凝膠紡絲

凝膠紡絲

一種特殊的紡絲法,是將濃度很高的聚合物溶液或塑化的凝膠(固體含量達35%~55%)從噴絲頭細孔中擠出到某氣體介質中,細流冷卻,伴隨溶劑蒸發,聚合物固化而得到纖維。紡絲設備同熔紡法,所以又可稱半熔體紡絲。紡絲速度達500米/分鐘以上,可用來生產一些熱敏性高聚物的纖維如聚丙烯腈聚乙烯醇纖維。主要困難是製備均勻而無氣泡的凝膠和溶劑洗滌速度落後於紡絲速度。

超高分子量聚合物的稀溶液,經乾濕紡和冷卻後形成凝膠狀絲條,用萃取劑萃取絲中的大量溶劑後,可進行高倍拉伸而得高強高模纖維。超高分子量聚合物有聚乙烯、聚丙烯腈和聚乙烯醇等。溶劑為十氫萘、石蠟烴和煤油等。這些高分子在稀溶液中呈舒展狀態,經乾濕紡後形成較有序排列並靠冷卻固定之,萃取溶劑後適於超高倍拉伸而使普通聚合物紡製成超高機械性能纖維。

中文名稱凝膠紡絲
英文名稱gel spinning
定  義將濃度很高的聚合物溶液或塑化的凝膠,經噴絲孔定量擠出進入凝固浴形成凝膠絲,伴隨溶劑蒸發聚合物固化成纖維的紡絲方法。
套用學科材料科學技術(一級學科),材料科學技術基礎(二級學科),材料合成、製備與加工(三級學科),纖維製備技術(四級學科)

基本介紹

  • 中文名:凝膠紡絲
  • 外文名:gel spinning
概念,優點,

概念

在凝膠紡絲中,有兩個獨特的相變概念是凝膠化和相分離。凝膠化是聚合物溶液逐漸變成單相彈性膠的過程。相分離是指聚合物相與溶劑相之間的分離。如果凝聚過程中沒有產生凝膠化,則產生的纖維強度會很小,因為這時聚合物鏈之間沒有纏結。凝膠化的聚合物微晶結構中形成了鏈與鏈之間的物理纏結。因此當膠體經歷相分離形成固體絲時,聚合物鏈之間相互纏結,增加了內在結合力,因而使得纖維從凝固中成功拉出。凝膠紡絲又稱凍膠紡絲,屬溶液紡絲範疇。紡絲時,利用超高分子量的柔性鏈分子,在半稀溶液中解去纏結,然後紡絲、結晶,再通過高倍拉伸得到伸展鏈。紡絲原液在凝固成形過程中基本沒有溶劑擴散,僅發生熱交換,因而初生纖維含有大量溶劑,呈凝膠態,這種初生纖維經過超倍熱拉伸(>20 倍) 成為超高強高模纖維。

優點

凝膠紡絲工藝結合了乾法紡絲和濕法紡絲的優點。其優點總結如下:
  1. 紡絲原液溫度不依賴於凝固浴溫度。
  2. 纖維可快速成型,避免了噴嘴表面高應力對初生纖維的作用,因此,紡絲線上應力沒有被逆向上傳到噴絲板。
  3. 高濃度紡絲原液或者高分子量的聚合物使得產生的纖維具有高模量。
  4. 具有高噴頭拉伸比(與乾法紡絲相比),而且自身具有控制纖維結構均勻性的能力,並通過控制凝膠固浴參數可產生小尺寸纖維和降低纖維中結構缺陷的數量。
  5. 操作更簡單,產品更穩定,纖維纖度小於1dtex。因此,高模量PAN原纖維主要是通過這種工藝路徑生產。

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