細說粘膠纖維的成型（一）

把（bǎ）粘膠通過（guò）一定的機械設備及凝固介質，轉變為具有一定（dìng）性能的固態纖維，這一過程稱為枯膠纖（xiān）維（wéi）的（de）成型。

粘膠被擠出噴絲孔後形成（chéng）細（xì）流而進入凝固浴，在凝固浴中被中和而成為溶脹絲條，纖（xiān）維（wéi）素（sù）黃原酸酯被分解而（ér）再（zài）生成水

化（huà）纖維素。凝固和分解可以同時發生，也可以先（xiān）後發生。在同一凝固浴中完成凝固和（hé）分（fèn）解的方法稱為一浴法紡絲；

在第一凝固（gù）浴凝固、在第二凝固浴（yù）內分（fèn）解再生的方法稱為二浴法紡絲。為改善纖（xiān）維的某些性能，也有采用三浴法、

四浴法，甚至五浴法的實例。

所有（yǒu）的粘膠纖維，不（bú）論是普（pǔ）通短纖維或長絲（sī）、簾子布、高濕模量纖維以及Y久卷曲（qǔ）短纖維的（de）成型過程，都具有

同樣的規（guī）律性。粘膠纖維的成型過程是一個複雜（zá）的工藝過程，它發生一係列化學、物理和物（wù）理化學變化。有些過程

是獨立進行的，更多（duō）的是同時發生，交叉進（jìn）行，並相互影響，下麵就其中的各（gè）個過程（chéng）分別進行論（lùn）述。

（一）粘膠在噴絲孔（kǒng）道（dào）中的流動（dòng）及細流的形成

粘膠在加工和成（chéng）型過程中的流動基本上可分兩種情況：在（zài）進入噴絲孔之前在設備及管道中的流（liú）動，基本上屬於剪切

流動處理；在出噴絲孔後的紡絲線上，則基本上屬於單軸拉身流動（dòng）。

粘膠在噴絲頭孔道中（包括進入和流出（chū））的流動，不是單純的泊肅葉流動，它還包括（kuò）噴絲（sī）孔入口（kǒu）區的流線收斂（liǎn）流動、

噴絲孔中的管道流動、噴絲孔出口區向拉伸流動的過渡。此外，粘膠是黏彈性流體（tǐ），它在噴絲孔道中流動時難以形成

穩定速度分布的穩態速度場。以上種種（zhǒng）因（yīn）素都（dōu）使粘膠在噴絲孔道中的流（liú）動偏（piān）離（lí）泊肅葉流動，在討論有關問題時都必須

考慮這些因素。

下麵按照工藝流程對粘膠細流的形成、發展及其能量平衡作（zuò）簡介。

經（jīng）計量泵正確計量的粘膠（jiāo）被壓入噴絲孔道，然後從噴絲孔道被（bèi）擠出，擠（jǐ）出孔口的細流往往在靠近孔口（kǒu）處出（chū）現一個直徑

增大（dà）的膨化區（qū）。如果細流是自由流出的，其（qí）直徑保持恒（héng）定；如果細流是在外力的作用下（xià）被拉出的，由於拉力的（de）作用，

細流（liú）在越過膨化區最大直徑後，在凝固浴內逐漸變（biàn）細。

1.粘膠流進（jìn）噴絲孔道時的入口效應

粘膠（jiāo）進入噴絲孔道（dào）入口時，從直徑較大的空間被壓入直徑很小的噴絲孔。具有黏彈性質的粘膠，在入（rù）口（kǒu）區（qū）直徑減小時，

沿（yán）流動方向有（yǒu）了速度（dù）梯度，導致粘（zhān）膠在引張力方向發生了彈性形變（biàn），流線也隨之而收斂。在這種（zhǒng）情況下（xià）除（chú）因摩擦而

損耗一部分能量作為熱的形式逸（yì）散外，用於彈性形變的那（nà）部分能量則作為彈性能儲藏於（yú）體係之中（zhōng），這種在入口處粘膠

把所消（xiāo）耗的一部分能量儲存為（wéi）彈（dàn）性能的現象稱為入口效應（yīng），它是粘膠彈性在入口區（qū）所（suǒ）導致的（de）必然結果（guǒ）。

