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一、為什么要進(jìn)行纖維熱定型:
合成纖維成型及拉伸之后,其超分子結(jié)構(gòu)已基本形成。但由于纖維在這些工藝過程中所經(jīng)歷的時間很短,有些分子鏈處于松馳狀態(tài),有些鏈段則處于緊張狀態(tài),致使纖維內(nèi)部存在著不均勾應(yīng)力,纖維內(nèi)的結(jié)品結(jié)構(gòu)也有很多缺陷,在濕法成型的纖維中,有時還有大小不等的孔穴。這種纖維若長時間放置,隨著內(nèi)應(yīng)力松弛、大分子取向的變化等,它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu),如纖維尺寸、結(jié)晶度(急冷形成的無定形區(qū)的二次結(jié)晶化)、微孔性(微孔洞的陷縮)等會逐漸變化而趨于某種平衡。
以上變化的速度,從根本上講是受纖維材料黏彈特性的控制,從分子論的角度來說,是受到分子運(yùn)動強(qiáng)度的制約。在室溫下,系統(tǒng)的變化速度一般很慢,在高溫下,大分子運(yùn)動強(qiáng)度增加很快,可以在數(shù)分鐘內(nèi)就使體系接近平衡,從而在以后的使用過程中基本上能抵抗外界條件的戀化,有效地處于穩(wěn)定狀態(tài)。
二、什么是纖維熱定型:
在纖維成型加工過程中,有兩個階段要完成這種平衡。第一個階段是紡絲加工后的未拉伸絲,需平衡若干小時再去拉伸。這一平衡過程對于熔紡親水性聚合物(例如聚酰胺纖維、聚氨酯纖維)特別重要,該過程使?jié)穸群退謱?dǎo)致的初生纖維結(jié)構(gòu)變化達(dá)到某一水平。
第二個階段是拉伸后的濕熱平衡過程。由于纖維在拉伸加工中會產(chǎn)生新的應(yīng)力不均勻和新的結(jié)構(gòu)缺陷,以致在一般實(shí)際應(yīng)用溫度下(如洗滌、熨燙)表現(xiàn)極強(qiáng)的形狀不穩(wěn)定。因此拉伸纖維需經(jīng)熱處理過程達(dá)到一個新的穩(wěn)定平衡,其過程通常稱為熱定型。在這一過程中如果能得到適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶和取向度,就能明顯改善纖維的力學(xué)性能。
三、纖維熱定型時結(jié)構(gòu)的變化:
熱處理過程將引起纖維超分子結(jié)構(gòu)和形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變,使不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)單元轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定較高的結(jié)構(gòu)單元。但熱定型要達(dá)到的是修補(bǔ)或改善纖維成型或拉伸過程中已經(jīng)形成的不完善結(jié)構(gòu),而不是徹底破壞和重建。這些結(jié)構(gòu)上的變化,有三方面:
(1)提高纖維的形狀穩(wěn)定性(尺寸穩(wěn)定性),形狀穩(wěn)定性可用纖維在沸水中的剩余收縮率來衡量。
(2)進(jìn)一步改善纖維的物理——機(jī)械性能,如打結(jié)強(qiáng)度、耐磨性以及固定卷曲度(對短纖維)或固定捻度(對長絲)。
(3)改善纖維的染色性能。
在某些情況下,通過熱定型可使纖維發(fā)生熱交聯(lián)(例如聚乙烯醇纖維),或借以制取高收縮性和高蓬松性的纖維,賦予纖維及其紡織制品以波紋、皺紕或高回彈性等效果。
四、熱定型的方式:
熱定型可在張力作用下進(jìn)行,也可在無張力作用下進(jìn)行。根據(jù)張力的有無或大小,纖維熱定型時可以完全不發(fā)生收縮或部分發(fā)生收縮。根據(jù)熱定型時纖維的收縮狀態(tài)來區(qū)分,有四種熱定型方式。
(1) 控制張力熱定型:熱定型時纖維不收縮,而略有伸長(如1%左右)。
(2) 定長熱定型:熱定型時纖維既不收縮,也不伸長。
以上兩種方式統(tǒng)稱為無收縮熱定型,或稱緊張熱定型。
(3) 部分收縮熱定型:或稱控制收縮熱定型。
(4) 自由收縮熱定型:或稱松弛熱定型。
如按熱定型介質(zhì)或加熱方式來區(qū)分,則有干熱空氣定型、接觸加熱定型、水蒸氣濕熱定型、浴液(水、甘油等)定型四種方式。
五、暫定、永定、半永定的區(qū)別:
就定型效果的永久性而論,定型可以是暫時的或永久的,通常把它們叫做暫定或永定。在使用中,稍經(jīng)熱、濕和機(jī)械作用,定型效果就會消失的稱為暫定。工業(yè)生產(chǎn)中對紡織材料施加的定型處理,大多是永久性的定型,這里所引起的纖維和織物結(jié)構(gòu)的變化是不可逆的。有些定型效果介于上述兩者之間,叫做半永定。暫定、半永定和永定可能同時發(fā)生,例如纖維織物的熨燙就是如此。
熱定型的工藝條件隨纖維品種不同而有所差異,即使是同一品種的纖維,也會因拉伸條件不同或?qū)ψ罱K產(chǎn)品性能要求不同而有明顯差別。