濕法紡絲
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
濕法紡絲的實例教程
分類：
熔紡法按照熔體制備工藝過程又分為直接紡絲發和切片紡絲法。將聚合后的聚合物熔體直接送入計量泵計量、擠出進行紡絲的工藝成為直接紡絲法；而將聚合物的切粒經預結晶、干燥等必要的紡前準備后松日螺桿擠出機熔融紡絲的技術稱為切片紡絲法。大規模工業生產上常采用直接紡絲技術，有利于降低生產成本，但是難于生產差別化纖維品種，只能在線密度、纖維截面形狀上做出些許改變。而切片紡絲法較為靈活，易于更換品種，生產小批量、高附加值的差別化纖維。
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溶液紡絲法
溶液紡絲是將成纖高聚物溶解在某種溶劑中，制備成具有適宜濃度的紡絲溶液，再將該紡絲溶液從微細的小孔吐出進入凝固浴或是熱氣體中，高聚物析出成固體絲條，經拉伸——定型——洗滌——干燥等候處理過程便可得到成品纖維。
顯然，溶液紡絲生產過程比熔體紡絲要復雜，然而，對于某些尚未熔融便已發生分解的高聚物而言，就只能選擇該種紡絲成型技術，溶液紡絲又有濕法紡絲、干法紡絲、干濕法紡絲之分。
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濕法紡絲
濕法紡絲簡稱濕紡。將聚合物溶于溶劑中，通過噴絲孔噴出細流，進入凝固浴形成纖維的化學纖維紡絲方法。適用于濕法紡絲的成纖聚合物，其分解溫度低于熔點或加熱時易變色，且能溶解在適當溶劑中。聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇纖維等合成纖維和粘膠纖維、銅氨纖維等人造纖維品種采用濕法紡絲生產。濕法紡絲得到纖維截面大多呈非圓形，且有較明顯的皮芯結構，這主要是由凝固液的固化作用而造成的。
特點：
濕法紡絲的速度較低，而噴絲板的孔數較熔體紡絲多，工藝流程復雜，投次大、生產成本較高。一般在短纖維生產時，可采用多孔噴絲頭或級裝噴絲孔來提高生產能力，從而彌補紡絲速度低的缺陷。
工藝流程：
1. 制備紡絲原液。
2.
展開 近期，武培怡教授團隊利用濕法紡絲技術制備了一種具有多功能感知能力的Kevlar/MXene (KM)智能可穿戴纖維織物。該纖維織物可被多次清洗和縫織。依托相應的智能口罩，可以對人體呼吸進行實時監控，從而以高精度和便攜性檢測潛在的健康問題，為疾病判斷和實現遠程診療提供了重要參考。同時，該團隊還開發了一種溫度響應的智能纖維織物手套，通過預知周圍潛在危險來防止人體受到傷害。此外，這種智能感知系統可賦予軟體機器人對多種常見的液體有機分子進行基本特性判斷和初步識別的能力，幫助人們對未知液體進行快速識別。最后，作者通過規律性按壓具有超快響應 (90 ms)和恢復(110 ms)能力的KM纖維信號發射器，可對文字信息進行加密，結合無線技術實現了信號在線傳輸和保存。相關論文以“Scalable Fabrication of Kevlar/Ti3C2Tx MXene Intelligent Wearable Fabrics with Multiple Sensory Capabilities”為題發表在納米材料領域國際頂尖期刊ACS Nano上。
圖1. MXene片層制備、利用三氟乙酸(TFA)和甲基磺酸(MSA)體積比1:1的混酸體系對Kevlar纖維進行剝離，再在醋酸凝固浴中濕法紡絲制備形貌規整的KM纖維。
圖2. KM纖維性能表征：XRD，FTIR，TGA，力學拉伸，電導率測試。
展開 但是，木質素基碳纖維的研究與開發目前仍然面臨著許多挑戰，如滿足碳纖維制備要求的“三高”（高純度、高分子量和高碳含量）木質素原料的供應體系尚未形成，木質素自身紡絲成型極其困難。木質素是一種三維網狀的無定型聚合物，分子量較低且分布很寬，在紡絲過程中難以承受較大的牽伸張力，通常只能制得直徑較粗、取向較低的木質素原絲。寧波材料所特種纖維團隊采用酯化和自由基共聚兩步法改性技術制備了一種具有良好可紡性和熱穩定性的木質素-丙烯腈共聚物。采用該共聚物和濕法紡絲工藝制得高質量的連續原絲，經熱穩定化和炭化處理后，制得結構致密的碳纖維，為高效利用木質素和進一步提高碳纖維的力學性能奠定了重要基礎。
