化學(xué)纖維拉伸原理

化學(xué)纖維的拉伸原理LOGO01拉伸的目的和作用02拉伸實(shí)施方法03拉伸曲線05拉伸對(duì)纖維物理機(jī)械性質(zhì)的影響目錄CONTENTS04拉伸過(guò)程中纖維結(jié)構(gòu)的變化拉伸的目的和作用單擊此處添加標(biāo)題單擊此處添加標(biāo)題單擊此處添加標(biāo)題單擊此處添加標(biāo)題1

拉伸→大分子沿纖維軸向的取向度↑→分子間距離↓→大分子間作用力↑→結(jié)構(gòu)緊密→纖維斷裂強(qiáng)度↑、延伸度↓無(wú)序變有序增加氫鍵、偶極距等承受外加的張力的分子鏈數(shù)目增加拉伸實(shí)施方法2拉伸的工方式：*與紡絲工序連續(xù)進(jìn)行（如試驗(yàn)機(jī)流程，有三組牽伸輥）*先卷裝在筒子（長(zhǎng)絲）上，或在盛絲桶中（短纖），再另行拉伸總拉伸倍數(shù)：纖維拉伸后的長(zhǎng)度與原長(zhǎng)之比熔紡：3.0－7.0濕紡：8-12凍膠：幾十1、干拉伸（空氣?。┦覝乩欤翰粚?duì)纖維進(jìn)行加熱，拉伸產(chǎn)生的熱量傳遞給空氣介質(zhì)，空氣起冷卻作用

——適用：玻璃化溫度Tg在室溫附近的初生纖維熱拉伸：用熱盤、熱板或熱箱加熱，促進(jìn)分子鏈段運(yùn)動(dòng)，降低拉伸應(yīng)力，有利拉伸。

——適用：Tg較高，或者是拉伸應(yīng)力較大或纖維較粗的纖維2、蒸汽浴拉伸（飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽）加熱和水分的增塑作用，使纖維的拉伸應(yīng)力下降飽和蒸汽浴拉伸過(guò)熱蒸汽浴拉伸3、濕拉伸（液體介質(zhì)）液浴法：拉伸時(shí)纖維浸在浴液中，纖維與介質(zhì)之間的傳熱、傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行得較快且較均勻。噴淋法：拉伸時(shí)將熱水或熱油劑噴淋到纖維上，邊加熱邊拉伸。拉伸曲線單擊此處添加標(biāo)題單擊此處添加標(biāo)題單擊此處添加標(biāo)題單擊此處添加標(biāo)題3當(dāng)材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移時(shí)，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種形變就稱為應(yīng)變（Strain）。材料發(fā)生形變時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力．把分布內(nèi)力在一點(diǎn)的集度稱為應(yīng)力（Stress），應(yīng)力與微面積的乘積即微內(nèi)力．或物體由于外因（受力、濕度變化等）而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。1、拉伸曲線的基本類型應(yīng)力－應(yīng)變曲線的基本類型

