随着石油资源的减少，纤维素由于其可再生性、可生物降解性、资源丰富等优点，受到越来越多的重视。黏胶0工艺是生产纤维素纤维的传统工艺，但是由于其生产过程中排放出CS2、H2S等有毒气体及重金属，给环境带来严重的污染，因此许多研究者都在探索新的利用纤维素的方法。本论文描述了一种生产纤维素纤维的新的生产工艺。利用磷酸/多聚磷酸的复合溶剂溶解纤维素，纤维素在此复合溶剂能快速溶解并形成纤维素的液晶溶液。将液晶溶液通过干湿法纺丝工艺进行纺丝，制备了性能优良的纤维素纤维。本论文讨论了从纤维素溶解到纺丝及纤维的结构性能的各个步骤。　　 液晶相是介于晶体和液体的一种中间相。它既有液体的流动性又有晶体的分子排列取向的有序性，这种分子排列取向的有序性使其可制备高取向纤维。利用干湿法纺丝还可省去后拉伸工序。　　 本文的主要目的是探讨制备纤维素纤维过程中的几个主要步骤。因此本论文做了以下几方面的研究：通过对溶解温度、时间、复合溶剂中P2O5质量百分数等因素对溶液质量的影响的研究，讨论了纤维素在磷酸/多聚磷酸中的溶解过程；利用自制的毛细管流变仪探讨了纤维素-磷酸/多聚磷酸溶液的稳态流变性；讨论了温度、纤维素质量百分数、复合溶剂中P2O5质量百分数等条件对纤维素-磷酸/多聚磷酸溶液粘弹性的影响；讨论了凝固剂、温度、纤维素质量百分数等因素对纤维素-磷酸/多聚磷酸溶液凝固过程的影响。通过这些主要步骤的讨论，确定了主要的纺丝条件。利用干湿法纺丝工艺对纤维素-磷酸/多聚磷酸溶液进行纺丝，讨论了干湿法纺丝工艺对纤维结构与性能的影响。　　 溶解是纺丝的基础，因此第二章围绕溶解进行了以下几方面的讨论。①溶解条件：通过显微镜观察法本论文讨论了原料形态、剪切强度、聚合度及温度对溶解的影响。实验结果表明粉碎后的粉末状纤维素易于溶解在磷酸/多聚磷酸复合溶剂体系中并可形成均匀的溶液，而片状纤维素浆粕则不易溶解且溶解不均匀。对纤维素-磷酸/多聚磷酸复合溶剂体系进行手动搅拌溶解时，纤维素在复合溶剂中很难溶解均匀，用电子强力搅拌器搅拌时，纤维素可溶解，但仍可见小的胶体粒子，而相同条件下，利用捏合机捏合时，则纤维素可形成均匀的溶液，这说明剪切强度的增加有利于复合溶剂体系在纤维素分子链间的扩散，从而得到均匀的溶液。溶解初始阶段温度应尽量低，当溶剂充分扩散至纤维素分子链间后，再升高温度使其溶解形成均匀的溶液，否则，纤维素会很快溶解，溶解后的纤维素在未溶的纤维素表面形成一层溶液膜，使复合溶剂的扩散困难，因而造成溶解不均匀或不能完全溶解。②溶解性能：大量的溶解试验表明，磷酸/多聚磷酸复合溶剂中P2O5质量百分数在72％～76％范围内，复合溶剂是纤维素的优良溶剂体系，均可使纤维素溶解；纤维素在此复合溶剂体系中溶解速度快，约4～15分钟即可完全溶解；纤维素在该溶剂体系中溶解度高，最高纤维素质量百分数可达38％；纤维素在该溶剂体系中可形成液晶溶液，其最低临界质量百分数仅为8％。③溶液性能的影响因素：这里主要以纤维素-磷酸/多聚磷酸液晶溶液的清亮点来讨论纤维素质量百分数、磷酸/多聚磷酸复合溶剂中P2O5质量百分数及纤维素的聚合度对溶液性能的影响。结果表明，纤维素-磷酸/多聚磷酸液晶溶液的清亮点随纤维素的质量百分数、复合溶剂中P2O5质量百分数、纤维素的聚合度的升高而升高；④溶解时间：溶解时间随磷酸/多聚磷酸复合溶剂中P2O5质量百分数的增加而增加，随温度的升高而减少。⑤溶解过程：通过以上几方面的讨论，作者认为在纤维素的溶解过程中，复合溶剂与纤维素有两方面的作用：一方面，复合溶剂中的H4PO4+与纤维素OH基团作用，渗入纤维素中破坏其分子内及分子间氢键；另一方面，复合溶剂中的H5P2O7+、H6P3O10+等增强复合溶剂的溶剂化能力，使溶液中纤维素分子链更加舒展。