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Focus on making fine cloth

关于热定型的这些知识你都了解吗?

2021-09-15 管理员 阅读 87

 

 

 

在纺织品染整加工过程中,织物要受到(包括物理机械的、化学的)多种复合作用。使得产品在外部形态及结构尺寸上有所变化,有的甚至失去了织物所应具备的形态、外观和风格,严重影响了服用性能。因此确保织物的外部形态和尺寸的稳定性是衡量产品质量的一个重要标准。

 

热定型

 

热定型 是指将织物在适当的张力下保持一定尺寸,并且在一定温度下加热一定时间,然后迅速冷却的加工过程。热定型可消除织物上已有的褶痕,提高织物的尺寸稳定性,使其不易产生难以除去的折痕,并能改善织物的起毛起球性和表面平整性,对织物的强力、手感和染色性能也有一定的影响。

整个热定型过程,可以划分为四个阶段:

① 加热阶段:干态或湿态织物进入热定型机中,织物表面加热到定型温度。

② 热平衡阶段:热能透入纤维中,使纤维表面和内部到达同样的定型温度。

③ 转变及分子调整阶段纤维处在应力作用

下,当定型温度到达以后,纤维结构中的较弱次价交键即被破坏,纤维分子链重新取向排列。

④ 冷却阶段:织物离开拉幅定型机前进行快速冷却,于是织物的形状就按照纤维分子新的排列状态固定下来。

 

 

热定型机理

 

合成纤维都具有热塑性,但在玻璃化温度以下时,纤维大分子链处于冻结状态,受力作用时,只能发生普弹变形。当温度大于玻璃化温度时,分子链段开始活动,纤维处于高弹态,受力作用时,发生高弹形变。由于合成纤维既有晶区又有非晶区,所以只有在温度大于熔点又大于粘流温度时,纤维大分子链才处于粘流态,可产生塑性形变,否则仍处于高弹态。当合成纤维处于高弹态时,对纤维施加张力,是分子链段沿外力的作用方向进行蠕动重排,并在新的位置上建立起新的分子间作用力,保持张力并冷却,新的状态得以固定,从而达到定型的目的。

 

热定型工艺

织物进行热定型加工时,通常是在干态下施与织物一定张力,保持一定尺寸,于高温环境中处理一定时间来完成的。为了加强定型作用及效果,降低定型温度,也可以水作为增塑剂,在织物含水的情况下或在水中进行热处理,因此热定型工艺按是否含增塑剂水可分为干热定型和湿热定型两大基本工艺。

 

1干热定型工艺

 

干热定型工艺是使织物在干态、无水的情况下进行热处理。通常采用热风加热或红外线辐射加热方式。

 

§ 

热风拉幅定形机定形

§ 

 

一般采用针板式拉幅机,定形温度与织物幅宽均可以自由控制,定形效果比较满意,是目前印染厂最常用的定形机,由进布装置、超喂装置、探边器、伸幅装置、加热烘房、出布装置等组成。热源可采用电热式、油热式、燃气式。

 

定形的温度与织物中纤维的种类和形态均有密切关系,且对合成纤维的混纺种类和织物的用途均有很大影响。

 

织物

定形温度

锦纶66长丝(针织品)

190~200

锦纶66长丝织物

180~190

锦纶6长丝织物

170~180

涤纶长丝织物

200~220

涤毛混纺织物

170

涤棉(或涤粘、涤富)混纺织物(浅色或白色)

180

涤棉(或涤粘、涤富)混纺织物(深色)

190~210

丙烯酸系纤维织物

140

三醋酰纤维织物

190~210

膨体涤纶织物

150

不同合成纤维织物的定形温度

 

定形的时间,取决于织物达到传热介质的温度所需的时间,范围很大,从稀薄织物的10s到厚重织物的30?40s;但织物上的实际温度不易测定,故普遍多保留有比较大的安全因素。不过定形时间过长,不但没有好处,而且会使织物色泽变黄、手感变硬。

 

§ 

红外线定形

§ 

 

发热物质发出的长波辐射,波长范围从可见光谱的红色尾端(0.73m)到约1mm为止,这就是红外线。红外线光谱一般分为三个区,即波长0.72?1.5m的近红外线区,1.5?20m的中红外线区和20?1000m的远红外线区,过去曾有人试验用波长1?4m的中间红外线辐射在涤纶上,发现波长1?2m的红外线能自由地透过纤维,而3?3.5m的辐射线实际上全部被纤维吸收;因此较短波长的红外线虽透入纤维内部,但没有能量吸收发生,较长波长的辐射线进入纤维后即让予全部能量。在这种情况下,辐射线仅有全部能量的一半到达纤维的最内部。

