第1章合成纤维的热塑性和热变形讲解

? 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。
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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。
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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）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
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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。
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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。
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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：
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小球在直线上（平面上） 纺织学院
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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。
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。
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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
? 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，
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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。
? 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。
? 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。
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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。
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热塑性
? 按产生这种变化的源或动力,定型可分 四类：
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?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
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? 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。
? 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）。
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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。
? 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。
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? 一个体系的平衡状态转变，一般伴随 有能量的变化或转化。
复原）,如涤纶等合纤（长丝）的热定 型。
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定型原理的假说:物质的热平衡原理及 能量守恒定律
其基本原理是“系统处于能量最小时， 结构最稳定。”
对宏观纤维而言，可以通过分子结构
的变化，或外部形状态的改变达到能
量的转化，从而使纤维材料处于能量
相对低的一个平衡态中。
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? （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。