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1、2022/12/26,1,第五章 热定形,2022/12/26,2,定形：纤维、纱线、织物或其他纺织品经过一定的处理，获得某种需要的形式（尺寸、形态、结构、物理性能），并力求使这些形式有良好稳定性的加工过程。,第一节 引言,2022/12/26,3,热定形：利用合成纤维的热塑性，将织物保持一定的尺寸和形态，加热至所需温度，使纤维分子链运动加剧，纤维中应力降低，结晶度和晶区有所增大，非晶区趋向集中，纤维结构进一步完整，使纤维及其织物的尺寸热稳定性获得提高,2022/12/26,4,定形分类：暂时定形：如织物日常使用中，受外在因素临时定型如褶皱等现象，经湿、热、机械力作用下，很容易恢复到初始状态，
2、称暂时定形。耐久定形（永久形变）：令纤维或织物结构发生变化，不能恢复到初始状态。,2022/12/26,5,纤维热定形：紧张热定形：长度和取向度增加，高强低 伸型涤纶短纤。松弛热定形：长度缩短，断裂强度不变或下降，普通型涤纶短纤织物热定形,2022/12/26,6,热定形目的：消除织物上已有的皱痕、提高织物的尺寸热稳定性(高温条件下的不收缩性)和不易产生难以去除的折痕。此外热定形还能使织物强力、手感、起毛起球和表面平整等性能获得一定程度改善或改变,对染色性能也有一定影响。,2022/12/26,7,第二节 热定形工艺与设备,一、热定形工艺干热定形湿热定形,2022/12/26,8,1、干热定形
3、：由于水对涤纶的膨化作用小，因此涤纶织物常采用干热定形。加热方式：热风对流加热：主要热滚筒加热：对外观和手感会产生不良影响，现已较少使用。红外线辐射加热：效率不稳定,2022/12/26,9,干热定形工艺合成纤维：190-230，30-45s涤/棉：180-210，20-30s含氨纶织物：150-185，30s涤/毛织物：先蒸呢，再干热定形,2022/12/26,10,2、湿热定形热水浴定形汽蒸定形,2022/12/26,11,热水浴定形100沸水中处理，定形效果差。仍有较大的热收缩。125-135高温高压下处理20-30min，定形效果较好。（高压釜）,2022/12/26,12,汽蒸定形：
4、效果好高压饱和蒸汽定形（110-135高压饱和蒸汽处理织物）。常压过热蒸汽定形（190过热蒸汽）含锦纶织物多采用湿热定形， 125-135， 20-30min,2022/12/26,13,汽蒸定形比干热定形手感丰满,定形效果好。但湿热定形是间隙式生产，生产效率比干热定形低。,2022/12/26,14,二、干热定形设备,针铗链热定形机布针两用铗链热定形机红外线辐射式热定形机远红外定向辐射器,2022/12/26,15,针铗链热定形机,组成：进布架 自动整纬装置 超喂装置针铗链伸幅加热室（烘房）冷却落布自动布边涂胶装置（用于针织物）,2022/12/26,16,2022/12/26,17,202
5、2/12/26,18,1.加热室（烘房） 由48个加热室，是热定形关键部位。每节加热室内有上下两排喷风管道由风机吹出的热风从上下两排喷风管道的喷风口喷出，对织物进行加热处理。要求加热室内温度均匀一致(5 ）（2 、1 )。,2022/12/26,19,2.针铗链和超喂装置,超喂：即织物进入的线速度稍大于针铗链的线速度，使经向保持一定松弛状态进布。,超喂作用：使经向张力小一些，便于纬向扩幅(经向张力太大,纬向不能扩幅）。,2022/12/26,20,在针铗链运行过程中，有部分运程是在加热室外,因此针板温度往往比烘房温度低50。所以,织物的布边部分与中间部分往往产生热定形温度不一致。,2022/1
