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什么是热定型知识?
发布时间:
2025-03-10 13:49
在纺织染整过程中,面料会受到多种复合因素的影响(包括物理、机械及化学作用),导致产品外观形状和结构尺寸发生变化,甚至有些面料会完全失去应有的形态、色泽与风格,从而严重影响穿着性能。因此,确保面料外形与尺寸的稳定性,已成为衡量产品质量的重要标准。
Heat-setting
热定型是指在适当张力下,将织物保持在一定尺寸,以特定温度加热一定时间,随后迅速冷却的过程。通过热定型,可以消除织物上已有的褶皱,提高织物的尺寸稳定性,使其更难产生难以去除的折痕,并改善织物的起毛和表面光滑度。此外,热定型还能提升织物的强度、手感及触感,同时对染色性能也有一定影响。
整个加热设置过程可分为四个阶段:
① 加热阶段:干式或湿式织物进入定型机,织物表面被加热至设定温度。
② 热平衡阶段:热能渗透入纤维,使纤维表面与内部达到相同的定型温度。
③ 过渡与分子调整阶段:纤维处于受力状态
接下来,当达到设定温度时,纤维结构中较弱的次级交叉键会被破坏,纤维分子链则重新定向并排列。
④ 冷却阶段:织物在离开拉幅定型机前被迅速冷却,从而使其形状根据纤维分子的新排列固定下来。
加热设定机制
合成纤维具有热塑性,但当玻璃化转变温度低于此值时,纤维的大分子链处于冻结状态,仅能发生正常的弹性形变。而当温度高于玻璃化转变温度时,分子链开始运动,纤维进入高弹态,此时在外力作用下会产生显著的弹性变形。由于合成纤维同时存在结晶区和非晶区,只有当温度既高于熔点又高于黏流温度时,纤维的大分子链才会处于黏流状态,从而产生塑性变形;否则,纤维仍处于高弹态。当合成纤维处于高弹态时,对其施加拉伸力,实际上是分子链沿外力方向发生蠕动式重新排列,并在新位置建立起新的分子间作用力。随后,保持拉伸状态并冷却,即可使这种新状态固定下来,从而达到定型的目的。
加热设定过程
当织物进行热定型时,通常是通过在干燥状态下对织物施加一定张力,保持其特定尺寸,并在高温环境中持续一定时间来完成的。为了增强定型效果并提高效率、降低定型温度,还可加入水作为增塑剂,在含有水分或直接浸入水中的情况下进行热处理。因此,根据织物中是否含有增塑剂及是否使用水,热定型工艺可进一步分为干热定型和湿热定型两种基本方式,以实现精确的形状塑造。
1 干热设定工艺
干热定型工艺是在无水的干燥状态下对织物进行加热,通常采用热风加热或红外辐射加热方式。
热风拉幅定形机
通常采用针式拉幅机,可自由控制设定温度和布幅宽度,定形效果较为理想。这是目前印染厂最常用的定形设备,包括加热烘干室、出布装置等。其热源可选择电加热、油加热或燃气加热。
设定温度与织物中纤维的种类和形状密切相关,并且对合成纤维的混纺类型及织物的用途有着重要影响。
定型时间取决于织物达到热传递介质温度所需的时间。对于薄型面料,这一时间约为10秒;而对于厚重面料,则需30至40秒。然而,实际织物表面的温度并不容易测量,因此通常仅用于对比参考,以确保安全系数充足。不过,若定型时间过长,不仅毫无益处,反而会导致织物颜色发黄,并使手感变硬。
红外整形
由发热材料发射的长波辐射,其波长范围从可见光谱的红色端(0.73微米)延伸至约1毫米,属于红外线范畴。通常,红外光谱被划分为三个区域:近红外区,波长为0.72~1.5微米;中红外区,波长为1.5~20微米;以及远红外区,波长为20~1000微米。在聚酯纤维上发现,波长为1~2微米的红外线可自由穿透纤维,而3~3.5微米的辐射则几乎全部被纤维吸收;因此,尽管较短波长的红外线能够深入纤维内部,却不会产生能量吸收现象。相反,较长波长的辐射进入纤维后会完全释放出所有能量。在这种情况下,只有总辐射能量的一半能够抵达纤维的最内层。
