As mudanças moleculares do POY durante o processo de texturização (extrair-texturização, DTY)

As mudanças moleculares do POY durante o processo de texturização (extrair-texturização, DTY)

Hoje acompanharemos a cadeia da indústria e falaremos sobre as alterações moleculares do POY durante o processo de texturização (extrair-texturização, DTY).

As mudanças em nível molecular do POY durante a texturização (DTY) são um processo dinâmico de vários estágios. O mecanismo central é que as cadeias moleculares, sob forças externas (alongamento, torção) e energia térmica, reorganizam-se gradualmente de um estado metaestável para uma forma ordenada e mais estável que possui ondulação permanente. Abaixo está um resumo das principais alterações moleculares em cada etapa do processamento:

Ⅰ、Estado molecular inicial da matéria-prima POY no estágio de entrada do POY: o POY recém-fiado está em um estado metaestável.

1. Inomogeneidade estrutural: há uma não uniformidade 'mais alta na superfície, mais baixa no núcleo' na orientação molecular - as cadeias moleculares de superfície têm orientação mais alta devido ao resfriamento mais rápido e cisalhamento mais forte, enquanto o núcleo tem orientação mais baixa.

2. Alta tensão interna: depois que as cadeias moleculares foram esticadas à força, elas adotam uma conformação 'endireitada-tensionada', armazenando uma grande quantidade de tensão de orientação e tensão de contração volumétrica.

1. Cristalização imperfeita: o grau de cristalinidade é muito baixo, consistindo principalmente de quase-cristais ou microcristais amorfos; as cadeias nas regiões amorfas são altamente emaranhadas e há poucos pontos de reticulação estáveis.

II.、Desenho e falsa torção (etapas de formação do núcleo)
Ocorrem na primeira câmara de aquecimento e na zona de falsa torção a jusante e constituem o estágio chave para o intenso rearranjo molecular.

Aquecimento e trefilação (primeiro rolo → primeira câmara de aquecimento → segundo rolo)
① Ativação térmica: em um ambiente aquecido acima da temperatura de transição vítrea (Tg) (para poliéster aproximadamente 160–220 °C), o movimento segmentar das cadeias poliméricas é ativado.
② Reorganização da cadeia em desenho

Orientação e desembaraço: sob a ação de estiramento no segundo rolo, as cadeias tensas e emaranhadas deslizam, estendem-se e alinham-se na direção da força aplicada (eixo da fibra), aumentando a proporção de cadeias endireitadas e aumentando significativamente a orientação molecular.

Cristalização induzida por tensão: a tensão de tração fornece energia e força motriz para o arranjo ordenado das cadeias ao longo do eixo da fibra, promovendo a formação de microcristais e um aumento acentuado da cristalinidade. Alguma literatura indica que esta fase é o início da transição do POY de baixa para maior cristalinidade.
③ Relaxamento de tensão e liberação de tensões internas: o aquecimento torna as correntes mais flexíveis para que parte das tensões internas armazenadas durante a fiação (tensão de orientação, tensão volumétrica) possam ser liberadas e relaxadas.

Falsa torção (falso twister como região central)
① Torção e cisalhamento: o falso twister aplica cisalhamento rotacional ao fio, forçando cadeias de polímero em estado termoplástico a sofrer torção e enrolamento.
② Fixação da conformação e formação de crimpagem: sob a torção imposta pelo falso twister, as correntes já desenhadas e aquecidas são temporariamente moldadas em conformações específicas (por exemplo, helicoidal), formando a crimpagem embrionária. Esta parte é menos detalhada na literatura, mas do ponto de vista do processo, a falsa torção é a causa direta da transmissão da morfologia da crimpagem.

III、Aquecimento e pós-tratamento (ocorrendo na segunda câmara de aquecimento/ajuste e posteriormente)
O objetivo é estabilizar a estrutura recém-formada.

Aquecimento (segunda câmara de aquecimento)
① Relaxamento e permanenteização da estrutura molecular: após o desenrolamento do falso twister, a torção é removida, mas por aquecimento moderado na segunda câmara de aquecimento as cadeias sofrem movimentos de relaxamento controlados sem restrições mecânicas.
② Eliminação de tensões de torção temporárias: as tensões de torção residuais introduzidas durante a falsa torção são aliviadas.
③ Promoção da perfeição e recristalização do cristal: a energia é fornecida para permitir que os microcristais cresçam e homogeneizem em tamanho ou sofram recristalização; a cristalinidade continua a aumentar e a estrutura cristalina torna-se mais perfeita e estável.
④ Travamento da estrutura: a nova estrutura crimpada formada por estiramento e torção é fixada permanentemente por pontos de cristalização recém-criados e forças intermoleculares (por exemplo, ligação de hidrogênio, forças de van der Waals), dando assim ao DTY sua crimpagem estável e recuperação elástica.
⑤ Redução do encolhimento térmico e da estabilidade dimensional: ao melhorar as regiões cristalinas e aumentar a reticulação física entre as cadeias, o deslizamento futuro da cadeia após o aquecimento é limitado, reduzindo o encolhimento da água fervente e melhorando a estabilidade dimensional do produto acabado.

Lubrificação e enrolamento
① Redução de danos por atrito: os lubrificantes formam uma película protetora na superfície, reduzindo a quebra (danos) da corrente causada por forças de cisalhamento quando o fio entra em contato com peças metálicas, como guias e rolos, e evitando degradação excessiva e geração de 'penugem' ou pó (oligômeros, óleo, fibras desgastadas).
② Modificação do estado da superfície: a umectação e a adsorção do lubrificante na superfície da fibra podem alterar ligeiramente o arranjo ou o estado de relaxamento das cadeias superficiais, mas não afetam a estrutura interna do volume.

IV、 Resumo: As manifestações macroscópicas das alterações moleculares ao longo do processo de texturização POY para DTY são refletidas principalmente no nível molecular em:

1. Orientação: de não uniforme a mais uniforme, aumentada e estabilizada.

1. Cristalinidade: de muito baixa e desordenada a moderada, uniforme e mais perfeita (geralmente aumentando, embora o processamento excessivo ou certos materiais possam causar uma diminuição devido a danos).

2. Emaranhamento e estresse interno: desde altamente emaranhado e alto estresse interno até moderadamente desembaraçado com tensões amplamente liberadas.

3. Morfologia: de uma conformação esticada e tensionada a uma conformação helicoidal/enrugada estável que é travada pela cristalização.

Em última análise, estas alterações a nível molecular determinam as propriedades macroscópicas do DTY: a resistência à tração geralmente aumenta (devido à maior orientação/cristalinidade); o alongamento na ruptura é bastante reduzido (orientação/cristalinidade); a contração da água fervente diminui significativamente (devido à pega e ao travamento da cristalização); e a recuperação elástica é significativamente melhorada (devido à estrutura de crimpagem estabilizada).

É importante notar que as heterogeneidades moleculares iniciais no POY (em orientação e cristalinidade) podem ser amplificadas durante a texturização, tornando-se a causa raiz do tingimento irregular e da variabilidade nas propriedades físicas do DTY. Portanto, fornecer POY de alta qualidade com estrutura molecular uniforme é um pré-requisito fundamental para obter processamento DTY de alta qualidade.