相分离和三元相图探究

湿法纺丝成型过程是非溶剂/溶剂/聚合物三元体系的相平衡和相转变过程，这一过程直接影响纤维的微观形貌，从而对纤维的最终性能产生重要影响。对于特定组成的聚合物纺丝原液，凝固浴的组成和温度是影响纤维成型最重要的两个因素。作为研究非溶剂/溶剂/聚合物三元体系相分离的重要手段之一，三元相图已经被用于研究聚丙烯腈纤维［1］、纤维素纤维［2］及P84纤维［3］等纤维的湿纺成型，具有一定的指导作用。对于聚合物体系来说，Flory-Huggins 模型是最广泛使用的热力学理论，将其扩展到非溶剂/溶剂/聚合物三元体系，可绘制三元相图，包括双节线、旋节线和临界点［4-5］。另外，利用浊点滴定的方法可以得到非溶剂/溶剂/聚合物三元体系在低浓度聚合物体系的相图情况，可以与理论进行对比研究。

图3-1　聚酰胺酸纤维的湿法纺丝成型过程示意图(www.xing528.com)

A—纺丝溶液 B—喷丝板 C—凝固浴 D—水洗浴1 E—水洗浴2 F—卷绕辊

尽管诸多学者对聚酰亚胺纤维的成型和性能做过广泛研究，但是关于非溶剂/溶剂/PAA 三元体系的热力学研究相对较少，尤其是对主链含有杂环的聚酰胺酸体系。可利用基团贡献法分别计算水/DMAc、乙醇/DMAc 以及乙二醇（EG）/DMAc 二元体系的相互作用参数g12，利用Hansen 溶度参数理论计算DMAc/PAA 以及非溶剂/PAA 体系的相互作用参数χ13 和χ23，根据Flory-Huggins 热力学理论计算水/DMAc/PAA、乙醇/DMAc/PAA 以及EG/DMAc/PAA 三元体系的理论相图。同时，采用浊点滴定的方法，计算低浓度聚合物条件下的三元体系对应的热力学平衡组分。选取适当的凝固浴条件进行湿纺实验，探究不同凝固浴条件对聚酰胺酸纤维的成型、微观形貌及力学性能的影响，这些理论和实验研究结果能够为纤维的稳定成型提供基础数据支撑。