第1章合成纤维的热塑性和热变形.pptVIP

纺织学院 第三节 合成纤维的热塑性和热变形加工的基本机理 定 型 定型: 纺织材料的某一特定型式下的结构稳定性。 在外界因素的影响（外力、化学、物理作用）下，材料内部结构达到新的稳定的平衡状态。 如织物的热定型、服装熨烫等。 定型的分类： 暂时性的（棉布熨烫） 半永久性（毛织物热定型） 永久定型（改变分子结构，定型不能复原）,如涤纶等合纤（长丝）的热定型。 如一个重球总是向下滚到低处，它的势能量低，再如水向低处流等。 能量E、位移X，势能量E与位移X成函数关系，分三种情形： 一、稳定平衡 凹槽最低处球的能量最小: 用数学方法表示球的稳定平衡态位置B。 二、非稳定平衡： 凸形曲线的拐点（最大值） 三、随遇平衡： E小球在直线上（平面上）,能量E是常数。 用能量平衡状态来解释纺织材料的定型机理: 若不计其它因素，定型就是使纤维结构发生了导致它获得一个新的最小能量位置的变化过程。 见上图，球通过某一过程从定型前的平衡位置跳跃到能量更低的新的平衡位置。这样定型后状态更稳定，定型可以认为是永久的。 说明三点： 1．能量E与位移X不是一维的，可能是多维的，即描述系统的平衡状态需更多参数。 2．一个体系可能有多个能量最低值，若整个体系发生变化，能量最低值也将发生变化。 3．若定型只是因吸收能量由低一级能量最小位置向高一级能量最小位置转变，则这种定型必定是暂时的，一有干扰球就有可能回到能量较低的位置上。反之，则可能是永久定型。 一个体系的平衡状态转变，一般伴随有能量的变化或转化。 按产生这种变化的源或动力,定型可分四类： 1． Heat setting：热定型是指热振动引起的能量变化。 高温时分子振动容易发生，这也就是常说的热定型。 熨烫定型 2． Cold Force setting冷力定型：由外力作用下产生形状的改变，由此产生定型，如拉伸作用下的蠕变。 如羊毛拉细。 当外力作用下的应力超过屈服应力点时，会产生不能回复的“塑性变型”。一般这种变形在湿热条件下少部分恢复， 3． Chemical setting化学药品定型 化学定型三种情况： （1）分子链之间的键合定型，有范德华力、氢键，作用弱，引入极性偶极基团。 （2）化学反应形成定型纤维，如纤维素纤维定型，通过形成新的大分子交联。 （3）纤维之间的键合：如用树脂涂层，纤维胶粘剂。 湿定型：加湿条件下材料平衡体系发生改变的定型。当条件适度如加热烘燥，定型还原 4． Frictional setting摩擦定型 如细纱、加捻产生横向压力，这是摩擦定型效应体现。 空气变形加工中单丝与丝圈相互交缠而成变形纱，就是利用摩擦定型原理。 二、合成纤维的热塑性及变形加工机理 合成纤维的变形加工多利用加热变形机理来实现。（除空气变形、网络变形外） 热塑性合成纤维：以涤纶居多，另有锦纶和丙纶等。 热塑性 指合纤受热时可塑性的增加，因为当纤维材料升温至一定温度时，纤维内的大分子之间结合力减弱，分子链段开始自由运动，纤维变形能力增大。 这时以一定外力使变形后的纤维保持一定形状，使大分子间原有的化学键（结合点）破坏，并在新的能量低点达到平衡态，然后冷却并除去外力，变形后的形状就保持下来，只要以后加热不超过先前这一处理温度，形状基本不会发生变化。 这就是纤维的热塑性，利用纤维的热塑性可进行热定型或热变形加工。（这是变形纱的热学基础）。 三、合成纤维（非晶态高聚物）的热学性质 合成纤维在变形加工中要受到热的作用，纤维温度升高，大分子的运动单元和运动方式及其宏观表现——物理、机械和化学性质均随之变化，最后软化、熔融。 （1）玻璃化温度Tg：从力学看是物质由玻璃态转变为高弹态的温度。也是大分子链段“解冻”或“冻结”的温度。它是指一个对温度十分敏感的温度范围（3-15℃，几乎所有物理性质发生突变） （2）软化温度Tsf：熔点以下20-40℃的一般温度范围。（涤纶230℃左右） 。 （3）粘流温度Tvf：高弹态转变为粘弹态时的温度。 非晶态高聚物（结晶区较低时）： 具有曲型的力学三态特征：曲线上对应有两个斜率突变区，一是玻璃化转变区，一个是粘弹转变区。 1.玻璃态:低温时，合纤分子热运动的能量低，（运动单元，运动方式）只有分子的侧基、短支链的局部振动和键长、键角的微小变化， 合纤的宏观性质：弹性模量很高，变形能力很小，纤维具有类似玻璃的状态，故称玻璃态。 2．高弹态 当合纤温度超过玻璃化温度Tg以后，纤维弹性模量突然下降，纤维在小应力作用下可发生很大的变形，但当外力除去后，大分子链段发生卷缩，变形可随时间延长而逐渐恢复。这在温度—变形曲线上表现为平台区。称它为高弹态，也是高聚物特有的力学状态。 橡胶的玻璃化温度通常小于0℃（硫化结果，冬季不失弹性），如天然橡胶—73℃，聚丁