度也越高。因此，熔體冷卻時，取向高的體系能夠在較高的溫度形成晶核。少量過冷ΔT6就開始形成晶核，并繼續延伸至Tg，結晶速率大（包含曲線峰值對應的最大結晶速率），而且晶粒尺寸大較大的過冷ΔT3才可能形成晶核，結晶溫度低，結晶速率和晶粒尺寸均小。熱力學角度看，取向比未取向體系的熵值低，所以從熔體轉變成晶體時，取向體系的△S較小，即自由能變化較大，這樣就能使那些在未取向體系中不穩定的亞穩晶核穩定下來，即增大晶核生成的速率。取向度非常高的體系，臨界晶核尺寸將小到晶胞尺寸數量級，結晶歷程就從通常的晶核形成和晶粒生長轉變為“整體均勻成核”（nucleativecollapse），結晶速率迅速增加。(3)結晶機理有可能完全不同本節作業1、簡述擠出細流的類型及其形成條件，并指出哪些類型對成形不利，應如何避免？2、紡絲線上的速度、速度梯度、拉伸粘度及直徑的常規分布是怎樣的？初生纖維結構主要在何處形成？3、結合絲條冷卻傳熱系數分析影響傳熱的因素。第八章化學纖維成型原理第三節濕法紡絲

一．濕法紡絲的運動學和動力學

（一）濕法成形過程中紡絲線上的速度分布噴絲頭正拉伸(VL>V0)與熔紡基本相同。噴絲頭零拉伸（VL=V0）負拉伸（VL<V0）有明顯的脹大區。一般采用零拉伸或負拉伸。（二）濕法成形區內的噴絲頭拉伸表觀噴絲頭拉伸率Φa（或噴絲頭位伸比ia）和表觀平均軸向速度梯度式中：v0為原液擠出速度；

vL為第一導輥卷取速度；

Xe為凝固長度。Vf=v0/B2

可見，當B0＝1時，Φf=Φa。當B0

＞1時，

Φf＞Φa

。常采用噴絲頭負拉伸，以降低Φf。濕紡紡絲中，內聚斷裂是主要矛盾！！！第一導盤最大速度vLmax與自由流出速度vf間的關系：

可以看出，vf增大，vLmax增大。∵Vf=v0/B2

B0增大后vf下降，vLmax下降。vLmax

作為可紡性的一種量度。最小的擠出脹大比相應于最大的可紡性。vLmax

-vL

是正常紡絲的緩沖范圍。其越大，成形越穩定。（三）濕紡紡絲線上的軸向力平衡軸向力平衡方程與熔紡相似，但有幾項力與熔紡有較大差別。當無導絲裝置時：

Fr

(x)=Ff+Fr(0)Ff

與x幾乎成正比。（四）濕紡紡絲線上的徑向應力分析濕紡形成中的流變力Fr(x)為：①施加于紡絲線上的張力主要集中于皮層上，導致皮層的取向度>>芯層的取向度(2)把Fr(x)看作沿紡絲線不變的常數，并設為Fr，則在x處皮層內的拉伸應力σxx,s(x)可表示為：在ξ*＝R處，σxx,s

有最大值。在噴絲頭附近斷裂。(3)由于雙擴散過程所引起的細流凝固作用，R-ξ*沿紡絲線逐漸增大，而σxx,s(x)則單調地減小。(4)Fr(L)越大，ξ*(L)越小，相對于初生纖維的皮層越厚，紡絲越穩定。當Cb=10%時，Fr(L)有極大值。二、濕法紡絲中的傳質和相轉變多組分擴散，伴隨結構的轉變及化學反應。（一）濕法成形中的擴散過程原液細流中的溶劑向凝固浴擴散凝固浴中的凝固劑向原液細流擴散表征擴散的基本物理量：

傳質通量J

擴散系數D

固化速率參數①溫度和濃度溫度升高，擴散系數Di增大凝固浴濃度的增加，有最小值（圖8-37）影響擴散的因素②原液濃度↑，溶劑和沉淀劑的Di↓。③

纖維半徑R↑，Di

↑④溶劑和凝固劑種類的影響以PAN為例：溶劑DMSoDMFDMAcNaSCNSr6.22.11.10.4凝固劑凝固劑分子量異丁醇>乙醇>甲醇>H2ODN×1060.2650.871.865.2凝固劑分子量↑，DN↓(一般而言)⑤