⑥溶液稳定性：分别以旋转粘度计和动态流变仪测定的纤维素-磷酸/多聚磷酸溶液粘度表征溶液的稳定性，讨论了温度、复合溶剂中P2O5质量百分数对溶液稳定性的影响。结果表明，当温度为35℃时，纤维素-磷酸/多聚磷酸溶液可在较长时间内保持稳定。当温度大于40℃时，纤维素-磷酸/多聚磷酸体系变得不稳定，降解明显。此外，磷酸/多聚磷酸复合溶剂中P2O5质量百分数越高越有利于溶液稳定。　　 纤维素-磷酸/多聚磷酸溶液为液晶溶液，具有特殊的流变性能，因此了解其溶液的流变性质对纺丝工艺的确定有重要的意义。利用自制毛细管流变仪研究了纤维素-磷酸/多聚磷酸液晶溶液的流变性质。实验结果表明体系中纤维素质量百分数由15％增大到18％时，其表观粘度下降较明显，而由18％增至20％时，其表观粘度的下降程度很小，这说明当溶液中纤维素质量百分数由15％增至18％时，体系中各向异性相比例迅速增大。这为确定纺丝液中纤维素质量百分数提供了重要信息。复合溶剂中P2O5质量百分数影响复合溶剂的性质，进而影响纤维素在复合溶剂中的存在形态。利用相对粘度表征了复合溶剂中P2O5百分数对纤维素溶液结构化程度的影响，结果表明结构化程度的顺序为73％>74％>75％，这说明复合溶剂中P2O5百分数增加有利于溶液中纤维素大分子链伸展、取向，减弱了分子间的相互作用。粘流活化能的研究结果也得到了相似的结论。　　 为了进一步了解温度、纤维素质量百分数、复合溶剂中P2O5百分数及时间对溶液流变行为的影响，论文的第四章进行了溶液的动态粘弹性实验。结果表明，纤维素一磷酸/多聚磷酸溶液低于40℃时主要表现为弹性行为，当温度高于40℃时，在低频区开始出现粘性为主的流变行为。随复合溶剂中P2O5质量百分数的升高溶液的贮能模量减小，这说明纤维素羟基基团与复合溶剂分子间的氢键作用加强，而纤维素分子链间及链内的氢键的相互作用减弱，物理交联作用减弱。纤维素-磷酸/多聚磷酸液晶溶液中纤维素质量百分数由12％升至14％时，纤维素溶液的贮能模量和动态粘度均增大，然而，当纤维素质量百分数由14％升至17％时，纤维素溶液的贮能模量和动态粘度均明显下降。这很可能是溶液中各向同性相转变为向各向异性相，分子链取向排列，交联结构较少所致。　　 凝固过程对纤维的结构与性能有重要的影响，因此第五章对纤维素-磷酸/多聚磷酸液晶溶液进行了凝固方面的试验。依据显微镜观察法实验确定了一种测定凝固速度的可行性方法。利用凝固速度讨论了凝固浴温度、凝固剂性质及溶液中纤维素质量百分数等凝固条件对凝固过程的影响。结果表明，凝固剂的分子体积及结构对凝固过程有重要的影响，对于同性质的凝固剂，其分子体积越小凝固速度越大。凝固速度与凝固浴温度之间存在着Arrhenius式的线性关系且凝固速度随凝固浴温度的降低而减小。研究还表明较小的凝固速度有利于生成致密的纤维素膜。　　 第六章讨论了干湿法纺丝工艺及纤维的结构与性能。纺丝工艺的研究表明，纤维素纤维的强度随溶液中纤维素质量百分数、拉伸比的增加而增加，随凝固浴温度的升高而降低。气隙长度对纤维的强度有明显的影响，当气隙长度小于2.3cm时，所得纤维的强度大大降低。利用核磁共振、红外光谱和广角X衍射分析了纤维和原料的结构。实验结果表明，纤维素在磷酸/多聚磷酸复合溶剂中再生为纤维素纤维过程中，纤维素晶型由纤维素Ⅰ转变为纤维素Ⅱ。纤维的拉伸强度、断裂伸长率、初始模量分别为5.35cN/dtex、3.96％、242.7为cN/dtex。纤维的广角X衍射实验表明纤维的结晶度、取向度分别为49.6％，86％。这说明由纤维素-磷酸/多聚磷酸体系制备的纤维素纤维具有优良的机械性能。