 

近年来发现一种幅射源,发出的最大辐射波正好位于处理物料的平均吸收区同一范围内,这种幅射源叫做“特选发射体”。辐射源的波长一定要与处理物料的吸收相适应,如波长选择得当,辐射线将在纤维材料内部辐射出大部分能量,增强纤维中分子链的振动,振动程度相当大时,分子链间很多交键就会被振断,分子链就在势能极小的方式中,自动排齐。合成纤维在一般热定形设备中,温度要在200℃以上才能适当地定形,而选择红外线发射体,温度在80?120℃就可以达到目的。这就是红外线式热定形比热风式热定形优越的原因。

 

2湿热定型工艺

聚酰胺和聚丙烯腈纤维及其混纺织物、某些聚酯变形纱织物多采用湿热定型工艺,湿热定型的温度要低于干热定型。

 

§ 

水浴定型法

§ 

 

将织物在110℃沸水中处理0.5~2h,该法简便易行,但定型效果差,定型后织物仍有较大的热收缩率。

 

§ 

高压汽蒸定型法

§ 

 

定型在高压釜中进行,用110~135℃的高压饱和蒸汽处理织物20~30min,可获得良好的定型效果。该法需特殊耐压设备,生产不能连续进行。

 

§ 

过热蒸汽定型法

§ 

 

用过热蒸汽在常压下处理织物,温度可达130℃左右。该法能缩短热处理时间,生产效率高,能提高色泽鲜艳度,防止纤维泛黄,改善织物的手感、风格和弹性。

 

热定型影响因素

 

合成纤维热定型时,主要受温度、时间和张力等因素的影响,这些因素的合理控制对获得良好的热定型效果有着十分重要的意义。

 

1温度

织物热定型后热收缩性、机械性能、上染性、白度等均与定型温度有着密切关系。

 

§ 

定型温度对织物染色性能的影响

§ 

 

 腈纶在染阳离子染料时有一个明显的特点,即在染液温度超过玻璃化温度以后,上染率迅速提高,如95℃染色1min的上染率超过75℃染3h的上染率。另外,染色时温度超过玻璃化温度,纤维也处在湿热定型的过程之中。因此,实际上随着腈纶织物湿热定型温度一定的提高,上染率也相应有一定的提高。

 

涤纶及其与棉、粘胶纤维混纺织物的上染率与染前的定型温度也存在着一定的关系。织物在高温高压染色时,定型温度与染料在纤维上的上染率呈下凹形曲线关系。当定型温度在190℃以下时,由于纤维的结晶度提高,染料的上染量减少,在190℃时为最低点。当温度上升到190℃以上时,纤维的结晶度不断提高,晶粒尺寸增大,但单个晶体周围的无定型区体积也相应增大,晶粒之间的孔隙变大,这样染料分子在纤维上的吸收量也随之增加。尤其是在高温高压卷染的情况下,染色时间长,染料有足够的时间扩散到纤维中去。所以,染料的吸收量在190℃以上随着定型温度的提高而增加。但是,也有某些特定染料对热处理并不敏感,它们的上染率的变化成一定的线性关系,即定型温度高时上染率低。在热熔染色过程中,定型温度对染料的上染率也存在一定的影响。

 

 

 

分散染料在涤纶上的上染过程,实质上是染料分子从染液中不断扩散到纤维表面,再扩散到纤维内部的过程。其扩散程度达到一定平衡状态时,纤维的上染速率就达到动平衡的状态。随着纤维受热情况的变化和内部分子结构的改变,这种动平衡失去原有的状态而相应地变化成新的动平衡状态。随着定型温度的提高,分散染料在涤纶上的上染率不断下降。这与高温高压染色时的情况有所不同。一般认为,这是由于在热熔染色时的固色时间仅仅在几十秒内完成,染料分子没有足够的时间扩散所造成。也有人认为,这是由于涤纶分子结晶折叠程度在高温下不断提高,结构更紧密,染料分子难以向纤维内部扩散所造成。而在实际生产中,织物的上染率是随着坯布的规格、混纺比的大小、不同温度型分散染料的性质而有所区别的。

 

§ 

定型温度对织物热收缩稳定性的影响

§ 

 

