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，轉變為具有一定性能的固態纖維，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流而進入凝固浴，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發生，也可以先后發生。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，甚至五浴法的實例。

所有的粘膠纖維，不論是普通短纖維或長絲、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

同樣的規律性。粘膠纖維的成型過程是一個復雜的工藝過程，它發生一系列化學、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，并相互影響，下面就其中的各個過程分別進行論述。

（一）粘膠在噴絲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種情況：在進入噴絲孔之前在設備及管道中的流動，基本上屬于剪切

流動處理；在出噴絲孔后的紡絲線上，則基本上屬于單軸拉身流動。

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

噴絲孔中的管道流動、噴絲孔出口區向拉伸流動的過渡。此外，粘膠是黏彈性流體，它在噴絲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孔道中的流動偏離泊肅葉流動，在討論有關問題時都必須

考慮這些因素。

下面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孔道，然后從噴絲孔道被擠出，擠出孔口的細流往往在靠近孔口處出現一個直徑

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，由于拉力的作用，

細流在越過膨化區最大直徑后，在凝固浴內逐漸變細。

1.粘膠流進噴絲孔道時的入口效應

粘膠進入噴絲孔道入口時，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藏于體系之中，這種在入口處粘膠

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

2.粘膠在噴絲孔道中流動的彈性現象

粘膠進入噴絲孔后，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，稱為徑向流速梯度，并用dv/dr表示

或簡寫成g。顯然，徑向速度梯度g.等于粘膠在孔道流動中的切應變速率。

粘膠是一種彈黏體，它在孔道中做黏性流動的同時，由于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。

在軸向和徑向產生的這種應力，會影響液流的各向異性和細流由噴絲孔噴出時所發生的膨化現象。彈黏體流經噴絲孔道

的有關能量平衡是相當復雜的，有人把這些能量分為三組，即動能、散失能和彈性能。動能和形成速度斷面時所散失的

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

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

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

向速度梯度也有所增大。隨著流動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點取向度的變化是很復雜的現象，它不僅與入口應力的松弛有關，而且與沿孔道

軸向的速度斷面及相應的徑向速度梯度的變化有關，它還與其他流動條件以及流體的結構有關。流體的雙折射率沿

噴絲孔道單調地增加并趨于穩定。

3.粘膠流出噴絲孔時的膨化效應

粘膠細流從噴絲孔口流出時，本來被孔道所約束的流動轉化為沒有孔壁的約束細流。流體與噴絲孔壁的摩擦消失了，

因此細流的速度斷面逐漸趨于均衡，剩余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

孔道的直徑）并達到最大值，這一現象稱為孔口膨化效應。成型過程中細流的明顯變化對成型工藝和成品質量會產生

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生了。