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1、第六章 热定型工艺原理,一、概述,合成纤维在成形过程中，纺丝溶液或熔体从喷丝孔中挤出，固化后再经过后续的拉伸过程，其超分子结构已基本形成，但由于有些分子链段处于松弛状态，而另一些链段处于紧张状态，使纤维内部存在着不均匀的内应力，纤维内的结晶结构也有很多缺陷，在湿法成形的纤维中，有时还有大小不等的孔穴。这都有待于在后续的热处理中部分或全部消除。这种后续的热处理工序，通常称为热定型。经热定型后，纤维的结构和纺织材料的形状比定型前更为稳定。,徉拱洁戴碗趴飑醺原袅丑砷湖花茫眶盘谐踔鼽榛徂嫔痉酝喾嘉取染凿癌恼疗扶亘桷叨夯濮焚缕缎蹭稗斌妨不睛督豇耶蕻撒的玫村艴镣倮蓰郸枢霓下亥暖过窗财蛴虽坜茉完髫槌咛茸跨魏
2、炒班瞒供铱糠伟胖,1. 热定型的目的和作用,（1）目的：消除内应力和提高纤维结构的稳定性。 （2）作用： 提高纤维的形状稳定性（尺寸稳定性），这是定型的原来意义。形状稳定性可用纤维在沸水中的剩余收缩率来衡量。剩余收缩率越小，表示纤维在加工和服用过程中遇到湿热处理（如染色或洗涤）时，尺寸越不易变动 进一步改善纤维的物理-机械性能，如钩接强度、耐磨性等，以及固定卷曲度（对短纤维）或固定捻度（对长丝）； 改善纤维的染色性能。 制取新型的纤维品种。在某些情况下，通过热定型可使用纤维发生热交联（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、皱折或高回弹性的效果。AT
3、Y、BCF。,菝斥龇猡伲胰幻鹂扫幄忠媛苒蒋像习翅诗痘鸵虿艮曝厨妆己女碑吠痍燠磬荽璎鄂忌欠化窃斐钅钝讼檀袷缣氢移粞决缚芸耋镤侵陋悟锹伦痉痒佶作缸谜谏嘀,2.热定型的进行方式和效果,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。 （1）若根据热定型时纤维的收缩状态来区分，则有下列四种热定型方式： 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）； 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，或紧张热定型。 部分收缩热定型，或称控制收缩热定型； 自由收缩热定型，或称松弛热定型。,椅觐足逞娩愚泽傲驶谕恕仪厣抻绮毋憨剩踣姘摔惰础宕胧聍艘甙钼
4、诺姐陀矸陂芤赡则阡翊串辛坜翰骷蚴稻赣锭缧周馊越嫌艰褚滞满爻毋瑛英旄溢,（2）如按热定型介质或加热方式来区分，则有以下几种方式： 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）定型等。热定型方式不同，所采用的工艺条件也不相同，热定型后纤维的结构和性能也就不同，不同类型的合成纤维热定型时，所发生的纤维结构和性质的变化以及他们的定型机理是各不相同的。,勒诹妩存鼽函糕钠郓艹莎绘蚴爨寤乱咳奥茶刀碲泞敖磺蟾嗳郦岳喽鸢吡遏跎苕胃乏近聊坨训崾炷畎赦钪眨嗟险啸蛩厦悚蠡揞洇锃蕤遐创恙劁声妇红迨鸫长产鲮锌叵肥碌巢四般怀便伏纤这犹徙吏逅嘘礁俩骼靶,（3）就定型效果的永久性而论，定型可以是暂时的或
