粘胶纤维（讲座）

粘胶纤维（讲座） 棉纤维是由胚珠（即将来的棉籽）表皮壁土的细胞伸大加厚而成的。一个细胞，就长成一根纤维，它的一端着 生于棉籽表面，另一端成封闭状，棉籽上长满了棉纤维，这就称为籽棉。棉维的生长可以分为伸长期，加厚期加转 由期三个时期。 随着生长天数的增加，棉纤维逐渐成熟。纤维长度开始时增加快，互加厚期起增长极少，以后不再增长，由于 壁由外向内逐渐增厚，薄壁管状物逐渐丰满，从而使纤维长度逐渐减小，强度逐渐加大，单位重量的长度逐渐减小。 （一）按纤维的长度、细度分 1、细绒棉 2、长绒棉 （二）按纤维的包泽分 1、白棉 2、黄棉 3、灰棉 （1）长度，棉纤维的长度主要取决于棉花的品种，生长条件和初加工。通常细绒棉的手扯长度平均为23-33mm，长绒棉为33-45mm，棉纤维的长度与纺纱工艺及纱线的质量关系十分密切，一般长度越长，且长度整剂度越高，短绒 越少，可纺织越细，纱线条干越均匀，强度高，且表面光洁，毛羽少。 （2）线密度，棉纤维的线密度（细度）指标是指纤维单位长度的重量。棉纤维的线密度主要取决于棉茬品种， 生长条件等。在成熟正常的情况下，棉纤维的线密度小，有利于成纱强力和条干均匀度，可新线密度低的纱。 （3）吸湿性，表示吸湿性的指标是回潮率，回潮率是指材料所含水分的重量对材料干量的百分率。 我国原棉的回潮率一般在8%--13%。原棉含水的多少会影响重量，用棉量的计算及以后的纺纱工艺。回潮太高的 原棉不易开松除杂，影响开消棉工序顺利进行，还容易扭结成“萝卜丝”，回潮率太低则会产生静电现象造成绕罗 拉，绕皮辊，纱条中纤维紊乱，纱的条干不均匀等。 （4）弹伸性，棉纤维的强伸性通常可用拉伸断裂强度或比强度断裂长度和断裂伸长率表示，拉伸断裂强度是纤 维拉伸到断裂时所需的最大外力。断裂长度是以长度形式表示的强度指标。它的物理意义设想将纤维头尾衔接悬吊 起来，直到它因自身重力而断裂时的长度，也就是重力等于强度时的纤维长度。 棉纤维在纺织加工过程中不断受到外力作用。一定的强度是纤维具有纺织加工性有的必备条件之一，并且纤维 强度越高纺得纱线强度也越高。棉纤维的强度主要取决于纤维的品种，粗细等，一般细绒棉的断裂长方度均匀20-30km，长绒棉更高一些。棉纤维的湿强增加2%-10%。 化学纤维是由高聚物制造而成的，而高聚物可直接取自然界，也可由低分子物经化学聚合而成。 再生纤维，醋酯纤维是以天然高聚物为原料，经化学加工，提纯，去除朵后，后制造而成，例如，制造粘胶纤 维的高聚物为纤维，它是从棉短绒，木材，芦苇或甘蔗渣中提纯出纤维，制成浆粕，然后用浆粕制造纤维。 粘胶纤维纯属再生纤维，它且以天然纤维为原料，经碱化，老化，黄化等工序制成可溶性纤维素，黄酸酯，再 溶于稀减液制成粘胶，经湿法纺丝而制成，采用不同的原料和纺丝工艺，可以分别得到普通粘胶纤维，高湿模量粘 胶纤维和高强力粘胶纤维等，普通粘胶纤维具有一般的物理机械性能和化学性能，又分棉型，毛型，和长丝型，俗 称人造棉，人造毛和人造丝。 把粘胶通过一定的机械设备及凝固介质，转变为具有一定性能的固态纤维，这一过程称为纤维的成形，通常称 为纺丝。 粘胶被挤出喷丝也后形成细流而进入凝固浴，在凝固浴中被中和凝固而成为溶胀丝条，纤维素，黄酸酯，被分 解后再生成水化纤维素。凝固和分解可以同时发生，也可以先后地生，在同一凝固浴中完成凝固和分解的方法，称 为一浴法纺丝，在第一浴内凝固，而在第二浴内分解，再生的方法称为二浴法纺丝，为改善纤维的某些性能，也有 采用三浴法，四洛法，甚至五浴法的实例。 2.1.1粘胶进喷丝孔道的入口效应 粘胶在进入喷丝孔道的入口处时，从直径较大的空间被压入直径很小的喷丝孔。具有弹粘性质的粘胶，当在入 口区直径减小时，而沿流动方向有了速度梯度，导致粘胶在引张方向发生弹性形度，流线也随之而收敛，在这种情 况下除因磨擦而损耗一部分能量作为想的形或 散外，用于弹性形变的那部分能量则作为弹性能贮藏于体系之中。