影響粘膠纖維成型的因素

       1.粘膠的組成及其性能

粘膠的組成在很大程度上決定了粘膠的特性（如黏度和熟成度）。提高粘膠中纖維素的含量，使黏度上升，熟成速度加快，纖維素凝膠結(jié)構(gòu)較緊密，有利于提高成品纖維的強(qiáng)度。含堿量的高低也影響粘膠的穩(wěn)

定性、熟成度及凝固浴中硫酸的濃度。

粘膠的黏度對可紡性和最大噴頭拉伸有一定的影響。普通粘膠纖維的紡絲黏度一般控制在30~50s。黏度低

于20s的粘膠可紡性很差，成型困難；黏度超過160s，也要對某些成型參數(shù)做相應(yīng)調(diào)整，否則紡絲困難。

為了保證成型均勻，紡絲粘膠的黏度波動范圍應(yīng)控制在士（3～5）s內(nèi)。粘膠的黏度還對噴絲頭拉伸有較大

的影響。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，在黏度較低的情況下，最大噴絲頭拉伸隨著黏度的增加而急劇上升，黏度為

50s時，最大噴絲頭拉伸增至最大值，當(dāng)黏度超過50s時，最大噴絲頭拉伸則隨黏度的上升而下降。

對成型有影響的另一重要因素是粘膠的熟成度。

采用熟成度較高的粘膠紡絲時，所得纖維的機(jī)械指標(biāo)較低，特別是斷裂強(qiáng)度較差，纖維的延伸度也有所降

低。此外，由熟成度較高的粘膠紡制的絲條的結(jié)構(gòu)均勻性較差（由于纖維素黃原酸酯在凝固浴中的分解過

快），因而染色不均勻，但纖維的染色能力較強(qiáng)（由于無定形區(qū)較大，纖維素大分子的取向度較差），在

水中的膨潤度也較高。結(jié)構(gòu)的不均勻可以借改變成型過程參數(shù)以及凝固浴的成分來降低纖維素黃原酸酯的

分解速度而得到改善。如提高凝固浴中ZnSO4的濃度，或降低H2SO4的濃度，都可以使高熟成度的粘膠順

利紡絲。

        2.成型速度

提高紡絲速度，可以提高紡絲機(jī)的生產(chǎn)效率。但是提高紡絲速度會帶來下列困難：

（1）大量的凝固浴被絲條帶出浴外；

（2）增加絲條在凝固浴內(nèi)的阻力，容易產(chǎn)生毛絲或單絲斷頭；

（3）纖維素黃原酸酯來不及凝固和分解再生。

這些困難可通過在紡絲機(jī)上加一對滾筒，使絲條在上面繞成幾圈，以擠掉被纖維帶走的過量凝固溶液等措

施而得以克服。高速紡絲時，最重要的是降低凝固浴對運(yùn)動絲束的阻力和提高紡絲的穩(wěn)定性。即使在紡絲

速度較低（50~60m/min）的情況下，凝固浴對運(yùn)動絲束的阻力，通常占絲條總阻力的30%~35%。

由于凝固浴的阻力增大，所得纖維的物理機(jī)械性能降低，特別是斷裂伸長率下降更多。有人采用管中成

型，即增加凝固浴在管中的流速，使其與粘膠液流在浴中的流速相接近，以此來降低凝固浴的阻力，使紡

絲速度提高到160m/min。在凝固浴流速低于粘膠的噴出速度時，提高凝固浴流速，纖維的斷裂伸長率也

不斷提高。實(shí)驗(yàn)表明，凝固浴流速比粘膠噴出速度高5%～10%為強(qiáng)力纖維最合適的紡絲條件。增加凝固浴

的浸長、升高凝固浴溫度以及提高凝固浴中H2SO4的濃度，可以加速纖維素黃原酸酯的凝固和分解，因而

可以提高紡絲速度。粘膠纖維的成型速度不僅因品種而異，還因紡絲機(jī)的類型而各有不同。筒管式長絲紡

絲機(jī)的紡絲速度一般為65~90m/min，有的高達(dá)125~135m/min，離心式紡絲機(jī)一般速度為50~75m/min，高的可達(dá)90～100m/min；使用連續(xù)式紡絲機(jī)紡制長絲時，紡速一般為50~65m/min。