2.粘膠在噴絲孔道中流（liú）動（dòng）的彈性現象

粘膠進入噴絲孔後，沿著孔壁向前流動，在緊貼孔壁處，粘膠的（de）流速可以看作零。沿孔徑方向，自孔壁至中心線，粘膠

的（de）流速（sù）逐漸增大，至中（zhōng）心線，粘膠的流速到（dào）達最大。即粘膠在徑向的流速有差異，稱（chēng）為（wéi）徑向流（liú）速梯度，並用dv/dr表示

或簡寫成g。顯然，徑向速度梯度g.等於粘膠在孔道流動中的切應（yīng）變（biàn）速率。

粘膠是（shì）一種（zhǒng）彈黏體（tǐ），它在（zài）孔道中（zhōng）做黏性流動的同時（shí），由於切應力和法向應力差的存在，還（hái）發生彈性形變。隨（suí）著流動中切應

速率的增（zēng）大，上述孔道流動中所引起的彈性形變也將增大。

在軸（zhóu）向和徑（jìng）向產生的這種應力，會影響液流的各向異性和細流由（yóu）噴絲孔噴出時所發生的膨化現象。彈黏體流經噴絲孔道

的有關（guān）能量平衡是相當複雜的，有人把這些能量分為三組，即動能、散失能和彈性能。動能和形成速度斷麵時（shí）所散失的

能量在（zài）能量總平衡中所占的比例很少。彈性能（特別在噴絲頭孔道（dào）較短時）占體係總能量的主要部分。甚至當流經較長（zhǎng）

的毛細管時，彈性能仍較大，並對流出液流的（de）膨化產生影響。高聚物溶液在噴絲孔道內（nèi）的流動伴隨著發生形（xíng）變和取向現

象，這種現象與徑向速度梯度（dv/dr）有關。液（yè）流中質點的定向和形變程度從中心向毛細管壁逐漸增大，因為在此（cǐ）方

向速度梯度也有所增大。隨著流動速度和流體黏度的增大，各向異（yì）性也有所增大；而隨著噴絲孔徑的增大，各向異性

有所減少。沿噴絲頭孔道大分子質點取向度（dù）的變化是很複雜的現象，它不僅與入口應力的鬆弛有關，而且（qiě）與沿孔道

軸（zhóu）向（xiàng）的速（sù）度斷麵及相（xiàng）應的徑向速度梯度的變化有關，它還與其他流動條件以及流（liú）體的結構有關。流（liú）體的雙（shuāng）折射率沿

噴絲孔道單調地增加並趨於穩（wěn）定。

3.粘膠流出噴絲（sī）孔時的膨化效應

粘（zhān）膠細流從噴絲孔口流出時，本來被（bèi）孔道所約束的流動轉化為沒有孔壁的約束細流。流體與噴絲孔壁的摩擦消失了，

因此細（xì）流的速度（dù）斷（duàn）麵逐漸趨於均衡，剩餘入口應力和法向應力隨著消失。可以觀察到細流直徑逐漸增（zēng）大（超過噴絲

孔道的直徑）並達（dá）到最（zuì）大值，這一現象稱為孔口膨化效（xiào）應。成型過程中細流的明顯變化（huà）對成型工藝和成品質量會（huì）產生

不良影響。多種物理因素可能影響液流的（de）膨化現象，這些因（yīn）素大致可分（fèn）為（wéi）下列幾種類型（xíng）。

4.粘膠細流在引力作（zuò）用下的拉細

粘（zhān）膠細流（liú）在第一（yī）導（dǎo）盤的牽引下，軸向被拉長，徑向被拉細。如前所述，粘膠細流的流動服從連續流動方程式（shì），故在被

拉細的（de）地方流速比較大。也（yě）就是說，雖然徑向速度梯度消失了，但軸向速度梯度又（yòu）產生了。