a型：Ｅ隨應(yīng)力增大而下降，纖維不經(jīng)拉，很快會(huì)斷。（塑料和金屬材料）b型：Ｅ隨應(yīng)力增大而上升，自增強(qiáng)，拉伸時(shí)均勻變細(xì)，拉伸時(shí)不會(huì)出現(xiàn)細(xì)頸現(xiàn)象（濕紡凝固絲）c型：大多數(shù)纖維具有c型應(yīng)力－應(yīng)變曲線（熔體紡纖維品種）c型應(yīng)力－應(yīng)變曲線分析：oa段：形變初始階段，陡的直線段，普彈形變，a點(diǎn)稱為線性極限。ab段：偏離直線，但仍基本上是可復(fù)的。因此曲線的斜率隨拉伸倍數(shù)的提高而下降。此段的變形相當(dāng)于強(qiáng)迫高彈變形，到b點(diǎn)時(shí)，應(yīng)力達(dá)到極大值。b點(diǎn)稱為屈服點(diǎn)。bc段：變形大而應(yīng)力稍有下降，纖維的一處或幾處出現(xiàn)“細(xì)頸”不均勻的變形。在這一段中，應(yīng)力下降的原因是由于纖維在拉伸時(shí)放熱，使纖維發(fā)生軟化所致。bc段是細(xì)頸發(fā)生階段，在生產(chǎn)上通常所說(shuō)的“拉伸點(diǎn)”或“拉伸區(qū)”，就是指細(xì)頸產(chǎn)生的具體位置。控制好拉伸點(diǎn)或拉伸區(qū)的位置，使其固定，是拉伸工藝中重要條件之一。cd段：細(xì)頸發(fā)展階段。此段將出現(xiàn)的“細(xì)頸”又進(jìn)一步拉伸，到達(dá)d點(diǎn)“細(xì)頸”消失，此時(shí)細(xì)頸發(fā)展到整根纖維。此段中形變特別大，取向度不斷增加，但應(yīng)力卻保持不變。這時(shí)的應(yīng)力為拉伸應(yīng)力。應(yīng)力不隨拉伸倍數(shù)而變化，而成為平臺(tái)區(qū)。與d點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的拉伸倍數(shù)稱為自然拉伸比。de段：過(guò)了d點(diǎn)，纖維被拉伸變形不大，而應(yīng)力增長(zhǎng)很快，這時(shí)纖維受到均勻的拉伸和取向，纖維形態(tài)變化表現(xiàn)為直徑均勻地同時(shí)變細(xì)，直至e點(diǎn)，拉伸應(yīng)力增加到了纖維的強(qiáng)度極限，于是纖維發(fā)生斷裂。與e點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的拉伸倍數(shù)稱為最大拉伸倍數(shù)。e點(diǎn)的應(yīng)力稱為斷裂應(yīng)力（亦稱斷裂強(qiáng)度），相應(yīng)的應(yīng)變稱為斷裂伸長(zhǎng)。由于在de段需要加大應(yīng)力才能使纖維繼續(xù)發(fā)生形變，所以這一段又稱為應(yīng)變硬化區(qū)。在生產(chǎn)工藝上，一定要控制纖維的實(shí)際拉伸倍數(shù)，使之大于自然拉伸比而小于最大拉伸比。2、初生纖維結(jié)構(gòu)對(duì)拉伸性能的影響（1）熔紡成型的本體聚合物卷繞絲：初生纖維結(jié)晶度和結(jié)晶變體：初生纖維結(jié)晶度↑→應(yīng)力－應(yīng)變曲線沿著（b→c→a）型的方向轉(zhuǎn)化↑→屈服應(yīng)力↑→自然拉伸比↑初生纖維預(yù)取向：初生纖維預(yù)取向度↑→形變特性沿著（c→b）型的方向轉(zhuǎn)化自然拉伸比↓初生纖維平均分子量：初生纖維分子量↑→拉伸時(shí)的屈服應(yīng)力↑（控制分子量）其他影響：初生纖維內(nèi)包含與纖維直徑大小相當(dāng)?shù)臍馀莺凸腆w粒子↑→纖維缺陷↑→應(yīng)力集中→初生纖維經(jīng)不起拉伸→斷裂（2）濕法成形的凍膠體凝固絲：濕紡的初生纖維，是一種高度溶脹的立體網(wǎng)絡(luò)狀的凍膠體。立體網(wǎng)絡(luò)的骨架由大分子或大分子鏈?zhǔn)鴺?gòu)成，大分子間的纏結(jié)（由分子脫溶劑化后相互作用而形成）是這個(gè)骨架的物理交聯(lián)點(diǎn)，在沒(méi)有交聯(lián)的地方，鏈段仍保持一定的溶劑化層，在網(wǎng)絡(luò)骨架的空隙中充滿著溶劑與沉淀劑的混合物。凝固浴溫度：凝固浴溫度↓→雙擴(kuò)散速度↓→溶質(zhì)從溶液中沉淀出來(lái)的速度↓→網(wǎng)絡(luò)骨架細(xì)密，凍膠體凝固絲中的內(nèi)應(yīng)力越小→拉伸性能好凝固浴中溶劑含量：凝固浴中溶劑含量增加，初生纖維中溶劑含量也增大，此時(shí)初生纖維中的溶劑起了增塑作用，拉伸應(yīng)力就減少，最大拉伸比則增大，使凍膠更具有彈性和塑性。但是凍膠中溶劑含量也不是越多越好，因?yàn)槿軇┐蠖?，立體網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)點(diǎn)數(shù)目就較少，網(wǎng)絡(luò)較弱，強(qiáng)度必然較低，就經(jīng)不起高倍拉伸。3、拉伸條件的影響拉伸溫度：Tg＜T＜Tm（Tf）

