לחקר חומרי טקסטיל בטמפרטורות שונות במבנה הפנימי ובתכונותיו של חוק השינוי, על עיבודו הסביר ושימוש נכון יש משמעות חשובה. תכונות הסיבים בנקודת מעבר הטמפרטורה לפני ואחרי הביצועים שונים באופן משמעותי, עם נקודת מעבר טמפרטורה שונה לאפיון. מתוכן המחקר יש בעיקר תכונות תרמודינמיות, עיצוב תרמי, נזק תרמי.
תכונות תרמודינמיות, מתייחס לתהליך שינוי הטמפרטורה, התכונות המכניות של חומרי טקסטיל עם השינוי במאפיינים. המבנה הפנימי של הרוב המכריע של חומרי הסיבים הוא מבנה דו-פאזי, כלומר הדו-קיום של השלב הגבישי (אזור הגבישי) והשלב האמורפי (האזור האמורפי). עבור השלב הגבישי של האזור הגבישי, תחת פעולת החום למצב התרמודינמי שלו יש שני סוגים: האחד הוא המצב הגבישי לאחר ההמסה, המאפיינים המכניים שלו מתבטאים כגוף נוקשה, ויש לו מאפיינים של חוזק גבוה, התארכות קטנה, מודולוס גדול; השני הוא המצב המותך לאחר ההמסה, המאפיינים המכניים שלו מתבטאים כגוף זרימה צמיג. ניתן להבחין בין השניים לפי נקודת ההיתוך. עבור השלב האמורפי של האזור האמורפי, במצב התרמודינמי שלו יש מצב קיפול שביר, מצב זגוגי, גמישות גבוהה ומצב זרימה צמיגית, בהתאמה, בהתאם לגודל יכולת העיוות להשתמש בטמפרטורת המעבר של קיפול שביר. , טמפרטורת מעבר זכוכית, טמפרטורת מעבר זרימה צמיגה לחלוקה.
1. התרמודינמיקה של חומרי סיבים, שלושה מצבים
עבור פולימרים ליניאריים, טמפרטורת מעבר הזרימה הצמיגה של השלב האמורפי של החומר ונקודת ההיתוך של הגבישי חופפים זה לזה, קשה להבחין, ולכן מדידת התכונות התרמודינמיות של הסיב היא השינוי הראשון ב. השלב האמורפי של השינויים המתבטאים בקימורים האופייניים של השיער המוצגים באיור 1.
איור 1 איור 1 עקומה תרמודינמית אופיינית של חומר סיבים
איור 1 הוא בתנאי לחץ קבועים יכולת עיוות סיבים (קו מוצק) ומודול מתיחה (קו מקווקו) עם תהליך שינוי הטמפרטורה, נקודת המפנה לטמפרטורת מעבר הזכוכית Tg, וטמפרטורת מעבר הזרימה הצמיגה Tf, וטמפרטורת המעבר לאזור שהוא פולימר אמורפי יש מאפיינים מכניים של שלושה מצבים. ביניהם, רוב הסיבים הסינתטיים המאפיינים המכניים של שלושת המצבים ברורים יותר, בעוד שסיבים טבעיים (כותנה, פשתן, צמר, משי) וסיבים תאית מתחדשים וכו' בקצב טמפרטורה מסוים (טמפרטורה גבוהה) אינם נראים ברורים יותר. מאפייני מצב זרימה צמיגית, אך פירוק ישיר, פחממה.
תורגם עם www.DeepL.com/Translator (גרסה חינמית)
1, מצב זכוכית
במצב טמפרטורה נמוכה, אנרגיית התנועה התרמית של מקרומולקולות בתוך הסיב על ידי התחתון, תנועת היחידות בבסיס, חוליות, שרשרת מסועפת קצרה ועוד יחידות קצרות, השרשרת נמצאת במצב "קפוא", התנועה של הרטט המקומי להעביר קדימה את אורך הקשר, זווית הקשר משתנה. לכן, מודול המשיכה של הסיבים הוא גבוה מאוד, חוזק גבוה, יכולת העיוות קטנה מאוד, ובנוסף לכוח החיצוני, העיוות נעלם במהירות, הסיב קשה ושביר, בדומה לתכונות המכניות של הזכוכית, כך זה נקרא מצב מזוגג (או מצב זכוכית קשה). כאשר הטמפרטורה מוגברת עוד יותר, גודל היחידה המוטורית גדל, למקטעי שרשרת מקרומולקולות הסיבים יש יכולת מסויימת לחזור אחורה, הסיב מראה גמישות מסוימת, קשיחות, ניתן לראות את הכוח במקרה של דפורמציה פלסטית, זה מצב מכונה לעתים קרובות מצב הזכוכית הרכה (או ידוע כאלסטיות גבוהה מאולצת), הרוב המכריע של הסיבים בתנאי טמפרטורת החדר במצב זה.