近年来,一种辐射源被发现,其发出的最大辐射波长恰好位于被处理材料平均吸收区域的范围内。这种辐射源被称为“特选发射器”。辐射源的波长必须与被处理材料的吸收特性相匹配。若波长选择得当,辐射能量将主要集中在纤维材料内部,从而有效增强纤维中分子链的振动。当振动幅度足够大时,大量分子链会因相互作用而使交联键断裂,随后分子链自动排列,趋向于具有最低势能的状态。通常,在传统的热定型设备中,合成纤维需在200°C以上的高温下才能被精确塑形;而采用红外发射器进行定型时,只需将温度控制在80~120°C,即可轻松达成目标。这正是红外热定型工艺优于热风热定型的关键所在。
2 湿热设定工艺
聚酰胺和聚丙烯腈纤维及其混纺面料,以及部分涤纶变形纱面料,大多采用湿热定型技术,且湿热定型的温度低于干热定型。
水浴设定方法
该面料在110°C的沸水中处理0.5至2小时。这种方法简单易行,但定形效果较差,定形后面料仍存在较大的热收缩率。
高压蒸汽
定型过程在高压灭菌锅中进行,将织物以110-135°C的高温饱和蒸汽处理20至30分钟,以获得良好的定型效果。这种方法需要专用的压力设备,且生产无法连续进行。
过热蒸汽成型方法
该面料采用常压下的过热蒸汽处理,温度可高达约130°C。这种方法能有效缩短热处理时间,显著提升生产效率,同时增强色彩的鲜艳度,防止纤维泛黄,并改善面料的手感、风格及弹性。
影响热定型的因素
合成纤维的热定型效果主要受温度、时间和张力等因素影响。合理控制这些因素,对于获得理想的热定型效果具有重要意义。
1 temperature
热定型后织物的热收缩性、机械性能、染色性、白度等,均与定型温度密切相关。
设定温度对织物染色性能的影响
腈纶纤维在染用阳离子染料时具有一个显著特点:当染液温度超过玻璃化转变温度后,染料上染率会迅速提升。例如,在95℃下染色1分钟的上染率,就已超过75℃下染色3小时的上染率。此外,染色过程中温度一旦超过玻璃化转变温度,纤维便同时进入湿热定型阶段。因此,实际上,随着腈纶织物的湿热定型温度升高,其染料上染率也会相应增加。
涤纶及其与棉、粘胶纤维混纺面料的染料上染率,与染色前的定型温度之间也存在一定关系。当织物采用高温高压染色时,定型温度与纤维上的染料上染率呈凹形曲线关系:当定型温度低于190℃时,由于纤维结晶度的增加,染料上染量反而会下降,这一现象在190℃时达到最低点;而当温度升至190℃以上时,虽然纤维的结晶度继续提高、晶粒尺寸不断增大,但单个晶体周围无定形区域的体积也随之相应扩大,同时晶粒间的孔隙也变得更加疏松,这使得染料分子更容易渗入纤维内部,从而提升其在纤维中的吸收量。尤其是在高温高压浸染工艺中,由于染色时间较长,染料有充足的时间向纤维内部扩散,因此190℃以上时的染料吸收量会随定型温度的升高而显著增加。不过,也有一些特定品种的染料对热处理并不敏感,它们的染料上染率反而呈现一定的线性关系——即定型温度越高,染料上染率反而越低。此外,在热熔染色过程中,定型温度同样会对染料上染率产生一定影响。
分散染料在聚酯纤维上的染色过程,本质上是一个染料分子从染液不断向纤维表面扩散,进而渗透到纤维内部的过程。当扩散程度达到某种平衡状态时,纤维的上染率便进入动态平衡状态。然而,随着纤维加热条件的变化以及其内部分子结构的调整,这种动态平衡会失去原有的稳定状态,继而转变为新的动态平衡状态。值得注意的是,随着定型温度的升高,分散染料在聚酯纤维上的上染率会持续下降。这种情况与高温高压染色时的情形截然不同。通常认为,这是因为在热熔染色过程中,固色时间仅需数十秒即可完成,导致染料分子缺乏充分的扩散机会;同时也有人指出,这可能是由于聚酯分子在高温下结晶度不断加剧、结构愈加紧密,从而阻碍了染料分子向纤维内部的渗透。而在实际生产中,织物的上染率还会因坯布规格、混纺比例大小,以及不同温度下分散染料本身的特性差异而有所变化。
设定温度对织物热收缩稳定性的影响
丙烯酸纤维及其混纺织物的热收缩性与聚酯纤维不同。这是因为丙烯酸纤维的热定型温度受其分子结构限制,通常在干燥状态下为140~160℃。通过X射线衍射分析发现,定型后其结晶度仅提高3%,但晶体区域的完整性却显著增强。因此,当丙烯酸织物在140~160℃的张力条件下定型后,纤维的弹性模量会下降,伸长率则随之增加,同时织物在沸水中的收缩率也会降低。由于丙烯酸纤维必须在相对狭窄的温度范围内进行定型(若超过160℃,纤维颜色会由黄色变为褐色,且强度明显下降),这就导致未定型与已定型状态下的温度与收缩率之间呈现出明显的对比——更重要的是,两者的差距十分显著。最终定型后的织物不仅尺寸更加稳定,其整体性能也大幅改善。而含有聚酯的混纺织物经过热定型处理后,其尺寸稳定性同样得到明显提升。究其原因,聚酯分子结构的变化以及密度的增加,正是热收缩稳定性得以改善的关键所在。