紡速的影響粘膠：VL↑

,擴散速率↑⑥添加劑的影響粘膠：使用聚氯乙烯衍生物后，擴散速率↓

⑦紡程的影響一般有：沿紡程x↑,Di↓

（二）濕法成形中的相分離NPSOHPNS多相區均相區S%=OS/HN%=ON/HP%=OP/H紡絲線組成變化傳質通量比(Js/JN)相圖組成變化路徑的直線相分離曲線相交可能發生相分離通量比影響因素：凝固劑種類、凝固浴濃度、溫度等傳質通量比JS/JN

：溶劑的通量(JS)和非溶劑的通量(JN)的比值。①區，-∞≤JS/JN≤u*，聚合物不斷被稀釋,無相變原液始終處于均相狀態，不固化。相圖分析

＝0時，SD沿S－P線向S靠近，通量比JS/JN＝－∞，即紡絲原液不斷地被純溶劑所稀釋.當

＝π時，SD向P靠近，通量比JS/JN＝∞，相當于干法紡絲，即紡絲原液中的溶劑不斷蒸發，使原液中聚合物濃度不斷上升，直至完全凝固②區，u*<JS/JN≤1。紡絲線P含量下降，當凝固劑濃度增加到一定值時，發生相分離。能夠固化，結構疏松不均勻。稀釋凝固JS/JN=1等固凝固③區，1<JS/JN≤u**，紡絲線P濃度不斷增加，兩相。固化結構比②區均勻。應用最多。濃縮凝固在④區中，u**<JS/JN≤∞，在兩相區的外緣，上限為干法紡絲。紡絲溶液可能發生凍膠化，最致密而均勻的結構，機械性能最好。三．濕法中纖維結構的形成形態結構宏觀形態結構微觀形態結構（微纖和微孔等）超分子結構橫截面形狀皮芯結晶取向（一）形態結構1．橫截面形狀影響因素：傳質通量比（JS/JN）固化表面層硬度噴絲孔形狀（JS/JN<1），溶脹，截面呈圓形，如圖。（JS/JN＞1）時，看固化層硬度軟硬圓異形問題

影響傳質通量比和固化表面層硬度的因素有哪些?(1)溶劑種類

無機溶劑的固化速率參數Sr一般小于有機溶劑，傳質通量比通常JS/JN<1，因此纖維的橫截面形狀為圓形。溶劑不同時得到的PAN原絲的截面形狀凝固浴溫度(℃):2535455565凝固浴溫度不同時得到的PAN原絲的截面形狀(2)凝固浴溫度

凝固浴溫度同時影響JS和JN:T↑

JN↑,JS

↑

當結果使JS/JN＜1時,T↑纖維截面更圓

但當JS/JN＞1時，則纖維截面形狀將取決于固化表面硬度。凝固浴濃度(％)：01030557075

凝固浴濃度不同時，PAN原絲截面形狀

(3)凝固浴濃度凝固浴濃度Cb↑JN

↓,JS

↓

固化表面層的硬度降低,

因此濕紡纖維的截面會變得更圓.(4)紡絲溶液中聚合物含量

紡絲溶液中聚合物含量CP

↑

JS↓,JN↓

固化表面層的硬度↓

因此纖維的截面會變得更圓.PAN濃度：21％PAN濃度：23％濕紡工藝具有較大的柔性，能制備許多不同橫截面形狀的纖維，以滿足不同的用途。2．皮芯結構皮膜：薄、密、難滲透、難染，對傳質過程有決定性作用。皮層：結構均一，微晶小，高取向；強度和耐磨性高芯層：結構松散，微晶較粗大。如圖。改變工藝可調整皮芯比例。如：3．空隙雙擴散并導致相分離→聚合物凍膠網絡。大空洞或毛細孔：幾十微米可控制。縱向開裂―原纖化。微孔：10納米左右。原生，可細化，不可消滅。經拉伸后，具有微孔-微纖結構如圖。影響空隙的工藝因素：①溶劑性質。PAN：無機溶劑有小孔，成型緩和。表面積大，空隙尺寸較小。②聚合物性質，具有親水性基團成型緩和，空隙的尺寸較小。③紡絲溶液聚合物含量↑，空隙尺寸↓（圖8-49）④凝固浴溫度↓，空隙尺寸↓如圖。凝固浴濃度纖維橫截面平均空洞數纖維表觀密度(g/cm2)纖維表面積(m2/g)40%DMAc,60%H2O80.4410055%DMAc,45%H2O40.4510070%DMAc,30%H2O10.47130⑤凝固浴濃度凝固浴濃度↓凝固強，易產生空隙。⑥噴絲頭拉伸率↓，空隙尺寸↓。⑥噴絲頭拉伸空隙隨噴絲頭拉伸率降低而減小，其后處理條件可較溫和。但經拉伸、干燥致密化和松弛熱定型后，噴絲頭拉伸對品纖維機械性能的影響不再明顯。合適的濕紡工藝可以避免纖維中大空洞或毛細孔的產生，但微纖微孔結構的產生是不避免的。紡絲線沉析中的相分離使聚合物相發生強烈的收縮，直接導致了凍膠網絡的形成，從而形成微纖微孔結構。（二）超分子結構軸向取向作用：與熔紡相比取向度小得多取向單元大分子微晶取向區域主要在皮層取向機理多為拉伸形變取向結晶結構的形成受聚合物體系剛柔性等因素影響各向異性液成型時：較快形成規整結構結晶結構剛性鏈聚合物的各向同性液成型時：形成各向異性狀態規整結構緩慢形成結晶結構

