北服纤维材料学课件01-原理篇-5化学纤维拉伸和热定型原理

第五章

化学纤维拉伸和热定型原理

PRINCIPLEOFDRAWINGAND

HEATSETTINGOFCHEMICALFIBER5.1化学纤维的拉伸拉伸则是后加工过程最重要的工序之一，常被称为合成纤维的二次成形，它是提高纤维物理–机械性能必不可少的手段。经熔体或溶液纺丝成型的初生纤维，结构尚不稳定，超分子结构序态较低，物理－机械性能尚不符合纺织加工的要求，必须通过一系列的后加工。

5.1概述

一.作用和目的

5.1概述

二.实施方法Q1:化学纤维的拉伸温度与其Tg相关吗？为什么？热拉伸Tg较高或拉伸应力较大的（长丝）纤维，热源：热盘、热板或热箱(2)蒸汽浴拉伸Tg大、拉伸应力大、拉伸倍数高的(短)纤维(3)湿拉伸液浴法喷淋法

室温拉伸Tg在室温附近的初生纤维饱和蒸汽浴拉伸过热蒸汽浴拉伸纤度较粗的短纤维(1)干拉伸

5.1概述

二.实施方法

5.1概述

三.研究现状

5.2拉伸流变学一.经典拉伸流变学理论

5.2拉伸流变学一.经典拉伸流变学理论

5.2拉伸流变学一.经典拉伸流变学理论

5.2拉伸流变学一.经典拉伸流变学理论

5.2拉伸流变学一.经典拉伸流变学理论

5.2拉伸流变学一.经典拉伸流变学理论

5.2拉伸流变学一.经典拉伸流变学理论

5.2拉伸流变学一.经典拉伸流变学理论

5.2拉伸流变学一.经典拉伸流变学理论

5.2拉伸流变学一.经典拉伸流变学理论

5.2拉伸流变学一.经典拉伸流变学理论

5.2拉伸流变学一.经典拉伸流变学理论

5.2拉伸流变学二、WLF方程（自学）

5.2拉伸流变学二、WLF方程

5.2拉伸流变学二、WLF方程

5.3连续拉伸的运动学和动力学一.拉伸过程的连续性方程

5.3连续拉伸的运动学和动力学一.拉伸过程的连续性方程

5.3连续拉伸的运动学和动力学一.拉伸过程的连续性方程

5.3连续拉伸的运动学和动力学一.拉伸过程的连续性方程

5.3连续拉伸的运动学和动力学一.拉伸过程的连续性方程

5.3连续拉伸的运动学和动力学二.拉伸线上的速度和速度梯度分布

5.3连续拉伸的运动学和动力学速度分布曲线呈S形二.拉伸线上的速度和速度梯度分布

5.3连续拉伸的运动学和动力学二.拉伸线上的速度和速度梯度分布

5.3连续拉伸的运动学和动力学二.拉伸线上的速度和速度梯度分布

5.3连续拉伸的运动学和动力学湿纺纤维和PET鬃丝拉伸时的速度分布曲线呈S型应力求拐点位于两辊正中

二.拉伸线上的速度和速度梯度分布

5.3连续拉伸的运动学和动力学丝条通过拉伸辊面张力的变化三、拉伸线上的张力分布

5.1.3连续拉伸的运动学和动力学拉伸张力是拉伸条件以及未拉伸试料的组成和结构的函数

三、拉伸线上的张力分布

5.1.3连续拉伸的运动学和动力学三、拉伸线上的张力分布

5.1.3连续拉伸的运动学和动力学三、拉伸线上的张力分布

5.1.3连续拉伸的运动学和动力学三、拉伸线上的张力分布

5.1.3连续拉伸的运动学和动力学

七辊拉伸机给丝辊上的张力变化三、拉伸线上的张力分布

5.1.3连续拉伸的运动学和动力学三、拉伸线上的张力分布

5.1.3连续拉伸的运动学和动力学

拉伸线上应力、屈服应力和温度变化示意图三、拉伸线上的张力分布

5.1.3连续拉伸的运动学和动力学三、拉伸线上的张力分布

5.1.3连续拉伸的运动学和动力学应该采取什么措施呢？三、拉伸线上的张力分布

5.1.3连续拉伸的运动学和动力学R↑或T↓，PET、PA的TS（拉伸张力）↑

拉伸倍数R单位线密度拉伸张力/dN/(tex)锦纶6和涤纶的单位线密度拉伸张力对拉伸比R的关系（拉伸速度不变）1-锦纶

2-涤纶三、拉伸线上的张力分布

5.1.3连续拉伸的运动学和动力学V↑对TS的影响复杂V(拉)↑，放热较大→τ↓，η↓，绝热条件下，抵消粘弹性的影响→TS↓

锦纶6和涤纶的单位线密度拉伸张力对拉伸速度VR的关系（拉伸倍数R=3.6）1-锦纶，拉伸辊温度20℃2-锦纶，拉伸辊温度80℃3-涤纶，拉伸辊温度80℃拉伸速度/(m/min)单位线密度拉伸张力/dN/(tex)三、拉伸线上的张力分布

5.1.3连续拉伸的运动学和动力学三、拉伸线上的张力分布

5.1.3连续拉伸的运动学和动力学一、两种应力和两种应变

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化一、两种应力和两种应变

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化一、两种应力和两种应变

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化一、两种应力和两种应变

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化应力－应变曲线的基本类型按Ziabicki分类，S-S曲线分为三种基本类型

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化二.应力—应变曲线

