凝胶纺丝及纤维性能测试大型工艺实验讲义编者潘婉莲于俊荣东华大学材料学院2014年12月
凝胶纺丝及纤维性能测试 大型工艺实验讲义 编者 潘婉莲 于俊荣 东华大学材料学院 2014 年 12 月
一、实验目的概述：凝胶纺丝也称冻胶纺丝（gelspinning），是上世纪70年代末发展起来的一种新型的纺丝技术，用该法可使普通的柔性链成纤高聚物（如聚乙烯、聚丙烯睛和聚乙烯醇等）获得较理想结构、制得高强度高模量的该类纤维。冻胶纺丝属于溶液纺丝的范畴，首先将超高分子量的柔性链聚合体溶解在溶剂中制成均匀的纺丝溶液，纺丝原液经喷丝孔挤出后，经过约几厘米的空气层进入凝固浴，骤冷凝固成冻胶丝条。在凝固浴中只发生热交换，基本上无物质的交换发生。人们根据这种初生的冻胶丝条的外貌特性，将其取名为冻胶纺丝。冻胶丝条内含有大量的溶剂，只有经过去除溶剂、超倍拉伸（大于20倍）等工艺处理后，才能得到高强度高模量的纤维。本实验以超高分子量聚乙烯纺制高强度高模量聚乙烯纤维为例，了解超高分子量聚乙烯在溶剂中的溶胀、溶解、挤出纺丝、骤冷凝固、萃取、热拉伸等工序，并对所得纤维进行结构性能测试。以聚乙烯的冻胶纺丝为例，其基本工艺流程如图1所示。均匀的半超高相对分子冻胶丝条含溶冷却、溶胀质量聚乙烯稀溶液剂的未拉伸丝)固化溶解干态萃取多级热拉伸、成品纤维冻胶纤维干燥
一、实验目的 概述： 凝胶纺丝也称冻胶纺丝（gel spinning），是上世纪 70 年代末发展 起来的一种新型的纺丝技术，用该法可使普通的柔性链成纤高聚物 （如聚乙烯、聚丙烯腈和聚乙烯醇等）获得较理想结构、制得高强度 高模量的该类纤维。 冻胶纺丝属于溶液纺丝的范畴，首先将超高分子量的柔性链聚合 体溶解在溶剂中制成均匀的纺丝溶液，纺丝原液经喷丝孔挤出后，经 过约几厘米的空气层进入凝固浴，骤冷凝固成冻胶丝条。在凝固浴中 只发生热交换，基本上无物质的交换发生。人们根据这种初生的冻胶 丝条的外貌特性，将其取名为冻胶纺丝。冻胶丝条内含有大量的溶剂， 只有经过去除溶剂、超倍拉伸（大于 20 倍）等工艺处理后，才能得 到高强度高模量的纤维。 本实验以超高分子量聚乙烯纺制高强度高模量聚乙烯纤维为例， 了解超高分子量聚乙烯在溶剂中的溶胀、溶解、挤出纺丝、骤冷凝固、 萃取、热拉伸等工序，并对所得纤维进行结构性能测试。 以聚乙烯的冻胶纺丝为例，其基本工艺流程如图 1 所示。 溶胀 冷却 溶解 固化 萃取 多级热拉伸 干燥 超高相对分子 质量聚乙烯 均匀的半 稀溶液 冻胶丝条(含溶 剂的未拉伸丝) 干态 冻胶纤维 成品纤维
图1冻胶纺丝的基本工艺流程图→通过本实验达到的目的：1.了解冻胶纺丝的特点，冻胶纺丝与其它溶液纺丝的区别2.学会配置超高分子量聚乙烯溶液，冻胶纺丝，萃取和拉伸等工艺操作。3.掌握高强高模纤维的测试手段二、实验原理1冻胶纺丝技术的由来及基本特征1.1冻胶纺丝的由来及基本定义冻胶纺丝是上世纪70年代末期由荷兰DSM公司中心实验室的SmithP教授与其博士生LemstraPJ发明的，是一种新型的纺丝技术。迄今为止，已成功采用冻胶纺丝法制成高强度高模量的聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维和聚乙烯醇纤维，该技术已在荷兰、美国、日本、中国等国家成熟工业化。