細(xì)說粘膠纖維的成型（一）

把粘膠通過一定的機(jī)械設(shè)備及凝固介質(zhì)，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ㄐ阅艿墓虘B(tài)纖維，這一過程稱為枯膠纖維的成型。

粘膠被擠出噴絲孔后形成細(xì)流而進(jìn)入凝固浴，在凝固浴中被中和而成為溶脹絲條，纖維素黃原酸酯被分解而再生成水

化纖維素。凝固和分解可以同時(shí)發(fā)生，也可以先后發(fā)生。在同一凝固浴中完成凝固和分解的方法稱為一浴法紡絲；

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

四浴法，甚至五浴法的實(shí)例。

所有的粘膠纖維，不論是普通短纖維或長(zhǎng)絲、簾子布、高濕模量纖維以及Y久卷曲短纖維的成型過程，都具有

同樣的規(guī)律性。粘膠纖維的成型過程是一個(gè)復(fù)雜的工藝過程，它發(fā)生一系列化學(xué)、物理和物理化學(xué)變化。有些過程

是獨(dú)立進(jìn)行的，更多的是同時(shí)發(fā)生，交叉進(jìn)行，并相互影響，下面就其中的各個(gè)過程分別進(jìn)行論述。

（一）粘膠在噴絲孔道中的流動(dòng)及細(xì)流的形成

粘膠在加工和成型過程中的流動(dòng)基本上可分兩種情況：在進(jìn)入噴絲孔之前在設(shè)備及管道中的流動(dòng)，基本上屬于剪切

流動(dòng)處理；在出噴絲孔后的紡絲線上，則基本上屬于單軸拉身流動(dòng)。

粘膠在噴絲頭孔道中（包括進(jìn)入和流出）的流動(dòng)，不是單純的泊肅葉流動(dòng)，它還包括噴絲孔入口區(qū)的流線收斂流動(dòng)、

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

穩(wěn)定速度分布的穩(wěn)態(tài)速度場(chǎng)。以上種種因素都使粘膠在噴絲孔道中的流動(dòng)偏離泊肅葉流動(dòng)，在討論有關(guān)問題時(shí)都必須

考慮這些因素。

下面按照工藝流程對(duì)粘膠細(xì)流的形成、發(fā)展及其能量平衡作簡(jiǎn)介。

經(jīng)計(jì)量泵正確計(jì)量的粘膠被壓入噴絲孔道，然后從噴絲孔道被擠出，擠出孔口的細(xì)流往往在靠近孔口處出現(xiàn)一個(gè)直徑

增大的膨化區(qū)。如果細(xì)流是自由流出的，其直徑保持恒定；如果細(xì)流是在外力的作用下被拉出的，由于拉力的作用，

細(xì)流在越過膨化區(qū)最大直徑后，在凝固浴內(nèi)逐漸變細(xì)。

1.粘膠流進(jìn)噴絲孔道時(shí)的入口效應(yīng)

粘膠進(jìn)入噴絲孔道入口時(shí)，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(zhì)的粘膠，在入口區(qū)直徑減小時(shí)，

沿流動(dòng)方向有了速度梯度，導(dǎo)致粘膠在引張力方向發(fā)生了彈性形變，流線也隨之而收斂。在這種情況下除因摩擦而

損耗一部分能量作為熱的形式逸散外，用于彈性形變的那部分能量則作為彈性能儲(chǔ)藏于體系之中，這種在入口處粘膠

把所消耗的一部分能量?jī)?chǔ)存為彈性能的現(xiàn)象稱為入口效應(yīng)，它是粘膠彈性在入口區(qū)所導(dǎo)致的必然結(jié)果。

2.粘膠在噴絲孔道中流動(dòng)的彈性現(xiàn)象

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

的流速逐漸增大，至中心線，粘膠的流速到達(dá)最大。即粘膠在徑向的流速有差異，稱為徑向流速梯度，并用dv/dr表示

或簡(jiǎn)寫成g。顯然，徑向速度梯度g.等于粘膠在孔道流動(dòng)中的切應(yīng)變速率。

粘膠是一種彈黏體，它在孔道中做黏性流動(dòng)的同時(shí)，由于切應(yīng)力和法向應(yīng)力差的存在，還發(fā)生彈性形變。隨著流動(dòng)中切應(yīng)

速率的增大，上述孔道流動(dòng)中所引起的彈性形變也將增大。

在軸向和徑向產(chǎn)生的這種應(yīng)力，會(huì)影響液流的各向異性和細(xì)流由噴絲孔噴出時(shí)所發(fā)生的膨化現(xiàn)象。彈黏體流經(jīng)噴絲孔道

的有關(guān)能量平衡是相當(dāng)復(fù)雜的，有人把這些能量分為三組，即動(dòng)能、散失能和彈性能。動(dòng)能和形成速度斷面時(shí)所散失的

能量在能量總平衡中所占的比例很少。彈性能（特別在噴絲頭孔道較短時(shí)）占體系總能量的主要部分。甚至當(dāng)流經(jīng)較長(zhǎng)

的毛細(xì)管時(shí)，彈性能仍較大，并對(duì)流出液流的膨化產(chǎn)生影響。高聚物溶液在噴絲孔道內(nèi)的流動(dòng)伴隨著發(fā)生形變和取向現(xiàn)

象，這種現(xiàn)象與徑向速度梯度（dv/dr）有關(guān)。液流中質(zhì)點(diǎn)的定向和形變程度從中心向毛細(xì)管壁逐漸增大，因?yàn)樵诖朔?/p>

向速度梯度也有所增大。隨著流動(dòng)速度和流體黏度的增大，各向異性也有所增大；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(zhì)點(diǎn)取向度的變化是很復(fù)雜的現(xiàn)象，它不僅與入口應(yīng)力的松弛有關(guān)，而且與沿孔道

軸向的速度斷面及相應(yīng)的徑向速度梯度的變化有關(guān)，它還與其他流動(dòng)條件以及流體的結(jié)構(gòu)有關(guān)。流體的雙折射率沿

噴絲孔道單調(diào)地增加并趨于穩(wěn)定。

3.粘膠流出噴絲孔時(shí)的膨化效應(yīng)

粘膠細(xì)流從噴絲孔口流出時(shí)，本來被孔道所約束的流動(dòng)轉(zhuǎn)化為沒有孔壁的約束細(xì)流。流體與噴絲孔壁的摩擦消失了，

因此細(xì)流的速度斷面逐漸趨于均衡，剩余入口應(yīng)力和法向應(yīng)力隨著消失?？梢杂^察到細(xì)流直徑逐漸增大（超過噴絲

孔道的直徑）并達(dá)到最大值，這一現(xiàn)象稱為孔口膨化效應(yīng)。成型過程中細(xì)流的明顯變化對(duì)成型工藝和成品質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生

不良影響。多種物理因素可能影響液流的膨化現(xiàn)象，這些因素大致可分為下列幾種類型。

4.粘膠細(xì)流在引力作用下的拉細(xì)

粘膠細(xì)流在第一導(dǎo)盤的牽引下，軸向被拉長(zhǎng)，徑向被拉細(xì)。如前所述，粘膠細(xì)流的流動(dòng)服從連續(xù)流動(dòng)方程式，故在被

拉細(xì)的地方流速比較大。也就是說，雖然徑向速度梯度消失了，但軸向速度梯度又產(chǎn)生了。