拉伸的目的、方式和機理

拉伸的目的、方式和機理（一）拉伸目的和方式1.拉伸的目的（二次成型）提高初生纖維物理－機械性能，以符合紡織加工要求（斷裂強度提高，延伸度下降）拉伸過程不僅是纖維幾何形狀改變的過程，而且是纖維結構重新組建和形成的過程2.拉伸的作用使纖維的低序區(qū)的大分子鏈沿纖維軸向的取向度提高，同時伴有一些結構方面的變化性能的變化3．拉伸方法（介質(zhì)區(qū)分）：（1）干拉伸：拉伸時初生纖維處于空氣包圍之中，纖維與空氣介質(zhì)及加熱器之間有熱量傳遞，又分為：室溫拉伸：Tg在室溫附近的初生纖維熱拉伸：Tg較高或拉伸應力較大的（長絲）纖維，熱源：熱盤、熱板或熱箱。（2）蒸汽浴拉伸：拉伸時初生纖維被包圍在飽和蒸汽或過熱蒸汽之中，由于加熱和水分子的增塑作用，使纖維的拉伸應力顯著下降。飽和蒸汽浴拉伸適合Tg高、拉伸應力大、拉伸倍數(shù)高的(短)纖維。（3）濕拉伸：拉伸時初生纖維被液體介質(zhì)所包圍，有液浴法、噴淋法。Driveroll

Heater(Optional)DrawnyarntobobbinUndrawnpretwistedyarnControlrollsSnubbingpinSkewedidlerroll12(2>1)Stretchingzone

拉伸裝置示意圖R=2/1（二）拉伸機理1.拉伸形變=普彈形變1+高彈形變2+塑性形變3（1）普彈形變1

1=e/E1

普彈形變是大分子主鏈的鍵角和鍵長受力后發(fā)生形變的反映普彈形變與應力同相位，瞬間發(fā)生和瞬間回復普彈形變的彈性模量E1很大，形變量1很小總形變的1%，與時間無關（2）高彈形變2高彈形變是大分子鏈在引力作用下，由卷曲構象轉(zhuǎn)化為伸展構象的宏觀表現(xiàn)高彈形變的特點是模量E2較小，形變量2大，有明顯的時間依賴性(形變滯后于應力，形變在外力除去后基本上能回復，但回復需要時間)松弛過程在實際生產(chǎn)中，應在拉伸應力較小的前提下（以避免毛絲的生成），采用適當措施使T（通過改變拉伸溫度）、Up（通過調(diào)節(jié)纖維的增塑程度）以及t（通過改變拉伸速度、拉伸輥間纖維的長度，或通過采用多級拉伸）等因素互相配合，以保證拉伸時高彈形變得以順利發(fā)展。

（3）塑性形變3塑性形變是聚合物在外力作用下，大分子鏈間產(chǎn)生相對滑移的宏觀反映（流動變形）。塑性形變實際上是一種流動變形，其分子運動機理雖與粘性流動相類似，但必須在屈服應力σ*之上才能發(fā)生。塑性形變的特點是外力去除后，形變完全不可回復。3是拉伸總形變的有效部分，要設法發(fā)展塑性形變。2.拉伸過程中應力和應變性質(zhì)的變化（1）應力－應變曲線（S－S曲線）的基本類型（張力與真實截面積之比）①a型（曲線呈凸形,Convex

）σa~ε曲線變化規(guī)律：隨ε↑，σa↑至

σ＊（屈服應力）后↓隨ε↑，E↓，σa升至σ＊時，纖維開始出現(xiàn)應力集中而迅速斷裂（脆性斷裂）：不可拉伸，塑料和金屬材料的拉伸②b型（曲線呈凹形,Concave

）σa~ε曲線變化規(guī)律：隨ε↑，σa↑

隨ε↑，E↑，纖維在拉伸過程中發(fā)生自增強，不出現(xiàn)細化點（細頸），為均勻拉伸：可拉伸性好，硫化橡膠、濕紡凍膠體③c型（曲線呈先凸后凹反S形,

Convex+Concave

）σa~ε曲線變化規(guī)律：ε<ε1時，σa與ε基本成正比在小形變區(qū)，纖維拉伸形變?yōu)閺椥孕巫?，楊氏模量較大;ε2>ε≥ε1時，σa由σ＊（屈服應力）↓至平臺區(qū)纖維出現(xiàn)細頸并不斷發(fā)展，為不均勻拉伸拉伸點（區(qū)）：細頸產(chǎn)生的具體位置與d點對應的拉伸倍數(shù)εmax>ε≥ε2時，ε隨σa↑而↑至εmax

纖維被均勻拉伸至斷裂（de段應變硬化區(qū)）拉伸性：纖維的實際拉伸倍數(shù)R大于自然拉伸比而小于最大拉伸比時，可拉伸性好

（de段）R＜N時，細頸沿拉伸線下移，結果所的纖維包含未拉伸的粗節(jié)R＞N時，細頸沿拉伸線上移，向喂入輥方向拉伸點位置必須固定3.影響拉伸性能的因素（1）初生纖維結構的影響①結晶度和結晶變體的影響熔體卷繞絲的結晶度↑，拉伸曲線沿“b”→“c”→“a”型變化，屈服應力σ＊↑，且N↑結晶變體的相對含量也影響拉伸行為：γ型結晶變體﹥β型結晶變體﹥α型結晶變體②預取向度的影響熔紡卷繞絲預取向度↑，拉伸曲線沿“c”→“b”型變化，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚶?，屈服應力σ?/p>

