第一节 基于碱溶液法的再生纤维素纤维
粘胶纤维、高湿模量的富强纤维（日本称为波里诺希克纤维Polynosic，欧洲称为莫代尔纤维Modal模具导柱）。 制备这种纤维的浆粕资源很多，主要是棉（短绒）浆、木浆、竹浆和苇浆，以棉浆使用最多。将纤维素浆粒溶解在碱溶液中形成碱纤维素，然后通过生成纤维素黄酸酯（粘胶），再经酸反应还原为纤维素再生而成。
（一）普通粘胶纤维的结构
1．粘胶纤维的化学组成
主要组成物质是纤维素，其分子式为[C6H10O5]n。普通粘胶长丝纤维和短纤维的聚合度为300-500。
2．粘胶纤维大分子的空间结构
粘胶纤维大分子是由许多葡萄糖剩基（C6H10O5）通过β-1，4键相互连接而成的直线链状大分子，其结构式如p.163图7-1所示，和棉纤维、麻纤维相同，同样具有椅式构型。
3．粘胶纤维的结晶结构
纤维素的晶胞是由5个平行排列的纤维素大分子在两个六元环链节上组成的。纤维素的晶胞至少有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种晶胞类型。其中天然纤维的晶胞为Ⅰ型结构，单斜晶系，晶胞参数为a=8.35Å，b＝10.36Å，c=7.90Å，β=84°，如p.164图激光切割烟雾净化器7-2所示。粘胶纤维的晶胞为Ⅱ型结构，单斜晶系，晶胞参数为a =8.14Å，b=10.36Å，c=9.14Å，β=62°，如p.164图7-3所示。b为主链方向两个六元环链节的长度（沿纤维轴向），a为沿椅式（构型）曲面方向相邻分子间距离，c为椅式（构型）曲面间距离。
比较纤维素Ⅰ和纤维素Ⅱ晶胞结构（驱动链轮图7-3、图7-4），可以看出它们有显著差别。粘胶纤维属再生纤维素纤维，因已经历碱液处理，虽然晶胞的b轴尺寸不变，但a轴、c轴的尺寸和β角均已改变，分子面转动，晶胞发生倾斜。粘胶纤维晶胞结构的这种变化，使它的性质和
天然纤维有很大的不同，如因晶胞倾斜导致粘胶纤维结晶度和取向度降低，引起纤维强度降低、伸长度增加等性质的变化。甚至水分子也能少量（不到1%）进入纤维素的结晶部分，而对天然纤维来说，水分子是不能进入结晶区的。
4．粘胶纤维的聚集态结构
适于用“缨状原纤结构模型”来表述。
粘胶纤维结晶度比天然纤维低，约为30％～40％。
粘胶纤维具有典型的原纤结构，原纤的产生是纺丝时纤维素分子相互吸引聚集成束所致。
微原纤：最小的平行分子束为直径约4.5～6nm的丝状体；
基原纤：由5根分子链组成的直径约为1～3nm；
原纤维：直径为10～25 nm的丝状体。一般认为粘胶纤维的微原纤中仍是结晶性的，没有无定形区域。
粘胶纤维最终获得的是一种片晶型的结晶结构。
粘胶纤维的取向度低于棉、麻等天然纤维素纤维，非晶区比例也高于天然纤维素纤维，而且缝隙、空洞既大又多，甚至还有直径在100 nm左右的球形空泡，这也是粘胶纤维附着水的能力比较强的一个主要原因。
普通粘胶纤维的平均聚合度较低，内部晶粒较小，取向度和结晶度也都不高。
5．粘胶纤维的形态结构特征p.164图7-4
横截面：有不规则的锯齿形边缘，有皮芯层的芯鞘结构。皮层较薄，且结构组织细密，由取向性好的小晶粒组成，芯层结构中具有较大的晶粒，且均处于取向性差的非结晶性基质内。
纵向表面：有平行于纤维轴的条纹。
粘胶纤维形成芯鞘结构和有锯齿形截面边缘的原因：
后桥壳粘胶纤维采用湿法纺丝，从喷丝孔喷出的粘胶表层首先接触凝固浴，粘胶被分解并立即凝固再生一层结构细密的纤维外层——皮层。随后粘胶内层才开始与凝固浴接触，因而凝固
较慢。拉伸成纤时，当皮层中分子可以受到较强的抽伸，不仅取向度高，形成的晶粒小，而且数量也较多。而芯层中的分子接受抽伸的效果较小，不仅取向度低，而且由于结晶的时间长，形成的晶粒比较大。 致使粘胶纤维的皮芯层的结晶与取向差别很大。而当纤维芯层最后凝固析出溶剂收缩体积形成纤维时，由于皮层已先凝固，不能一同收缩，因此皮层便会随芯层的收缩而形成锯齿形的截面边缘。
一般来说，皮层的结晶颗粒小，分布比较均匀，但分子的取向度较高，能提供高强低伸的性能特征；芯层的结晶度相对较大，结晶颗粒亦比较大，分子取向度低于皮层，不仅吸湿稳定，而且湿强损失也小一些，强度与模量均高。
（二）差别化粘胶纤维的结构
1．强力粘胶纤维
多取长丝纤维形式，主要用作产业资材，早期曾大量应用于做轮胎帘子布。
强力粘胶纤维主要是通过以下工艺实施来实现结构改造：
（1）浆粕原料
瘦肉精检测卡
使用α-纤维素含量高（>95%）、β-纤维素含量（<2.5%）、γ-纤维素和多缩戊糖含量低、烧碱溶解底低、聚合度高且均匀的浆粕。
目前主要使用木浆粕中的高α本地导航-纤维素的硫酸盐法浆粕（α-纤维素>97%）。
（2）纤维制造
调整老成工艺，尽可能使纤维素能获得较高的聚合度。在磺化阶段，使用较多的二硫化碳，使纤维素黄酸酯的γ值能适当提高，这可以借助添加剂来实现。
（3）纺丝与后处理
使粘胶液有良好的分散状态，以便于实现高取向度的抽伸。采用二浴法凝固，第一浴用高浓度硫酸锌作凝固剂，第二浴用80～100℃的稀硫酸浴，应尽量放慢第一浴纤维素磺酸酯（即粘胶）的再生速度以降低膨润度，先在第一浴中用低张力纺丝，在第二浴中则改用高张力紧张纺丝，以提高取向度，增加皮层厚度，甚至形成全皮层结构（p.166图7-5）。
2．高湿模量粘胶纤维
高湿模量粘胶纤维主要是改善粘胶纤维的湿机械性能，达到这一目的的方法主要有：
（1）利用芯层的结晶度高，晶粒大、取向度低的特点，扩大纤维中芯层部分比例，以获得高模量、高强度、湿影响小的粘胶纤维。
（2）利用皮层的结晶度小，但晶粒细小，取向度高的特点，扩大纤维中皮层部分比例，以获得高强度、低伸长的纤维。
（3）利用减少或消除留存在纤维中的孔隙，或使成纤后纤维的截面形状规整，甚至变成圆形截面，以使纤维在小变形下的力学性质有所改变（因为圆形截面的截面形状系数最大，对抗弯刚度的贡献大于其他形状的截面）。
现以取得全芯层结构的富强纤维为例，说明高湿模量粘胶纤维实现结构调整的技术措施：
（1）以纯度较高，聚合度高而且分布较窄、反应性能较好的浆粕为原料。
（2）在粘胶制备过程中，尽量减少纤维素的降解，以使天然高聚物的结构，尽可能在溶解和再凝固过程中保持不变。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议