6、2/26,21,3、加热方式：,直接加热：热空气间接加热：道生油作为载热体将空气加热油锅炉电加热（电老虎）蒸汽加热（100以下）,2022/12/26,22,4、冷却方式：吹冷风使织物通过冷却辊要求落布温度在50以下若在无张力高温条件下,在布箱中形成折叠印,很难去除;还会发生收缩.,2022/12/26,23,三、热定形工序安排,热定形工序的安排一般随织物品种、结构、染色方法和工厂条件等不同而不同，大致有四种安排。坯布定形 碱减量前定形染色或印花前定形 染色或印花后定形,2022/12/26,24,预定形 一般合成纤维及其混纺和交织织物需要经过两至三次热定形，即坯布定形、碱减量前定形或染色和印
7、花前定形一次或两次，属于前处理的范畴，常称为预定形。在染色或印花以后再进行一次拉幅热定形，这样对保证染色、印花质量和成品的尺寸稳定性，以及平整的外观都有好处。,2022/12/26,25,1）坯布定形针对坯布 “裙皱”疵病而制定,坯布定形使织物从开始加工时就处于比较稳定状态,故在以后的加工过程中不易变形和起皱,即使产生皱也容易消除。如含氨纶织物，练漂前需经坯布定形，否则会产生皱痕。坯布定形会使织物上的浆料、油污等杂质被固着而难以去除，必须加强练漂工艺。T/C先定形后绳状加工，但对织物上PVA浆料去除造成困难,故必须加强退浆工艺。另外一些纺丝油剂经高温挥发后，污染设备，并带来废气问题。,5-2
8、织物热定形的工艺和设备,2022/12/26,26,2）半制品定形（碱减量前定形和染色或印花前热定形）经编织物、涤纶仿真丝织物、长丝机织物和涤棉织物等特点:去除练漂前道工序所造成的折皱印痕,以利匀染,但要求定形温度均匀,针板处温度低,影响布边染色性,结果造成深边或浅边的染斑。,2022/12/26,27,涤棉织物先丝光后定形染色印花前练漂半制品的皱条可在染前定形后基本清除,有利于减少染色印花皱条疵病。前处理设备易出皱条，工厂采用此顺序。缺点：匀染性差、染色后十分明显，织物质量不如先定形后丝光。（定形机针板不平）,2022/12/26,28,涤棉织物先定形后丝光 与先丝光后定形比，实物质量水平高
9、，染色印花匀染性好,染色深度高8%,染色透芯度相对高.织物的经纬向缩水率低。这是由于织物减少了热收缩后，直接染色印花的结果。本流程对练漂前处理的设备平整度要求比较高，加工织物要无严重皱条，特别对丝光机的平整无皱有特殊要求。,5-2 织物热定形的工艺和设备,2022/12/26,29,碱减量处理的涤纶仿真丝织物，有采用三次热定形的工艺，即在精练(预缩)后和碱减量处理前先热定形(预定形)一次，碱减量后和染色或印花前再热定形(预定形)一次；然后在染色或印花后再经过一次拉幅热定形。,2022/12/26,30,3）染色或印花后热定形染后定形,要求前各工序尽量少产生皱痕，否则,经高温染色后，这些皱痕变得
10、更难消除。染后定形对染料升华牢度要求较高染前未定形,在染色时,织物的幅宽会发生较大的收缩。由于定形后不再进行湿热处理,可使成品保持良好的尺寸稳定性和平整的外观。涤纶、涤/毛织物一般采用染后定形,2022/12/26,31,第三节 热定形机理,一、热定形的三步基本过程第一步是大分子链段间的作用力(包括键)迅速被减弱或拆散，内应力发生松弛；第二步是大分子在新的位置上迅速重建新的分子间键和再结晶；第三步是将大分子的新键以及新位置固定下来。,2022/12/26,32,二、热定形过程三个阶段 1）第一阶段 “松弛”阶段用加热或增塑(增塑剂如水和蒸汽)的方法，使纤维达到高于玻璃化温度(Tg)以上，使存在
11、于分子间的作用力减弱。 “松弛”阶段分子间结合能的降低只发生在无定形区，而较牢固的超分子结构(结晶区)则并不被减弱或拆散。, 5-3 热定形机理,2022/12/26,33,2）第二阶段 定形阶段是热定形过程的主要阶段。大分子中的某些活性基团与其他大分子中同样的基团相遇,靠近到原子间相互作用的距离,就形成新键。,高聚物中会发生进一步的结晶，使非晶区减少，结晶度和结晶完整性有所提高。第二阶段的速度取决于大分子链节或链段的活动性，即取决于热定形温度。,2022/12/26,34,3)第三阶段 固定阶段使纤维冷却至玻璃化温度(Tg)以下或除去增塑剂(干燥)，此时在第二阶段所产生的新键以及大分子的新位
