細說粘膠纖維的成型（一）

把粘膠通過一定的機械設備及凝固介質，轉變為(wei) 具有一定性能的固態纖維，這一過程稱為(wei) 枯膠纖維的成型。

粘膠被擠出噴絲(si) 孔後形成細流而進入凝固浴，在凝固浴中被中和而成為(wei) 溶脹絲(si) 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發生，也可以先後發生。在同一凝固浴中完成凝固和分解的方法稱為(wei) 一浴法紡絲(si) ；

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

四浴法，甚至五浴法的實例。

所有的粘膠纖維，不論是普通短纖維或長絲(si) 、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

同樣的規律性。粘膠纖維的成型過程是一個(ge) 複雜的工藝過程，它發生一係列化學、物理和物理化學變化。有些過程

是獨立進行的，更多的是同時發生，交叉進行，並相互影響，下麵就其中的各個(ge) 過程分別進行論述。

（一）粘膠在噴絲(si) 孔道中的流動及細流的形成

粘膠在加工和成型過程中的流動基本上可分兩(liang) 種情況：在進入噴絲(si) 孔之前在設備及管道中的流動，基本上屬於(yu) 剪切

流動處理；在出噴絲(si) 孔後的紡絲(si) 線上，則基本上屬於(yu) 單軸拉身流動。

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

噴絲(si) 孔中的管道流動、噴絲(si) 孔出口區向拉伸流動的過渡。此外，粘膠是黏彈性流體(ti) ，它在噴絲(si) 孔道中流動時難以形成

穩定速度分布的穩態速度場。以上種種因素都使粘膠在噴絲(si) 孔道中的流動偏離泊肅葉流動，在討論有關(guan) 問題時都必須

考慮這些因素。

下麵按照工藝流程對粘膠細流的形成、發展及其能量平衡作簡介。

經計量泵正確計量的粘膠被壓入噴絲(si) 孔道，然後從(cong) 噴絲(si) 孔道被擠出，擠出孔口的細流往往在靠近孔口處出現一個(ge) 直徑

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

細流在越過膨化區最大直徑後，在凝固浴內(nei) 逐漸變細。

1.粘膠流進噴絲(si) 孔道時的入口效應

粘膠進入噴絲(si) 孔道入口時，從(cong) 直徑較大的空間被壓入直徑很小的噴絲(si) 孔。具有黏彈性質的粘膠，在入口區直徑減小時，

沿流動方向有了速度梯度，導致粘膠在引張力方向發生了彈性形變，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(wei) 熱的形式逸散外，用於(yu) 彈性形變的那部分能量則作為(wei) 彈性能儲(chu) 藏於(yu) 體(ti) 係之中，這種在入口處粘膠

把所消耗的一部分能量儲(chu) 存為(wei) 彈性能的現象稱為(wei) 入口效應，它是粘膠彈性在入口區所導致的必然結果。

2.粘膠在噴絲(si) 孔道中流動的彈性現象

粘膠進入噴絲(si) 孔後，沿著孔壁向前流動，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，粘膠的流速到達最大。即粘膠在徑向的流速有差異，稱為(wei) 徑向流速梯度，並用dv/dr表示

或簡寫(xie) 成g。顯然，徑向速度梯度g.等於(yu) 粘膠在孔道流動中的切應變速率。

粘膠是一種彈黏體(ti) ，它在孔道中做黏性流動的同時，由於(yu) 切應力和法向應力差的存在，還發生彈性形變。隨著流動中切應

速率的增大，上述孔道流動中所引起的彈性形變也將增大。

在軸向和徑向產(chan) 生的這種應力，會(hui) 影響液流的各向異性和細流由噴絲(si) 孔噴出時所發生的膨化現象。彈黏體(ti) 流經噴絲(si) 孔道

的有關(guan) 能量平衡是相當複雜的，有人把這些能量分為(wei) 三組，即動能、散失能和彈性能。動能和形成速度斷麵時所散失的

能量在能量總平衡中所占的比例很少。彈性能（特別在噴絲(si) 頭孔道較短時）占體(ti) 係總能量的主要部分。甚至當流經較長

的毛細管時，彈性能仍較大，並對流出液流的膨化產(chan) 生影響。高聚物溶液在噴絲(si) 孔道內(nei) 的流動伴隨著發生形變和取向現

象，這種現象與(yu) 徑向速度梯度（dv/dr）有關(guan) 。液流中質點的定向和形變程度從(cong) 中心向毛細管壁逐漸增大，因為(wei) 在此方

向速度梯度也有所增大。隨著流動速度和流體(ti) 黏度的增大，各向異性也有所增大；而隨著噴絲(si) 孔徑的增大，各向異性

有所減少。沿噴絲(si) 頭孔道大分子質點取向度的變化是很複雜的現象，它不僅(jin) 與(yu) 入口應力的鬆弛有關(guan) ，而且與(yu) 沿孔道

軸向的速度斷麵及相應的徑向速度梯度的變化有關(guan) ，它還與(yu) 其他流動條件以及流體(ti) 的結構有關(guan) 。流體(ti) 的雙折射率沿

噴絲(si) 孔道單調地增加並趨於(yu) 穩定。

3.粘膠流出噴絲(si) 孔時的膨化效應

粘膠細流從(cong) 噴絲(si) 孔口流出時，本來被孔道所約束的流動轉化為(wei) 沒有孔壁的約束細流。流體(ti) 與(yu) 噴絲(si) 孔壁的摩擦消失了，

因此細流的速度斷麵逐漸趨於(yu) 均衡，剩餘(yu) 入口應力和法向應力隨著消失。可以觀察到細流直徑逐漸增大（超過噴絲(si)

孔道的直徑）並達到最大值，這一現象稱為(wei) 孔口膨化效應。成型過程中細流的明顯變化對成型工藝和成品質量會(hui) 產(chan) 生

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

4.粘膠細流在引力作用下的拉細

粘膠細流在第一導盤的牽引下，軸向被拉長，徑向被拉細。如前所述，粘膠細流的流動服從(cong) 連續流動方程式，故在被

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