該工作的部分研究結果已發表在ACS Sustainable Chem. Eng.（2016, doi: 10.1021/acssuschemeng.5b01442）、J. Mater. Sci.（2017, doi:10.1007/s10853-017-0977-x）等國外期刊上，更多研究結果陸續整理發表中。該工作得到了國家自然科學基金（21404111）和國家重點研發計劃“新能源汽車專項”（2016YFB0101702）等項目的支持。
木質素-丙烯腈共聚物原絲照片
木質素-丙烯腈共聚物基碳纖維SEM照片
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展開 武培怡教授課題組近年來圍繞MXene等二維材料的制備及應用取得了一系列研究進展：首次提出凍融法高效制備大尺寸的MXene，并通過掩模板法組裝了高性能的平面微型超級電容器器件 (Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1910048.)；利用MXene作為犧牲模板，通過原位氧化MXene在GO片層間產生連續分布的TiO2納米晶體，使得GO片層內部產生連續納米通道，實現了GO膜水凈化能力的大幅提升 (J. Mater. Chem. A2019, 7, 6475.)；利用少量的MXene改善界面熱阻，大幅度提高氮化硼復合膜的導熱性能且不影響電絕緣性能 (Mater. Chem. Front.2020, 4, 292.)；受血管彈性層和肌肉層復合結構啟發，以MXene作為水凝膠層的填料，制備了一種溫敏水凝膠-熱塑性彈性體復合管，表現出極好的力學拉伸性、溫敏和近紅外光熱特性 (Mater. Horiz.2020, 7, 2150.)；利用濕法紡絲技術制備了一種具有多功能感知能力的Kevlar/MXene智能可穿戴纖維織物 (ACS Nano2021, 15, 8676.).
基于上述背景，作者提出了一種簡便的、多尺度結構調整的策略，以制造高性能的MXene水凝膠超級電容器電極。如圖1所示，通過單向冷凍MXene漿料，然后在硫酸電解液中進行解凍，在這個過程中，自支撐的MXene凝膠電極被賦予了三維有序的宏觀結構以及質子插層的微觀結構，為離子存儲提供了豐富的活性位點。同時，有序的通道帶來了縱向方向上高效的離子和電子運輸途徑，促進了電解液的滲透和電解液與電極之間的物質交換。此外，得益于MXene的弱凝膠性質，這種策略還可以擴展應用到3D打印的MXene微型超級電容器(MSC)。
圖1.
展開 (a)為示意圖，顯示了通過濕法紡絲方法制備GO纖維的過程，以及顯示纏繞在陶瓷卷軸上的連續GO纖維的圖像。（b）為用棉線編織的石墨烯纖維和纖維的SEM圖像。（c）為通過封閉熱液技術獲得的石墨烯微管拓片的照片和SEM圖像。(d)獨立拍攝的膠片照片和纖維纏繞拍攝的膠片圖像。（e）為CVD法制備的石墨烯纖維的照片和SEM圖像。
圖3：基于CNT薄膜的柔性傳感器。
(a-d)為基于swnt膠片的應變傳感器(a)的制作過程和100%應變(b)的斷裂形態的SEM圖像。(e)為由含有聚(3，4-乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT：PSS)和SWNT的混合膜制成的柔性應變傳感器的示意圖。(f)為基于多孔PDMS和SWNT膜的多功能傳感器以及用于區分壓力和彎曲的傳感器的示意圖。（g）為安裝在人體上的用于監測情緒表達的柔性傳感器。
圖4：用在柔性傳感器上的與聚合物或織物復合的碳材料。
（a）為用于柔性傳感器的石墨烯涂層非織造織物。（b）為由炭黑PDMS制成的應變傳感器，用于檢測人體皮膚的形變。（c）為用于測量血壓的炭黑裝飾織物。
【小結】
