第3章　纖維的濕法成型及微結構調控

3.1　濕法紡絲成型原理

濕法紡絲通常通過相分離實現纖維的凝固成型。紡絲原液經噴絲組件進入凝固浴中，由于體系熱力學的不平衡，溶劑與凝固劑發生雙擴散，即溶劑從紡絲原液中通過擴散作用進入凝固浴，而凝固劑則由凝固浴向紡絲液內部擴散，隨著紡絲原液中凝固劑含量的增加，體系原有的熱力學平衡態被破壞，紡絲原液通過相分離減小體系的自由能，聚合物纖維在凝固浴中逐漸凝固成型。因此，濕法紡絲制備聚合物纖維主要涉及非溶劑/溶劑/聚合物三元體系的相平衡和相轉變，研究該過程的熱力學平衡過程，是探究溶液紡絲成型機理的重要手段。

聚酰胺酸初生纖維的性能直接影響聚酰亞胺纖維的強度，當纖維進入凝固浴開始雙擴散過程時，其驅動力為濃度差，擴散速度可由Fick擴散方程表征，見式（3-1）。

式中：J為擴散速率[mol/（s·m2）]，D為擴散系數（m2/s），dC/dz為濃度梯度[mol/（m3·m）]。可以看出，不同結構的紡絲液與凝固浴的相互作用不同，導致其擴散系數D不同。紡絲液的濃度均超過10%，因此，濃度梯度dC/dz僅僅取決于凝固浴中凝固劑與溶劑的配比。

聚酰胺酸纖維的成型可以采用濕法紡絲技術路線進行研究，紡絲設備和過程如圖3-1所示。聚酰胺酸漿液在高壓空氣壓力作用下，經計量泵進一步加壓通過噴絲頭（50孔，直徑80μm）進入凝固浴中，經過雙擴散過程凝固成形，隨后經過兩道水浴，除去殘留的溶劑，卷繞成形，隨后將PAA初生纖維置于60℃真空烘箱中24 h，以充分除去殘余溶劑。分別采用水/DMAc、乙醇/DMAc以及乙二醇/DMAc三種混合凝固浴進行濕法紡絲成型，以研究凝固浴對纖維成形及性能的影響，采用掃描電子顯微鏡（SEM）對不同成形條件下的PAA初生纖維的表面及斷面進行觀察，以確定紡絲的最佳條件。