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化二.应力—应变曲线

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化二.应力—应变曲线

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化二.应力—应变曲线熔纺卷绕丝的拉伸曲线

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化二.应力—应变曲线

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化二.应力—应变曲线

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化二.应力—应变曲线

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化二.应力—应变曲线

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化二.应力—应变曲线

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化二.应力—应变曲线

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化二.应力—应变曲线

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化二.应力—应变曲线三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化聚乙烯纤维的屈服应力与结晶度呈线性关系三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化A的Mn＝3.04×104B的Mn＝1.94×104即试样B的数均分子量只有试样A的2/3三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化聚合物结构对应力-应变行为的影响三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化冻胶体结构示意图三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化（PAN）浴中溶剂含量三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化最大拉伸比浴中溶剂含量

最大拉伸比最大拉伸比浴浸长（PAN）浴浸长浴温（PAN）浴温

纤维中溶剂含量↑

→增塑作用→冻胶更具有弹性和塑性但冻胶中溶剂含量太多→立体网络的交联点数目就较少→网络较弱→强度必然较低→经不起高倍拉伸

三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化三.初生纤维结构对拉伸性能的影响

5.1.4拉伸过程中应力—应变性质的变化四.拉伸条件的影响－40℃:脆性－20～23℃:一定的韧性

40～60℃:冷拉伸

80℃:橡胶状。

四.拉伸条件的影响四.拉伸条件的影响四.拉伸条件的影响四.拉伸条件的影响四.拉伸条件的影响四.拉伸条件的影响四.拉伸条件的影响四.拉伸条件的影响四.拉伸条件的影响1-干纤维，低聚物含量0.5%2-风干纤维，低聚物含量0.5%3-干纤维，低聚物含量7.8%4-风干纤维，低聚物含量7.8%含不同量水分和低聚物的锦纶6未拉伸纤维的形变特性四.拉伸条件的影响四.拉伸条件的影响四.拉伸条件的影响五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化（a）形成新的取向态的折叠链结构五、拉伸中纤维结构与性能的变化

拉伸取向过程中，原有的折叠链片晶也有可能部分地转变成为分子链沿拉伸方向有规则排列的完全伸直链晶.晶态聚合物拉伸取向时结构变化示意图（b）形成完全伸直链的结晶五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化各种纤维的强度对拉伸倍数R的依赖关系1－粘胶纤维2－聚乙烯醇纤维3－聚甲醛纤维4－PVA与乙烯基几内酰胺5－聚酰胺和聚酯纤维6－聚丙烯腈纤维7－乙烯醇与N-乙烯基吡咯烷酮8－三醋酯纤维9－聚四氟乙烯纤维五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化五、拉伸中纤维结构与性能的变化5.2.1概述5.2化学纤维的热定型

5.2.1概述5.2化学纤维的热定型

5.2.1概述5.2化学纤维的热定型

5.2.1概述5.2化学纤维的热定型

5.2.1概述5.2化学纤维的热定型

一.热定型目的5.2.1概述二.热定型方式5.2.1概述二.热定型方式5.2.1概述二.热定型方式5.2.1概述二.热定型方式5.2.1概述二.热定型方式5.2.1概述三.热定型效果5.2.1概述纤维后加工过程中形变的形变示意图