这种在入口处粘胶把所消耗的一部分能量贮存为弹性能的现象，称为入口效应，它是粘胶弹性在入口区所导致的必然 结果。 2.1.2粘胶在喷丝孔道中流动的弹性形变 粘胶进入喷丝孔后，沿着孔壁向前流动，在紧贴孔壁处，它的流速可以看作室。沿着孔经方向，自孔壁至中心 线粘胶的流速逐渐增大，在中心线上的流速最大，即粘胶在经向的流速有差异，称为径向速度，等于粘胶在孔道流 动中的切应变速率。 2.2.1成形过程中的化学反应 与合成纤维的成形不同，粘胶纤维在成形过程中因发生一系列的化学反应而使过程复杂化，粘胶中含有纤维素， 黄酸酯，化合物与凝固浴中的硫酸及其盐作用的结果，使碱被中和纤维素，黄酸酯被分解而再生或水化纤维素，某 些副反应产物被分解，以及生成某些含锌的中间化合物。纤维素，黄酸为不稳定的中间产物，它能继续分解成水化 纤维素和二硫化碳。 纤维素黄酸酯经中和而生成纤维素黄酸，在酸性介质中进一步分解并再生成水化纤维素。 黄酸酯的分解速度与一系列的因素有关，其中主要有： 1、凝固浴组分及浓度，凝固浴中酸的类型和浓度对纤维素黄酸酯的分解速度有较大的影响，研究了 和 浓度对黄酸酯分解速度的影响，发现其关系曲线都有一最大值，即随着酸浓度的增加分解速度也增加，当达到最大值后即 随酸浓度的增加而下降。 2、细流的半径 黄酸酯化学分解反应的必要条件下扩散，即反应是发生在扩散以后。 一、成形过程的运动学 粘胶从喷丝孔被挤入凝固浴后，细流发生孔口膨化（胀大）现象。如细流是以速度Vf自由挤出的，胀大细流的直径为D，其大小沿细流轴向保持恒定；如果细流是在第一导辊的拉伸力作用下被引出的，则细流在越过最大直径Dm后逐渐变细，这一细化过程一直持续到凝固点为止。与其他化学纤维的成形过程一样，粘胶纤维成形时可以按运动 学特点，把纺程划分为四个区域：孔流区；胀大（或膨化）区；细化区以及凝固纤维的等速区。 二、凝固浴的流体动力学阻力 纺丝线在凝固浴中运动时，会拖住周围的凝固浴并以边界层的形式一起运动。其中紧贴纺丝线表面的液层，其 运动速度与丝条本身的速度相同；离丝条表面稍远的液层，其速度小于丝条的运动速度。 通常都把液体的运动速度为丝条速度的1%处的液层，作为边界层的界面。随着丝条的运动，边界层也不断地扩 张。 但在粘胶纤维的生产过程中都使用多孔喷丝头。因此，对边界层有影响的因素除粘度，速度、半径和长度外， 还有喷丝头孔眼之间的距离。孔间距越大，相邻单丝边界层的交点就越远。生产强力丝和短纤维的孔间距为0.3-0.5mm，而长丝一般为0.6-2.5mm。 从喷丝头表面以边界形式不断被带走的凝固浴的量，大致相当于喷丝头开孔部分的表面积与纺丝线移动速度的 乘积。为保持浴流流动的连续性，必然会有相同量的浴液以正常液流的方式，沿喷丝表面由周边向中间垂直于单丝 的运动方向被充进来。补进的浴液一般在距喷丝头表面5-7mm以内进行，在距喷丝头表面7mm以上已无浴液被进。 沿喷丝头表面并与纺丝线运动方向相垂直流入的凝固浴，容易使纺丝线变形，甚至断裂或形成粘胶块。浴流还 能与赐喷也的粘胶细流产生各种反应，使凝固浴各组分的浓度下降，并在喷丝头表面形成各种沉积物，容易使喷丝 孔眼堵塞。 在制定成形参数时，不仅要考虑过程的稳定性和成品纤维的物理机械性能，而且要考虑生产过程的经济性。例 如，提高凝固浴中H2SO4的浓度，虽能提高成形过程的稳定性，但却使成品纤维的强度和弹性能下降。降低成形速 度能明显地提高成形过程的稳定性，但在经济上是不合理的，由于成形速度的下降使纺丝机的生产率下降，从而提 高产品成本。 影响成形过程的诸因素中的主要因素如下： （一）、粘胶指数 成形条件的稳定性在很大程度上决定于粘胶指数。 1．粘度 粘胶细流在凝固浴中运动受到一系列的阻力，为保证成形的稳定性必须使粘胶液流具有尽可能高的强 度。往往可通过提高粘胶的粘度以增加细流的强度，尤其在缓和的凝固条件下成形时，更应提高粘胶的粘度指标。 