一般地讲，把强度超过20g/d，模量超过500g/d的纤维称为高强度高模量纤维。有的文献把这类纤维称为超高强高模纤维。从纺丝技术上来说，在使普通的柔性链成纤高聚物获得较理想结构，实现该类纤维的高强度高模量方面，冻胶纺丝是最有效的方法。冻胶纺丝属于溶液纺丝的范畴，但不同于纺制常规化学纤维的湿法纺丝和干法纺丝。其主要区别是：冻胶纺丝原液在凝固成形过程中溶剂基本上不扩散，几乎全部滞留在初生丝条中。也就是说，从喷丝孔中喷出的原液细流，经过约几厘米的空气层进入凝固浴之后，骤冷
图 1 冻胶纺丝的基本工艺流程图 通过本实验达到的目的： 1. 了解冻胶纺丝的特点，冻胶纺丝与其它溶液纺丝的区别。 2. 学会配置超高分子量聚乙烯溶液，冻胶纺丝，萃取和拉伸等 工艺操作。 3. 掌握高强高模纤维的测试手段。 二、实验原理 1 冻胶纺丝技术的由来及基本特征 1.1 冻胶纺丝的由来及基本定义 冻胶纺丝是上世纪 70 年代末期由荷兰 DSM 公司中心实验室的 Smith P 教授与其博士生 Lemstra P J 发明的，是一种新型的纺丝技术。 迄今为止，已成功采用冻胶纺丝法制成高强度高模量的聚乙烯纤维、 聚丙烯腈纤维和聚乙烯醇纤维，该技术已在荷兰、美国、日本、中国 等国家成熟工业化。一般地讲，把强度超过 20g/d，模量超过 500g/d 的纤维称为高强度高模量纤维。有的文献把这类纤维称为超高强高模 纤维。从纺丝技术上来说，在使普通的柔性链成纤高聚物获得较理想 结构，实现该类纤维的高强度高模量方面，冻胶纺丝是最有效的方法。 冻胶纺丝属于溶液纺丝的范畴，但不同于纺制常规化学纤维的湿 法纺丝和干法纺丝。其主要区别是：冻胶纺丝原液在凝固成形过程中， 溶剂基本上不扩散，几乎全部滞留在初生丝条中。也就是说，从喷丝 孔中喷出的原液细流，经过约几厘米的空气层进入凝固浴之后，骤冷
凝固成冻胶丝条。在凝固浴中只发生热交换，基本上无质的交换发生。因此，人们根据这种初生的冻胶丝条的外貌特征，取名为冻胶纺丝。冻胶丝条只有经过超倍拉伸，去除溶剂等工艺处理之后，才能得到超高强高模的纤维。所以，这种方法又称为冻胶纺丝一超拉伸法(gelspinning一ultra-drawing)。这里所说超倍拉伸是指拉伸倍数大于二十倍的拉伸。1.2冻胶纺丝的基本特征表1冻胶纺丝的基本特征工序名称基本特征所起的主要作用①溶解工序①采用超高分子量聚合物②①减少大分子末端缺陷制备良好的纺丝溶液②不仅可以得到溶解均溶液浓度介于稀溶液和浓溶液之间，称之为半稀溶液匀的溶液，而且大分子之间缠结减少，使超倍拉伸可以实现②纺丝工序③凝固时溶剂基本不扩散，几③保持溶液中大分子的制备均匀的冻胶丝条乎全部滞留在丝条中，因此此缠结状态时只发生热量交换而无质的交换③萃取工序④用沸点低于拉伸温度的萃④去除丝条中的溶剂去除冻胶丝条中的溶取剂来去除丝条中的溶剂剂④拉伸工序③采用多级拉伸的方式，使总③得到高度取向、高度结得到高度取向、高度拉伸倍数达到30～40倍晶的特殊结构的成品纤维结晶的高强度高模量纤维
