目前，纺粘非织造布生产使用的主要原料是聚丙烯、聚酯和聚酰胺，由于聚酯、聚酰胺的分子结构决定其结晶能力较低，在纺丝过程中结晶很少或根本不能结晶。因此，为改善纤维的性能，在纺丝成形后，必须进行热定型，以提高纤维中的结晶度，改善其结晶结构，从而在纤维中生成较多的稳定的结晶，提高纤维的物理机械性能。通过热定型处理，可以改善和提高非织造布的许多性能，如提高强度、降低纵横向强力比、增大密度、改善表面平整性、提高尺寸稳定性等，因此热定型工艺在非织造布生产中得到了广泛应用。

 

 

(一)热定型的基本原理

 

　　在纺丝和拉伸过程中，纤维所经历的时间很短，而大分子链段的松弛时间较长，一个大分子在周围其他大分子的影响下，常受到各个方向力的同时作用，使它的某些链段处于松弛状态，而其他一些链段则处于紧张状态，使纤维内部存在着不均匀的内应力;而且纤维的结晶结构也存在很多缺陷且不稳定。这种不均匀的内应力和结构上的缺陷对纤维的物理机械性能和尺寸稳定性十分不利，都有待于在后续的热处理中解决。这种后续的热处理工艺通常称为热定型。通过热定型后，纤维的结构和尺寸都比热定型前更为稳定。热定型可使某些链间的联结得到舒解和重建，因为定型所经历的时间较长，与大分子链段松弛时间有相同的数量级，所以来得及进行纤维重建。在这个过程中，内应力大部分可消除，大分子链的联结点得以加固，也能生成一些新的联结点，无定型区的平均序态也有所提高。这样，就在很大程度上改善了纤维的品质。

 

　　由于纤维晶区的结构远比无定形区牢固，稍高于玻璃化转变的温度不足以改变晶区的结构，所以必须采用远高于玻璃化温度的温度，才能达到改变晶区结构的目的。在实际定型工艺中，所选用的温度常在玻璃化温度和熔点之间，再加上湿度、张力等共同作用，使纤维晶区结构发生改变。视纤维种类和定型条件不同，纤维的晶区取向、结晶度、晶粒大小和结晶完整性或多或少会发生变化。当然，彻底改变纤维的结晶结构并非热定型的目的，但结晶结构对纤维尺寸和性能的稳定确实有很大的作用。

 

　　纤维在热定型过程中，晶区和无定型区结构都会发生变化，但热定型的目的是修补和改善纤维在成形或拉伸过程已经形成的不完善的结构，而不是彻底重建纤维结构。

 

　　归纳起来，可以说通过消除内应力和提高纤维结构的稳定性，可以达到提高纤维的尺寸稳定性，进一步改善纤维的物理机械性能，改善纤维的染色性能的目的。

 

　　热定型可以在不同的条件下完成，比如可以在一定张力作用下进行，也可以在无张力作用下进行。根据所加张力的大小，纤维在热定型时可以完全不发生收缩或发生部分收缩。如果根据定型时纤维的收缩状况来区分，则有以下4种定型方式:

 

　　​1.控制张力热定型

 

　　热定型时纤维不收缩而是略有伸长。

 

　　2.定长热定型

 

　　在定型过程中既不收缩，也不伸长。

 

　　3.部分收缩热定型

 

　　在定型过程中允许纤维产生一定的收缩。

 

　　4.自由收缩热定型

 

　　称为松弛热定型，在定型过程中不加控制。

 

　　热定型方式不同，所采用的工艺条件也不相同，热定型后纤维的结构和性能也就不同。不同类型的纤维在热定型时所发生的结构和性能方面的变化及产生的定型机理也是各不相同的，其定型的效果也会各异。因此定型方式的选择应视产品的最终用途和性能要求而定。

 

 

（二）热定型过程中纤维结构的变化

 

　　在热定型过程中纤维超分子结构的变化比拉伸过程中更明显。热定型过程中纤维结构的变化，在很大程度上取决于大分子链的柔性和热定型条件，如温度、张力等。

 

　　1、结晶方面的变化

 

　　对于结晶性的高聚物，在松弛状态下热定型，其结晶度有所提高，定型时温度越高结晶度的提高往往越快，常见的纤维，如聚酯、聚酰胺、聚丙烯等，在热定型过程中结晶度都有提高，一般可达20%～30%。如果是在定长热定型或在张力下热定型，结晶度增加得就较缓慢或保持不变。

 