12、置得到固定。,可在几秒内完成，此过程取决于冷却或除去增塑剂的扩散速度。,2022/12/26,35,三、热定形机理分类涤纶、锦纶腈纶,2022/12/26,36,（一）聚酯纤维和聚酰胺纤维的热定形机理,纤维中存在着内应力，纤维位于较高的能级而处于不稳定状态。,内应力松弛：在热定形过程中，织物被加热到高于Tg以上(170230之间)时，由于分子链段的热运动加剧，内应力获得松弛，纤维处于能量最低状态.,有用物理学的“能量最低原理”可以描述涤纶等合成纤维的热定形原理。,2022/12/26,37,进一步结晶：使得涤纶的结晶度和结晶的完整度提高。结晶化过程使得涤纶内的能量大大降低，整个体系处于新的能量
13、低状态。此时迅速冷却，受热后发生变化的纤维微结构便被固定下来。,2022/12/26,38,纤维微结构的变化1.结晶度提高涤、锦纶的结晶度随热定形温度升高而提高，结果使纤维的热定形稳定性得到提高。,2022/12/26,39,2.晶粒尺寸增大、晶区完整性改善 热定形时,涤纶中微晶尺寸都随定形温度提高而增大，微晶尺寸增大，使纤维中晶区缺陷减少，晶区完整性得到改善，因而纤维的尺寸热稳定性获得提高。,2022/12/26,40,经过T1定形后的纤维，若再经过更高温度如T2 、 T3的热处理，则可在新的状态下，获得更高的尺寸热稳定性。,2022/12/26,41,2022/12/26,42,涤纶的有效
14、温度经过热定形处理后的涤纶，在差热分析曲线上会出现一个特征峰，德国的学者们将此峰的峰顶温度命名为有效温度，Teff 。,Teff是热定形过程中新生成的结晶的熔点，结晶的完整性越高，相应的Teff就越高。可评定热定形的综合效果,2022/12/26,43,Teff 熔点 256,2022/12/26,44,（二）聚丙烯腈纤维的热定形机理,热定形时使腈纶非晶区的大分子因热运动加剧而重排,原来可能存在于这些大分子中的内应力得到松弛。 结晶度无明显变化，非晶区大分子重排，取向度下降，分子间交联点加固，晶区完整性提高，从而提高纤维的热稳定性。没有明显的结晶区和无定形区结构蕴晶结构（次序态和高序态、蕴晶区
15、和非晶区）,2022/12/26,45,第四节 热定形工艺条件分析,主要是温度、时间、张力和溶胀剂,2022/12/26,46,一、温度 温度是影响热定形质量最主要的因素。直接影响尺寸稳定性、抗皱性能、染色性能。1、热定形温度对织物尺寸热稳定性的影响定形温度应高于后续加工最高温度30-40，才能获得良好的尺寸稳定性。,2022/12/26,47,2022/12/26,48,定形温度越高(120220)，织物在指定温度下(120220)的收缩率越低。,2022/12/26,49,2、热定形温度对织物防皱性能的影响经过定形的织物,随着定形温度的提高，皱痕变得少而轻，并且经过熨烫后容易消除。热定形后
16、织物变得比较粗糙或硬挺，影响织物的手感和悬垂性。织物硬挺度的提高和干防皱性的下降，只是一种暂时的现象（湿热处理或水洗便可改善）定形后织物湿防皱性能提高。,2022/12/26,50,3、热定形温度对织物的吸湿和染色性能的影响 所以吸湿和染色性能主要取决于纤维的结晶度、晶粒尺寸和微孔结构等。对不同类型的纤维，热定形温度对吸附性能的影响也不相同。,2022/12/26,51,2022/12/26,52,涤纶： 从图中可以看出，随定形温度的升高，织物对染料的吸收不断降低，当定形温度为175 左右时，对染料的吸收降到最低值，超过175 后重新又上升，甚至超过未定形的织物。,2022/12/26,53,