凝固成冻胶丝条。在凝固浴中只发生热交换，基本上无质的交换发生。 因此，人们根据这种初生的冻胶丝条的外貌特征，取名为冻胶纺丝。 冻胶丝条只有经过超倍拉伸，去除溶剂等工艺处理之后，才能得到超 高强高模的纤维。所以，这种方法又称为冻胶纺丝－超拉伸法(gel spinning－ultra-drawing)。这里所说超倍拉伸是指拉伸倍数大于二十 倍的拉伸。 1.2 冻胶纺丝的基本特征 表 1 冻胶纺丝的基本特征 工序名称 基本特征 所起的主要作用 ①溶解工序 制备良好的纺丝溶液 ①采用超高分子量聚合物② 溶液浓度介于稀溶液和浓溶 液之间，称之为半稀溶液 ① 减少大分子末端缺陷 ②不仅可以得到溶解均 匀的溶液，而且大分子之 间缠结减少，使超倍拉伸 可以实现 ②纺丝工序 制备均匀的冻胶丝条 ③凝固时溶剂基本不扩散，几 乎全部滞留在丝条中，因此此 时只发生热量交换而无质的 交换 ③保持溶液中大分子的 缠结状态 ③萃取工序 去除冻胶丝条中的溶 剂 ④用沸点低于拉伸温度的萃 取剂来去除丝条中的溶剂 ④去除丝条中的溶剂 ④拉伸工序 得到高度取向、高度 结晶的高强度高模量 纤维 ⑤采用多级拉伸的方式，使总 拉伸倍数达到 30～40 倍 ⑤得到高度取向、高度结 晶的特殊结构的成品纤 维
表1总结了冻胶纺丝的基本特征。由表1可知，与常规溶液纺丝方法相比，冻胶纺丝一个显著的特征是采用超高分子量的聚合体为原料。因为分子量是影响纤维强度的重要因素。分子量越大，纤维中由分子未端造成的结构缺陷就越少，从而有助于纤维强度的提高。通过对超倍拉伸聚乙烯纤维强度研究表明，强度T与其重均分子量Mw之间存在如下关系：T=KM. .25~0.4式中K为系数，由此式可以得知，若要纤维的强度增大一倍，则聚乙烯的分子量需增大4.7～15倍。因此，一般冻胶纺丝用的原料，超高分子量聚乙烯的分子量要大于100万。除了末端缺陷的影响外，大幅度提高分子量还有助于超倍拉伸的实现。分子量越大，冻胶丝条可承受的最大拉伸倍数就越大，所得到的成品纤维的强度就越高。与常规溶液纺丝方法相比，冻胶纺丝的另一个特征是纺丝溶液浓度较低。一般采用的浓度介于稀溶液和浓溶液之间，称为半稀溶液。如聚乙烯其半稀溶液浓度一般为2～10%。为了得到高强高模纤维，除了要用超高分子量聚合物为原料之外，还要使纤维中的大分子链最大限度地伸直。因此，在制备纺丝溶液时，就要使溶液浓度变稀，大分子之间缠结被溶剂分子拆散，折叠的分子链尽可能伸直。这样，纺丝成形之后，纤维中大分子链在超倍拉伸过程中才有可能形成伸直链结晶。同时，由于采用高分子量的聚合物，若浓度偏高，往往会使溶解变得十分困难，并且即使溶解，溶液的流动性能和可纺性也很差无法实现纺丝成形。进一步了解冻胶纺丝过程中溶解的本质是要利用
表 1 总结了冻胶纺丝的基本特征。由表 1 可知，与常规溶液纺丝 方法相比，冻胶纺丝一个显著的特征是采用超高分子量的聚合体为原 料。因为分子量是影响纤维强度的重要因素。分子量越大，纤维中由 分子末端造成的结构缺陷就越少，从而有助于纤维强度的提高。通过 对超倍拉伸聚乙烯纤维强度研究表明，强度 T 与其重均分子量 Mw之 间存在如下关系： T=KMw 0.25~0.4 式中 K 为系数，由此式可以得知，若要纤维的强度增大一倍，则聚 乙烯的分子量需增大 4.7～15 倍。因此，一般冻胶纺丝用的原料，超 高分子量聚乙烯的分子量要大于 100 万。除了末端缺陷的影响外，大 幅度提高分子量还有助于超倍拉伸的实现。分子量越大，冻胶丝条可 承受的最大拉伸倍数就越大，所得到的成品纤维的强度就越高。 