凝固浴是化学纤维
湿法纺丝工艺的关键介质,通过溶剂与凝固剂的双向扩散促使聚合物析出形成纤维。德国化学家米勒尔于1905年发明的
稀硫酸与硫酸盐体系,开启了
粘胶纤维工业化生产的先河。该浴液在不同工艺中呈现差异化特性:粘胶纤维生产采用硫酸钠促凝固、硫酸分解纤维素黄原酸盐的化学作用,而
Lyocell纤维干喷湿纺工艺则通过低浓度NMMO水溶液实现相分离与氢键重构。工业生产中需配备凝固浴循环系统,维持温度(如Lyocell工艺约20℃)与浓度(典型值20%)稳定。
冻胶纺丝等工艺中,凝固浴参数直接影响纤维截面形态与力学性能,
碳纤维生产中需通过三个月调试优化高温条件下的工艺稳定性。
凝固浴通过溶剂与凝固剂的双向扩散实现纤维成型:纺丝液细流进入浴液后,溶剂向外扩散,凝固剂向内渗透,导致聚合物溶解度降低并析出固态结构。在粘胶纤维制造中,
硫酸钠促使粘胶凝固,硫酸则分解纤维素黄原酸钠生成
再生纤维素。Lyocell工艺采用低浓度NMMO溶液,通过溶剂梯度促使纤维素分子链重构氢键网络。相较
熔体纺丝,湿法纺丝速度较低(5-100m/min),需严格调控喷丝头拉伸比以避免断裂。
低温条件(如2℃)可提升Lyocell纤维结晶度至57.2%,但会增加能耗;浓度超过20%将降低纤维结构完整性。冻胶纺丝中凝固浴停留时间需与纺丝速度(可达110m/min)匹配,以保证扩散效率。
凝固浴蒸浓设备用于浴液循环处理,包含管口表、材料表等技术组件,维持硫酸钠浓度稳定。在线折光仪监测浴液浓度波动,结合循环泵组实现自动调节。Lyocell生产线采用多级逆流洗涤系统,降低溶剂残留同时提升水资源利用率。
1905年米勒尔发明的凝固浴体系,使粘胶纤维生产突破实验室规模。20世纪40年代干喷湿纺技术发展,推动
腈纶等合成纤维采用空气隙+凝固浴的复合工艺。21世纪后,凝固浴精准控制技术促进Lyocell纤维商业化,全球产能于2021年突破80万吨。
该工艺在聚氨酯纤维(
Spandex)生产中同样发挥关键作用,通过调节二甲基甲酰胺浓度控制纤维
弹性模量。