כאשר חוליות השרשרת, מקטעי השרשרת, סיבוב השרשרת הראשי ובסיס הצד קפואים נקרא מצב קיפול שביר.
טמפרטורת מעבר הזכוכית של סיבי טקסטיל גבוהה לרוב מטמפרטורת החדר, כך שבתנאי טמפרטורת החדר, הבגדים יכולים לשמור על מידה מסוימת של חוזק מתיחה ונוקשות, כגון טמפרטורת זכוכית ספנדקס מתחת ל--40 מעלות צלזיוס (סוג פוליאתר -70 מעלות C ~ -50 מעלות C) בסביבת הסביבה עם גמישות מעולה.
2, מצב אלסטי גבוה
כאשר הטמפרטורה ממשיכה לעלות מעל טמפרטורה מסוימת (טמפרטורת מעבר זכוכית Tg), מודול המתיחה של הסיב ירד לפתע, הסיב על ידי פעולת כוח קטן על התרחשות דפורמציה גדולה, וכאשר הכוח החיצוני מורם. , דפורמציה של התאוששות מהירה. בעקומת "טמפרטורה - דפורמציה" או "טמפרטורה - מודולוס" מופיע אזור פלטפורמה, ההתנהגות המכנית של מרווח זה דומה למאפיינים המכניים של הגומי, המצב המכני של הסיב נקרא מצב גמישות גבוהה או מצב גומי. ממנגנון התנועה המולקולרית, בטמפרטורה זו בתוך הסיב שרשרת המקרו-מולקולרית "הופשרה", ניתן לסובב את השרשרת סביב ציר השרשרת הראשי, כך שקל יותר לסלסל את המקרומולקולות, ליישר את העיוות, וגם הדפורמציה קלה. ליצור באמצעות התנועה התרמית של השרשרת כדי לשחזר את הצורה המקורית. זהו מצב מכני ייחודי של הפולימר, המהות של דפורמציה אלסטית היא תנועת השרשרת של המקרומולקולה המתיחה תנועת מסתלסל של ביצועי המאקרו.
3, מצב זרימה צמיגה
כאשר הטמפרטורה ממשיכה לעלות לטמפרטורה מסוימת (טמפרטורת מעבר זרימה צמיגה Tf), התנועה התרמית של המקרומולקולות כדי להתגבר על הכוחות הבין-מולקולריים, יחידת התנועה מקטעי השרשרת להתרחב לשרשרת המקרומולקולרית, המקרומולקולות שניתן לראות. בין ההחלקה היחסית, יכולת העיוות להגדיל באופן משמעותי ובלתי הפיכה. סיבי טקסטיל מציגים מצב נוזלי צמיג וניתן לזרימה, מצב מכני זה של הסיב נקרא מצב זרימה צמיג. כאשר מידת הפילמור של מקרומולקולות גבוהה מאוד, השימוש הבין מולקולרי בכוח גדול מאוד, ההסתבכות בין המקרומולקולות חמורה, ההחלקה היחסית בין המולקולות קשה מאוד, לא יהיה מצב זרימה צמיג.
האמור לעיל מנקודת המבט הקינמטיקה המולקולרית מתאר את שלושת המצבים התרמודינמיים, מנקודת מבט הפאזה, המצב הזגוגי, הגמישות הגבוהה ומצב הזרימה הצמיגית הם פאזה לא גבישית, כלומר, סידור המקרומולקולות בין המצב של המצב האקראי (מופרע, אמורפי).