初生纤维是通过
熔体纺丝或
溶液纺丝工艺形成的
化学纤维中间产物,其形成过程包含熔融态或溶液态聚合物从喷丝孔挤出后在纺丝场中固化成形。该纤维具有取向度低、结构不稳定等特性,需经过拉伸、热定形等后加工工序提升力学性能。根据纺丝介质差异可分为熔纺卷绕丝与湿纺凝固丝两大类别,其晶态结构与表面形貌受
喷丝板设计、
凝固浴条件等工艺参数直接影响。
熔体纺丝工艺中,聚合物切片经熔融后从喷丝孔挤出,在冷却气流作用下冷凝形成初生纤维,
涤纶、
锦纶等合成纤维多采用此法。溶液纺丝则包含干喷湿纺与
湿法纺丝两种形式,纺丝液通过双向扩散作用在凝固浴中成形,适用于
Lyocell纤维、
聚丙烯腈纤维的生产。
干喷湿纺技术中,纺丝液挤出后需经过空气浴完成初步取向,再进入凝固浴固化成形,该工艺可降低原液粘度对成形的影响。凝固浴温度与浓度控制尤为关键,实验表明20℃、20%浓度的凝固浴可使纤维素分子形成稳定氢键网络。
微观结构呈现无定形区占主导的特征,扫描电镜观测显示表面存在纵向沟槽结构,其形态与纺丝液粘度、凝固浴传质速率相关。X射线衍射分析表明结晶度普遍低于30%,未拉伸纤维的取向因子仅为0.2-0.4。
单轴拉伸可使大分子链沿轴向取向,拉伸倍数每提升1倍,
断裂强度可增加3-5倍。多级拉伸工艺通过分段施加张力梯度,有效调控自然拉伸比与名义拉伸比的匹配度,高强纤维常采用3级以上拉伸。
热定型处理能消除内应力,使纤维结晶度提升至40%-60%。研究表明,聚丙烯腈初生纤维经120℃热定型后,
弹性模量可提高80%。蒸汽浴拉伸技术利用高温湿态环境促进分子链滑移,可将纤维直径均匀性控制在±5%以内。
2024年研究揭示了聚丙烯腈初生纤维的制备机理,发现纺丝液浓度提升至20%时,零切粘度可达2800Pa·s,需采用特殊喷丝板结构抑制弹性湍流。机器视觉检测系统已实现初生纤维根数的在线识别,检测精度达99.2%。
生物基材料领域,聚羟基丁酸-羟基戊酸共混纤维展现出降解特性,其初生纤维断裂伸长率可达320%,但强度仅0.18cN/dtex。三元共聚聚酰亚胺初生纤维研发取得突破,耐热温度提升至380℃。