热定型工艺原理.pdf

第六章 第六章 第六章 第六章 热定型工艺原理 热定型工艺原理 热定型工艺原理 热定型工艺原理一、概述 合成纤维在成形过程中，纺丝溶液或熔体从喷丝 孔中挤出，固化后再经过后续的拉伸过程，其超 分子结构已基本形成，但由于有些分子链段处于 松弛状态，而另一些链段处于紧张状态，使纤维 内部存在着不均匀的内应力，纤维内的结晶结构 也有很多缺陷，在湿法成形的纤维中，有时还有 大小不等的孔穴这都有待于在后续的热处理中 部分或全部消除这种后续的热处理工序，通常 称为热定型经热定型后，纤维的结构和纺织材 料的形状比定型前更为稳定1. 热定型的目的和作用（ ）目的：消除内应力和提高纤维结构的稳定性 2）作用：•提高纤维的形状稳定性（尺寸稳定性），这是定型的原来 意义形状稳定性可用纤维在沸水中的剩余收缩率来衡量 剩余收缩率越小，表示纤维在加工和服用过程中遇到湿热 处理（如染色或洗涤）时，尺寸越不易变动•进一步改善纤维的物理 -机械性能，如钩接强度、耐磨性等，以及固定卷曲度（对短纤维）或固定捻度（对长 丝）；•改善纤维的染色性能 制取新型的纤维品种在某些情况下，通过热定型可使用 纤维发生热交联（例如聚乙烯醇纤维），或借以制取高收缩性和高蓬松性的纤维，赋予纤维及其纺织制品以波纹、 皱折或高回弹性的效果。

ATY、 BCF2.热定型的进行方式和效果根据张力的有无或大小，纤维热定型时可以完全不发 生收缩或部分发生收缩 （ 1）若根据热定型时纤维的收缩状态来区分，则有下列四种热定型方式： •控制张力热定型 ——热定型时纤维不收缩，而略有伸长（如 1%左右）；•定长热定型 热定型时纤维既不收缩，也不伸长；以上两种方式统称为无收缩热定型，或紧张热定型 •部分收缩热定型，或称控制收缩热定型； 自由收缩热定型，或称松弛热定型 2）如按热定型介质或加热方式来区分，则有以下几种方式：•干热空气定型； 接触加热定型；•水蒸气湿热定型； 浴液（水，甘油等）定型等 热定型方式不同，所采用的工艺条件也不相同， 热定型后纤维的结构和性能也就不同，不同类型 的合成纤维热定型时，所发生的纤维结构和性质 的变化以及他们的定型机理是各不相同的 3）就定型效果的永久性而论， 定型可以是暂时的或永久的，通常把它们 叫作暂定和永定 在经常使用中，稍经热、湿和机械作用， 定型效果就会消失的称为暂定 在工业生产中对纺织材料所施加的定型处 理，大多是永久性的定型，这里所引起的 纤维和织物结构的变化是不可逆的 二、纤维在热定型中的力学松弛1.纤维在后加工过程中的形变纤维在后加工过程中形变的示意图 1-拉伸 2-低温回复 3-松弛状态热收缩 4定长热定型 5控制张力热定型图中 ε10 ε 20 ε 30分别表示拉伸过程中所发生的普弹、高弹（粘弹）和粘性（塑性）形变； ⊿ ε r表示剩余收缩 （ 1）松弛热定型若令初生纤维的拉伸过程在恒定应力作用下进行， 拉伸时间为 t0 ，显然有：() ()0210203011 002 3ttEeτεεεση−−− ∗=+⎡ ⎤+⎢ ⎥⎣ ⎦020 230xpt tεετε=()00022231t exp1ttteEεσττη∗⎡ ⎤⎛⎞⎛⎞−−= +⎢ ⎥⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎣ ⎦定型前 定型 t时刻定型开始（ 2）定长热定型 ε ＝ 常数()()()tCtCt 2211 expexpλλσ −+−= 1、 2取决于起始条件的常数 ,λ 1、 λ 2是物质特性的函数 .实质 :纤维在长度不变的情况下，把内应力松弛掉，使高弹形变转化为塑性形变。