但是，提高粘度受弹性湍流极限值的限制，对于普通型粘胶纤维粘度不应超过4.5%-5.0Pα?s。高粘度的粘胶在流 过喷丝孔道时，由于弹性形变较大，容易造成过大的孔口膨化比并降低粘胶细流的抗拉伸能力。 2．表面活性剂 粘胶具有较高的表面张力，因而容易粘附在喷丝头表面，加上因凝固浴的污染等因素，将导致 粘胶在喷丝头表面漫流，从而破坏成形过程的稳定性。为提高成形稳定性常在粘胶中加入表面活性剂以降低粘胶的 表面张力，表面活性剂一般以加入阳离子型或非离子型表面活性剂为宜。 3．其他粘胶指数 为提高成形过程中的稳定性，可改变某些参数以加快粘胶细流的固化。请如降低粘胶的熟成 指数、减少粘胶的含碱量、提高粘胶中纤维素含量及纤维素的聚合度、提高纺丝时粘胶的温度。前两项措施虽能提 高成形稳定性，但却降低初生纤维的取向拉伸能力，如果持原有的拉伸比，则增加拉伸时的断裂程度，反而使过程 的稳定性下降。提高纺丝粘胶的温度，能降低大分子的松弛时间，加速弹性形变的回复，从而降低孔口膨化现象， 使最高纺丝速度有较大的提高。 （二）、粘胶中的杂质 粘胶中的杂质主要有胶状的微粒和固体微粒，气泡以及添加的分散状微粒如二氧化钛和染料等，这些杂质能较 大程度地影响成形的稳定性和成品纤维的物理机械性质。 1．胶状微粒及固体杂质 胶状微粒及固体杂质的存在会不同程度地破坏成形过程的稳定性，部分地或全部堵塞 喷孔，增加纤维纤度的不均匀性，并增加纤维的断裂程度，以及出现各种形式的宏观缺陷。至于微粒的临界尺寸， 不同作者所得的数据各不相同；胶状微粒的临界尺寸为1cm到半个喷丝孔径（约40cm）固体微粒的临界尺寸为1-4c m。 2．分散性填充物 为使纤维具有所必须的性能，往往在纤维中引入分散性的填充物，如消光剂，浆液粘胶中加 入的染料，以及制取各种性能纤维而加入的填充物如抗静电剂或微生物。在纤维中引进填充物能赋予纤维新的性能， 但同时使纤维的箍 理机械性能变坏。为防止填充物微粒在粘胶中的凝聚，通常必须同时引入表面活性剂以增加微粒 的分散程度，并应尽可能地降低微粒的尺寸。 3．气泡 纺丝粘胶中的气泡主要来自：脱泡不充分；间歇式脱泡桶表面的泡沫；重新装配纺前过滤机或烛形滤 器时混入的空气；通溶液的导管体系不紧密处吸入的气泡。混入的气泡能逐渐溶入粘胶中，气泡的尺寸越小，数量 越少，压力越大，其溶解速度就越高。 粘胶中的气泡能降低成形的稳定性，增加断头率，并使纤维的横截面减小，强度下降。 （三）、喷丝头参数 喷丝头参数包括孔眼圆柱体部分的长度和直径之比、毛细孔的入口角、孔间距或孔眼的分布密度和分布的均匀 性、孔数、喷丝头打孔部分的直径等，它们对成形过程的稳定性都有很大的影响。 1．喷丝孔眼的长径比 增加喷丝孔眼的长径比有利于弹性形变的回复，减小孔口膨化现象，使最大纺丝速度 增加，从而提高 成形的稳定性。 2．喷丝孔眼的入口角α 喷丝孔眼入口处的几何形状通常以入口角α表示。具有高粘性和高弹性的粘胶，在进入毛细孔眼的入口处时的能量损失可能超过某一临界值，因而有可能扰乱液流的连续性，并使之类遭受损伤。如 采用圆柱形的喷丝孔眼（没有入口角会形成最大的入口能量，使入口能量超过临界值，使纺丝不稳定），可使入口 能量降低，如入口角为10-12，入口能量虽有所下降，但还相当大，而且粘度的微小波动，即可能使之超过临界值； 入口角增至20-25，可取得最大效果，入口能量降到最低值，如继续增加入口角，有可能使入口能量继续增加。 3．喷丝头穿孔部分的直径 缩短喷丝孔眼间的距离或提高喷丝孔的分布密度，就可缩小喷丝头穿孔部分的直 径。为缩小喷丝头穿孔部分的直径，还可以采用组合喷丝头，特别是喷丝孔数在20000孔以上时，采用组合喷丝头更为有利，它除可降低流体动力学的阻力外，还可降低成形丝束内凝固浴的稀释程度，同时还可降低换头率。 4．喷丝孔眼分布的均匀性 除孔眼的分布密度对成形稳定性有很大影响外，孔眼分布的均匀性也有重要影响。 