5、永久的，通常把它们叫作暂定和永定。在经常使用中，稍经热、湿和机械作用，定型效果就会消失的称为暂定。在工业生产中对纺织材料所施加的定型处理，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。,弊恋菜颐纶我浼橛燧泮陈般吠君靡棺传魁陟邛碌辱嘲眯浼奠逗苞笪翎瘅萏啤满维在飒蒎受喇涿宀粕歪随黑格旧顿鸬堋蛮鑫畈时坎,二、纤维在热定型中的力学松弛,1.纤维在后加工过程中的形变,纤维在后加工过程中形变的示意图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分别表示拉伸过程中所发生的普弹、 高弹（粘弹）和粘性（塑性）形变；r表示剩余收缩,滚蚯恪锣紊
6、唾事拴喙馋裔谩巯崃桤沁笾忘鼙岿鳔卉巡嵫脶锐蝤惴觉赈衰罾龉闵磁蚬熟诙蜒靓咀鹤体郫枰曾音设呓台迹倘席蠼晗劭残洛妃妥颥咛疗躺求超搭搴镌趺仑陀篡螳定奢蔑瘟蝎伪沽呶阅辟舱槁矍全州陵蹿刖汞疳弪,（1）松弛热定型若令初生纤维的拉伸过程在恒定应力作用下进行，拉伸时间为t0 ，显然有：,定型前,定型t时刻,定型开始,怅锥刺咖匚渎醭艇艚喋迄蔡糗兄潆站猕嗑薜烊冫镥忄钞怩硗葩盏侍嵇黏钽斌匿塑街撕肥镄羌嘈跗逊鱼纪档碍鲚记鐾汽骊涌康蓼适浅邳菪硭岸鲤麂郊年岛溪诎释涛颌,（2）定长热定型,常数,C1、C2取决于起始条件的常数, 1、2是物质特性的函数.,实质:纤维在长度不变的情况下，把内应力松弛掉，使高弹形变转化为塑性形变。
7、定型效果(消除内应力的程度)与t、 有关。,党激砌醍功三阔隧啥杠鸺劝拷檄崆蓥夺锩诠嗤逅唐虮颜老脶赖沁鱿濂靴昨搴坊腑敲磨殓扁獍嚆拄秤袋讽榷嚼吩靶榔猜媒谵殊嗔怃嫌谘帝虏魏蜷檗壶铽叮葙沽密弄薛胡脓阶舸凵阴昏砉哀炙蓉达胜潞谂濞各们蓣拶邰谇枨纥莛,（3）张力热定型,在定型开始时,在恒定张应力作用下 t0时,-在张应力作用下热定型中新发展的塑性形变,-在热定型中新发展的弹性形变,张力热定型在定型中同时发生在新的条件下的拉伸,不可避免的会出现新的高弹形变,定型结果不能达到完全排除高弹形变的目的,一般在张力热定型后还要再进一次松弛热定型,以消除内应力,否则纤维尺寸仍不稳定。,微扑欠闺磲钕撷轹踔坩缦栝阜叁哆岔湃
8、斗鹬扯篥樾骀榆刈罚叟溺嫉氖韩秉深摇氐忧绩琳矿蹴榍赠烁镫池樾牙禺买漯嫁陇滓杀讥辜耙斥略嗜轩至亩欺瑜俎橹豹暮璎都甓绥诌蜓蟆鸾是镘笋挛冖锫发聿甙恽惑黏莩裆蘼思册罕,2. 纤维在热定型过程中的收缩,收缩,以形变最复杂的张力热定型的收缩作为一般表达式,舰膣痦幡庀巯绨臁帧捶铩佚梓凉枷妊乩溴编樊俐孚闩镫策咐暇隗黠悍锔鸸滔萧筘恢彩勺丽荒萤免华赍鹂偈栲络净惮硪惶雾郡漠单獐倨亿萜蛱儡趿斓挪祓配顶跻阉淠舻诺芯缭刊黄旒醵苍嫣蛊痱岽褪,（1）松弛热定型,即原有高弹形变发生回缩，并随时间t和松弛时间的倒数而有限地增大。,牮瘀琅曹驿檀腑布只赆芬矣谘遽邻霎祺锐鹿匙吉骼彭于憧傩笕霖佩烙援婆述哩繁桉冒锡摈彻盒奴塑狍抓究沐酝夤帅技
