纤维拉伸过程中的结晶度和取向度变化规律及其影响因素

在拉伸过程中，纤维的大分子取向度和结晶度均随拉伸倍数而提高，但两者变化规律不同。随着拉伸倍数的增加，纤维的大分子取向度急速提高，随后便趋于平缓，相应纤维结晶度的提高是连续变化的过程（图6-8）。

图6-8　拉伸过程中纤维取向度和结晶度变化

纤维所能经受的最大拉伸倍数为10～12倍。实践中，拉伸常常是在不同的介质中进行的。

（一）拉伸方式

（1）导杆拉伸：导杆拉伸是湿法纺丝过程中所特有的一种拉伸方式，是指刚离浴的丝条通过导丝杆而绕经导丝盘，在导丝杆和第一导盘间所完成的拉伸，丝条绕过导杆的包角越大，导杆拉伸就越大，所以它是受导丝杆安装位置和导丝杆直径所决定的。导杆拉伸率约为15%，即拉伸至1.15倍。

（2）导盘拉伸：是在纺丝机上两个不同转速的导丝盘（或导丝辊）间进行。由于进行导盘拉伸时的纤维刚离凝固浴，尚处于明显的膨润状态，在温室的冷却介质中就能拉伸。这段拉伸的目的，主要是为下一步进入较高温度的二浴中经受湿热拉伸作准备。因为通过适当倍数的导盘拉伸，能使加工中纤维的耐热性有所提高，借以防止纤维进入较高温度的二浴中进行湿热拉伸时因溶胀剧烈而使操作困难，导盘拉伸率一般取130%～160%。

（3）湿热拉伸：湿热拉伸的目的也是为了进一步提高纤维的耐热性，以期为下一步在更高温度下进行干热拉伸做准备。

湿热拉伸是在较高温度（大于90℃）的某种液体介质中进行的，这是为了进一步增大纤维的可拉伸性；另一方面，为了抑制纤维在高温水浴中的溶胀以致溶解，所用拉伸浴常为接近该温度下饱和浓度的无机盐水溶液，一般与凝固浴组分相同，即硫酸钠水溶液，其组成随所取拉伸温度而变化。拉伸浴温度取90℃时，相应所用拉伸浴浓度为365～370g/L的硫酸钠水溶液，这时湿热拉伸率为65%～75%。

（4）干热拉伸：干热拉伸是纤维生产中很重要的一种拉伸方式，大多数合成纤维都进行干热拉伸。对于湿法纺丝所得的纤维，在210～230℃下进行；对于干法纺丝所得的纤维，在180～230℃下进行。

进行干热拉伸时的纤维必须不含水分，否则纤维不可能达到这样的高温。由湿法纺丝得到的、并经多段预拉伸的纤维进行干热拉伸时，在开始阶段，随着拉伸倍数的提高，纤维的结晶度稍有下降，当干热拉伸倍数达到1.25倍时，纤维的结晶度降至最低点，纤维的耐热水性（水中软化点Rp）也最低。继续提高拉伸倍数时，结晶度及Rp又慢慢上升，约拉伸至1.75倍时结晶度及Rp达到最大值，随后变化趋于平缓。上述变化说明在干热拉伸的开始阶段，部分原有的晶格被扭歪，产生较大内应力，致使部分已经建立的不稳定的结晶消失。随着拉伸倍数的进一步提高，大分子发生重排，新的结晶区随之建立起来，所以结晶度又上升。(www.xing528.com)

干热拉伸的拉伸倍数随纺丝方法和前段预拉伸情况而异。例如，对于已进行多段预拉伸的湿纺法所得的聚乙烯醇纤维，干热拉伸值一般只取1.5～1.8倍，对于未经预拉伸的由干纺法所得的聚乙烯醇纤维，干热拉伸倍数视纤维用途不同而异。一般衣着用的纤维拉伸值仅取6～8倍；产业用纤维则可拉伸至8～12倍。

（二）各种拉伸方式的配合

对于聚乙烯醇纤维所进行的拉伸尽管方法各异，但所得纤维的力学性质似乎只与拉伸总倍数有关，而与拉伸方式关系不大。

对于衣用和普通产业用纤维（如渔网等），除了要求有较好的强度外，还需有适当的伸长率，所以总拉伸倍数不宜过高，一般仅取最大拉伸倍数的60%～70%。

（三）拉伸设备

（1）湿热拉伸槽：湿热拉伸槽由喂入辊、浴槽和压榨装置三部分组成，整个浴槽被安装在金属支架上，用以盛放高温的芒硝拉伸浴（又称二浴）。浴槽长约1.9m，喂入辊为钢制外包陶瓷制成，本身为被动辊，借助于丝束的牵引而转动。压榨装置设置在浴槽的出口处，是八根上下交错放置的导杆，下排四根导杆固定，上排四根则可上下移动，借以调节导出丝束的压榨率。湿热拉伸时的拉伸倍数是借调节前后两台牵引机的牵引速度而完成的。

（2）干燥、预热和干热拉伸设备：湿法纺丝中干燥、预热和干热拉伸用的设备在外形和结构上大致相同，只是设备尺寸、配备的加热容量、牵引速度以及传动方式等方面有所不同。

这些设备从外形上看都是在一侧可做上下开启的电热箱，在箱体的中部设有电加热装置，它与箱体上下之间形成可供丝束通过的空腔，在电热箱的前后两端是一对成一定交角的牵引辊，借以调节丝束在电热箱中间行走的重复次数。

在正常操作时，电热箱是关闭的，只有在开车、生头或需要处理事故时才打开。