例如在纺制粘胶长丝时，孔间距可在0.4-3.5mm的范围内波动，这样就容易形成不对称的边界层。因此，使正常运 动状态下的纤维产生另一个运动速度V而偏离直线运动，并出现正面流体动力学阻力的合力，使纤维所受到的阻力 急剧增加，单丝容易断裂或形成线团状的胶块。 （四）、管中成形 即使选用孔眼分布均匀的喷丝头，在纤维束外缘形成的边界层也与纤维束内部的边界层不相同。丝束内部的单 丝可在距喷头表面较近处完成边界层的形成，边界层的厚度也较薄，使处于外缘的单丝对总的丝束产生偏差，特别 是丝条在凝固浴中的浸长较长时更是如此。为克服上述现象的产生可采用管中成形，这样可减少或完全消除边界层 流体动力学阻力的偏差。如果丝束的运动速度与周围的凝固浴流动速度一致时，则丝束与凝固浴间就没有摩擦阻力。 为保证最稳定的成形过程，管中凝固浴的流动速度稍低于丝条的运动速度（低于10%-15%），使纺丝线在纺丝管中受到一定的拉伸。 生产上使用的纺丝管通常有立式和卧式两种。卧式管的结构较简单，使用时操作方便可靠；而立式管中的凝固 浴向丝束中心的流动更均匀稳定，单丝所受的重力和浮力都处于同一条件。 （五）、成形条件 对成形过程有重要影响的因素是凝固浴的固化能力，固化能力主要受固化剂（H SO）的浓度和温度的影响。此24 外，凝固浴的流动速度、喷丝头区浴液的湍流、化学反应释出的气体以及泵供量等对成形稳定性都有重要的影响。 衡量成形过程稳定性的高低常以最大喷丝头拉伸表示。 1．凝固浴中的硫酸含量 SO含量在15-150g/L范围内，随着浴中HSO浓度的上升，成形过程的稳定性也增加。当HSO含242424 量低于15g/L时，过程的稳定性则随HSO浓度的降低而上升，这可能是在低浓度下，纺丝线中含有较多易于变形的24 当凝固浴中H液体部分 。反之，当HSO浓度高于150g/L时，最大喷丝头拉伸则随硫酸浓度的上升而下降，这是由于粘胶细流的24 固化速度过快的缘故。 2．凝固浴温度 在一定范围内升高凝固浴的温度，能加速纺丝的双扩散速度和固化过程。如把凝固浴温度从20?高到65?时， 则中和点的距离将从5.5缩短到1.5cm，随着温度的提高喷丝头的最大拉伸率也随这增加，但当凝固浴温度超过55? 时，最大喷丝头拉伸率则反而下降，成形过程的稳定性也明显地下降，这与在成形区中激烈地释出气体，以及凝胶 化速度缓慢有关。 3．凝固浴中的硫酸盐浓度 凝固浴中硫酸盐的含量虽然对成形隐定性的影响较小，但仍然可以觉察出来。一般而论，随着硫酸盐浓度的增 加，浴中H SO的离解度就下降，过程的稳定性也下降。 24 4．气体的释出 成形过程中释出的气体除粘胶中所固有的以外，还有成形过程因化学反应而生成的气体物质。当过程中压力降 低或温度提高时气体的溶解下降，而过饱和度增加，使成形的析出气泡的几率呈指数地上升。由于气体的析出使成 形过程的稳定性明显地下降，容易形成毛丝、缠绕“气泡纤维”，喷丝孔的堵塞率和断头率明显增加，成品纤维的 强度下降，不均匀性增大。 （六）、导丝装置 导丝装置对提高成形稳定性有很大的作用。如果在凝固浴中丝条的损伤程度相同时，则丝条的断裂程度将决定 于导丝装置的磨擦系数、直径及其与丝条的包角。成形过程中单丝的断裂有很多是因为一些单丝绕到纺丝导盘和拉 伸辊上造成的。因此，用于制造导辊或导盘的材料应具有小的粘附力，使用有槽纹的导盘有利于降低附力。对导丝 装置表面的光滑程度和清洁程度也应有较高的要求，导丝装置的表面越粗糙，纤维的断裂几率也越大。 湿法成形的纤维结构的形成通常包括两个阶段：即初级结构的形成，结构的重建以及规整度的提高（次结构的 形成）。 大分子在溶液中的规整度是形成纤维初级结构的一种前奏，在这一情况下，即使在速度梯度较小时，也可发生 规整大分子聚集体沿纤维轴向的伸展。 高聚物浓溶液各向异性结构的形成对析出新相具有特殊作用，即使在较弱的凝固浴作用下，也能导致形成较规 整的初级结构。 