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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。,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
2、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。ATY、BCF。,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：
3、 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。,（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。,（3）就定型效果的永久性而论，定型可以是暂时的或永久的，通常把它们叫作暂
4、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。,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,（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,（2）定长热定型,常数,C1、
5、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。定型效果(消除内应力的程度)与t、 有关。,（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。,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,（1）松弛热定型,
6、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。,（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。,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。 时间很短纤维后加工和使用温度 一般选择TgT湿态Tt亲水性较弱纤维(PET.PAN)干态Tt湿态Tt 亲水性纤维的增塑作用明显, 应用：PA6干热定型160180,湿热定型110120.,5.纤维结构纤维原有取向结晶越高，越稳定，同样条
7、件下，热定型时间越长。,六、热定型过程中纤维结构与性质的变化,（一）定型过程中纤维结构的变化与拉伸过程一样，热定型过程中纤维结构的变化，主要是超分子结构变化。然而，热定型时纤维结构的变化比拉伸时的变化更为明显。热定型时纤维结构的变化。很大程度上取决于分子链的柔性，而热定型的条件，如温度、介质和所加张力对结构变化的影响也十分明显。前已指出。热处理（有时同时有溶剂的作用）促进分子链段运动，使，内应力得到松弛，同时使纤维结构更趋于完善和稳定。,1.结晶度的变化 松弛热定型：如将纤维在无张力状态下热处理，对于结晶性的高聚物，则结晶度有所增大，定型温度较高时，结晶度的增大往往更快。对聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚乙烯醇和聚乙烯纤维，热处理时都发现结晶度有所增大。由于热处理的结果，能使结晶度提高20%30%。 紧张热定型：如进行定长热定型或在张力下热定型，则所得纤维的结晶度保持不变或比松弛热定型时增加得较慢。,锦纶66的结晶度随热定型温度的变化关系,2.微晶尺寸和晶格结构的变化 松弛热定型：一般会增大微晶的尺寸，特别是垂直于纤维取向方向上的尺寸，这是由于热处理有利于分子链运动而发生链折叠。 紧张热定型：平行于纤维取向轴的微晶尺寸会大为增大，而垂直于取向轴的尺寸只是略微加大，张力大时甚至可能减小。,