与常规溶液纺丝方法相比，冻胶纺丝的另一个特征是纺丝溶液浓 度较低。一般采用的浓度介于稀溶液和浓溶液之间，称为半稀溶液。 如聚乙烯其半稀溶液浓度一般为 2～10％。为了得到高强高模纤维， 除了要用超高分子量聚合物为原料之外，还要使纤维中的大分子链最 大限度地伸直。因此，在制备纺丝溶液时，就要使溶液浓度变稀，大 分子之间缠结被溶剂分子拆散，折叠的分子链尽可能伸直。这样，纺 丝成形之后，纤维中大分子链在超倍拉伸过程中才有可能形成伸直链 结晶。同时，由于采用高分子量的聚合物，若浓度偏高，往往会使溶 解变得十分困难，并且即使溶解，溶液的流动性能和可纺性也很差， 无法实现纺丝成形。进一步了解冻胶纺丝过程中溶解的本质是要利用
溶剂分子的热运动达到体系中大部分大分子之间的缠结被解开的目的。溶剂越多，浓度越稀，大分子间缠结点越少，则缠结点之间的统计链节数(N)越大，因而最大拉伸倍数(入max)就越大，这可根据经典橡胶弹性理论得到：入 max=N,l1/2当然，实际上溶液浓度也不能太稀，工业上太低的浓度导致成本增加，而且少量大分子之间的缠结有利于拉伸应力的传递，否则，拉伸时大分子链之间很容易产生滑移，达不到有效拉伸的目的。与其它纺丝方法相比，冻胶纺丝一超拉伸法的显著特征是拉伸倍数大。一般，总拉伸倍数要大于20，这是获得柔性链超高强高模纤维所必须的最低拉伸倍数。因为超高强高模纤维的主要结构特征是非晶区及晶区中大分子链充分伸展，有大量的缚结分子存在。一般的柔性链聚合体，在拉伸倍数超过20倍之后，纤维的强度、模量还会继续上升。如聚乙烯的最大拉伸倍数达到300倍时，其模量已和理论值相接近。分析超高拉伸的内在涵义，与常规纺丝法不同之点在于：它不仅仅是使大分子取向，促进应力诱导结晶，而且还能使纤维在拉伸过程中出现伸直链结晶，使纤维具有无定形区均匀分散在连续的伸直链结晶的基质中的结构。2冻胶纺丝的基本原理2.1纤维高强化的理论计算及理想结构模型高强度高模量芳纶纤维的诞生给人们很好的启发，纺制常规纤维的这些柔性链高分子能否形成象芳纶那样分子链充分伸展的结构而
溶剂分子的热运动达到体系中大部分大分子之间的缠结被解开的目 的。溶剂越多，浓度越稀，大分子间缠结点越少，则缠结点之间的统 计链节数(Nc)越大，因而最大拉伸倍数(λ max)就越大，这可根据经典 橡胶弹性理论得到： λ max＝Nc 1/2 当然，实际上溶液浓度也不能太稀，工业上太低的浓度导致成本增加， 而且少量大分子之间的缠结有利于拉伸应力的传递，否则，拉伸时大 分子链之间很容易产生滑移，达不到有效拉伸的目的。 与其它纺丝方法相比，冻胶纺丝－超拉伸法的显著特征是拉伸倍 数大。一般，总拉伸倍数要大于 20，这是获得柔性链超高强高模纤 维所必须的最低拉伸倍数。因为超高强高模纤维的主要结构特征是非 晶区及晶区中大分子链充分伸展，有大量的缚结分子存在。一般的柔 性链聚合体，在拉伸倍数超过 20 倍之后，纤维的强度、模量还会继 续上升。如聚乙烯的最大拉伸倍数达到 300 倍时，其模量已和理论值 相接近。分析超高拉伸的内在涵义，与常规纺丝法不同之点在于：它 不仅仅是使大分子取向，促进应力诱导结晶，而且还能使纤维在拉伸 过程中出现伸直链结晶，使纤维具有无定形区均匀分散在连续的伸直 链结晶的基质中的结构。 2 冻胶纺丝的基本原理 2.1 纤维高强化的理论计算及理想结构模型 高强度高模量芳纶纤维的诞生给人们很好的启发，纺制常规纤维 的这些柔性链高分子能否形成象芳纶那样分子链充分伸展的结构而
