5_4_热定型工艺原理

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1、第六章第六章热定型工艺原理热定型工艺原理一、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。1.1.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

2、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。ATY、BCF。2.2.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

3、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。（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

4、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ε10ε20ε30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；⊿εr表示剩余收缩（1）松弛热定型

5、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ε0(t0)=ε10+ε20+ε30=σ⎡⎢E−1+E−1(1−e−t0τ2)+t0⎤⎥012∗η⎣3⎦定型开始εt=0=ε20exp(−tτ2)+ε30定型t时刻⎡1⎛−t⎞⎛−t⎞t⎤00ε(t)=σ0⎢exp⎜⎟⎜1−e⎟+∗⎥⎢⎣E2⎝τ2⎠⎝τ2⎠η3⎥⎦（2）定长热定型ε＝常数σ(t)=Cexp(−λt)+Cexp(−λt)1122C1、C2取决于起始条件的常数,λ1、λ2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

6、内应力的程度)与t、τ有关。（3）张力热定型在定型开始时ε(t)=ε+ε02030在恒定张应力作用下t>0时()e−tτ2σσ(e−tτ2)εt=ε30+ε20+t+1−ηE32σt--在张应力作用下热定型中新发展的塑性形变η3σ(−tτ2)1−e--在热定型中新发展的弹性形变E2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。2.2.纤维在热定型过程中的收缩收缩∆ε(t=−[ε(t)−ε(0)])以形变最复杂的张力

7、热定型的收缩作为一般表达式()⎡−tτ2σσ(−tτ2)⎤∆εt=−⎢ε30+ε20e+t+1−e−ε30−ε20⎥ηE⎣32⎦⎛σ⎞−tτσ=−⎜ε−⎟(1−e2)−t⎜20⎟Eη⎝2⎠3⎛σ⎞−tτσ∆ε(t)=−⎜ε−⎟(1−e2)−t⎜20⎟Eη⎝2⎠3（1）松弛热定型−tτσ=0∆ε(t)=ε20(1−e)>0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⎛ε20E2⎞−tτ2σ∆ε(t)=⎜⎜⎟⎟(1−e)−tEη⎝2⎠3σ当σ<ε20E2(内应力)时无塑性流动t=0η3∴ε(t)>0纤维发生收缩当σ>E时ε202

8、ε(t)<0纤维发生伸长一般∆ε随内应