卡拉胶纤维是通过湿法纺丝工艺纺制的一种新型海藻纤维,因具有良好的生物相容性、生物可降解性以及优异的自阻燃性,在服装纺织、日用家居和医药用品等方面有着广阔的应用前景。然而,卡拉胶大分子的亲水溶胀性以及卡拉胶水溶液的易凝胶性导致纺丝原液的流动性受到影响,纺丝原液中存在分子分布不均匀、分子链排布不规整的现象;此外,在成纤过程中纺丝原液与凝固浴和拉伸浴的接触时间较短,限制了金属离子与卡拉胶分子链的有效结合。以上原因使得卡拉胶纤维力学性能较差,应用范围受到影响,因此高强度卡拉胶纤维的制备一直是功能性海藻纤维研究领域中的热点话题。基于目前海藻纤维离子交联理论的研究,本文针对卡拉胶纤维的结构特点和传统工艺的欠缺,通过预交联优化卡拉胶分子链的排布,在纺丝原液配制过程中引入微量金属离子,构建预交联结构以制备高强度功能性卡拉胶纤维,并揭示其微观结构与宏观性能间的关系。具体研究内容如下:通过添加BaCl2的方式在卡拉胶纺丝原液中构建Ba2+预交联结构。实验结果表明,Ba2+预交联程度在卡拉胶质量分数为8.0 wt%时达到最优,纺丝原液粘度为32193 m Pa?s,平均粒径达到1475 nm。另外,纺丝原液的配制用时由2.5 h缩短至1 h,配制过程更为简单高效。在此基础上对适用于Ba2+预交联法湿法纺丝的凝固浴和拉伸浴组合做出筛选,通过对比纤维的表面形貌、成纤机理和性能表征发现,由低浓度BaCl2溶液制备的纤维力学性能较优,断裂强度为1.61 c N/dtx;Ba2+预交联的卡拉胶纤维具有优良的自阻燃性,极限氧指数达到32;在去离子水和生理盐水中均表现出良好亲水性,吸水率分别为649.2%和574.3%。本部分工作为离子预交联型卡拉胶纤维的性能优化提供了新思路。此外,利用Al3+的配位性在纺丝原液中构建配位键型预交联结构。通过湿法纺丝技术制备了离子型-配位型共存的新型Al3+预交联卡拉胶纤维,稳定的预交联结构赋予了新型纤维优异的性能。研究表明,Al3+添加量为3.0 m M时纺丝原液预交联程度最优,其粘度达到52696 m Pa?s,平均粒径达到1896 nm。由此制备的新型纤维各项性能均有明显提升,断裂强度提升至1.77 c N/dtex,极限氧指数值高达49,燃烧过程中的质量损失平缓,是一种综合性能优异的卡拉胶纤维。本部分工作揭示了纤维成型过程中Al3+与卡拉胶分子间的成键关系,由传统的单一离子键型拓展至离子型-配位型共存,促进了卡拉胶纤维的工业化进程。