Молекулярные изменения POY в процессе текстурирования (draw-texturing, DTY).

Молекулярные изменения POY в процессе текстурирования (draw-texturing, DTY).

Сегодня мы проследим за отраслевой цепочкой и поговорим о молекулярных изменениях POY в процессе текстурирования (draw-texturing, DTY).

Изменения POY на молекулярном уровне во время текстурирования (DTY) представляют собой динамический, многоэтапный процесс. Основной механизм заключается в том, что молекулярные цепи под действием внешних сил (растяжение, скручивание) и тепловой энергии постепенно переходят из метастабильного состояния в более стабильную, упорядоченную форму, обладающую постоянной извитостью. Ниже приводится краткое описание ключевых молекулярных изменений на каждом этапе обработки:

Ⅰ、Исходное молекулярное состояние сырья POY на этапе ввода POY: свежесформованный POY находится в метастабильном состоянии.

1. Структурная неоднородность: существует неоднородность ориентации молекул «выше на поверхности, ниже в ядре» — поверхностные молекулярные цепи имеют более высокую ориентацию из-за более быстрого охлаждения и более сильного сдвига, тогда как ядро ​​имеет меньшую ориентацию.

2. Высокое внутреннее напряжение: после принудительного растяжения молекулярные цепи принимают конформацию «выпрямленно-напряженного», сохраняя большое количество ориентационного напряжения и напряжения объемного сжатия.

1. Несовершенная кристаллизация: степень кристалличности очень низкая, в основном состоит из аморфных квазикристаллов или микрокристаллов; цепи в аморфных областях сильно перепутаны, устойчивых точек сшивки мало.

II.、Вытяжка и ложная скрутка (этапы формирования сердцевины).
Они происходят в первой камере нагрева и в последующей зоне ложной скрутки и представляют собой ключевую стадию интенсивной молекулярной перегруппировки.

Нагрев и вытяжка (первый валок → первая камера нагрева → второй валок)
① Термическая активация: в нагретой среде выше температуры стеклования (Tg) (для полиэстера примерно 160–220 °C) активируется сегментное движение полимерных цепей.
② Перестановка цепи согласно рисунку.

Ориентация и распутывание: под действием вытягивания на втором валке натянутые перепутанные цепи скользят, растягиваются и выравниваются в направлении приложенной силы (оси волокна), увеличивая долю распрямленных цепей и значительно повышая ориентацию молекул.

Кристаллизация, вызванная напряжением: растягивающее напряжение обеспечивает энергию и движущую силу для упорядоченного расположения цепей вдоль оси волокна, способствуя образованию микрокристаллов и заметному увеличению кристалличности. В некоторых литературных источниках указывается, что этот этап является началом перехода ПОЯ от низкой к более высокой кристалличности.
③ Релаксация натяжения и снятие внутреннего напряжения: нагрев делает цепи более гибкими, так что часть внутренних напряжений, накопленных во время прядения (ориентационное напряжение, объемное напряжение), может быть снята и ослаблена.

Ложное скручивание (ложное скручивание в качестве центральной области)
① Скручивание и сдвиг: ложное скручивание применяет вращательный сдвиг к пряже, заставляя полимерные цепи в термопластичном состоянии подвергаться кручению и намотке.
② Фиксация конформации и формирование извитости: под действием скручивания, вызванного ложным твистером, уже вытянутые и нагретые цепи временно принимают специфическую конформацию (например, спиральную), образуя эмбриональную извитость. Эта часть реже подробно описывается в литературе, но с точки зрения процесса ложное скручивание является непосредственной причиной придания морфологии извитости.

III. Термофиксация и последующая обработка (происходит во второй нагревательной камере и после нее).
Целью является стабилизация вновь сформированной структуры.

Термофиксация (вторая камера нагрева)
① Релаксация и перманентизация молекулярной структуры: после раскручивания из ложного скручивателя скручивание удаляется, но при умеренном нагреве во второй камере нагрева цепи подвергаются контролируемым релаксационным движениям без механических ограничений.
② Устранение временных скручивающих напряжений: остаточные скручивающие напряжения, возникающие во время ложного скручивания, снимаются.
③ Содействие совершенствованию кристаллов и рекристаллизации: подается энергия, позволяющая микрокристаллам расти и гомогенизироваться по размеру или подвергаться рекристаллизации; Кристалличность продолжает увеличиваться, а кристаллическая решетка становится более совершенной и стабильной.
④ Блокировка структуры: новая извитая структура, образованная путем вытягивания и скручивания, постоянно фиксируется вновь созданными точками кристаллизации и межмолекулярными силами (например, водородными связями, силами Ван-дер-Ваальса), тем самым обеспечивая DTY стабильную извитость и упругое восстановление.
⑤ Снижение термической усадки и стабильности размеров: за счет улучшения кристаллических областей и увеличения физической сшивки между цепями, будущее проскальзывание цепи при нагревании ограничивается, что снижает усадку при кипячении и улучшает стабильность размеров готового продукта.

Смазка и намотка
① Уменьшение фрикционных повреждений: смазочные материалы образуют защитную пленку на поверхности, уменьшая разрыв (повреждение) цепи, вызванный силами сдвига, когда пряжа контактирует с металлическими деталями, такими как направляющие и ролики, и предотвращая чрезмерную деградацию и образование «пуха» или порошка (олигомеров, масла, истертых волокон).
② Изменение состояния поверхности: смачивание и адсорбция смазки на поверхности волокна могут незначительно изменить расположение или состояние релаксации поверхностных цепей, но не влияют на внутреннюю объемную структуру.

IV、 Резюме: Макроскопические проявления молекулярных изменений в процессе текстурирования от POY до DTY в основном отражаются на молекулярном уровне в:

1. Ориентация: от неравномерной к более равномерной, усиленной и стабилизированной.

1. Кристалличность: от очень низкой и неупорядоченной до умеренной, однородной и более совершенной (как правило, увеличивается, хотя чрезмерная обработка или некоторые материалы могут привести к снижению из-за повреждения).

2. Запутывание и внутреннее напряжение: от сильного запутывания и высокого внутреннего напряжения до умеренного распутывания с значительным освобождением напряжений.

3. Морфология: от выпрямленной, напряженной конформации к стабильной спиральной/извитой конформации, которая фиксируется в результате кристаллизации.

В конечном счете, эти изменения на молекулярном уровне определяют макроскопические свойства DTY: прочность на разрыв обычно увеличивается (из-за более высокой ориентации/кристалличности); удлинение при разрыве значительно снижается (ориентация/кристалличность); Значительно снижается усадка при кипении (за счет схватывания и кристаллизационной блокировки); и упругое восстановление заметно улучшается (благодаря стабилизированной структуре извитости).

Важно отметить, что первоначальные молекулярные неоднородности ПОИ (по ориентации и кристалличности) могут усиливаться в процессе текстурирования, становясь основной причиной неравномерного окрашивания и изменчивости физических свойств ДТИ. Таким образом, поставка высококачественного ПОИ с однородной молекулярной структурой является фундаментальной предпосылкой для достижения высококачественной переработки DTY.