2.1空气层高度对纤维物理机械性能的影响
在于湿法纺丝过程中,喷丝头表面至凝固浴液面之间的距离是工艺控制的关键。这一距离与纺丝原液的粘度有密切的关系,一般随粘度的增加而增加。
东邦人造丝的专利中提到,纺丝原液由空气层进入凝固浴的角度ω也是一个重要的工艺参数。通常ω≤85,他们选用ω=45°。另外,凝固浴的表面波动指数M(10min在凝固浴表面产生的最大波动宽度)也对原丝的性能产生影响,M越小越好,通常要使M≤0.05mm/s。
当原液温度为65℃及50℃时,可以采用更低的挤出速度而不在喷丝板表面发生漫流,从而可以使纤维的纤度降低。这是因为在较低的温度下,纺丝原液的内聚能密度较大而引起的。
2.2原液细流的凝固
在凝固过程中,溶剂与凝固剂之间的双扩散是工艺控制的关键。
在DMSO、DMF(二甲基甲酰胺)、DMAc(二甲基乙酰胺)和NaSCN(硫氰酸钠)(55%)等溶剂中,相同条件下,DMSO的扩散系数>DMF和DMAc,而NaSCN(55%)的扩散系数最小。SeaCheonOh等专门研究了以HNO3为溶剂时,PAN凝固过程中溶剂与凝固剂的扩散速率。Wilson和Taketa分别用数学方法研究过凝固剂的扩散问题和溶剂的扩散问题。QianBaojun等的研究表明,随着凝固浴浓度的增加,溶剂和双扩散系数先增加再降低,在20%时达到最大。
随着扩散系数的降低,原纤维平均半径和孔隙平均半径直线下降,有利于形成均匀、致密、透明的凝固丝条。为了降低双扩散系数,减缓凝固过程,可以采取降低凝固浴温度、适当提高凝固浴的浓度、增加纺丝原液的浓度、减小丝条在凝固浴中的速度及拉伸倍数等措施。
2.3水洗及水浴拉伸
从凝固浴出来的凝固丝条中还含有一定量的溶剂,它的存在会使纤维在后加工过程中形成融并丝,恶化纤维品质及生产环境。因此必须对纤维进行水洗,水洗后纤维中的溶剂残留量要求在0.01%以下。水洗工艺可以在水浴拉伸前或拉伸后进行,也可以在水浴拉伸的同时进行水洗。
在采用干湿法纺丝时,由于高倍的喷丝头拉伸,从凝固浴出来的凝固丝条已经有了比较高的取向度。但为了得到高强、高模原丝,还必须对凝固丝条进行水浴拉伸及二次高温拉伸。高倍拉伸可以使纤维结构致密化,但是过高的拉伸倍数会使丝条产生损伤及粘并。三菱公司的专利中提出用拉伸丝条的膨润度与凝固丝条的膨润度之比值来表征水浴拉伸丝条的品质。其值越小,拉伸丝条的品质越好。
水浴拉伸过程中,各拉伸浴槽中拉伸倍数的分配也是工艺的关键,很多人对此做过报道。采用干湿法纺丝得到的丝条表面光滑,在浴液中拉伸容易引起单丝间的粘并。为此可以在拉伸浴中加入0.01%一10%的聚二甲基硅氧烷。