热定型目的、方式和机理

1、 1热定型目的、方式和机理热定型目的、方式和机理 2 1.热定型的原因、概念 原因：成型、拉伸后纤维超分子结构已基本形成，但有些链段处于松弛状态，有些处于紧张状态，使内部存在不均匀的内应力，结晶结构也有缺陷。 必须先产生热运动，使原有结构得到舒解，纤维中较弱的分子间键得以拆散，处于紧张状态的链段得以松弛，内应力消除，在随后的冷却过程中重建。 对纤维在一定状态下热处理，使之固定于新状态的加工工艺（迅速降温，热塑性高聚物）。（一）热定型的目的和方法 3 2. 目的 （1）消除了内应力，提高纤维的形状稳定性； （2）进一步改善纤维的物理机械性能（钩强耐磨性）； （3）改善纤维的染色性能。 4 3.热

2、定型方法按收缩状态分：（1）定张力热定型：纤维略伸长（1%），并产生新的高弹形变（2）定长热定型：纤维定长，并让高弹形变转变为塑性形变（紧张定型）（3）部分收缩热定型：纤维有一定收缩，但保留部分高弹形变（4）松弛热定型：纤维自由收缩，高弹形变几乎全部松弛回复，内应力消除按加热介质或方式分：（1）干热空气定型（2）接触加热定型（3）水蒸气湿热定型（4）浴液定型定型效果暂定、半永定、永定 5（二）热定型机理（二）热定型机理 61.纤维在热定型中的形变纤维在热定型中的形变纤维后加工过程中的形变示意图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10、20、30分别

3、表示拉伸过程中所发生的普弹、高弹和粘性形变；r表示剩余收缩 7纤维拉伸后解除负荷,拉伸形变开始发生松弛回复:拉伸t0时普弹形变、高弹形变和塑性形变的贡献分别为:当拉伸后的纤维送去热定型时，其中形变主要是由高弹形变和塑性形变组成，普弹形变在拉伸负荷解除时已立即回复 。1010E )1 (20/2020teE*30030t 时当时当0)/exp(0)(30220302010tttt 8（1）松弛热定型在较高温度下或经长时间的热处理以后，t时，剩余形变接近于恒定的塑性形变： 松弛定型使松弛定型使纤维收缩变粗，且由于高弹形变松弛回复，内应力消除。*30220)1)(exp(1)(20tetEtt302

4、)()(ttr 9（2）定长热定型应力是时间的函数:c1、c2为取决于起始条件的常数；1 、 2 为物质特性的函数。实质是在纤维长度及细度不变的情况下，把内应力部分松弛掉，而让高弹形变转变为塑性形变。与定型时间和应力松弛时间有关)exp()exp()(2211tctct 10（3）定张力热定型)/exp()/exp(1)/(/)(22022*330ttEtt定张力热定型中，原来的高弹形变还没有彻底松弛 ，又发展了新的高弹形变，所以应力的松弛是不完全的其后应进行松弛热定型。 112. 热定型温度的选择热定型温度的选择Tg和Tm之间，对于每一种纤维都有一个最合适的热定型温度范围。一般，热定型温度应

5、高于纤维或其织物的最高使用温度，以保证在使用条件下的稳定性。热定型应在一定温度条件下完成，以在合理的短时间内达到力学平衡纤维热定型所能达到的最高温度还受此物质的热稳定性限制 123.纤维结构与性能的变化纤维结构与性能的变化（1） 热定型过程中纤维结构的变化取向度的变化 松弛热定型，取向度；T，取向度定长热定型，取向度不变定张力热定型，取向度结晶度的变化 松弛热定型，结晶度；T，结晶度定长热定型，结晶度不变定张力热定型，结晶度（缓慢）形态结构的变化T，长周期（折叠链数） 13（2）热定型中纤维性能的变化松弛热定型（a）和紧张热定型（b）时，纤维结构和性质的改变1-热处理后纤维的收缩 2取向度 3

6、断裂强度 4断裂伸长 5吸湿率 6对应介质作用的稳性 14力学性能的变化松弛热定型时，断裂强度，伸长；T，影响更大紧张热定型时，强度不变甚至，伸长 ；T，强度，伸长涤纶热定型后的应力-应变曲线（定型1min）FA松弛热定型 TA紧张热定型 15热收缩率的变化 T定型，热收缩率，临界点 纤维的热收缩不是一种简单的解取向过程。热定型对锦纶热定型对锦纶66断裂伸长的影响断裂伸长的影响 锦纶锦纶66热收缩随温度的变化热收缩随温度的变化 16吸湿和染色性能的变化 热定型对纤维的吸湿和染色性能的影响较为复杂PAN:热定型使吸湿性PET:热处理温度对于平衡上染率在175附近有极小值 .PET纤维的的平衡上染

7、率与热处理温度的关系1未拉伸（染浴温度100） 2拉伸3倍（染浴温度1003拉伸4.5倍（染浴温度100） 4未拉伸（染浴温度80） 174.热定型机理热定型机理 （1）热定型过程中大分子间作用能的变化 热定型的三个阶段 (松懈阶段):使纤维无定型区内松散无序的分子间作用力快速减弱,内应力松弛。快 实施方法:加热或掺入增塑剂 (定型阶段):使纤维中被松懈的区域分子间作用力增大,结构更紧密有序（结构单元重排新的位置相互靠近形成新键） 实施方法:较长时间加热(TTg)或加热+增塑 (结构固定阶段):使定型阶段形成的结构被快速固定,并去除增塑剂 实施方法:降温至Tg以下 18 （2）热定型与分子运动聚合物的多重转变聚合物的分子运动存在多种运动单元和多种运动方式。运动单元的松弛时间越短，则其转变温度就越低。因此，聚合物存在多重转变：链段开始运动的T