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小编碎碎念:这期讲解湿法纺丝,主要包括湿法纺丝的定义、原理、工艺流程、常用材料及典型应用(中空超滤膜
小编力求趣味的表述方式,呈现出湿法纺丝的技术要点。
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01 湿法纺丝定义
湿法纺丝成纤维丝过程:将高分子溶解于溶剂制成纺丝液,纺丝液从喷丝孔挤出,进入凝固浴固化成纤维单丝。
和静电纺丝得到的纳米级纤维不同,湿法纺丝初始单丝直径为几百微米,经后续加工可细化至几十微米,肉眼清晰可辨。

湿法纤维丝
成人头发丝直径约几十微米,湿法纺丝制备的纤维同样肉眼可见,这与需借助电镜才能观察的静电纺丝纤维形成鲜明对比
02 湿法纺丝原理


湿法纺丝主要过程为出丝、凝固和收丝,细分功能包括原液制备(反应釜、过滤脱泡)、成型调控(多级凝固浴)、后处理(水洗、多级牵伸、上油)及收卷等模块。
核心逻辑就像 “把大象装冰箱”总共分三步,实际操作中细分成很多步骤。
湿法纺丝固化主要为相分离法和凝胶法,其中多数为相分离法。
小编用剧情法解读相分离法和凝胶法
相分离法

在相分离法工艺中,当纺丝液进入凝固浴,溶剂与凝固浴快速互溶,高分子析出,同时高分子纤维内部形成大量微孔结构,其详细演变过程可见图示解析
凝胶法

湿法纺丝凝胶法中,高分子与凝固浴发生交联反应,分子链间通过化学键或物理作用相互连接,逐步构建三维网络结构,高分子固化析出
03 湿法纺丝应用
湿法纺丝工艺存在两大技术限制:一方面,需将高分子材料溶解至特定浓度方可纺丝,这一特性导致其生产效率相对于无溶剂的熔融纺丝较低;另一方面,溶解与凝固环节需消耗大量化学试剂,存在化学污染风险。因此,在工业生产领域,湿法纺丝主要用于加工无法通过熔融纺丝技术制造的高分子材料。
这类特殊材料主要包含两大类型:
(1)仅能溶解、无法熔融的高分子
以热固型酚醛树脂
(2)热稳定性不足的高分子
部分材料的分解温度显著低于其熔融温度,如聚丙烯腈
湿法纺丝常用材料:
(1)聚偏氟乙烯
(2)聚 4 - 甲基 - 1 - 戊烯(PMP) 制备 ECMO
(3)聚丙烯腈(腈纶PAN)制备碳纤维
(4)海藻酸钠 止血材料
(5)还可用于生产氨纶、芳纶、粘胶纤维以及无机材料(碳纳米管、石墨烯、MXene )等
04 湿法纺丝典型应用
(1)中空超滤膜,常见材料为聚偏氟乙烯(PVDF)和聚醚砜(PES)
滤芯内部封装了多根中空超滤膜,液体流经中空纤维时,超滤膜的微孔结构有效截留大分子物质,完成净化分离过程
(2)ECMO(人工心肺)膜 常见材料为聚甲基戊烯(PMP),原理和中空超滤膜相似

ECMO膜模拟人体肺部的气体交换功能,在体外循环过程中,实现血液与外界气体的氧气和二氧化碳交换,使血液得到氧合,同时排出二氧化碳,从而为心肺功能衰竭的患者提供体外呼吸支持
(3)碳纤维 常见材料为聚丙烯腈(PAN)
市场上90%以上碳纤维以PAN基碳纤维为主。PAN基碳纤维的生产工艺主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程,原丝通过湿法纺丝生产。
05 湿法纺丝机

云帆湿法纺丝