T＞Tg→結(jié)構(gòu)單元（鏈段、大分子鏈、鏈?zhǔn)┻\(yùn)動(dòng)處于顯著狀態(tài)→大分子鏈沿纖維軸整齊排列→取向度↑

T<Tg→機(jī)械力的強(qiáng)拉作用→高聚物產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈形變而達(dá)到一定的取向效果→但這時(shí)纖維內(nèi)的應(yīng)力要比在Tg以上拉伸時(shí)大得多→絲條很容易斷裂

T↑↑→解取向?yàn)橹饕矫娴头肿游铮旱头肿游铩蠓肿娱g距離↑→大分子間作用力↓→松弛活化能↓→鏈段和大分子鏈運(yùn)動(dòng)↑→聚合物Tg↓→應(yīng)力－應(yīng)變曲線水平段縮短→c型形變向b型形變轉(zhuǎn)化拉伸速度：在c型形變范圍內(nèi)，隨著拉伸速度的提高，屈服應(yīng)力和自然拉伸比有所增大。如果原來(lái)屬于b型形變，則隨著拉伸速度的增大逐漸由b型向c型轉(zhuǎn)化。初生纖維纖度：粗度增大時(shí)，拉伸應(yīng)力和自然拉伸比有所增大，即相當(dāng)于降低溫度的影響。運(yùn)動(dòng)單元的多重性拉伸過(guò)程中纖維結(jié)構(gòu)的變化41、分子取向和結(jié)晶取向（1）非晶態(tài)高聚物纖維：大尺寸取向：整個(gè)分子鏈已經(jīng)取向了，但鏈段可能未取向小尺寸取向：鏈段取向排列，而分子鏈的排列是雜亂的（2）晶態(tài)高聚物纖維：取向伴隨結(jié)晶2、結(jié)晶的變化結(jié)晶態(tài)高聚物從熔融體冷卻到Tm（熔點(diǎn)）與Tg（玻璃化溫度）之間的任一溫度，都能產(chǎn)生結(jié)晶，總的過(guò)程是從無(wú)序進(jìn)而有序生成有序結(jié)構(gòu)單元后生長(zhǎng)成晶體。拉伸過(guò)程中相態(tài)結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，非晶態(tài)的未拉伸試樣拉伸后仍保持非晶態(tài)，結(jié)晶試樣則不改變其結(jié)晶度。拉伸過(guò)程中試樣原有結(jié)構(gòu)發(fā)生部分破壞，結(jié)晶度有所降低。拉伸過(guò)程中發(fā)生進(jìn)一步結(jié)晶，結(jié)晶度有所增大。拉伸對(duì)纖維物理機(jī)械性質(zhì)的影響5

熔紡卷繞絲：在Tg以下或拉伸速度過(guò)大時(shí)拉伸時(shí)，有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)泛白失透現(xiàn)象，其密度低于通常的纖維10%～20%，這