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化纤工艺学 化纤工艺学 本体聚合物熔纺卷绕丝拉伸时的力学行为 二、初生纤维结构对拉伸性能的影响 1、熔纺成型的本体聚合物卷绕丝 (1)结晶度的影响 随着初生纤维结晶度的增大，使应力-应变曲线沿着b、c、a型的方向转化，导致屈服应力的提高，并增大了自然拉伸比。 (2)预取向的影响 随着初生纤维预取向度的增大，形变特性沿着c、b型的方向转化，即自然拉伸比有所减小，并转变为均匀拉伸， 屈服应力和初始模量都有所增大。 （3）初生纤维平均分子量的影响 随着初生纤维分子量的增大，拉伸时的屈服应力有所提高，然而分子量过大，分子间作用力过强，分子间相对滑移困难，难以实现塑性形变。 高度溶胀的立体网络状的冻胶体，立体网络的骨架由大分子或大分子链束构成，大分子之间的缠结是这个骨架的物理交联点，在没有交联的地方，链段仍保持一定的溶剂化层，在网络骨架的空隙充满着溶剂与沉淀剂的混合物。 2、湿法成型冻胶体凝固丝 湿纺初生纤维的拉伸应力-应变特性属于均匀拉伸，一般没有明显的屈服应力，也不产生细颈现象，而凝固丝的形成条件对冻胶体的可拉伸性影响很大。 三、拉伸条件对拉伸性能的影响 1、拉伸温度 （1）应力应变曲线在Tg附近，变化十分敏感 （2）Tg具有拉伸速率依赖性 （3）初生纤维在拉伸时，适当地提高拉伸温度到Tg以上是必要的。低于此温度达到一定程度进行拉伸时，则发生脆性断裂。 但是拉伸温度应低于非结晶高聚物的粘流温度或结晶高聚物的熔点。 2、拉伸速度 拉伸速度增大时，对应力应变曲线的影响与降低温度的影响，在C型形变范围内，随着拉伸速度的提高，屈服应力和自然拉伸比增大。如果原来属于b型形变，则随着拉伸速度的增大逐渐由b型向c型转化。 断裂强度随变形速度的增加而增大，而断裂伸长稍有增加。 总结：在满足下列条件的情况下，初生纤维的应力应变曲线的形状会发生如下的变化：b、c、a型。而在c型形变范围内，则变化方向为屈服应力σ* 和自然拉伸比N增大。这些条件是：1、降低温度；2、增大拉伸速度；3、初生纤维的结晶度增大；4、初生纤维的预取向度降低。 第五节 拉伸中纤维结构与性能的变化 一、拉伸过程中纤维结构的变化 1、分子取向和结晶取向 非晶态高聚物初生纤维：拉伸时大分子链发生取向并同时伴随发生结晶。拉伸取向结晶化过程的实质是在应力下诱导形成晶核，而后迅速发生结晶化。 部分结晶的初生纤维：晶区拉伸取向与非晶区拉伸取向同时进行，结晶区取向速度快，非晶区的取向速度慢 对于结晶度高且具有球晶结构的初生纤维：拉伸取向过程实质上是球晶的形变过程。 聚酯纤维拉伸取向结晶化的过程： 应力下形成晶核 急速结晶 球晶（弹性形变，低倍拉伸）被拉成椭圆状 带状结构（不可逆形变阶段） 球晶形变过程中，组成球晶的片晶之间发生倾斜、晶面滑移和转动，甚至破裂，部分折叠链被拉伸，称为伸直链，取向的折叠链片晶与在取向方向上贯穿于片晶之间的伸直的分子链段组成的结构成为微纤结构 在拉伸取向过程中，以形成在拉伸方向的微纤为主，同时原有的折叠链片晶也有可能部分地转变成为分子链沿拉伸方向有规则排列的完全伸直链晶体。 2、结晶的变化 （1）拉伸过程中相态结构不发生变化。 对非结晶性高聚物如PS、PMMA等，拉伸只涉及非晶区取向而不结晶，对部分结晶的高聚物，非晶区分子活动度大，防止了张力下晶粒发生熔化或破坏，可能晶粒或微晶发生转动并沿纤维轴取向。结晶性的湿纺纤维在塑化浴中的拉伸具备这一特点。未拉伸丝处于非晶态却能够结晶的纤维，若拉伸条件排除结晶速度高的可能性，则拉伸过程中仍能保持其非晶态结构 （2）拉伸过程中试样原有结构发生部分破坏，结晶度有所降低 高度结晶的试样拉伸中，在分子活动性低的条件下，原有的晶态结构就发生破坏，原有结构破坏并成为一种新的、缺陷较多的结构，不发生重建。形成非晶区和高度破坏的晶体共存的结构。 （3）拉伸过程中发生进一步结晶，结晶度有所增大。 两种因素所诱发：一种是增加分子的活动性，纤维温度升高，结晶速度增大另一因素是分子取向和应力作用，它会影响共聚物的结晶动力学和平衡结晶度。 二、拉伸对纤维物理-机械性质的影响 因取向而导致的各种物理性质的各向异性：力学性质、光学性质（双折射、吸收光谱二向色性）、热传导、溶胀等性质的各向异性。 拉伸所引起的结构变化主要是大分子、晶粒和其他结构单元沿纤维轴取向以及伴随着发生的相变、