합리적인 가공과 올바른 사용을 위해 다양한 온도에서 내부 구조와 변화 법칙의 특성에 대한 섬유 재료의 연구는 중요한 의미를 갖습니다. 성능 전후의 온도 전환점에서 섬유 특성은 크게 다르며, 특성화할 온도 전환점이 다릅니다. 연구 내용으로는 주로 열역학적 특성, 열성형, 열 손상 등이 있습니다.
열역학적 특성은 온도 변화 과정, 특성 변화에 따른 섬유 재료의 기계적 특성을 나타냅니다. 대부분의 섬유 재료의 내부 구조는 2상 구조, 즉 결정상(결정 영역)과 비정질 상(비정질 영역)이 공존하는 구조입니다. 결정 영역의 결정상에 대해 열 작용 하에서 열역학적 상태는 두 가지 종류가 있습니다. 하나는 용융 후 결정 상태이며 기계적 특성은 강체로 나타나며 강도가 높고 연신율이 작은 특성이 있습니다. 모듈러스가 크다; 다른 하나는 용융 후의 용융 상태로 점성 유동체로 나타나는 기계적 특성입니다. 이 둘은 녹는점으로 구별할 수 있다. 비정질 영역의 비정질상의 경우, 열의 작용 하에서 열역학적 상태는 취성 폴딩 전이 온도를 사용하는 변형 능력의 크기에 따라 취성 폴딩 상태, 유리 상태, 고탄성 및 점성 흐름 상태를 각각 갖습니다. , 유리 전이 온도, 점성 흐름 전이 온도로 나눕니다.
1. 섬유 재료의 열역학, 세 가지 상태
선형 폴리머의 경우 재료의 비정질상의 점성 흐름 전이 온도와 결정질의 융점은 종종 서로 겹쳐 구별하기 어렵기 때문에 섬유의 열역학적 특성 측정이 첫 번째 변화입니다. 그림 1에 표시된 모발의 전형적인 곡선에 나타나는 변화의 비정질 단계입니다.
그림 1 섬유 재료의 일반적인 열역학적 곡선
그림 1은 일정한 응력 조건 하에서 온도 변화 과정에 따른 섬유 변형 능력(실선)과 인장 계수(점선), 유리 전이 온도 Tg의 전환점, 점성 흐름 전이 온도 Tf 및 전이 온도를 나타냅니다. 비정질 폴리머인 영역은 기계적 3상 특성을 갖습니다. 그 중 대부분의 합성 섬유의 기계적 삼상 특성은 더 뚜렷하지만 천연 섬유(면, 린넨, 양모, 실크) 및 재생 셀룰로오스 섬유 등은 특정 온도 속도(고온)에서 더 뚜렷하지 않고 점성 흐름 상태 특성이 있지만 직접 분해, 탄화됩니다.
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1, 유리 상태
저온 상태에서 하부에 의한 섬유 내 거대분자의 열 이동 에너지, 베이스, 링크, 짧은 분지 사슬 및 기타 짧은 단위의 단위 이동, 사슬은 "동결" 상태, 이동 국부 진동으로 인해 결합 길이가 진행되고 결합 각도가 변경됩니다. 따라서 섬유 당김 계수가 매우 높고 강도가 높으며 변형 용량이 매우 작으며 외력에 더해 변형이 빨리 사라지고 유리의 기계적 특성과 유사하게 섬유가 단단하고 부서지기 쉽습니다. 이를 유약 상태(또는 경질 유리 상태)라고 합니다. 온도가 더 증가하면 모터 유닛의 크기가 증가하고, 섬유 거대분자 사슬 세그먼트는 어느 정도 되돌릴 수 있는 능력을 가지며, 섬유는 특정 유연성, 인성을 나타내며, 소성 변형의 경우 힘을 볼 수 있습니다. 상태는 종종 부드러운 유리 상태(또는 강제 고탄성이라고도 함)라고 하며, 대부분의 섬유는 실온 조건에서 이 상태에 있습니다.
체인 링크, 체인 세그먼트, 메인 체인 회전 및 측면 베이스가 동결된 상태를 부서지기 쉬운 접힘 상태라고 합니다.
직물 섬유의 유리 전이 온도는 대부분 상온보다 높기 때문에 상온 조건에서 의류는 스판덱스 유리 온도가 -40 ℃ 이하인 것과 같이 어느 정도 인장 강도와 강성을 유지할 수 있습니다(폴리에테르 유형). 주변 환경에서 -70°C ~ -50°C) 탄성이 우수합니다.
2, 고탄성 상태
일정 온도(유리전이온도 Tg) 이상으로 계속해서 온도가 상승하면 섬유의 인장탄성률이 급격히 감소하고, 작은 힘의 작용으로 섬유가 큰 변형이 발생하며, 외력이 들어올려지는 현상이 발생한다. , 빠른 회복의 변형. "온도 - 변형" 또는 "온도 - 모듈러스" 곡선에서 플랫폼 영역이 나타나고, 이 간격의 기계적 거동은 고무의 기계적 특성과 유사하며, 섬유의 기계적 상태를 고탄성 상태 또는 고무 상태라고 합니다. 분자 운동 메커니즘으로 볼 때, 이 온도에서 섬유 거대분자 사슬은 "해동"되었으며, 사슬은 주쇄 축을 중심으로 회전할 수 있으므로 거대 분자는 쉽게 말리고 변형이 펴지며 변형도 쉽습니다. 체인의 열운동을 통해 생성되어 원래의 형태를 복원합니다. 이는 고분자의 독특한 기계적 상태이며, 탄성변형의 본질은 거대분자의 연쇄운동으로 거대성능의 컬링운동을 신장시키는 것이다.
3, 점성 흐름 상태
온도가 특정 온도(점성 흐름 전이 온도 Tf)까지 계속 상승하면 고분자의 열적 이동이 분자간 힘을 극복하고, 이동 단위가 사슬 세그먼트에서 거대분자 사슬로 확장되는 것을 볼 수 있습니다. 상대 미끄러짐 사이에서 변형 능력이 크게 증가하고 되돌릴 수 없습니다. 직물 섬유는 점성이 있고 유동성이 있는 액체 상태를 나타내며, 이러한 섬유의 기계적 상태를 점성 흐름 상태라고 합니다. 거대분자의 중합도가 매우 높으면 분자간 힘의 사용이 매우 크고 거대분자 사이의 얽힘이 심각하며 분자 사이의 상대적 미끄러짐이 매우 어렵고 점성 흐름 상태가 없습니다.
분자 운동학의 관점에서 위의 내용은 위상 관점에서 열역학적 세 가지 상태, 유리 상태, 고탄성 및 점성 흐름 상태가 비결정 상태, 즉 상태 사이의 거대 분자 배열을 설명합니다. 무작위(무질서, 무정형) 상태.