在凝固浴中加入变性剂，可以调整在纵向速度场内凝固剂组分的扩散速度、大分子聚集体的形成速度以及沉析 速度的比例关系。在不同的凝固浴内形成的纤维结构，取决于高聚物—溶剂—凝固浴体系各组分的性能；也取决于 凝固剂向粘胶细流和溶剂向凝固浴扩散的扩散速度之比，还取决于高聚物的沉析以及随后的脱水收缩之比。 一、横截面的层状结构 湿纺纤维成形时因下述原因，使其横截面结构很不均匀，一般可发现在横截面结构中存在着两层、三层、甚至 更多性质明显不同的层次。 （1）挤出喷丝孔的粘胶细流的横向速度存在抛物线分布，导致皮层大分子的取向度较高，芯层取向度较低。 （2）粘胶细流的外缘和内部的沉析机理不同，导致形成不同的皮芯结构。 （3）粘胶细流的表层首先与凝固浴接触并产生化学反应，形成凝固浴组分的不均匀分布。 （4）由于过饱和现象引起凝固剂的扩散速度和高聚物沉析速度的不同，从而导致里氏环的有节奏结构。 （5）在进行喷丝头拉伸时，机械力首先集中在已固化的皮层，从而产生沿纤维截面的不均匀速度梯度场，使纤 维皮层取向度高于芯层。 二、皮芯结构及其与成形条件和性能的关系 根据粘胶纤维横截面对染料吸附能力的不同，可把纤维分成皮层和芯层两部分，在皮层外缘还有一极薄的膜层， 普通型粘胶纤维的横截面为不规则的锯齿形。最外缘的膜层厚度不超过2-5mm，膜层内是皮层，其面积约战友整个横截面积的20%-60%，内部是芯层。 粘胶纤维的横截面具有不同的结构与其成形条件有关。当粘胶被压入凝固浴并形成细流时，表层首先与凝固浴 接角，PH值很快下降而形成一极薄的膜层，随后，凝固浴中各组分通过此腊层不断地向粘胶细流扩散，而细流中的 HO和NOH也向浴液扩散。双扩散的结果使粘胶细流的PH值由外层到内层先后地降低。当细流的外层PH值下降至82α 时，就具备形成纤维素黄酸锌的条件。以纤维素黄酸锌为结晶中心，逐渐地吸引邻近的纤维素大分子，依靠大分子 间次价键的形成而产生微小的晶体，并逐步沉析而出，形成具有较均匀微晶结构的皮层。这一过程在粘胶细流中由 外到内逐层地进行。但是，由于氢离子的扩散速度大于锌离子，因而在细流内的某一层，氢离子大大地超过锌离子， 在锌离子到达之前使粘胶中和并凝固，纤维素黄酸酯分解而析出纤维素，并且在锌离子到达之前已形成结构。因而 形成具有明显差别的皮芯结构。 由上述皮芯结构的形成机现可知，为增加皮层的含量以获得结构较均一的纤维，通常可采取如下措施： （1）增加锌离子的浓度和扩散速度； （2）降低氢离子的扩散速度； （3）提高粘胶的稳定性，使纤维素黄酸酯的凝固和再生推迟到锌离子到达后进行。 粘胶强力纤维的生产中，在粘胶中加入变性剂，并在低酸低盐高锌的凝固浴中成形，可以获得结构均一的全皮 层纤维。 普通粘胶纤维的生产中，有时为了提高某些物理机械性能指标，需要生产皮层结构较厚的纤维，通常在工艺上 采取下列措施：黄化时增加CS 的用量，以制得高酯化度的纤维素黄酸酯；降低粘胶的熟成度（高盐值），同样能提2 高纤维素黄酸酯的酯化度；提高粘胶中的含碱量，以提高粘胶的稳定性；增加粘胶内纤维素的含量，并提高纤维素 的聚合度；降低凝固浴中硫酸的浓度，提高硫酸盐的浓度降低凝固浴的温度或加入变性剂。 三、成形条件与纤维结构和性质的关系 粘胶纤维的横截面结构与超分子结构（取向度除外），在成形过程已基本形成，以后基本上不变。而纤维的性 质又是结构的反映，因此严格控制形成条件十分重要。 （一）几种粘胶纤维成形条件的比较 按照纤维在成形时的凝固、拉伸和再生过程进行的形式和次序的不同，可以使纤维具有不同的结构和横截面结 构，因而具有差别较大的物理机械性质。 普通粘胶纤维是按照：凝固及部分纤维素的再生-拉伸-纤维素的完全再生的顺序进行的。粘胶液流的凝固主要是由于盐析脱水作用和部分纤维素的再生作用。