[科普中国]-离心纺丝

离心纺丝是指某些聚合物熔体借助高速旋转的装置所产生的离心力和剪切力由细孔甩出而成纤的方法。所得纤维长度(5～300mm)和直径(10～35μm)不一，可直接铺成毡片。主要用于纺制玻璃纤维、酚醛和通用级沥青碳纤维。工艺条件随所用聚合物而异，离心转速约500～4000r/min，在喷丝孔外部还可设置各种角度的空气喷嘴，以牵引和凝固甩出的纤维。

简介离心纺丝是指以高速旋转的喷丝板、靠离心力的作用将成纤聚合物的溶液或熔体成纤的方法，既可以制备长丝，也可制备短纤维，既可以纺制各向同性的普通聚合物溶液或熔体，也可纺制各向异性的聚合物液晶溶液或熔体1。

举例例如，各向同性的通用级沥青或各向异性的中间相沥青，均可通过离心纺丝法成纤，并靠高速气流将初生丝适当牵引拉伸而得长短不一的沥青纤维，直接铺成一定厚度的堆积层后，可连续进行稳定化、碳化或石墨化，而制得不同档次的沥青萃碳纤维又如聚对苯二甲酰对苯二胺的浓硫酸液晶溶液，可通过离心纺丝而制取浆粕等2。

粘胶长丝粘胶长丝也可通过离心纺丝法制取，纺出的丝条因受离心力的作用被甩向离心罐壁，同时对丝条进行加捻，并靠纺丝漏斗的上下移动而堆集成丝饼。

离心纺丝的基本原理离心纺丝是聚合物熔体或溶液从喷丝孔甩出后在离心力作用下拉伸成纤维。在此过程中，离心力起着重要作用，它对聚合物熔体或溶液有一定的压实作用。聚合物熔体或溶液被挤出后，高速旋转所产生的离心力是聚合物拉伸的主要作用力之一，同时还造成了纤维的曲线运动轨迹1。

离心纺丝设备的发展1967年，Chisholm等人发表了美国专利US3358323，据查这是将离心力用于聚合物加工的最早文献。这个专利设备可以提供造粒所需的挤出压力而不需要传统的挤出设备，并且该设备的结构比较简单。此后Chisholm等人对其进行了多方面研究与改进，并申请了美国专利，为离心纺丝技术的进一步研究奠定了基础。

1986年，欧洲专利EP0220727指出，离心纺丝时利用离心力代替压力泵，聚合物熔体经过挤压通过喷丝孔形成纤维。1999年，Jan和Aleksi利用旋转圆盘进行纺丝，研究了纺丝工艺参数以及溶液黏度等因素对所纺纤维直径的影响。

2007年，中国科学院长春应用化学研究所在专利“熔体和溶液离心纺丝制备非织造物的装置”中，提出了一种利用带孔环形隔片引导出多根丝的离心纺丝技术。该装置工作时先将物料送至旋转盘内腔，在离心力作用下溶液或熔体由环形隔片的小孔流出外腔，并进一步加速，通过喷丝口喷出纤维。该装置纺制的纤维具有尺寸范围宽、孔径大、孔隙率高等优点，尤其适合于聚酯类可生物降解组织工程支架材料的制备。

2010年，张以群等提出了一种水平盘式旋转离心纺丝法，利用旋转盘的离心力将聚合物熔体铺展于盘面，进而熔体膜变薄直至破裂，最终拉伸成丝。以上这些专利提出的大部分装置只能制备出微米级纤维，水平盘式纺丝装置可控性差，熔体膜的薄厚不易控制。

2009年，Sarkar等人研究了一种新型离心纺丝方法，命名为Forcespinning，专利号为US20090280325A1，该方法通过多个微孔实现了纺丝的量化生产。同年，美国FibeRio科技股份有限公司成立。FibeRio公司在拉斯维加斯技术纺织品会议上，推出了基于Forcespinning技术的纳米纤维生产设备。这种离心纺丝设备的单孔产量可达 1g/min，纺制纤维的直径约300nm。

2013年，杨卫民等人研发了一种微分分流离心纺丝制备纳米纤维的装置。该装置采用流体微分结构及流体减薄锥面，在不改变喷丝孔结构的前提下，通过改变旋转体锥面倾角及中心距，控制不同黏度流体的减薄程度和所受到的离心力，梳齿状溶液或熔体分流结构使得熔体破裂更加均匀一致3。

本词条内容贡献者为:

邱学农 - 副教授 - 济南大学