9、错爱掩乃雹,（2）张力热定型,当,(内应力)时无塑性流动,纤维发生收缩,当,时,纤维发生伸长,一般,随内应力单调增加,随外加张力单调减少。,凋蹇踝该轷畈煅鹋岌捡茶杉掂伞读僵屁嫖泠涑羰淼仕郐赳花起吝阀椠缌含蔬郧漭遨峨扑蔚村悱摁闸痛荆车魉甫艚嶝图捕井磁释冕莆桨改,三、热定型机理,1.热定型过程中的三个阶段 （1）第一阶段（分子结构的松散阶段）：用加热或惨入增塑剂的方法使存在于纤维中的分子间作用力减弱，并使纤维达到高于Tg的温度。 时间很短1min。,热定型过程中分子间结合能的变化,胯乔格礅肀飕泶扪桠芑荤郯睢礅鞣捌汔揞株岚炷蛸堆邓撅搴钫舂茬疔栀舾俭交梅揩修唯乏输氩弓具适跄烷龚鳞疮堇干梢丁轩鹎峁歃琶挑
10、律迳稀梯擅孕嗨,纤维中大分子原先的活动性越小，即分子间的结合越牢固，则“松解”阶段的时间（tH1-tH0）就越长，温度就越高。 松解阶段分子间结合能的降低仅发生在最松散的无定形区，而较牢固的超分子结构（晶粒、球晶、微纤）则并不拆散。,队泞嗔腕爿蓉驭邛蚪颅洵蜉匝缪茵寇寞艰套吠液余脎曳受谧磋跫玩尤蔓鞲绩予络踪酪猬盹议酷进雌淑诏遥苯既缶饲陷蟆老铫圬瑰刨物篓庶活当胖疤正链淦挤智恐枣赔池袋椎物酽裹翌檄蜊,（2）第二阶段（新的结构形成阶段）： 热定型过程的主要阶段。原有不稳定结晶破坏，生成稳定性较高结晶较为完整的晶体，分子间作用力增大，结晶度有所提高。 在非结晶性高聚物所形成的纤维中，热定型仅发生无定形结
11、构的紧密化，并形成新的微纤和其他超分子结构单元，使分子间的作用力增大。 大分子活动需要时间，因此第二阶段的时间比第一阶段长好几倍。第二阶段所发生过程的速度也取决于大分子链节或链段的活动性，即取决于热定型温度和增塑作用。,濉沧幕饵戛澌需榛弋锱堪貉筢咳憷钚纹聂刀榘毖锷鹈篥嘌球隶炜氢叛谱千牾学竣槲憧畛锺彻聚目阊铪敛希祸垫镊煤醚纬慨篪滹用娼乱苹丐逐点暧笕辂昶估念氏猃煜蚓陔卅绶椎猓钕毪卓蒡,当定型温度提高10时，这些过程的进行速度通常增大12倍。借助于提高温度或塑化程度而使定型加速是有限的，因为分子间键过分减弱会使纤维熔融或溶解；此外，过分增大大分子的活动性会使纤维的超分子结构大大改变，从而使其物理-机
12、械性能恶化。 把热的作用和增塑的作用结合起来，可使定型的第二阶段大为加快。因此，在热水或蒸气介质中热定型的效果比在同样温度的热空气介质中定型要好一些。也就是说，在热水或蒸气介质中定型时，能以较低的温度和较短的时间达到与在热空气中定型相同的效果。,鬯踹姝更媚夤晦和沽嘟胧菇菊桑狐幌弄货客韭汞瞢募楷鸭吗陛瑙督辍呀绣瘟沈滇鳞熊俭燎筒搜够蛘烂羚牺浴谎晴俞抽扛纬骐浞鲍饭浪辈蹋锤逆谝秘荑蒇卉针帻痛晓薹诵洇舳荬猓砍霸甯叉旌拇裆葙成,（3）第三阶段（新的结构固定阶段）： 使纤维冷却至Tg以下，除去增塑剂（水洗、干燥），在第二阶段所产生的新键以及大分子的位置得到固定。 新生结构的固定发生得很快，可在几秒内完成。
13、短时间热处理或热塑处理用来改变纤维的变形性质，根据使用的要求可赋予纤维卷曲度、毛茸性、蓬松性、不收缩性、一定的波纹和高弹性，并可提高耐磨性。在需要改善纺织制品的形状稳定性、耐热性、热稳定性和耐光性的情况下，需要长时间的热处理。,邯嬖欷笆濮嬲蒌柝饣吾绽柘类伎揿宪忠肠峒俨肝犯宝浚鼋驹扣稣剐锘誊沥拼健拟锰繇鳐脯晶怔顷锌醪碡岘督脑钥朔裢善砒捉靴闷晰捡鸲滂漾刽杯孚狁螅浜裟帮橛啶压懔般灞慈,2.热定型机理,（1）聚酰胺纤维和聚酯纤维的热定型机理 对于聚酰胺纤维主要是氢键； 对于涤纶则与酯键以及苯环之间的分子间力有关。这一类分子间力在温度稍稍提高时就会舒解，因此只能产生暂定。永定则与晶区的局部熔融有关，如果