纤维在拉伸之前，纤维素大分子间的晶体已经形成，并已基本固定， SO和NSO的浓度都较高，24α24由于大分子的相对位移的可能性不大，故受拉伸时主要是大分子链节和链节聚集发生位移，它经受不起较大的拉伸。 ZnSO含量较低，形成薄皮层的皮芯结构。由于芯层的溶胀性能较大，而皮层溶胀较小，纤维进行脱水时，芯层剧烈4纤维的结构特点是具有大的无定形区和粗大的晶粒，较低的取向度和低侧序。凝固浴中H 收缩，故横截面外缘形成不规则的锯齿状。这种纤维的断裂强度较低，湿强仅为干强的50%左右，在水中的膨润度较 高。 超强力粘胶纤维成形时使用变性剂，成形时按照凝固并生成络合物-拉伸-再生的顺序进行。粘胶的凝固主要是生成黄酸锌盐，在变性剂与锌离子的共同作用下，成形过程缓慢而均匀，纤维素凝胶形成众多而分散的结晶中心。 凝胶丝束在离开凝固浴时残余酯化度仍较高，大分子间的联结较弱，能经受较大的塑化拉伸，几乎在拉伸的同时， 纤维素黄酸酯完全再生，使得纤维素大分子因拉伸而取向的状态固定下来。这种纤维的超分子分子结构特点是具有 较高的取向度，较低的结晶度，晶区小而分布均匀，侧序较低，侧序分布较集中。 由于强力粘胶纤维的成形条件较缓慢，在变性剂和ZnSO的作用下，形成全皮层纤维，冻胶溶胀度较小，脱水过4程较缓慢，纤维的横截面为均匀的圆形或圆滑的豆形，具有全皮层结构。这种纤维具有优良的断裂强度和较高的断 裂伸长，模量较低，耐疲劳性能特别优良。 富强纤维的成形特点是粘胶的熟成度较低，纤维素黄酸酯的酯 化度较高，并具有高粘度，成形是在低酸、低盐、低锌（或无锌）、低温、低纺速下进行。它是按照凝固-拉伸-再生的顺序进行。粘胶的凝固主要是由于中和作用，凝固均匀而缓慢，随后进行强烈的拉伸，纤维再缓慢脱水，纤维的横截面较圆滑并接近于圆形，没有皮芯之分，属 于全芯型纤维。 富强纤维具有较高的取向度，结晶度较高，晶区较大，侧序较高。纤维的断裂强度较高，湿态的强度损失较小， 伸度较低，湿模量特别高，但钩接强度较低。 （二）凝固条件与纤维结构和物理机械性质的关系 影响纤维结构和物理机械性质的因素很多，它们之间又互有联系，很难单一地进行讨论。下面仅就是凝固条件 的影响进行一些初步讨论，更深入的探讨将在各品种的有关章节进行。 横截面形状是纤维的重要结构特征之一，凝固条件对它有很明显的影响。纤维的截面形状一般取决于双扩散中 物质的净流量及刚成形丝条皮层的硬度。当溶剂自粘胶细流扩散至凝固浴的量小凝固浴各组分扩散进入粘胶细流的 量时，丝条被溶胀，横截面一般是圆形；反之，如扩散至凝固浴的量大于凝固浴进入粘胶细流的量，这时横截面形 状主要决定于皮层的硬度，如皮层较嫩，容易产生形变，则所得纤维的横截面基本属于圆形，如皮层较硬，则形成 非圆形横截面。 因此，如果凝固浴温度较高，粘胶中纤维素含量较高，凝固浴中硫酸浓度较低，硫酸盐浓度较高，所得纤维横 截面为圆形或接近圆形。 皮层的厚度一般随凝固浴温度、硫酸锌和硫酸钠的含量增加，以及粘胶熟成度的降低而增加。 SO浓度 固定凝固浴中NSO和ZnSO的浓度分别为180g/L和80g/L，使HSO浓度在80-140g24α24424 1．凝固浴中H/L的范围内调整，纤维的拉伸率为80%和90%，回缩4.5%。 2、凝固浴温度 提高凝固浴温度能加快各种化学反应和物理过程的进而加快成形速度。温度对纤维物理机械 性能的影响列于表2-1。提高凝固浴温度能提高成品纤维结构的均匀性，皮层的厚度也随之增加。 随着成形温度的升高，纤维的断裂强度和伸度也随之增加，但成形温度为70?时，上述性能指标反而下降。这可能与成形过速和HS等气体大量蒸发逸出而形成大量孔隙有关。 2 浴温超过60?纤维的最大拉伸度有明显增加。增加温度能增加各种试剂的扩散速度，使纤维结构均匀性提高， 从而增加可拉伸性；由于温度的提高，纤维素黄酸酯的分解速度也加快，也有助于纤维可拉伸性的提高。 