定型效果 (消除内应力的程度 )与 t、 有关τ（ 3）张力热定型在定型开始时 ()30200εε+=t在恒定张应力作用下 t>时() ()eett Ett 22 1232030 ττ σηεε −−++=t3ησ-在张应力作用下热定型中新发展的塑性形变()etE212τ−-在热定型中新发展的弹性形变 张力热定型在定型中同时发生在新的条件下的拉伸 ,不可避免的会出现新的高弹形变 ,定型结果不能达到完全排除高弹形变的目的 ,一般在张力热定型后还要再进一次松弛热定型 ,以消除内应力 ,否则纤维尺寸仍不稳定2. 纤维在热定型过程中的收缩 ()()[]( 0εε−=∆tt收缩 以形变最复杂的张力热定型的收缩作为一般表达式 () ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡ −−++−=∆− εεε ττ ση 203023203022 1eett Ett ()tEet 322021ησστε−−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=() ()tEt et322021ησστεε −−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=∆（ 1）松弛热定型 0=σ()()0120>−=∆ett τε即原有高弹形变发生回缩，并随时间 t和松弛时间的倒数而有限地增大。

2）张力热定型 ()()tEt et 322021ησε τ−−⎟⎠⎞⎜⎝⎛=∆当 220σ∴tε纤维发生收缩当20Eσ时()纤维后加工和使用温度一般选择 Tg湿态 Tt 亲水性较弱纤维 (PET.PAN)干态 t湿态 t亲水性纤维的增塑作用明显 ,应用： PA6干热定型 160~180℃ , 湿热定型 110~120℃ .5.纤维结构 纤维原有取向结晶越高，越稳定， 同样条件下，热定型时间越长六、热定型过程中纤维结构与性质的变化 （一）定型过程中纤维结构的变化 与拉伸过程一样，热定型过程中纤维结构的变化，主要是超分子结构变化然而，热定型时纤 维结构的变化比拉伸时的变化更为明显热定型 时纤维结构的变化很大程度上取决于分子链的 柔性，而热定型的条件，如温度、介质和所加张 力对结构变化的影响也十分明显前已指出热 处理（有时同时有溶剂的作用）促进分子链段运 动，使，内应力得到松弛，同时使纤维结构更趋 于完善和稳定1.结晶度的变化 •松弛热定型：如将纤维在无张力状态下热 处理，对于结晶性的高聚物，则结晶度有 所增大，定型温度较高时，结晶度的增大 往往更快。

对聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚 乙烯醇和聚乙烯纤维，热处理时都发现结 晶度有所增大由于热处理的结果，能使 结晶度提高 20%～ 3•紧张热定型：如进行定长热定型或在张力 下热定型，则所得纤维的结晶度保持不变 或比松弛热定型时增加得较慢 锦纶 6的结晶度随热定型温度的变化关系2.微晶尺寸和晶格结构的变化 •松弛热定型：一般会增大微晶的尺寸，特 别是垂直于纤维取向方向上的尺寸，这是 由于热处理有利于分子链运动而发生链折 叠•紧张热定型：平行于纤维取向轴的微晶尺 寸会大为增大，而垂直于取向轴的尺寸只 是略微加大，张力大时甚至可能减小 3.取向度的变化 •紧张热定型：双折射保持不变或有所增大， 松弛热定型：双折射随温度的增加而明显下降涤纶双折射与热定型温度的关系（定型 1min）FA－松弛热定型 TA－紧张热定型4.纤维的长周期和链折叠 纤维的长周期（所谓长周期是指拉伸纤维形成的微纤结构中晶 区与非晶区平均尺寸之和）随着热定型温度 的升高而增大，晶体片厚度增加•随热定型温度的提高，涤纶中有规折叠链的 数目有所增加，而以松弛热定型增加最多， 定长热定型次之，张力定型增加的最少 （二）热定型对纤维物理 -机械性质的影响1.断裂强度和断裂伸长•松弛热定型时，随着定型温度的提高，纤维的 断裂伸长有所增大，断裂强度、屈服应力和初 始模量有所减少，断裂功有所增大。

•紧张热定型时，温度的影响与松弛热定型时大 不一样，随着温度的提高，断裂强度和初始模 量有所增大，而断裂伸长和断裂功则有所下降 涤纶热定型后的应力 —应变曲线（定型 1m in）FA松弛热定型 T紧张热定型2.热定型对纤维热收缩的影响 收缩率随松弛热定型温度单调增加，而剩余收缩率则单调下降3．热定型对纤维的吸湿、染色性能的影响 由于水分子及染料一般只能渗入纤维的非晶区，所以吸湿和染色性能主要取决于纤维的结 晶度、晶粒尺寸、非晶区的取向以及微孔结构 对于不同类型的纤维，热定型对于吸收性能的 影响也不尽相同•聚丙烯腈纤维经热定型后吸湿有所减小，这可 能与其超分子结构和微孔结构同时变化有关•涤纶、锦纶 6随着热定型温度的提高，其上染率有所下降•锦纶 蒸汽定型可使染料的扩散大大加快，其上染率增大。