具有高强度高模量的力学性能呢？人们首先从理论上研究分析超高强高模纤维的理想结构，是大分子链无限长而且纤维中仅含伸直链结晶，其结构模型如图2。图2超高强高模纤维完全伸直链结晶的理想结构模型根据此理想结构模型，超高强高模纤维中无限长的大分子链完全伸展，按照分子链断裂机理，纤维的抗张强度相当于大分子链的极限强度（见表2)，而分子链的极限强度可由分子链上碳一碳共价键的强度（61达因）和分子链截面积计算求得：6.1 X10*dyn69极限强度=(g/d)分子截面积(nm）密度（g/cm）×分子截面积(（nm2）表2各种聚合物大分子链的极限强度密度聚合物分子截面积极限强度常规纺丝法纤维强度/nm?Ig·cm"3Ig· dlIg · drlPE0.960.1933729.0尼龙-61.140.1923169.5PVA1.280.2282369.5235Kevlar1.430.20525.0PET1.370.2172329.5PP9.90.910.3482184.0PVC1.390.2941695.0PAN1.160.304196
具有高强度高模量的力学性能呢？人们首先从理论上研究分析超高 强高模纤维的理想结构，是大分子链无限长而且纤维中仅含伸直链结 晶，其结构模型如图 2。 图 2 超高强高模纤维完全伸直链结晶的理想结构模型 根据此理想结构模型，超高强高模纤维中无限长的大分子链完全 伸展，按照分子链断裂机理，纤维的抗张强度相当于大分子链的极限 强度(见表 2)，而分子链的极限强度可由分子链上碳－碳共价键的强 度(61 达因)和分子链截面积计算求得： 6.1×104 dyn 69 极限强度= = (g/d) 分子截面积(nm2 ) 密度(g/cm3 )×分子截面积(nm2 ) 表 2 各种聚合物大分子链的极限强度 聚合物 密度 /g·cm -3 分子截面积 /nm2 极限强度 /g·d -1 常规纺丝法纤维强度 /g·d -1 PE 0.96 0.193 372 9.0 尼龙-6 1.14 0.192 316 9.5 PVA 1.28 0.228 236 9.5 Kevlar 1.43 0.205 235 25.0 PET 1.37 0.217 232 9.5 PP 0.91 0.348 218 9.9 PVC 1.39 0.294 169 4.0 PAN 1.16 0.304 196 5.0
从表2可以看出，成纤聚合物，特别是柔性链聚合物，理论上的极限强度与目前常规纺丝法得到的纤维实际强度之间存在着很大的差距。2.2常规纤维结构与理想结构模型的差距晶区和非晶区的排列及连接方式对纤维的力学性能起着很大的影响。对于柔性链聚合物由常规法纺制的纤维，经过结构分析，发现纤维中存在着晶区和非晶区相互交叉并存的复杂结构。根据Peterlin形态结构模型，在常规法纺制的纤维中，微原纤是由厚约10nm的折叠链片晶和非晶区交替排列呈串联的连接方式。图3就是这种常规纤维的结构模型一o图3常规纤维的结构模型1一折叠链结晶2非晶区从图3可以很明显地看到：常规纤维的微纤结构中折叠链片晶和非晶区交替排列。当纤维被拉伸时，张力都集中在片晶之间包含很多薄弱部分的非晶区部分，并且主要由连接相邻折叠链片晶的缚结分子(tiemolecule)承担，而模量很高的片晶部分却对纤维的力学性能几乎没有什么贡献。因此，具有这种结构的纤维，即使结晶度很高，其力
