皮芯結構

化學纖維在成纖過程中，由於條件的影響，纖維的表皮與芯部常表現出明顯的結構差異這種並存的結構叫作皮芯結構。表層一般質地緻密，經過拉伸有較強的定向性，對強度及手感有較大的貢獻；芯部質地較疏鬆無序，時常對染色性能有較大的貢獻。兩種結構的匹配對纖維的綜合性能有很大的作用。

成纖時期凝固作用的速度、強度以及外力(拉伸等)的影響是形成這種結構的主要制約因素。這種結褳在濕紡纖維中表現尤為明顯，通過對纖維截廈切片染色照片可以清楚地分辨出來。 ^[1] 

對化學纖維，皮芯結構的成因與紡絲條件有關，存在許多可能的機理，其中主要的假説包括 ^[2]  ：

1、在紡絲原液細流中，處於細流周邊和內部的聚合物的凝固機理不同，以及凝固劑在纖維內部分佈不均勻，導致皮層和芯層的結構不同；

2、紡絲原液在噴絲孔口處的膨化效應導致細流外表層出現拉伸效應；

3、在噴絲頭拉伸區中出現，皮層已經凝固但芯層仍處於黏流狀態的現象，使紡絲張力主要作用在紡絲線表面的凍膠層上，從而使纖維沿纖維徑向分佈的各層出現不同取向度。

皮層和芯層的結構和性能有較大差別，主要在下列方面 ^[2]  ：

1、從超分子結構方面看，皮層的序態較低，結構比較均一，晶粒較小，取向度較高，從而其斷裂強度和斷裂延伸度也較高，抗疲勞強度和耐磨性能都比較好；

2、皮層具有在水中的膨潤度較低、吸濕性較高、對某些物質的可及性較低、密度較低、對染料的吸收值低但染色牢度較高的特點

3、芯層結構較為鬆散，微晶粗大。

高速紡纖維在單軸拉伸形變中，由於表層和芯層温度不同，表層在冷卻空氣的作用下，熔體粘度降低，在較大的拉伸剪切應力作用下，皮層的取向和結晶皆高於芯層，故纖維結構出現了徑向差異，形成了皮芯結構。皮芯結構是高速紡纖維的一個重要特徵。研究表明，皮芯結構明顯的纖維，強度偏低，在高速拉伸中皮芯結構承受大部分荷載容易出現缺陷，造成應力集中引起紡程上斷頭率增加。因此可以説，凡是能夠降低皮芯結構的工藝措施，將都有利於穩態紡絲過程的建立。

纖維結構的徑向差異可以用“徑向雙折射差”來表徵：徑向雙折射差隨着紡絲速度增加而增加，且對温度條件很敏感，如圖1所示。

纖維表面上的剪切應力可能是形成纖維徑向差異的原因之一，但剪切應力是受空氣阻力控制的，在高速紡絲過程中剪切應力是很小的，影響分子取向和結晶可能性很小。另一種機理是與初生態纖維徑向温度梯度有關。在紡程上，温度梯度隨紡絲速度緩慢增加，其值在10³-10⁴℃/cm範圍內，並與紡程的位置及冷卻條件相關，在纖維內沿半徑方向存在着温度、拉伸粘度、軸向速度和應力分佈，如圖2所示。 ^[3] 

皮芯結構可以用於製造一些具有特殊性質的纖維，比如中空纖維、超細纖維、人造羊毛和耐火纖維等等。