↑，E↑，N↓（卷繞絲預取向度↓，拉伸曲線從“b”→“c”）熔紡卷繞絲預取向度不太高時，可拉伸性好錦綸6初生纖維的拉伸特性1－v1=3800m/min，△n=332×10-42－v1=800m/min，△n=161×10-4③卷繞絲分子量的影響卷繞絲分子量↑，σ＊

↑初生纖維要避免a型拉伸，必須具備一定的初始模量和較高的斷裂強度，才能經(jīng)得起一定應力下的拉伸。分子量達不到一定值，是承受不起拉伸應力的。卷繞絲分子量合適，可拉伸性好。歸納：熔紡卷繞絲結晶度或取向度↑，E↑σ＊

↑ε斷裂↓；熔紡卷繞絲分子量↑，斷裂強度和斷裂伸長↑聚合物結構對應力—應變行為的影響④熔紡卷繞絲其它結構因素的影響卷繞絲內(nèi)含較大的氣泡或固體粒子時，卷繞絲內(nèi)出現(xiàn)裂縫或纖度波動時可拉伸性↓⑤濕紡凍膠體凝固絲網(wǎng)絡結構的影響凝固絲網(wǎng)絡骨架越細密最大拉伸比↑

凝固絲的溶脹度↑最大拉伸比↑可拉伸性先↑后↓（2）拉伸條件的影響①拉伸溫度的影響未取向結晶高聚物的典型拉伸曲線：T拉伸≤Tg

，拉伸曲線呈a型（曲線1、2、3）T拉伸≥Tg、T↑，拉伸曲線呈c型（曲線4、5、6）T拉伸>Tg、T↑↑，拉伸曲線近似b型（曲線7、8、9）T拉伸↓，拉伸曲線由b→c→a型同種纖維在不同溫度下的拉伸特性②拉伸速度的影響VR↑，拉伸曲線由b→c→a型，σ＊

↑(c、a型)N↑(c型)VR↑，拉伸曲線的變化與降低T的影響類似VR達到一定值以上時，應考慮拉伸放熱對拉伸應力的影響，VR↑等效于T↑低分子物的影響加強低分子物的增塑作用對纖維拉伸行為的影響與提高溫度類似

減小低分子物作用，拉伸曲線由b→c→a型初生纖維線密度的影響線密度↓等效于T↑

線密度↑σ＊↑N↑，等效于T↓（三）

拉伸過程中纖維結構與性能的變化1.拉伸過程中纖維超分子結構的變化（1）取向度的提高①不同取向結構單元非晶態(tài)高聚物的拉伸作用大尺寸取向小尺寸取向——拉伸溫度較低時晶態(tài)高聚物的拉伸作用—球晶發(fā)生形變形成新的取向態(tài)的折疊鏈結構形成分子鏈沿拉伸方向取向的完全伸直鏈晶體②取向度的變化規(guī)律隨著拉伸進行，取向度↑高度結晶的聚烯烴纖維，結晶取向fcr

增加快,非晶取向fam的發(fā)展落后于fcr

通常fcr＞fam聚丙烯纖維拉伸后的結晶取向和非晶取向拉伸過程中fam對于強度有較大影響為了提高強度，應該進行高倍拉伸。

拉伸溫度：1－175℃2－150℃3－125℃4－100℃PAN：1－105℃干拉伸2－80℃水浴拉伸（2）結晶的變化結晶過程：成核階段和生長階段拉伸過程中相態(tài)結構無變化，如：無規(guī)聚苯乙烯PS，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA

拉伸過程中進一步結晶而使結晶度↑，如：PET、PVA

拉伸過程中原結晶結構被部分破壞而重建結晶結構，導致結晶度↓或↑，如：PP、PA2.拉伸過程中纖維性能的變化（1）密度和熔化熱初生纖維的密度和熔化熱隨拉伸溫度而↑熱誘導結晶非晶或低結晶度初生纖維的密度和熔化熱隨拉伸倍數(shù)而↑（取向誘導結晶）結晶度高的初生纖維的密度和熔化熱隨拉伸倍數(shù)而出現(xiàn)極小值原晶體破壞后再結晶聚丙烯纖維在60℃下拉伸時，密度ρ和熔融熱Hc對拉伸比的關系A—經(jīng)熱處理的試樣b—拉伸前驟冷的試樣（2）強度、拉伸模量和屈服應力纖維的強度、拉伸模量和屈服應力隨拉伸倍數(shù)而↑，增大速度不同各種纖維的強度對拉伸倍數(shù)R的依賴關系

1—粘膠纖維2—聚乙烯醇纖維3—聚甲醛纖維4