2.5 合成纤维的热定型原理在线视频

大家好

今天我们学习的内容是涤纶的热定形

涤纶纤维大家都不陌生

它是合成纤维中的典型代表

化学名称 聚对苯二甲酸乙二酯

是具有对称性苯环的线性大分子

结构具有高度的立体规整性

涤纶采用熔体法纺丝制成

其聚集态结构与生产过程的

拉伸及热处理有密切关系

今天我们要学习的热定形

与涤纶的热性能有直接关系

所以我们先来学习涤纶热定型原理之前

我们先来了解一下涤纶的热性能

涤纶具有良好的热塑性

在不同的温度下会产生不同的变形

而且具有比较清楚的四种热力学形态

在脆折转变温度以下时

分子 链段 链节 侧基均被冻结

属脆折态 呈现高模量和脆性

在脆折转变温度至玻璃化转变温度之间

分子侧基 链节可能转动 属玻璃态

变形能力很低

在玻璃化温度以上

软化点以下时

非晶区内某些链段活动

纤维柔韧 属高弹态

温度达到230到240摄氏度涤纶的软化点时

非晶区的分子链运动加剧

分子间的相互作用力被拆散

类似黏流态

但结晶区内的链段仍未被拆开

纤维只软化而不熔融

但此时已丧失了纤维的使用价值

所以在加工中我们所有工艺温度不允许超越此温度

那们如果我们继续升温会如何呢

一但温度升至255-265摄氏度时

结晶区这时候结晶区内分子链开始运动

纤维熔融 此温度即涤纶的熔程

意思是指超过温度之后涤纶发生了熔融

不难看出

上述这四种热力学形态与温度有很大的关系

而涤纶在染整加工的过程中

反复受到热的这样一个作用

那么这个是从它纤维的超分子结构来分析的

我们如果将它搬到我们现实生活中

那么涤纶织物

比如说我们常见的一种涤纶西裤

它在受到高温处理之后

它的直观表现又会是什么呢

涤纶在无张力的情况下

纱线在沸水中的收缩率达7%

在100摄氏度的热空气中纤维收缩率为4%~7%

温度升至200摄氏度 涤纶收缩率可达16%~18%

就意味什么呢

原有正常的长裤在以不正常的熨烫温度之下

有可能就变成时下流行的9分裤或7分裤

也就意味着我的涤纶织物发生了明显的收缩

那么这个收缩时因何而来的呢

这种现象是涤纶纺丝时拉伸条件下

应力残留的影响和结晶状况所造成的

如果把未拉伸

未定形的纤维预先在高于它结晶温度

有张力的条件下处理

然后在无张力的条件下热处理

纤维就不会有显著的收缩

那么这就告诉我们什么呢

涤纶经过高温定形处理后

其尺寸稳定性明显提高

那么同学们 我们结合前面所了解到的4种形态结构变化

我们一起来了解一下涤纶热定形的原理是什么呢

涤纶热定型的原理

热定型过程当中涤纶大分子间作用力变化密切相关

从纤维大分子链的结构分析可知

对于聚酯纤维

大分子间的作用力是极性酯键

以及苯环之间的相互作用

从分子间结合能的观点出发

热定形包括以下三个阶段

第一阶段

用加热或增塑的方法

使存在于纤维中的分子间作用力减弱

并使纤维达到高于玻璃化温度T以上的温度

由于传热的速度很快

分子间作用力的减弱在几秒钟内便可完成

此阶段称为松弛阶段

松弛阶段分子间结合能的降低

只发生在无定形区

而较牢固的超分子结构

结晶区则并不被减弱或拆散

第二阶段

是热定形过程的主要阶段

亦即定形阶段

此时 分子间结合能

自发地由E2’增大至E2’’

由于“松弛”和热振动的结果

一些大分子链节和链段周期性

相互靠近并重新相互排斥

振动时 大分子中的某些活性基团

与其他大分子中同样的基团相遇

靠近到原子间相互作用的距离

就形成新的键

此时由于处在高温下 这些键很弱

但随其数目不断增加

原先很弱的这些键分子间作用力逐渐增大

在结晶高聚物中会发生进一步的结晶

使非晶区减少

结晶度和结晶完整性有所提高

由于相邻大分子的活性基团发生结合需要时间

因此第二阶段的时间比第一阶段长好几倍

第二阶段的速度取决于大分子链节

或链段的活动性 即取决于热定形温度

第三阶段

使纤维冷却至玻璃化温度以下

或除去增塑剂

此时在第二阶段所产生的新键

以及大分子的新位置得到固定

新生结构的固定发生得很快

可在几秒内完成

因为此过程取决于冷却

或除去增塑剂的扩散速度

根据上述观点

定形的基本过程是分三步进行的

我们将其简化可以概括为

第一步是大分子链段间的作用力

迅速被减弱或拆散

内应力发生松弛

第二步是大分子在新的位置上

迅速重建新的分子间键和再结晶

第三步是将大分子的新键以及新位置固定下来

显然

热定形的温度应高于其玻璃化温度和低于软化温度

因为达到软化温度时

纤维发生裂解和变形

而温度低于玻璃化温度

则分子链段还不能产生位移而发生重排

达不到定形的目的

热定形使纤维产生了永久定形的效果

但纤维无定形区分子间的作用力

并不能产生永久的定形

聚酯中酯键以及苯环之间的分子间力

在温度稍高时就会舒展

而永久定形 它一定是与纤维中

晶区的局部熔融和再结晶有关

热定形使形变状态下纤维的内应力获得释放以达到松弛

通过再结晶使纤维稳定在形变的状态

那么通过刚才的讲解大家可以发现

热定型就是经历了三个过程

温度高于玻璃化温度之后

大分子链段发生一定的位移从而建立起来新的价键

继而温度降低之后

使得这些新形成的价键在新的位置上得到固定

那么看似是比较简单

但是在这个过程当中

我们首先要注意温度对其影响

与此同时就是局部熔融和再结晶

同学们

在纺织和染整加工中

涤纶及其织物受到各种外力的作用而产生形变

纤维中存在着内应力

纤维位于较高的能级而处于不稳定状态

所以在前处理的加工过程中

对涤纶进行热定型是非常有必要的

那么今天这一讲

我们主要讲解的是涤纶热定型的三个过程和简单原理

那么在线下的课程当中

我们将进一步学习涤纶在热定型当中

涤纶纤维微结构的变化

结晶度 晶粒尺寸 及其完成性

在涤纶热定型中的变化过程

那么 今天这讲我们就先学到这里

同学们 再见