5.2.2纤维在热定型中的力学松弛

一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩收缩量：5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩热定型温度对涤纶的热收缩率及剩余收缩率的影响

5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛一.纤维在热定型中的形变和收缩5.2.2纤维在热定型中的力学松弛二.热定型温度的选择5.2.2纤维在热定型中的力学松弛二.热定型温度的选择5.2.2纤维在热定型中的力学松弛二.热定型温度的选择5.2.2纤维在热定型中的力学松弛二.热定型温度的选择5.2.2纤维在热定型中的力学松弛二.热定型温度的选择

温度越高，时间越短，最佳热定型时间的范围越窄。

涤纶合适的热定型温度与时间的对应关系

5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化一.热定型过程中纤维结构的变化5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化一.热定型过程中纤维结构的变化ForPET①ρ较低的试样，定型时ρ↑更快，即结晶速率大②>100℃，分子链才能活动，开始显示ρ↑

涤纶在不同温度下热处理后（热处理时间30min）的密度

原有结晶度的顺序1﹥2﹥3﹥4

结晶速率与拉伸纤维原来的结构有关5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化一.热定型过程中纤维结构的变化5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化一.热定型过程中纤维结构的变化5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化一.热定型过程中纤维结构的变化

（3）取向度的变化PET、PA结果类似

聚丙烯拉伸纤维在不同条件下热处理时的双折射变化

1－纤维伸长10%，在乙二醇中处理2－纤维伸长10%，干处理3－在乙二醇中定长处理4－定长干处理5－在干态下松弛处理6－在乙二醇中松弛处理

5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化一.热定型过程中纤维结构的变化5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化一.热定型过程中纤维结构的变化T↑，涤纶中有规折叠链的数目↑，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。与小角X射线散射研究的结果基本一致。

涤纶热处理所引起的有规折叠链的增加

5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化一.热定型过程中纤维结构的变化5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化二.热定型对纤维物理—机械性质的影响

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—断裂强度4—断裂伸长5—吸湿率6—对活性介质作用的稳定性

5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化二.热定型对纤维物理—机械性质的影响

（1）热定型的温度、张力对纤维应力—应变行为的影响

涤纶热定型后的应力－应变曲线（定型1min）

5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化二.热定型对纤维物理—机械性质的影响

松弛热定型温度对涤纶强度的影响（在油浴中热定型1min）

1－拉伸3倍2－拉伸5倍5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化二.热定型对纤维物理—机械性质的影响

松弛热定型温度对涤纶初始模量的影响

1－拉伸3倍2－拉伸5倍

5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化二.热定型对纤维物理—机械性质的影响

紧张热定型温度对涤纶强度和初始模量的影响1－断裂强度2－初始模量

5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化二.热定型对纤维物理—机械性质的影响

（2）热定型对纤维热收缩的影响

在220℃以后，收缩率迅速上升。锦纶66热收缩随温度的变化

5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化二.热定型对纤维物理—机械性质的影响

220℃以上纤维的力学性能迅速恶化热定型对锦纶66断裂强度的影响5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化二.热定型对纤维物理—机械性质的影响

纤维的热收缩不是一种简单的解取向过程

热定型对锦纶66断裂伸长的影响

5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化二.热定型对纤维物理—机械性质的影响

1-未拉伸（染浴温度100℃）2-拉伸3倍（染浴温度100℃）3-拉伸4.5倍（染浴温度100℃）4-未拉伸（染浴温度80℃）PET纤维的的平衡上染率与热处理温度的关系

热处理温度在175℃附近时，C∞有一极小值。这种现象与纤维中晶粒尺寸变化有关。3.热定型对纤维染色性能的影响5.2.3热定型过程中纤维结构和性能的变化二.热定型对纤维物理—机械性质的影响

5.2.4热定型机理5.2.4热定型机理三

热定型过程中大分子间作用能的变化热定型过程中分子间结合能的变化5.2.4热定型机理三.热定型过程中大分子间作用能的变化5.2.4热定型机理三.热定型过程中大分子间作用能的变化5.2.4热定型机理一.热定型过程中大分子间作用能的变化5.2.4热定型机理一.热定型过程中大分子间作用能的变化5.2.4热定型机理一.热定型过程中大分子间作用能的变化第三阶段：除去增塑剂，降温至Tg以下 第二阶段产生的新键、大分子的位置得到固定，只需几秒

5.2.4