设定温度对织物弹性的影响
合成纤维及其混纺面料的抗皱和免烫性能,与定型温度有着非常重要的关系。
在一定范围内的涤纶及混纺面料中,随着定型温度的升高,折皱回复角会增大,且定型后的面料折皱恢复性能优于未定型面料。然而,当定型温度超过200℃时,折皱回复角将随温度进一步升高而下降,同时手感也会变得更加僵硬。因此,从防皱性能的角度考虑,定型温度应控制在200℃以下。
随着定型温度和定型时间的增加,锦纶织物的湿弹性显著提升。此外,在相同定型温度下,当定型时间控制在30秒以内时,曲线急剧上升,振幅变化明显;而当定型时间超过30秒后,曲线趋于平缓,回复角的变化也逐渐减小。
设定温度对织物白度的影响
在影响织物定型过程中白度的因素中,定型前布面的pH值是一个关键因素。若布面呈碱性,pH值高于8,经热定型后便会泛黄,且黄变程度与布面上的碱量密切相关——碱量越多,黄变越严重;若布面碱分布不均,则黄变也会呈现不均匀状态。因此,在确保织物定型前白度均匀的同时,还需严格控制布面碱量,使其既保持较低水平,又分布均匀。通常的标准是,织物表面的pH值应低于8。
此外,定型过程中的温度也会对白度产生影响。无论何种面料,随着定型温度的升高,定型后的白度值都会下降。其中,纯粘胶纤维面料的白度降幅大于涤粘混纺面料和纯涤纶面料。这是因为粘胶纤维经过热定型后,其含水量会逐渐减少,部分纤维发生脱水、碳化,从而变黄。涤棉混纺面料的情况亦然。此外,即使在较低温度下进行定型,若时间过长,同样会导致纤维素纤维局部脱水并出现泛黄现象。
冷却温度控制对成形效果的影响
热定型处理后的冷却条件对定型织物的物理力学性能影响更大。冷却温度越高,杨氏模量越大。通常而言,杨氏模量与织物的抗皱回复性能直接相关,而高模量纤维必然能使织物具备优异的抗皱回复能力。由此可见,提高冷却温度也有助于改善定型织物的抗皱性能。在相同的定型温度下,较高的冷却温度对应着更大的抗皱恢复角。冷却速度越慢,织物的抗皱回复效果越好。
设定机干燥室温度与织物表面温度之间的关系
热定型过程中所设定的温度,通常指的是织物基材实际达到的温度,这是确保定型质量的最关键因素。然而,合成纤维的热定型是在一台热定型机中进行的。而定型机上仪表显示的温度,实际上仅代表定型机干燥室内达到的温度值,并不能准确反映织物主体实际所受的热量。因此,机器干燥室的温度与织物主体的实际温度之间存在一定差异。在热定型过程中,干燥室的温度一般可以被精确控制并保持恒定,但织物主体的温度却会因面料纤维、组织结构以及运行速度等多种因素的影响而不断变化。由于在实际生产中,织物表面的物理温度难以直接检测和显示,工艺设定温度往往以机器干燥室的温度来替代。然而,这种固定干燥室温度与不断变化的织物表面温度之间的差异,会对热定型的质量产生一定影响。在某一干燥室温度下,织物主体仍需经历一段加热过程,而加热速率又受限于面料种类、织物结构及运行速度等因素。因此,织物表面的实际温度常常低于机器干燥室的温度,这显然会导致无法达到理想的定型效果。为合理解决这一问题,通常可采取以下措施:
① 降低织物的含水率。实践表明,定型前将织物的含水率控制在10%以下较为适宜。
② 成型前进行红外预烘。
③ 提高干燥室的温度,通常干燥室的温度可控制在约200°C。
④ 合理控制定型机干燥室内的温度梯度。为使定型机前后加热区的温度分布合理,通常会形成温度梯度。常见的温度控制方式主要有三种:前低后高、前高后低,或前后一致。从提高织物表面温度、缩短织物加热时间的角度来看,前低后高的方式会延长织物的加热时间;而前高后低的方式则能有效减少织物的高温定型时间。因此,采用前后温度一致的分布方式更为合理。
⑤ 合理控制车辆速度。