表2-1凝固浴温度对纤维某些物湿机械性能的影响 （凝固浴组成：HSO125g/L；ZnSO130g/L；NSO240g/L） 244α24 干 态 湿 态 凝固浴温度 剩 余 溶胀度 最大拉伸度 强 度 伸 度 强 度 伸 度 （?） 酯化度 （%） （%） （cN/dtex） （%） （cN/dtex） （%） 20 80.3 70.2 93.5 2.08 12.7 1.06 13.6 30 62.0 61.2 91.0 2.21 14.5 1.25 15.6 40 42.3 61.2 91.0 2.26 17.0 1.50 22.2 50 41.0 61.1 91.0 2.30 16.7 1.64 22.4 60 37.0 62.0 98.0 2.45 18.6 1.64 24.1 70 29.0 65.0 115.0 2.19 19.1 1.46 23.0 3、凝固浴浸长的影响 增加凝固浴浸长能提高纤维结构的均匀性。出凝固浴丝束的剩余酯化度相同的情况下， 增加浴长使成形趋于缓慢，有利于均匀结构的形成。 增加凝固浴的浸长，丝束在凝固浴中所受的阻力也增大，丝束受到了附加的拉伸，故纤维的强度稍高，而伸度 略有下降。 粘胶纤维是以天然纤维素（浆粕）为基本原料，经纤维素黄酸酯溶液纺制而成的再生纤维素纤维。 长丝 普通纤维 短纤维一杯型纤维、毛型纤维、中长纤维、高卷曲纤维 波里诺西克（Polynosic）纤维（富强纤维） 高温模量 粘高湿模量纤维（HWM） 类纤维 胶 高卷曲、高湿模量纤维 纤 普通型强力纤维 维 强力纤维 超强力型纤维 复合纤维、交联纤维、接枝纤维、阻燃纤维、中空纤维 特种纤维 导电纤维、防X射线纤维 粘胶纤维仅迟于纤维素硝酸纤维，是最古老的化学纤维品种之一，在1891年，克罗斯贝文和比德尔等首先制成纤维素黄酸钠溶液。由于这种溶液的粘度很大，因而命名为“粘胶”。粘胶遇酸后，纤维素又重沂析出。根据这一 原理，在1893年发展成为一种制备化学纤维垢方法，这种纤维叫做“粘胶纤维”到1905年，米勒尔等发明了一种稀硫酸和硫酸盐组成的固浴，实现了粘胶维的工业化生产。 几十年来，粘胶纤维生产不断发展和完善。在本世纪中30年代末期，出现了强力粘胶纤维，50年代初期，高性能（高湿模量类）粘胶纤维实现了工业化，到60年代初期，粘纤维的发展达到高峰，其产量曾占化学纤维总产量的 80%以上，从60年代中期起，除高性能纤维外，它的发展已趋平缓，到1963年，其产量开始落后于合成纤维，目前，世办上约有130个较大规模的粘胶纤维厂，年产量达360-380万吨，约占化学纤维总产量的24%。在粘胶纤维中，短纤维的产量约占2/3，其余1/3是粘胶长丝和强力丝。 粘胶纤维不仅可以在数量上补充天然纤维之不足，而且在质量的某些方面优于天然纤维和合成纤维。它不仅可 以作为衣着用料，丰富纺织品的花色品种，而且在工业、农业、国防和科学研究等方面者有广泛的用途。 （1）民用方面 ：粘胶纤维在民用方面主要是利用它的吸湿性好，容易染色、抗静电，较易于纺织加工等特性。 可以纯纺，也可以织物，质地细密柔软，手感光滑，透气性好，穿着舒适，宜于做内衣，外衣极各种装饰织物。此 外，普通粘胶短纤维还广泛用于非织造织物，普通粘胶长丝织物的质地轻薄、光滑、柔软，能染成鲜艳的色彩，除 了适用于衣料外，还广泛地用做被面和装饰织物。 变性的粘胶纤维具有多种纺织用途，和聚丙稀或聚乙稀醇复合的粘胶纤维，具有毛一样的手感产膨体特性，适 用于制造西服、毛毯、地毯和铺饰织物；具有扁平形状和粗糙手感的“稻草丝”和空心纤维，有比重小覆盖力和膨 体特性，适用于纺织女帽、提包及各种装饰用具。 （2）工业和医疗方面：粘胶纤维在工业方面的应用，主要是利用它具有强度高、耐热性好和能够进行化学改性 等特性。粘胶帘子线的强度高，受热后强度损失少，价格优廉，在轮胎工业中占有重要地位，新型的高强度，高模 量粘胶帘子线，特别适用于制造辐射状结构的轮胎，这种轮胎具有寿命长、安全、平稳，适应性强等特点；强力粘 胶纤维还用于制造绳索，运输带及各种工业用织物，如帆布、塑料涂层织物等。 （3）其它方面：粘胶纤维在国防和科研等部门，主要是利用它来制造具有特殊性能的新型纤维。粘胶纤维在3 000?下碳化处理，制得碳素纤维，具有高的强度和极高的模量，它与环氧树脂等造成的复合材料，可用于代替高性 能喷气式飞机空间技术中所用的大部分金属。由粘胶与硅酸钢共纺的原丝，经特殊处理制得的陶瓷纤维，作为耐高 温酚醛树脂的增强材料，可用于液体推进火箭马达，喷气机喷嘴和空间重返大气层装置的防热罩等。 粘胶纤维生产也同其它化学纤维生产一样，存在有环境保护的的问题。粘胶纤维生产中使用的二硫化碳，是一 种有毒性与空气混合后易于着火，爆炸的化合物。由于制造和使用二硫化碳以及使用硫酸钭，硫酸，烧碱及油剂等 而产生的氮气，（二硫化碳及硫化氢等），废水和废渣，对环境产生污染，其次，粘胶纤维的许多品种，与棉花及 合成纤维的一些品种相比，其湿态强度，耐磨性和织物形态稳定性等均较差，此外，粘胶纤维的生产工艺过程及设 备还过于繁杂，设备投资较高，因此，只有在不断解决上述问题的前提下，粘胶纤维工业才能更迅速地发展。 （1）加强粘胶纤维基本理论的研究，粘胶纤维生产的基本理论和工艺过程，是化学纤维中最复杂，最有代表性 的品种之一。过去粘胶纤维的发展，从理论上和生产技术上有力地推动了合成纤维的发展。因此，对粘胶纤维生产 基本理论的研究，不仅通促进粘胶纤维的进一步发展，并将对整个化学纤维的发展起重要的作用。对于纤维素纤维 的结构，纤维的结构与性能的关系，粘胶的流变性质，粘胶纤维成形的机理，粘胶纤维助剂的作用和机理等问题， 近年来的研究已取得了较大的发展，但这些问题的真正解决，还有待今后更深入的研究。 （2）生产工艺的合理化和最优化，通过采用低纯度浆粕原料，使用如二次浸渍或稀碱处理等特殊的碱化方法， 制造底碱比的粘胶等粘胶工艺；通过扩大工厂产量为2-5万吨/年的生产规模，发展大型制浆--纤维2采用较少的CS 生产联合企业，通过发展连续浸渍、压榨、连续黄压粘胶连续过滤、高速纺丝和后处理，以及建立各种自动测试的 方法有效地稳定和提高生产质量，降低原材料，能力和劳力的消耗，降低生产成本，减少环境污染，提高竞争能力。 （3）改善现有的纤维品种，开发具有特殊性能的好品种， 通过改变纤维微观结构或形态结构，进行物理的或 化学的改性，添加助剂等方法。一方面降低粘胶纤维的吸水量，提高湿模量，改善尺寸稳定性，提高耐折皱性，以 全面改善物理机械性供，使之能适应现代化的高性能纺织机械对纤维越来越高的要求，另方面，开发特殊用途的新 品种如迈年发展的卷曲，湿模量纤维，越高强度高模量帘子线以及改良可染性纤维，阻燃纤维、导电纤维、抗义射 线纤维等。 （4）发展制浆新工艺，扩大浆粕原料来源， 采用木材的碱法蒸煮--氧化漂白，联合工艺采用木素的有机溶剂（如苯酚）与水混合的所谓“有机溶剂制浆法”以提高制浆得率改善浆粕反应性能。 （5）减少环境污染， 开发纤维素纤维制造的全新纺丝，通过建立完整的回收降录，对“三废”进行综合管理， 用量，减少副产物，其次是改革生产设备，加强密封及管理，减少对三废的扩散。 2目前在技术上已经解决。当前研究的发现方向，首先是从改革工艺著于，如果用纤维素二次浸渍，连续黄乳液黄化 及加入助剂等方法，以降低cs近年来，许多国家竞相研究纤维素的新溶剂，开发全新的纺丝降柔和纺丝方法，如采用多聚甲醛/二甲基亚砚，二甲基乙醛胺，以及用环状氧化铵（如一甲基氧化吗啉）等溶剂降防制的纤维具有良好的物理机械性能 ，采用全新的少毒或无毒的溶剂，从根本上改革粘胶制造，是纤维素纤维工业的一次重大改革，对提高纤维质量，减少环境污 染具有十分深远的意义。 总之，粘胶纤维经过人才380年多的发展，已经成为纺织纤维的重要品种六一，由于不断改革生产工艺及设备， 进一步改善纤维性能，逐步解决生产环境保护问题，粘胶纤维在化学纤维仍将是份重要的品种之一。