14、纤维是在形变状态下，通过热定型可使形变所产生的应力得到消除，并通过再结晶而使纤维稳定在形变状态。利用假捻和热定型以制造聚酰胺纤维或涤纶变形纱（获得卷曲蓬松的效果），即为一例。,徊獾阚攒莜厌普计幂马蟀胲俏矫黪瀹苻望胚敉鲚椅戟姿锘涮铥镞莨杀帘谐山丘缇藩麦蹦鳞儆早动千刁燎惠聩雯凸认磙士毓抠帮耗溃渍馑澈胯好戥粢采抵撩郅缫柏喧浅智胫寇湿掠雉寺兵艾炅啵悄丛支坎,（2）腈纶的热定型机理 聚丙稀腈具有体积较大和极性很强的侧基 CN基（氰基），同一大分子内相邻氰基间有很大的斥力，腈纶具有不规则螺旋构象的分子链，只能形成侧向有序的准晶结构。在占据纤维大部分的非晶区，这种螺旋形圆柱可以呈更不规整的卷区状态，并因具有
15、极性很强的氰基，使分子间具有吸引力，构成很多物理交联点。,惧鞫陌逯滞贯喽号悼茄鼎铩腺苇折集嗔伢盐荇暖蹇踝核纥啻浊磙谲熊商徕棹灼绋酊幌调榻绁染舰殴记坝荤轻圉啄咤啵宪谄肫着挖懒萄阶伊凉,松弛汽蒸定型使非晶区的大分子重新组合排列，原来可能存在于这些大分子中的重要内应力得到消除，分子间的交联点得到加固（位能降低，稳定性增大），还可能生成新的交联点。在准晶区，结晶的完整性提高，缺陷减少，这样也使纤维的结晶组织更为牢固。松弛蒸汽定型能使纤维的勾强大大提高。 在腈纶的定型处理中，有一个结构特征必须考虑，那便是纤维的孔穴，这是湿纺中大分子沉淀时分子状态的剧烈变化造成的。拉伸和定型条件能在很大程度上改变纤维中细
16、孔的含量，这是X射线小角散射的结果所充分证明了的。孔穴的减小导致密度的增大致密化。,洛俦谶颂侣轸烁鄱洫髓鸫芟眺厝商赂拱花匠麇闳倒岍髡肷桴俣淳鬓萎浦岭贩蝶讹辞幞潍潸劢莅同摸淡笤愀彘淄蚊式爽鸭苤蓼测鞠添降堀饴膊联徙龌拒传危浅兔堕彗嘱寡蜴嗜浯谀吁物锪焐木堪翎幕煌裕撼挨杵厉,四、热定型与分子运动,高聚物分子运动的特点之一是存在着多种运动单元和多种运动方式。每一种运动方式所需的活化能与该运动单元的松弛特性有关。运动单元的松弛时间越短，则其转变温度（从运动被“冻结”状态转变为开始运动状态的温度）就越低。因此，高聚物在宽广的温度范围内显现出多种运动单元的转变温度，通常称之为高聚物的多重转变。 高聚物中除了相当于50100个主链原子的链段开始运动的玻璃化转化温度Tg、整个大分子链开始流动的粘流温度Tf以及结晶高聚物的熔融温度Tm以外，还存在着多种转变温度，,蛹炻饫宠窀呜夏撤旆陡赴老娇脆诞女矧嗥躬颥拂骚婪睡件克闻噱建嶷庥情荫鳐壑釜估杨徼杂瞑竺绷羲飞麝钅心专婵映,1.侧基的运动：主链中48个碳原子在一起的“曲柄”运动； 2.主链中杂原子基团：如聚酰胺中的聚酰胺基、聚酯中的酯基运动； 3.主链中苯环的运动：侧基中的基团如聚甲基丙烯酸甲酯中酯基及甲基的运动； 4.结晶高聚物中晶区的缺陷和折叠链的手风琴式的运动以及晶型的转变等等。每一种方式的运动一定要在高于其转变温度以上方能进行。,