从表 2 可以看出，成纤聚合物，特别是柔性链聚合物，理论上的 极限强度与目前常规纺丝法得到的纤维实际强度之间存在着很大的 差距。 2.2 常规纤维结构与理想结构模型的差距 晶区和非晶区的排列及连接方式对纤维的力学性能起着很大的 影响。对于柔性链聚合物由常规法纺制的纤维，经过结构分析，发现 纤维中存在着晶区和非晶区相互交叉并存的复杂结构。根据 Peterlin 形态结构模型，在常规法纺制的纤维中，微原纤是由厚约 10nm 的折 叠链片晶和非晶区交替排列呈串联的连接方式。图 3 就是这种常规纤 维的结构模型。 1 2 图 3 常规纤维的结构模型 1－ 折叠链结晶 2－非晶区 从图 3 可以很明显地看到：常规纤维的微纤结构中折叠链片晶和 非晶区交替排列。当纤维被拉伸时，张力都集中在片晶之间包含很多 薄弱部分的非晶区部分，并且主要由连接相邻折叠链片晶的缚结分子 (tie molecule)承担，而模量很高的片晶部分却对纤维的力学性能几乎 没有什么贡献。因此，具有这种结构的纤维，即使结晶度很高，其力
学性能仍为非晶区所支配。由于常规纤维非晶区中大分子缠结较多，无法形成规整的结晶结构，因此其力学性能较差。常规纤维的力学结构和超高强高模纤维的理想结构之间存在着很大的差距，一般柔性链纤维分子构成纤维的力学强度最多只能达到其极限强度的5%。仔细分析造成这种差距的原因主要有以下几个方面：a.目前各种常规纺丝用聚合体分子量往往较小，即大分子链的长度十分有限。使纤维中的分子未端增多，那么由分子未端造成纤维结构上的微小缺陷也必然增多。当纤维受到较大张力作用时，微原纤之间总是会产生相对滑移，大分子端部微小缺陷会不断扩大而最后导致断裂。因此，分子量大小是影响纤维强度的重要因素之一。同样道理，若提高聚合体大分子的分子量，减少末端造成的微小缺陷，必然会有助于纤维强度的增加。但目前常规纺丝法限制了聚合体分子量的大幅度增加。因为分子量一增加，纺丝用熔体或聚合体浓溶液的粘度将随之剧增，使溶解、纺丝变得十分困难，甚至无法进行。b.目前各种常规纺丝法的最大拉伸倍数较小，无法使大分子链，特别是柔性链，沿纤维轴向充分伸展。而要提高拉伸倍数，就必须设法大幅度降低大分子之间的缠结点密度。而要做到这一点，对于采用熔体或浓溶液作纺丝原液的常规纺丝法就十分困难，目前难以做到。因此，要尽可能地提高纤维的强度和模量，就必须采用高分子量的聚合体，并且设法大幅度降低大分子之间的缠结点密度。即大分子链的长度要尽可能长，并且可以超拉伸，使大分子链沿纤维轴向充分
