濕法紡絲中的纖維熱定型原理

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(shí)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(shí)還有大小不等的孔穴。這種纖維若長時(shí)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(huì)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(dòng)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(dòng)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(gè)階段要完成這種平衡。第一個(gè)階段是紡絲加工后的未拉伸絲，需平衡若干小時(shí)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(gè)階段是拉伸后的濕熱平衡過程。由于纖維在拉伸加工中會(huì)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)ji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(gè)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(shí)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che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(shí)可以不發(fā)生收縮或部分發(fā)生收縮。根據(jù)熱定型時(shí)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(shí)纖維不收縮，而略有伸長(如1%左右)。

(2) 定長熱定型：熱定型時(shí)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jiu性而論，定型可以是暫時(shí)的或永jiu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(huì)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jiu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(shí)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(huì)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。