17、解释：在较低的温度热处理(低于175)时,随着处理温度升高，涤纶的结晶度增大,但晶粒尺寸增加不多,而是晶粒数目增加,无定形区比率减少，因而使分散染料的上染百分率减少。,高温热处理(高于175)时，纤维中结晶尺寸突然增大,因此在晶区之间形成较多的裂缝,从而有利于染料分子的扩散。,2022/12/26,54,涤纶（轧染）多数染料随定形温度的提高，其上染百分率降低。180-210解释：热定形T上升，结晶度上升，结晶折叠程度高，染料分子难以向纤维内部扩散，上染率降低。,2022/12/26,55,锦纶热定形温度对锦纶66染色性能的影响与涤纶(浸染)的类似。当热定形温度较低时，随定形温度的升高，染色饱和
18、值降低，在达到最小值后，随处理温度升高，染色饱和值增大。,2022/12/26,56,一般烘房温差能达到5，就要产生前、后、左、中、右色差。色差是个老大难问题（1、2），色差能达到4，45级，产品档次大大提高。另外，所测温度是加热介质温度，即箱体T,不是布面温度。温度是关键因素。,2022/12/26,57,二、张力生产中是由经向超喂和纬向门幅控制来实现的1、若要求织物手感柔软、蓬松：纬向张力不宜过大，可接近或稍大于成品幅度经向予以适当超喂（2%-4%）,2022/12/26,58,2、若要求成品厚实：经向超喂10%以上3、若要求织物平整度高：张力可略大经向超喂-1%-2%纬向拉伸比成品幅宽2
19、-3cm4、染色性能随张力提高而下降5、热稳定性随张力提高下降（经向超喂、门幅拉伸程度）,2022/12/26,59,2022/12/26,60,2022/12/26,61,结论：染料吸收率是温度和张力的一个敏感的函数，因此，在热定形中张力、温度有轻微变化，就会引起染色条花。,2022/12/26,62,三、时间 定形时间是影响热定形效果的另一个主要因素，织物在整个热定形过程中所需要的时间大约可分为以下几个部分：1.加热时间：织物进人加热区后，将织物表面加热到定形温度所需要的时间， 2.热渗透时间：织物表面达到定形温度后，热量向织物内部渗透，使织物内外各部分的纤维都达到定形温度所需要的时间。,
20、2022/12/26,63,3.分子调整时间：织物达到定形温度以后，纤维内部的大分子按定形条件进行调整所需要的时间。 4.冷却时间：织物出加热室后，使织物的尺寸固定下来进行冷却所需要的时间。 通常所指的定形时间是指前三项所需要的时间，而不包括第四项在内。定形时间一般在3045s之内。,5-4 热定形工艺条件分析,2022/12/26,64,织物越厚,含湿量越高,所需要的定形时间越长。,当热定形时间过长，涤棉混纺织物的尺寸热稳定性已无明显改善，而白度降低，织物泛黄较严重。另外合成纤维的强度也会随热定形时间的延长而下降。,织物经过加热后，应以适当的速率进行冷却。如果冷却速率太慢，可能引起织物发生进
21、一步的变形；如果冷却速率太快，将产生内应力，使织物变得容易起皱并且缺乏身骨。,2022/12/26,65,四、溶胀剂常用的溶胀剂是水或蒸汽，水分存在与否对锦纶染色性能有明显的影响。,1. 水对染料扩散影响与未定形纤维相比，染料在汽蒸定形纤维中的扩散速率是增加的，而在干热定形中是减小的，这是纤维微结构的变化所引起的。,2022/12/26,66,2022/12/26,67,T上升，扩散速率上升。湿热定形未定形干热定形。湿热使分子结构起到“松散”作用，增强大分子链段流体般运动的作用，水起增塑作用。结论：汽蒸定形，使纤维内部的有效容积增大，染料的扩散速率上升。,2022/12/26,68,五、热定形
22、工艺质量的评定(补充)热收缩率：将试样以松弛状态在一定条件下处理，测量其长、宽尺寸变化，以收缩百分率表示（经、纬长度、面积）。可分为干热收缩、沸水收缩、热水收缩、蒸汽收缩、熨烫收缩五种。如干热回缩:将织物用170熨斗在一定压力下处理20秒，然后测量对比前后织物尺寸的变化。2. 缩水:在45的水中浸渍处理30min，脱水，阴干，测其尺寸，和处理前进行比较。3. 强伸度:在强伸机上测定织物的断裂强力与伸长。4. 回弹性（抗皱性）:在弹性折皱仪上测。5. 其他性能 起毛起球、手感等。,2022/12/26,69,作业：5-2、5-3、5-6简答题； 5-2,2022/12/26,70,5-2试比较丝