学性能仍为非晶区所支配。由于常规纤维非晶区中大分子缠结较多， 无法形成规整的结晶结构，因此其力学性能较差。 常规纤维的力学结构和超高强高模纤维的理想结构之间存在着 很大的差距，一般柔性链纤维分子构成纤维的力学强度最多只能达到 其极限强度的 5％。仔细分析造成这种差距的原因主要有以下几个方 面： a. 目前各种常规纺丝用聚合体分子量往往较小，即大分子链的 长度十分有限。使纤维中的分子末端增多，那么由分子末端造成纤维 结构上的微小缺陷也必然增多。当纤维受到较大张力作用时，微原纤 之间总是会产生相对滑移，大分子端部微小缺陷会不断扩大而最后导 致断裂。因此，分子量大小是影响纤维强度的重要因素之一。同样道 理，若提高聚合体大分子的分子量，减少末端造成的微小缺陷，必然 会有助于纤维强度的增加。但目前常规纺丝法限制了聚合体分子量的 大幅度增加。因为分子量一增加，纺丝用熔体或聚合体浓溶液的粘度 将随之剧增，使溶解、纺丝变得十分困难，甚至无法进行。 b. 目前各种常规纺丝法的最大拉伸倍数较小，无法使大分子链， 特别是柔性链，沿纤维轴向充分伸展。而要提高拉伸倍数，就必须设 法大幅度降低大分子之间的缠结点密度。而要做到这一点，对于采用 熔体或浓溶液作纺丝原液的常规纺丝法就十分困难，目前难以做到。 因此，要尽可能地提高纤维的强度和模量，就必须采用高分子量 的聚合体，并且设法大幅度降低大分子之间的缠结点密度。即大分子 链的长度要尽可能长，并且可以超拉伸，使大分子链沿纤维轴向充分
伸展，使其超分子结构向理想结构靠近。实际生产过程中，采用聚合体的分子量不可能无限大，纤维也不可能无限超拉伸，即纤维中的折叠链片晶不可能被拉直成伸直链结晶，缚结分子也不可能完全被拉直。因此，人们设想能否形成伸直链、折叠链结晶与非晶区缚结分子并存的结构，即具有缚结分子和晶区分子并联后再与晶区串联的结构，其结构模型见图4。具有这种结构的纤维，当纤维经受拉伸时，晶区与缚结分子并联的那个区域就能承受较大的张力，在较大的张力作用下，越来越多的很少缠结的非晶区分子先后被拉直靠拢而形成新的晶区。这样一来，微观上，纤维结构向仅含伸直链的均一结晶区过渡，宏观上，纤维的强度和模量向理论值方向靠拢。1阁康2X3图4高强高模纤维的结构模型1一伸直链结晶2一折叠链结晶3一非晶区因此，柔性成纤聚合体纤维的超高强化必须从以下四个方面去势力:a.尽可能提高聚合体大分子的分子量。b.尽可能减少非晶区大分子之间的缠结。C.尽可能减少晶区折叠链的含量，增加伸直链的含量。d.尽可能将非晶区均匀分散到连续的结晶基质中去
伸展，使其超分子结构向理想结构靠近。 实际生产过程中，采用聚合体的分子量不可能无限大，纤维也不 可能无限超拉伸，即纤维中的折叠链片晶不可能被拉直成伸直链结 晶，缚结分子也不可能完全被拉直。因此，人们设想能否形成伸直链、 折叠链结晶与非晶区缚结分子并存的结构，即具有缚结分子和晶区分 子并联后再与晶区串联的结构，其结构模型见图 4。具有这种结构的 纤维，当纤维经受拉伸时，晶区与缚结分子并联的那个区域就能承受 较大的张力，在较大的张力作用下，越来越多的很少缠结的非晶区分 子先后被拉直靠拢而形成新的晶区。这样一来，微观上，纤维结构向 仅含伸直链的均一结晶区过渡，宏观上，纤维的强度和模量向理论值 方向靠拢。 1 2 3 图 4 高强高模纤维的结构模型 1－伸直链结晶 2－折叠链结晶 3－非晶区 因此，柔性成纤聚合体纤维的超高强化必须从以下四个方面去努 力： a. 尽可能提高聚合体大分子的分子量。 b. 尽可能减少非晶区大分子之间的缠结。 c. 尽可能减少晶区折叠链的含量，增加伸直链的含量。 d. 尽可能将非晶区均匀分散到连续的结晶基质中去