細說粘（zhān）膠纖維的成型（一）

把粘（zhān）膠通過一定的機（jī）械設備及凝固介質，轉變為具有一定（dìng）性能（néng）的固態纖（xiān）維，這一過程稱為枯（kū）膠纖維的成型。

粘膠被擠（jǐ）出噴絲孔後形成細流而進入凝固浴，在凝固浴中被中和而（ér）成為溶脹絲條（tiáo），纖維素黃原酸酯被分解（jiě）而再生成（chéng）水

化纖維（wéi）素。凝固和分解可以（yǐ）同時發生，也可以先後發生。在同一凝固浴中完成凝固和（hé）分解的方（fāng）法稱為一浴（yù）法紡絲；

在第一凝固浴凝固（gù）、在第二凝固浴內（nèi）分解再（zài）生的方法稱為二浴法（fǎ）紡絲。為改善纖維的某些性能，也有采用三浴法、

四（sì）浴法，甚（shèn）至五（wǔ）浴法的實例。

所有的（de）粘膠纖維，不論是普通短纖維（wéi）或長絲、簾子布、高濕模量纖維以及Y久卷曲短纖（xiān）維的成型過（guò）程，都具有

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

是獨立進行的，更（gèng）多（duō）的是同時發生，交叉進行，並相互影響，下麵就其中（zhōng）的各個過程分別進行論述。

（一）粘（zhān）膠在噴絲孔道中的流動及（jí）細流（liú）的形成

粘膠在加工和成型過（guò）程中的流動基本上可分兩種情況：在進入噴絲孔之前在設備及管道中的流動，基本上屬（shǔ）於剪切

流動處理；在出（chū）噴（pēn）絲孔後的紡絲線上，則基本上屬於單軸拉（lā）身流（liú）動（dòng）。

粘膠在噴絲頭（tóu）孔道中（包括進入和流出）的流動，不是單純（chún）的泊肅葉流動，它還（hái）包括噴絲孔入口（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，它在噴絲孔道中流動時難以形成

穩定速度分布的穩（wěn）態速度場（chǎng）。以上種（zhǒng）種因（yīn）素都使粘膠（jiāo）在（zài）噴絲孔道中的流動偏離泊（bó）肅葉流動，在討論有（yǒu）關問題（tí）時（shí）都必須

考慮這些因素。

下麵按（àn）照工藝流程對粘膠細流的形成、發展及其能量平（píng）衡作簡介。

經計量泵正確計量的粘（zhān）膠被壓（yā）入噴絲孔道，然後從噴絲孔道被擠出，擠出孔口的細（xì）流往往在靠近孔口處出現一個直徑

增大的膨化區。如果細流（liú）是（shì）自由流出（chū）的，其直徑保持恒（héng）定；如（rú）果細流是在外力的作用下被拉（lā）出的，由於（yú）拉力的作用，

細流在越過膨化區最大直徑後，在凝固浴內逐漸變細。

1.粘膠流進噴絲孔道（dào）時的入口效應

粘膠進入（rù）噴絲孔道入口時，從直徑較大的（de）空間被壓（yā）入直徑很小的噴絲孔。具有黏彈性質的粘膠（jiāo），在入口區直徑減小時，

沿流動方向有了速度梯度，導致粘膠在引張力方向發生（shēng）了彈性形（xíng）變，流線也隨之而（ér）收斂。在這種情況下除（chú）因摩擦而

損耗一部分能量作為熱的形式逸散外，用於彈性形變的那部分能量（liàng）則作為彈性（xìng）能儲藏於體係之中，這種在入口處粘膠

把（bǎ）所消耗的一部分能量儲存為（wéi）彈性能（néng）的現象稱為入口效應（yīng），它是粘膠彈（dàn）性在（zài）入口（kǒu）區所導致的必（bì）然結果。

2.粘膠在噴絲孔道中流動的彈性現象

粘膠進（jìn）入噴（pēn）絲孔後，沿著孔壁向前流（liú）動，在緊貼孔壁處，粘膠的流速（sù）可以看作零。沿孔徑方向，自孔壁（bì）至中（zhōng）心線，粘膠

的流（liú）速逐漸增（zēng）大，至中心線，粘膠的（de）流速到達最大（dà）。即粘膠在徑向的流速有（yǒu）差異，稱為徑向（xiàng）流速梯度，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變速（sù）率。

粘膠是一種彈黏體，它在孔（kǒng）道中做黏性流動的同時，由於切應力和法向應力差的存在，還發生彈性形變。隨著流動中切應

速（sù）率的增大，上述孔道流動中所引起的彈性形變也將增大。

在軸向和徑向產生的這種應力，會影響液流（liú）的各向異性和細流由噴（pēn）絲孔噴（pēn）出時所發生的膨化現象。彈（dàn）黏體（tǐ）流經（jīng）噴（pēn）絲孔道

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

能量在（zài）能（néng）量（liàng）總平（píng）衡中所占的比例很少。彈性（xìng）能（特別在噴絲頭孔道較短時）占（zhàn）體係總能量的主要部分。甚至當（dāng）流經較（jiào）長

的毛細管時，彈性能仍較大，並對流出液流的膨（péng）化產生影響。高聚物溶液在噴絲孔道內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。液流中質點（diǎn）的定向和形變程度從中心向毛細管壁逐漸增大，因為在此方

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

有所減少（shǎo）。沿噴絲頭孔道大分（fèn）子質點取向度的變化是很複雜的現象，它不僅與入口應（yīng）力的（de）鬆弛有關，而且與沿孔（kǒng）道

軸向的（de）速（sù）度斷麵及相應（yīng）的徑向速度梯度的（de）變（biàn）化有關（guān），它還與其他流動（dòng）條件以及流體的結構有關。流體的雙（shuāng）折（shé）射率沿（yán）

噴絲孔道單調地增加並趨於穩定。

3.粘膠流出噴（pēn）絲孔時的膨化（huà）效應

粘膠細（xì）流從噴絲孔口流出時，本（běn）來被孔道所（suǒ）約束的流動轉化為沒（méi）有孔壁的約束細流。流體與噴絲孔壁（bì）的摩擦（cā）消失了，

因此細流的速度斷麵逐漸（jiàn）趨於均衡，剩餘入口（kǒu）應力和法（fǎ）向應力隨著消失。可以觀察到細流（liú）直徑逐漸增大（超過噴（pēn）絲

孔道的直（zhí）徑）並達到最大值，這（zhè）一現象稱為孔口膨化效應。成（chéng）型（xíng）過程中細流的明顯變化對成型工（gōng）藝和成品質量會產生

不良影響。多種物理因素可能影（yǐng）響液流的膨化現象，這些（xiē）因素大（dà）致可分為下（xià）列幾種類型。

4.粘膠細流在引力作用下的拉細

粘膠細流在第一導盤的牽引下，軸向被（bèi）拉長，徑向被（bèi）拉細。如前所（suǒ）述（shù），粘膠細流的流動服從連續流動方程式，故在被

拉（lā）細的地方流速比較大（dà）。也（yě）就是說，雖然徑向速度梯度消失了，但軸向速度梯度又產生了。