23、光和热定形的相同点和不同点。相同点: 两者都使织物内应力减退，使尺寸相对稳定，起定形作用。不同点：丝光定形，在浓碱液中由于棉纤维剧烈溶胀，纤维素分子适应外界条件进行重排，纤维内原来存在的内应力减小，丝光落布门幅尺寸稳定，缩水率减小，起到丝光定形。棉纤维是刚性分子,在常温下棉纤维处在玻璃态，在外力作用下形变很小,部分高弹形变不能恢复；分子间的H键虽易重建，但又易断裂，棉纤维易定形又易失去定形。但丝光减小了内应力，起到了一定的定形作用。,2022/12/26,71,热定形是利用合成纤维的热塑性，将织物保持一定的尺寸和形态，加热至所需温度，使纤维分子链运动加剧，纤维中应力降低，结晶度和晶区有所增大，
24、非晶区趋向集中，纤维结构进一步完整，冷却后结构和形态稳定下来，使纤维及其织物的尺寸热稳定性获得提高。定形效果是持久的。,2022/12/26,72,5-3阐述涤纶热定形的基本工艺流程和条件（温度、时间、张力和溶胀剂），并说明选择这些条件的依据。基本工艺流程和条件：进布超喂（2%4%）针铗链伸幅（门幅比成品门幅大23cm）热风加热室（温度180220，时间3045s）冷却（温度50）落布热定形温度上升,在同样热处理条件下,收缩率下降，热稳定性提高。纯涤纶定形温度,比后续处理的熨烫温度约170温度高30 40，涤棉混纺丝织物定形温度，比后续处理的熨烫温度约170温度高20。另外，定形温度高,织物湿
25、防皱性能也高。,2022/12/26,73,经向尺寸热稳定性随着定形时经向超喂的增大而提高，而纬向尺寸热稳定性则随着门幅拉伸程度的增大而降低。定形后织物的平均单纱强力比未定形的略有提高;定形后织物的断裂延伸度,经向随着超喂的增大而变大,而纬向随着伸幅程度的增大而降低。为了使织物获得良好的尺寸热稳定性和有利于提高织物的服用性能，热定形时经向应有适当超喂，通常为24，纬向伸幅不宜太高，通常比成品幅宽大23cm。结论：热稳定性随张力增大而下降。定形后，强力比未定形的都有提高，断裂延伸度随张力增大而下降。,2022/12/26,74,定形时间是影响热定形效果的另一个主要因素，当热定形时间过长，涤纶织物
26、的尺寸热稳定性已无明显改善，而白度降低，织物泛黄较严重。另外合成纤维的强度也会随热定形时间的延长而下降。织物经过加热后，应以适当的速率进行冷却。如果冷却速率太慢，可能引起织物发生进一步的变形；如果冷却速率太快，将产生内应力，使织物变得容易起皱并且缺乏身骨。,2022/12/26,75,5-6阐述涤纶热定形的机理。1.结晶度提高 涤纶的结晶度随热定形温度升高而提高，结果使纤维的热定形稳定性得到提高。2.晶粒尺寸增大、晶区完整性改善 热定形时,涤纶中微晶尺寸都随定形温度提高而增大，微晶尺寸增大，使纤维中晶区缺陷减少，晶区完整性得到改善。 涤纶中晶区（微晶体）的大小（或称尺寸）各不相同，晶区和晶区之
27、间由非晶区联接，每个晶区中存在着结晶不完整的地方（缺陷）。,2022/12/26,76,2022/12/26,77,在定形过程中，晶区缺陷有可能得到减少，或同时晶区发生长大。大小和完整性不同的晶粒，具有各自的熔点，小和不完整的晶区较易熔融。纤维加热到T1 ，小而完整性比较差的结晶（图中标明的划线部分）将首先熔融，比较大而且完整的晶体非但不熔化，相反还会得到增长,即增大和变得比较完整,从而纤维的结晶度得到提高,这样就使晶粒的大小及完整性分布达到一个新的状态,使原来的分布变为定形后的分布。若定形温度继续提高至T2 ,则注有的划线部分晶体将熔融,分布将进一步变成。,2022/12/26,78,经过T1定形后的纤维,再经受T1松弛热处理时，由于纤维中能发生熔化的结晶数量已大大减少，因而纤维的尺寸热稳定性获得提高。 经过T1定形后的纤维，若再经过更高温度如T2 、 T3的热处理，则可在新的状态下，获得更高的尺寸热稳定性。,