柔性鏈聚合物的各向同性液成型時：形成無定形相或部分規整的結構較快形成結晶結構第四節干法紡絲（dryspinning）第四節干法紡絲（dryspinning）例：二醋酯纖維、聚丙烯腈纖維、聚氯乙烯纖維、聚乙烯醇、聚氨酯等纖維干法紡絲的演示成纖聚合物溶于揮發性溶劑通過噴絲孔噴出細流熱空氣中形成纖維干紡工藝的特點：紡絲溶液的濃度高，一般達18％～45％，相應的粘度也高，能承受比濕紡更大的噴絲頭拉伸，易制得比濕紡更細的纖維。紡絲線上絲條受到的力學阻力遠比濕紡小，故紡速比濕紡高，一般達300～600m/min，高者可達1000m/min或更高些，但總比熔紡低。噴絲頭孔數遠比濕紡少，這是因為干法固化慢，固化前絲條易粘連。干法單個紡絲位的生產能力遠低于濕紡一.干法紡絲的運動學和動力學干法紡絲線的速度與直徑之間無單值關系,必須獨立地測量這兩個必不可少的特征值。1.干法紡絲線上的直徑分布和速度分布fig5-64,5-65不同人研究結果。X溶劑分數直徑X軸向速度應變速率近噴頭區域：沿紡程dx

↓↓,

Vx↑(脹大區基本消失)離噴頭稍遠區：沿紡程dx

↓，

Vx↑(?x有極大值)近固化區：dx及Vx均趨于平穩2.干紡紡絲線上的軸向力平衡分析若分析從x=0至x=x處的一段紡絲線

Fr(x)=Fr(0)+Fs+Fi+Ff-FgFf=∫σrx,sπdxdx=常數xV1.082R0.264X0.918

x0Fg通常較小，Fs可忽略對紡程張力的貢獻最重要xFFrFf張力在靠近噴絲板的區域內很小，主要是Fr(0)的作用。隨著Fi和Ff沿紡程增大，張力迅速增加。二.干紡紡絲中的傳熱和傳質I區(起始蒸發區)(近噴孔處)：溶劑大量揮發

T↓↓至Tm附近，且T中心>T表面II區(恒速蒸發區)：溶劑恒速揮發

T≈TmIII區（降速蒸發區）：溶劑降速揮發

T表↑至T熱風閃蒸對流傳質內部擴散干紡成形時沿紡程溫度和溶劑的濃度分布圖1－纖維表面溫度

2－纖維中心溫度

3－纖維內溶劑的平均濃度CP－纖維周圍的介質P－紡絲溶液X(t)－紡程（時間）Tm－濕球溫度三.干法紡絲中纖維結構的形成1.超分子結構特點：一般存在結晶或準晶，但分子和微晶的取向度很低。2.形態結構(1)截面形狀結構特點及影響因素E/V≤

1趨于圓形稍>1略偏離圓形>1近梅花形>>

呈扁平狀，近于大豆形或啞鈴形紡絲液濃度↓，越偏離圓形纖維在甬道中的停留時間(2)其他形態結構特點

無明顯孔洞和微纖結構，無明顯皮芯結構第五章化學纖維紡絲成型第五節非穩態紡絲一．概述非穩態紡絲：不滿足穩態條件的紡絲過程。非穩態紡絲結果：不均勻性幾何形態不均勻：