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濕法紡絲中的纖維熱定型原理
一、為什么要進行纖維熱定型:
合成纖維成型及拉伸之后,,其超分子結構已基本形成,。但由于纖維在這些工藝過程中所經(jīng)歷的時間很短,有些分子鏈處于松馳狀態(tài),,有些鏈段則處于緊張狀態(tài),,致使纖維內部存在著不均勾應力,纖維內的結品結構也有很多缺陷,,在濕法成型的纖維中,,有時還有大小不等的孔穴。這種纖維若長時間放置,,隨著內應力松弛,、大分子取向的變化等,它們的內部結構,,如纖維尺寸,、結晶度(急冷形成的無定形區(qū)的二次結晶化)、微孔性(微孔洞的陷縮)等會逐漸變化而趨于某種平衡,。
以上變化的速度,,從根本上講是受纖維材料黏彈特性的控制,從分子論的角度來說,,是受到分子運動強度的制約,。在室溫下,系統(tǒng)的變化速度一般很慢,在高溫下,,大分子運動強度增加很快,,可以在數(shù)分鐘內就使體系接近平衡,從而在以后的使用過程中基本上能抵抗外界條件的戀化,,有效地處于穩(wěn)定狀態(tài),。
二、什么是纖維熱定型:
在纖維成型加工過程中,,有兩個階段要完成這種平衡。第一個階段是紡絲加工后的未拉伸絲,,需平衡若干小時再去拉伸,。這一平衡過程對于熔紡親水性聚合物(例如聚酰胺纖維、聚氨酯纖維)特別重要,,該過程使?jié)穸群退謱е碌某跎w維結構變化達到某一水平,。
第二個階段是拉伸后的濕熱平衡過程,。由于纖維在拉伸加工中會產生新的應力不均勻和新的結構缺陷,以致在一般實際應用溫度下(如洗滌,、熨燙)表現(xiàn)ji強的形狀不穩(wěn)定,。因此拉伸纖維需經(jīng)熱處理過程達到一個新的穩(wěn)定平衡,其過程通常稱為熱定型,。在這一過程中如果能得到適當?shù)慕Y晶和取向度,就能明顯改善纖維的力學性能,。
三、纖維熱定型時結構的變化:
熱處理過程將引起纖維超分子結構和形態(tài)結構的改變,,使不穩(wěn)定的結構單元轉變?yōu)榉€(wěn)定較高的結構單元,。但熱定型要達到的是修補或改善纖維成型或拉伸過程中已經(jīng)形成的不完善結構,而不是che底破壞和重建,。這些結構上的變化,有三方面:
(1)提高纖維的形狀穩(wěn)定性(尺寸穩(wěn)定性),,形狀穩(wěn)定性可用纖維在沸水中的剩余收縮率來衡量。
(2)進一步改善纖維的物理——機械性能,,如打結強度,、耐磨性以及固定卷曲度(對短纖維)或固定捻度(對長絲)。
(3)改善纖維的染色性能,。
在某些情況下,通過熱定型可使纖維發(fā)生熱交聯(lián)(例如聚乙烯醇纖維),或借以制取高收縮性和高蓬松性的纖維,,賦予纖維及其紡織制品以波紋、皺紕或高回彈性等效果,。
四,、熱定型的方式:
熱定型可在張力作用下進行,也可在無張力作用下進行。根據(jù)張力的有無或大小,,纖維熱定型時可以不發(fā)生收縮或部分發(fā)生收縮,。根據(jù)熱定型時纖維的收縮狀態(tài)來區(qū)分,有四種熱定型方式,。
(1) 控制張力熱定型:熱定型時纖維不收縮,,而略有伸長(如1%左右)。
(2) 定長熱定型:熱定型時纖維既不收縮,,也不伸長,。
以上兩種方式統(tǒng)稱為無收縮熱定型,或稱緊張熱定型。
(3) 部分收縮熱定型:或稱控制收縮熱定型,。
(4) 自由收縮熱定型:或稱松弛熱定型,。
如按熱定型介質或加熱方式來區(qū)分,則有干熱空氣定型,、接觸加熱定型,、水蒸氣濕熱定型、浴液(水、甘油等)定型四種方式,。
五,、暫定、永定,、半永定的區(qū)別:
就定型效果的永jiu性而論,,定型可以是暫時的或永jiu的,通常把它們叫做暫定或永定,。在使用中,,稍經(jīng)熱、濕和機械作用,,定型效果就會消失的稱為暫定,。工業(yè)生產中對紡織材料施加的定型處理,大多是永jiu性的定型,,這里所引起的纖維和織物結構的變化是不可逆的,。有些定型效果介于上述兩者之間,叫做半永定,。暫定,、半永定和永定可能同時發(fā)生,例如纖維織物的熨燙就是如此,。
熱定型的工藝條件隨纖維品種不同而有所差異,,即使是同一品種的纖維,也會因拉伸條件不同或對最終產品性能要求不同而有明顯差別,。