棉型短纖維的紡速一般為80～90m/min，毛型纖維的紡速一般為55～80m/min，富纖的紡速一般為

20～30m/min、強(qiáng)力纖維的紡速一般為40～60m/min，高濕模量纖維的紡速一般為25~50m/min。

        3.凝固浴組成、循環(huán)量以及成型溫度

粘膠纖維成型時，凝固浴的組成必須保證粘膠經(jīng)過凝固浴的作用后，在離開凝固浴的纖維素凝膠仍具有

一定剩余酯化度，這一過程通常在0.1~0.2s內(nèi)完成。確定凝固浴濃度主要與下列因素有關(guān)：粘膠液流在

凝固浴中的長度越短，紡絲速度越高，粘胺中的含堿量越高，熟成度越低（鹽值越高），單纖維的線密

度越高，則凝固浴中H2SO4的濃度也應(yīng)越高。為了保證成型的穩(wěn)定性，必須使凝固浴濃度的波動限制在

一定范圍內(nèi)，這就要使凝固浴的循環(huán)量保持在一定水平上。凝固浴中的H2SO4與粘膠中的NaOH發(fā)生中

和反應(yīng)，另一部分硫酸則消耗在纖維素黃原酸酯的分解和粘膠副產(chǎn)物的反應(yīng)上；由于酸堿中和作用，使

硫酸鈉的絕對量不斷增加；粘膠中大量水分帶入凝固浴，使凝固浴各組分濃度下降，絲束引出時，也帶

出一部分凝固浴，使各組分絕對量減少。為使各組分濃度保持不變，必須使凝固浴進(jìn)行循環(huán)，補(bǔ)充H2SO4

及ZnSO4，蒸發(fā)多余的水，結(jié)晶出過量的Na2SO4，并調(diào)整凝固浴的溫度。

凝固浴的循環(huán)量取決于紡絲速度和纖維的總線密度。紡絲速度越高，纖維的總線密度越大，循環(huán)量就越

大。提高凝固浴溫度，可加快各種化學(xué)反應(yīng)的速度、雙擴(kuò)散速度和凝固速度。還應(yīng)保證浴溫的均勻性，

以保持纖維結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的穩(wěn)定。

        4.噴絲孔形狀

噴絲孔的形狀及大小，對成型穩(wěn)定性及纖維的物理機(jī)械性質(zhì)有較大的影響。

增加噴絲孔的長度，能增加粘膠液流在噴絲孔道中的逗留時間，由于入口效應(yīng)有較大的回復(fù)，使出口的

膨化效應(yīng)有所降低，從而提高紡絲穩(wěn)定性，增加噴絲頭的最大拉伸值，并使成品纖維的斷裂強(qiáng)度有所提

高。噴絲頭孔道的形狀，在很大程度上影響粘膠液流的流動和入口效應(yīng)。圓柱形的噴絲孔道，入口處需

要消耗較大的能量，這部分能量作為彈性能儲藏在體系中，在出口處產(chǎn)生較大的膨化。如果將入口改為

圓錐形，則其消耗的能量大為降低，出口膨化率也明顯降低。如把噴絲孔道制成雙曲線形，由于膨化率

大為降低，使纖維的斷裂強(qiáng)度有較大的提高。減小噴絲頭的孔徑不僅能提高成型的穩(wěn)定性，而且能改善

粘膠纖維的物理機(jī)械性能。降低噴絲頭孔徑能增加最大噴絲頭拉伸，如孔徑為0.05mm，最大噴頭拉伸

為274%，當(dāng)孔徑增至0.20mm時，最大噴頭拉伸僅為46%。在給定的成型條件下，最大噴絲頭拉伸值

是衡量粘膠的彈黏性、表面張力、凝固浴的凝固能力以及其他因素的綜合指標(biāo)，又是成型穩(wěn)定性的指標(biāo)。

由此可見，減小噴絲頭孔徑，可提高成型穩(wěn)定性，從而降低絲條的斷頭率和噴頭的更換率。