　　对锦纶66和聚酯纤维的热定型研究表明，大分子折叠链的数目增加了。热定型前，锦纶66的结构特点是:序态较低，分子间键能分布宽，结构中有少数折叠链，但多数大分子链是伸直的。在热定型过程中，加热使链段自由运动，改组成较稳定较牢固的分子间键合，这种过程是一种局部的再结晶。纤维结构中原有的折叠链可能起到一种晶核的作用，使折叠链继续扩散，结晶度和结晶完整性随着提高。大量的链折叠引起纤维收缩。改组后的结果是晶区和无定形区都集中了，贯穿整个纤维网结构的长直链分子数减少，导致纤维强度下降。

 

　　涤纶热定型过程中，结晶度也有所提高，晶粒尺寸有所增加，折叠链的长度变大。实验表明涤纶在热定型过程中，在85℃时急剧产生前段结晶，生成准晶态结构，而从130℃左右开始，缓慢发生后段结晶，生成三斜晶结构，可以预料，结晶的速率和平衡结晶度与纤维原有的结构有关。

 

　　热定型也能影响晶格的结构。对聚丙烯的研究表明，定长热处理30min，准晶就可以变为有序性高的单斜晶，在70℃时更显著，随温度升高，准晶干涉强度下降，单斜晶干涉强度增大。

 

　　对取向的锦纶，如果在干状态下加热，则只能增加原来六方形结晶的完整性，如在水或其他氢键生成剂存在下加热，则会促使其转化为单斜晶变体。

 

　　一般认为，由于热处理而发生结晶时，以在高温下生成的结晶为稳定，因此，在低温下进行长时间热处理不及高温下短时间热处理好。

 

　　2、取向度的变化

 

　　纤维取向度的变化受热定型方式的影响很大。经松弛热定型后，总的来讲双折射率减小，这时由于原来的晶区和无定型区部分解取向的结果，在180～200℃热定型，不论是松弛还是紧张热定型，双折射率都有所增大，这可能与折叠链结晶结构的形成和发展有关。  在定长热定型或张力下热定型，双折射率能保持不变或略有增加。

 

　　​3、热定型对纤维性能的影响

 

　　在热定型过程中，纤维发生松弛和结构变化，其物理机械性能也必然随之发生变化。这种变化取决于纤维的性质和热定型的条件，热定型温度和张力对其性能的影响最为明显。与纤维取向度密切相关的断裂强力，在松驰定型中有所降低，这是因为纤维取向度降低的缘故；在不同温度下热定型时，涤纶的长度收缩随着定型温度的升高而增大，而剩余收缩率则随温度提高而下降。剩余收缩越小，纤维在以后的热处理过程中，收缩应力也会越小，有利于产品尺寸稳定性的提高。这正是松弛热定型的目的之一；对纤维吸湿及其染色性能的影响  由于在热定型过程中，纤维的结晶结构发生了变化，而水分子及染料一般只能渗入纤维的非晶区，因此定型后纤维的吸湿及其染色性都可能发生变化，对不同的纤维，其影响程度也不尽相同。

 

 

（三）热定型设备

 

　　热定型设备种类很多。应根据产品的最终性能要求和定型条件选择合适的定型设备。按照纤维或纤网的加热方式主要可分为两大类。

 

　　​1、热风式定型

 

　　这种定型的加热载体是热空气，通过热风穿透纤网，将热量传递给纤维，按照纤网在定型设备内的运动方式，又分为圆网滚筒式和单网式两种。

 

　　图3-7-29所示的是一种圆网滚筒式热处理设备。

　　

 

　　当采用单个滚筒时，为增加受热时间，纤网对滚筒的包围角可达300°，轴流风机从滚筒侧面抽风，形成循环气流，气流经过热交换器时进行加热。这种设备具有占地面积小，加热速度快，定型后表面平整等特点。圆网滚筒也有采用2个或更多的，排列方式可采取垂直排列和水平排列，如图3-7-30和图3-7-31所示。

　　

　　

　　这两种设备都可使热风交替穿过纤网的两面，加热效果更理想，更适合于厚重产品的热定型，可以通过改变滚筒直径，增加其加热能力。每只滚筒都可以单独调速，以适应加工不同品种及规格的纤网，因为不同的纤维，其热收缩率不同。 

 

　　有时，为了控制纤网的收缩，增加纤网的密实程度，在圆筒上附加一压网帘。图3-7-32是单层平网式热定型设备，这种设备的突出特点是，可以根据需要将整个工作长度分为几个不同的温度区域，以满足工艺上的要求，但其缺点是占地面积大。一般地讲，热风定型过程中，热空气穿透整个纤网，使纤网中间部分的纤维也能受热均匀、定型效果好而持久。