第3章　纖維的濕法成型及微結(jié)構(gòu)調(diào)控

3.1　濕法紡絲成型原理

濕法紡絲通常通過(guò)相分離實(shí)現(xiàn)纖維的凝固成型。紡絲原液經(jīng)噴絲組件進(jìn)入凝固浴中，由于體系熱力學(xué)的不平衡，溶劑與凝固劑發(fā)生雙擴(kuò)散，即溶劑從紡絲原液中通過(guò)擴(kuò)散作用進(jìn)入凝固浴，而凝固劑則由凝固浴向紡絲液內(nèi)部擴(kuò)散，隨著紡絲原液中凝固劑含量的增加，體系原有的熱力學(xué)平衡態(tài)被破壞，紡絲原液通過(guò)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(zhuǎn)變，研究該過(guò)程的熱力學(xué)平衡過(guò)程，是探究溶液紡絲成型機(jī)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(qiáng)度，當(dāng)纖維進(jìn)入凝固浴開(kāi)始雙擴(kuò)散過(guò)程時(shí)，其驅(qū)動(dòng)力為濃度差，擴(kuò)散速度可由Fick擴(kuò)散方程表征，見(jiàn)式（3-1）。

式中：J為擴(kuò)散速率[mol/（s·m2）]，D為擴(kuò)散系數(shù)（m2/s），dC/dz為濃度梯度[mol/（m3·m）]。可以看出，不同結(jié)構(gòu)的紡絲液與凝固浴的相互作用不同，導(dǎo)致其擴(kuò)散系數(shù)D不同。紡絲液的濃度均超過(guò)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(shù)路線進(jìn)行研究，紡絲設(shè)備和過(guò)程如圖3-1所示。聚酰胺酸漿液在高壓空氣壓力作用下，經(jīng)計(jì)量泵進(jìn)一步加壓通過(guò)噴絲頭（50孔，直徑80μm）進(jìn)入凝固浴中，經(jīng)過(guò)雙擴(kuò)散過(guò)程凝固成形，隨后經(jīng)過(guò)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(jìn)行濕法紡絲成型，以研究凝固浴對(duì)纖維成形及性能的影響，采用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)不同成形條件下的PAA初生纖維的表面及斷面進(jìn)行觀察，以確定紡絲的最佳條件。