一、热定型的定义及意义:
热定型是指利用热力,消除织物纤维在拉伸过程中产生的内应力,使大分子发生一定程度的松弛,从而使编织纤维的形状固定成型,简而言之就是消除纤维的内应力,并达到稳定结构。
合成纤维在成型过程中,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,其超分子结构已经基本形成,但由于有些分子链段处于松弛状态,另一些链段又处于紧张状态,使纤维内部存在着不均匀的内应力,其内部的结晶结构也有很多缺陷,在湿法成型的纤维中,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者全部消除,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加稳定。
二、热定型与纤维结构和尺寸稳定性:
纤维是无数长短不等的大分子以各种形式组合排列,形成稳定程度各不相同的超分子结构,可用取向、序态、结晶度、晶粒大小、长周期等超分子结构参数,以及纤维中的孔洞、微隙、纤维表面特征等形态结构来描述。
一种特定纤维的超分子结构(包括形态结构)是不均一的,通常都呈现一定的分布,实验测定的超分子结构参数,只是一种平均值,纤维中各种超分子结构单元的稳定程度是不相同的,在外界条件如温度、湿度、机械力等的影响下,通过热处理和随后的冷却过程,稳定度较低的结构单元可以转变成稳定度较高的结构单元。
这种转变就是纤维热定型的实际目的,不过,在这一转变过程中,也并不排除新的、较不稳定的结构单元的生成。
要是纤维内部较不稳定的结构转变成稳定度较高的结构,大分子必须先产生一定程度的热运动,使原有结构得到舒解,然后在冷却过程中重建。
纤维在纺丝成型和拉伸过程中所经历的时间很短(一般只有几秒钟),而大分子链段运动需要一定的松弛时间,热定型所经历的时间较长,因此,在热定型过程中,纤维内部结构的重建比较从容,纤维中较弱的分子键得以拆散,处于紧张状态的分子键得以松弛,内应力大部分可以得到消除,在随后的冷却过程中重建成更加稳定的结构。
由于纤维晶区的结构远比非晶区牢固,要改造晶区的结构,必须采用远高于玻璃化转变的温度,在实际热定型工艺中,常在玻璃化温度和熔点之间选择一适当的温度,在加上湿度、张力的共同作用,使纤维晶区结构发生改变如结晶度增大、晶粒尺寸变大等,从而使纤维具有更高的抵抗外界影响的能力和稳定程度。
三、热定型的目的及作用:
纤维在热定型过程中,晶区和非晶区结构都发生改变,但热定型所要求达到的是修复或改善纤维成型和拉伸过程中已经形成的不完善结构,而不是彻底的破坏和重建。
因此,纤维热定型的主要目的是消除内应力和提高纤维结构的稳定性:
1、提高纤维的形状稳定性(尺寸稳定性),这是热定型的基本意义,形状稳定性可以通过纤维的沸水收缩率来衡量,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)时尺寸越不容易波动。
2、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(短纤)和固定捻度(长丝)。
3、去除纤维在拉伸上油过程中所带入的水分,使纤维达到成品所需要的含湿要求,同时可以避免由于油剂不干,纤维长期存放变黄的可能。
4、改善纤维的染色性能。
某些情况下,通过热定型可使纤维发生热交联,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、皱襞或高回弹性的效果。
四、热定型的方式及分类:
热定型可在张力作用下进行,也可在无张力作用下进行,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者部分发生收缩。
根据热定型时纤维的收缩状态来区分:
1、控制张力热定型:热定型时纤维不收缩,且略有伸长。
2、定长热定型:热定型时纤维既不收缩,也不伸长。
3、部分收缩热定型,也叫做控制收缩热定型。
4、自由收缩热定型,也叫做松弛热定型。
根据热定型介质或加热方式来区分:
1、干热空气定型。
2、接触加热定型。
3、水蒸汽湿热定型。
4、浴液(水、甘油等)定型。
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也不相同,不同类型的合成纤维热定型时,所发生的纤维结构和性质的变化以及定型机理是各不相同的。