腈纶及其混纺织物的热收缩与涤纶有不同。这是因为腈纶的热定型温度受分子结构的限制,一般干态时为140~160℃。通过X射线衍射测得其定型后结晶度仅提高3%,但是晶区的完整性有显著提高。所以,腈纶织物在张力下于140~160℃定型后,纤维的弹性模数减少,延伸度增加,使织物在沸水中的收缩减少。由于腈纶定型须在比较小的温度范围内进行(如果高于160℃,纤维要由黄变焦而降低强力),所以温度与收缩率之间的关系,以未定型与定型之间的对比就显得更为重要,两者之间的差距较大。定型后的织物尺寸,稳定性有较大的提高。含涤的混纺织物经过热定型处理后,其尺寸稳定性相对提高。织物经过热定型后,热收缩稳定性提高的原因在于涤纶分子结构的变化和密度增大。

 

§ 

定型温度对织物弹性的影响

§ 

 

合成纤维及其混纺织物的抗皱免烫性能与定型温度有着很重要的关系。

 

涤纶及混纺织物在一定范围内,折皱回复角随着定型温度提高而增加,织物的折皱回复性优于未定型织物。而当定型温度达200℃以上时,折皱回复角随定型温度的提高而降低,且手感变硬,故单从抗皱性能考虑,定型温度以低于200℃为宜。

 

锦纶织物湿回弹性随着定型温度和定型时间的提高,湿抗皱性得到明显改善;另外在同一定型温度下,定型时间在30s以内时,曲线急剧上升,幅度变化大,当定型时间大于30s以后,曲线趋于平缓,回复角变化幅度减小。

 

§ 

定型温度对织物白度的影响

§ 

 

定型时影响织物白度的因素中,定型前布面的酸碱值是一个突出的因素。布面带碱,pH值在8以上,经过热定型后会泛黄,其程度与布面带碱的多少有关。布面带碱量越大,泛黄程度越严重,如果布面带碱不匀,其泛黄也呈不匀。因此,定型前的织物除要求白度本身均匀外,还要使带碱量少而匀,其标准一般是布面pH值在8以下。

 

除此以外,定型时温度的高低也将影响白度,不论何种织物,定型后的白度值都随着定型温度的上升而下降。其中纯粘纤织物下降的幅度大于涤粘混纺织物及纯涤纶织物。其原因是粘胶纤维通过热定型后,其含水量逐渐减少,部分纤维脱水炭化而泛黄。涤棉混纺织物同样也有这种情况。另外,即使在较低温度下定型,如果时间较长,同样也会使纤维素纤维部分脱水而泛黄。

 

§ 

冷却温度的控制对定型效果的影响

§ 

 

热定型处理后的冷却降温条件对定型织物的物理机械性能有较大的影响,冷却温度越高,杨氏模量越大。一般来讲,杨氏模量与织物的折皱回复性能有直接关系,高模量的纤维必然使织物具有良好的折皱回复性。由此可以得出:冷却温度的提高,也有助于定型织物折皱回复性的提高。在同一定型温度下,较高的冷却温度对应较大的折皱回复角,冷却得越缓慢,织物的折皱回复性越好。

 

§ 

定型机烘室温度与织物布面温度的关系

§ 

 

热定型工艺中规定的温度通常是指织物基质实际所到达的温度,它是保证定型质量的最重要因素。然而合成纤维的热定型是在热定型机中进行的。定型机上仪表所指示的温度,实际上仅表示定型机烘室内所达到的温度值,而并不能说明织物主体实际所达到的温度,因而机器烘室温度与织物主体温度之间存在着差异。在热定型过程中,烘室温度一般可控制固定不变,而织物主体温度则随着织物纤维、组织结构、运行速度等因素的不同而变化着。由于织物表面的实体温度在实际生产中难以测试并显示出来,故工艺上的定型温度往往被机器的烘室温度所代替,这种固定的烘室温度与变化的织物主体表面温度的差异,会给热定型质量带来一定影响。在某一烘室温度下,织物主体还需一个升温过程,升温速率还要受织物品种及组织结构、运行车速等因素的限制,往往织物主体表面的实际温度低于机器烘室的温度,这显然是无法获得良好定型效果的。为了合理解决这一问题,通常可采取以下几个措施:

 

① 降低织物含潮率,实践表明,定型前织物的含潮率控制在10%以下为宜。

② 定型前的红外预烘。

③ 提高烘室温度,一般烘室温度可控制在200℃左右。

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