涤纶短纤维后加工工艺与质量控制-热定型

热定型目的、方式和机理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。3.热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（二）热定型机理1.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ε10、ε20、ε30分别表示拉伸过程中所发生的普弹、高弹和粘性形变；Δεr表示剩余收缩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。（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：

松弛定型使纤维收缩变粗，且由于高弹形变松弛回复，内应力消除。úûùêëé+--=-*30220)1)(exp(1)(20htsettetEtt（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；λ1、λ2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（3）定张力热定型定张力热定型中，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。2.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3.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↑）（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—断裂强度4—断裂伸长5—吸湿率

6—对应介质作用的稳性①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②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66断裂伸长的影响

锦纶66热收缩随温度的变化③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100℃3—拉伸4.5倍（染浴温度100℃）4—未拉伸（染浴温度80℃）4.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Ⅰ(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Ⅱ(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(T>Tg)或加热+增塑Ⅲ(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（2）热定型与分子运动①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Tg整个大分子链开始流动的Tf结晶聚合物的熔融温度Tm其它多种转变温度：小尺寸的结构单元（侧基、数个-CH2-、杂链原子、支链）②聚合物的多重转变与热定型的关系存在内耗峰，动态力学—温度图理想纤维应该具有“双内耗峰”，低于、高于室温热定型工艺条件及质量控制（一）定型设备拉伸过程获得的结晶度在10~15%1.链板式松弛热定型机定义：丝束于自由状态下热处理，链板、圆网作用：固定卷曲度，消除纤维拉伸中的内应力→大分子松弛→结晶度↑、弹性↑、断裂伸长↓、热收缩↓、尺寸稳定↑三区十个单元：前一单元为冷却区，中间六个单元为热定形区（120-130），后三单元为烘干区（110-115）。各区设有过渡区及隔板，借以分割和稳定各区的温度和气流。每一单元均由主室和侧室组成。主室中间是链板，上部有加热器，下有过滤网及底部隔板；侧室装有风机和风道。进风由风道流入主室，加热后风温升高并吹向丝束，透过丝束及链板被吸入风机，形成循环气流。干燥和定型时间15-20min。

圆网式松弛热定型机1—输送带；2—圆网；3—滚筒；4—出口；5—传动；6—马达；7—鼓风机；8—加热器；9—空气导流板10—调节器；2.紧张热定型机定义：丝束于张力作用下热处理作用：极少量拉伸→极小张力→大分子结构被迫固定→解取向↓→纤维强度↑、断裂伸长↓消除纤维拉伸中的内应力→大分子松弛→结晶度↑、弹性↑、断裂伸长↓、热收缩↓、尺寸稳定↑九个定型辊，上四下五或上五下四交叉排列绕辊检测和去除装置紧张热定型（二）热定型（松弛）工艺控制热风干燥温度：约110℃，由仪表控制盘上的温度指示控制器记录和控制；考虑油剂的耐热性。定型温度：与纤维卷曲度、沸水收缩率有关。一般要求大于Tg小于Tm。如果选择稍高于Tg的温度，链段虽能活动，但不足以改变晶区的结构，内应力不能很好的松弛，而过高的温度会引起纤维内大分子的降解，致使纤维破坏的可能性增加，同时还有