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湿法纺丝中合成纤维的热定型原理

来源: | 作者:致研科技 | 发布时间: 2024-07-08 | 46 次浏览 | 分享到:

一、为什么要进行纤维热定型:

合成纤维成型及拉伸之后,其超分子结构已基本形成。但由于纤维在这些工艺过程中所经历的时间很短,有些分子链处于松驰状态,有些链段则处于紧张状态,致使纤维内部存在着不均勾应力,纤维内的结品结构也有很多缺陷,在湿法成型的纤维中,有时还有大小不等的孔穴。这种纤维若长时间放置,随着内应力松弛、大分子取向的变化等,它们的内部结构,如纤维尺寸、结晶度(急冷形成的无定形区的二次结晶化)、微孔性(微孔洞的陷缩)等会逐渐变化而趋于某种平衡。    

以上变化的速度,从根本上讲是受纤维材料黏弹特性的控制,从分子论的角度来说,是受到分子运动强度的制约。在室温下,系统的变化速度一般很慢,在高温下,大分子运动强度增加很快,可以在数分钟内就使体系接近平衡,从而在以后的使用过程中基本上能抵抗外界条件的恋化,有效地处于稳定状态。


二、什么是纤维热定型:

在纤维成型加工过程中,有两个阶段要完成这种平衡。第一个阶段是纺丝加工后的未拉伸丝,需平衡若干小时再去拉伸。这一平衡过程对于熔纺亲水性聚合物(例如聚酰胺纤维、聚氨酯纤维)特别重要,该过程使湿度和水分导致的初生纤维结构变化达到某一水平。

第二个阶段是拉伸后的湿热平衡过程。由于纤维在拉伸加工中会产生新的应力不均匀和新的结构缺陷,以致在一般实际应用温度下(如洗涤、熨烫)表现极强的形状不稳定。因此拉伸纤维需经热处理过程达到一个新的稳定平衡,其过程通常称为热定型。在这一过程中如果能得到适当的结晶和取向度,就能明显改善纤维的力学性能。

 

三、纤维热定型时结构的变化:

热处理过程将引起纤维超分子结构和形态结构的改变,使不稳定的结构单元转变为稳定较高的结构单元。但热定型要达到的是修补或改善纤维成型或拉伸过程中已经形成的不完善结构,而不是彻底破坏和重建。这些结构上的变化,有三方面:

(1)提高纤维的形状稳定性(尺寸稳定性),形状稳定性可用纤维在沸水中的剩余收缩率来衡量。

(2)进一步改善纤维的物理——机械性能,如打结强度、耐磨性以及固定卷曲度(对短纤维)或固定捻度(对长丝)。

(3)改善纤维的染色性能。

在某些情况下,通过热定型可使纤维发生热交联(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、皱纰或高回弹性等效果。

 

四、热定型的方式:

热定型可在张力作用下进行,也可在无张力作用下进行。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。根据热定型时纤维的收缩状态来区分,有四种热定型方式。

(1) 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)。

(2) 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,或称紧张热定型。

(3) 部分收缩热定型:或称控制收缩热定型。

(4) 自由收缩热定型:或称松弛热定型。

如按热定型介质或加热方式来区分,则有干热空气定型、接触加热定型、水蒸气湿热定型、浴液(水、甘油等)定型四种方式。

 

五、暂定、永定、半永定的区别:

就定型效果的永久性而论,定型可以是暂时的或永久的,通常把它们叫做暂定或永定。在使用中,稍经热、湿和机械作用,定型效果就会消失的称为暂定。工业生产中对纺织材料施加的定型处理,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。有些定型效果介于上述两者之间,叫做半永定。暂定、半永定和永定可能同时发生,例如纤维织物的熨烫就是如此。

热定型的工艺条件随纤维品种不同而有所差异,即使是同一品种的纤维,也会因拉伸条件不同或对最终产品性能要求不同而有明显差别。