質量和成本效益高的碳材料生產是其應用的先決條件。目前，CNT粉和GO片已投入批量生產，然而，這些過程通常會引入許多缺陷，顯著影響整體性能。高性能器件的制備需要單層和多層質量良好的薄膜，目前高成本的制備方法限制了它們的進一步發展。此外，宏觀組裝體的性能明顯低于單獨的CNTs或石墨烯。因此，在裝配過程中，結構的合理優化和缺陷的精確控制應引起重視。此外，由于協同效應，復合為獲得高性能材料提供了實用的策略。
展開 
濕法紡絲的最新內容
目前國內UHMWPE纖維主要是采用濕法凍膠紡絲-超倍拉伸工藝，由于分子量不同的聚乙烯具有不同的溶脹、溶解性能，低分子量部分易于溶脹和溶解，率先進入溶解階段，引起溶液黏度劇增，并占據大量溶劑，阻礙高分子量部分的溶解。因此要求UHMWPE原料的分子量分布盡可能的小，否則會影響UHMWPE的均勻溶解，難以獲得均勻的溶液，甚至會影響工藝的順利進行。通常分子量分布一般應小于3.5。
在可擴展的濕法紡絲過程中，作者引入了分步溶劑插層塑性拉伸技術，以提高氧化石墨烯前驅體纖維絲的均勻性、密度和結構順序。化學還原和高溫石墨化還原了石墨烯原子結構，實現了長絲的大石墨晶體尺寸。石墨烯纖維絲具有良好的綜合性能，包括抗拉強度1.4 GPa、密度1.93 g/cm3、導電率 4.1×105 S/m 和導熱率 1204 W/mK。
5.1.2 紡絲法
紡絲法包括靜電紡絲、熔融紡絲、凝膠紡絲，濕法及干法紡絲等工藝，靜電紡絲因為相對小的批次性能變化、易于控制等優勢應用最廣。高壓電場引發的定向拉伸及剪切效應誘導分子鏈取向，減少了纖維直徑和提高晶體取向，極大改善了纖維的導熱。
基于 GO 水溶液制備氧化石墨烯薄膜的方法主要有以下幾種：真空抽濾、濕法紡絲、蒸發、刮涂。如圖 1(a)所示，GO 溶液在聚四氟乙烯盤中在 50～60℃干燥 6～10 h 后形成了表面光滑、柔軟的 GO片 ， 經 2000℃ 退火后熱導率為 1100W/(m·K)，并具有～30 dB 的電磁屏蔽性能。
適用于濕法紡絲的成纖聚合物，其分解溫度低于熔點或加熱時易變色，且能溶解在適當溶劑中。聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇纖維等合成纖維和粘膠纖維、銅氨纖維等人造纖維品種采用濕法紡絲生產。濕法紡絲得到纖維截面大多呈非圓形，且有較明顯的皮芯結構，這主要是由凝固液的固化作用而造成的。
特點：
濕法紡絲的速度較低，而噴絲板的孔數較熔體紡絲多，工藝流程復雜，投次大、生產成本較高。
首先，利用正溴丁烷/乙醇混合溶劑作為濕法紡絲的凝固浴，對 Kevlar 納米纖維 (KNF)質子化同時進行疏水功能化，再通過超臨界干燥，制備出疏水的凱夫拉氣凝膠纖維（H-KAFs）。其次，以H-KAFs為載體，使有機相變材料石蠟（（PW）限域于載體內，獲得有機相變纖維（PW@H-KAF）。
；利用濕法紡絲技術制備了一種具有多功能感知能力的Kevlar/MXene智能可穿戴纖維織物 (ACS Nano2021, 15, 8676.).
基于上述背景，作者提出了一種簡便的、多尺度結構調整的策略，以制造高性能的MXene水凝膠超級電容器電極。
基于此，本研究提出了一種同軸濕紡絲法，連續制備具有高、超穩定電導的超彈性LM鞘芯微纖維。該超細纖維可拉伸至1170%，在充分激活導電路徑時，可實現4.35 104 S/m的高導電性，在200%應變下電阻變化僅為4%，以上性質均產生于拉伸誘導的通道開口和延伸出的曲折的蛇形導電路徑的滲透金屬網絡。
近期，該研究團隊提出了一種三層同軸濕法紡絲的方法，可連續制備具有高電導且電阻隨拉伸不敏感的彈性液態金屬芯鞘超細纖維，初始電導率高達4.35×104 S/m，拉伸200%電阻變化僅為4%。該芯鞘纖維經連續紡絲長度可達380 米，而直徑僅為270微米，略大于頭發絲粗細。纖維鞘層由彈性雙網絡含氟彈性體組成，芯層為相同的含氟彈性體與液態金屬納米顆粒的復合物。
此項研究工作利用濕法紡絲技術制備了Kevlar和MXene復合纖維，該纖維織物由于易制備、耐用、柔性、可清洗以及舒適的穿戴性而在多領域得到應用，如用于人體呼吸狀態實時監測；對外界高溫環境進行預判并做出風險提示；以及對未知有機溶劑進行識別；此外基于Morse code原則可實現對重要信息進行加密、保存和傳輸。