2 Time
在面料的热定型过程中,整个加工时间可划分为以下几个部分:
(1)加热时间:织物进入定型机后,其表面被加热至定型温度所需的时间。
(2)热渗透时间:指热量从织物表面渗透至纤维内部所需的时间,以确保织物纤维各部分均达到相同的定型温度。
(3)纤维大分子的重排与调整时间:当织物主体达到设定温度后,纤维大分子根据设定条件进行结构调整所需的时间。
(4)冷却时间:指织物从定型机的干燥室出来后,为固定其结构而需冷却所需的时间。通常,工艺中所指的定型时间不包括冷却时间,而加热时间则被视为定型前的准备时间。因此,对定型时间的总体控制,往往侧重于热量渗透时间和大分子重排的调整时间。
织物的热渗透时间(包括加热时间)与定型机的加热方式、热源类型、纤维的导热性能,以及织物结构中的含湿量等因素密切相关。相较于采用间接加热方式的热风定型机,配备气体直接燃烧技术的定型机具有更高的传热效率、更快的升温速度,因而定型时间更短。同种纤维织物在相同设备上,其厚度越大、密度越高、重量越重、含湿量越多,所需定型时间也就越长。综合考虑各方面影响后,实际操作表明,加热与热渗透时间通常约为2至15秒。
分子重排调整所需的时间是一个非常迅速的过程,可在1到2秒内完成。因此,只需确保织物均匀加热至所需的定型温度,随后的分子重排与调整过程将极为快速,所需时间可忽略不计。
实践表明,定型时间过长不仅对提高织物的尺寸稳定性无明显效果,反而会导致织物白度下降、手感变硬,并使强度受损。在相同的定型温度下,随着定型时间的延长,织物的干热收缩率会降低,且经向的收缩趋势尤为明显;但在纬向,经过一定时间后,收缩率可能不再明显,甚至保持不变。通常情况下,控制织物定型时间为20至30秒,即可有效实现尺寸稳定并降低热收缩率的目的。
织物经过热处理后,冷却和凝固的速度应适中。如果冷却时间过短或冷却不足,容易导致织物进一步变形;若冷却速度过快,则会产生内应力,使织物易起皱、缺乏挺括感;而冷却速度过慢,则会降低生产效率。
3 tension
张力对热定型质量和产品性能指标(如热收缩率、强度、断裂伸长率)具有一定的影响。对于合成纤维等热塑性纤维,当织物在松弛状态下进行热处理时,经向和纬向的收缩率可高达5%以上;而若在一定张力下对织物进行热处理,则大分子链会沿外力方向发生伸展,通过分子链的运动与重新排列,使纤维更加紧密,并显著提高取向度。一旦这一状态被冷却并固定,织物的收缩率便可大幅降低,甚至完全消除,从而从根本上提升尺寸稳定性。因此,在定型过程中对织物施加适当张力,有助于进一步改善定型效果。
在张力热定型过程中,需要分别对织物的经向和纬向施加不同的张力。张力的大小取决于产品的质量要求。通常,在热定型工艺中,经向张力通过超喂率来表示,而纬向张力则同样以超喂率体现,并用织物牵伸量来衡量。在上浆设备上,经向张力由机械拉伸和超喂装置控制,纬向张力则由针板或布夹式牵伸装置调节。定型时,随着经向超喂率的增加,织物的干热收缩率会降低,尺寸稳定性则随之提高;而纬向干热收缩率则会随着门幅宽度的增大而上升,同时,纬向张力的增加会导致尺寸稳定性下降。此外,定型后,织物的经、纬向断裂伸长率存在差异:纬向断裂伸长率随牵伸范围的扩大而减小,而经向断裂强力却会随着超喂率的提升而增强。因此,为了更好地提升织物的穿着舒适性和尺寸稳定性,在热定型过程中应合理调控织物的经向超喂率与纬向牵伸范围,即确保施加于经、纬向的张力协调一致,控制在适宜的范围内。
应用程序
环形编织机可用于制作多种不同类型的服装及其他物品。
上述详细介绍的帽子是一种易于制作的款式,因为它只需一根管状材料即可完成。此外,使用这些机器还能制作多种服装,包括Polo衫、T恤、裙子、连衣裙、毛衣、袜子等。
你甚至可以用环形编织机制作睡衣和打底裤。除了服装,你还能制作窗帘、毛巾、毛毯、室内衬里等更多物品。
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振富针织机械有限公司.石狮
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