Los cambios moleculares de POY durante el proceso de texturización (dibujo-texturizado, DTY)
Hoy seguiremos la cadena de la industria y hablaremos sobre los cambios moleculares de POY durante el proceso de texturización (dibujo-texturizado, DTY).
Los cambios a nivel molecular de POY durante la texturización (DTY) son un proceso dinámico de varias etapas. El mecanismo central es que las cadenas moleculares, bajo fuerzas externas (estiramiento, torsión) y energía térmica, se reorganizan gradualmente desde un estado metaestable a una forma más estable y ordenada que posee un rizado permanente. A continuación se muestra un resumen de los cambios moleculares clave en cada paso del procesamiento:
Ⅰ 、 Estado molecular inicial de la materia prima de POY en la etapa de entrada de POY: el POY recién hilado se encuentra en un estado metaestable.
1. Inhomogeneidad estructural: hay una falta de uniformidad 'más alta en la superficie, más baja en el núcleo' en la orientación molecular: las cadenas moleculares de la superficie tienen una orientación más alta debido a un enfriamiento más rápido y un corte más fuerte, mientras que el núcleo tiene una orientación más baja.
2. Alto estrés interno: después de que las cadenas moleculares se han estirado a la fuerza, adoptan una conformación 'enderezada-tensada', almacenando una gran cantidad de estrés de orientación y estrés de contracción volumétrica.
1. Cristalización imperfecta: el grado de cristalinidad es muy bajo y consiste principalmente en cuasicristales o microcristales amorfos; Las cadenas en las regiones amorfas están muy entrelazadas y hay pocos puntos de entrecruzamiento estables.
II.、Espiración y falsa torsión (pasos de formación del núcleo)
Estos ocurren en la primera cámara de calentamiento y en la zona de falsa torsión aguas abajo y constituyen la etapa clave para una intensa reordenación molecular.
Calentamiento y estirado (primer rodillo → primera cámara de calentamiento → segundo rodillo)
① Activación térmica: en un ambiente calentado por encima de la temperatura de transición vítrea (Tg) (para poliéster aproximadamente 160–220 °C), se activa el movimiento segmentario de las cadenas de polímero.
② Reordenamiento de la cadena según el dibujo
Orientación y desenredo: bajo la acción de estiramiento en el segundo rollo, las cadenas tensas y enredadas se deslizan, se extienden y se alinean en la dirección de la fuerza aplicada (eje de la fibra), aumentando la proporción de cadenas enderezadas y elevando significativamente la orientación molecular.
Cristalización inducida por tensión: la tensión de tracción proporciona energía y una fuerza impulsora para la disposición ordenada de las cadenas a lo largo del eje de la fibra, promoviendo la formación de microcristales y un marcado aumento de la cristalinidad. Alguna literatura indica que esta etapa es el comienzo de la transición de POY de una cristalinidad baja a una cristalinidad más alta.
③ Relajación de tensiones y liberación de tensiones internas: el calentamiento hace que las cadenas sean más flexibles, de modo que parte de las tensiones internas almacenadas durante el hilado (tensiones de orientación, tensiones volumétricas) pueden liberarse y relajarse.
Falsa torsión (falso torsión como región central)
① Torsión y cizallamiento: la falsa torsión aplica un cizallamiento rotacional al hilo, lo que obliga a las cadenas de polímero en estado termoplástico a sufrir torsión y bobinado.
② Fijación de la conformación y formación de rizos: bajo la torsión impuesta por el falso tornado, las cadenas ya estiradas y calentadas adquieren temporalmente conformaciones específicas (por ejemplo, helicoidales), formando el rizo embrionario. Esta parte se detalla con menos frecuencia en la literatura, pero desde la perspectiva del proceso, la falsa torsión es la causa directa de impartir la morfología del rizado.
III 、 Termofijado y postratamiento (que se produce en la segunda cámara de calentamiento/fijado y después)
El objetivo es estabilizar la estructura recién formada.
Fijación por calor (segunda cámara de calentamiento)
① Relajación y permanenteización de la estructura molecular: después de desenroscarse del falso tornado, se elimina la torsión, pero mediante un calentamiento moderado en la segunda cámara de calentamiento las cadenas experimentan movimientos de relajación controlados sin restricciones mecánicas.
② Eliminación de tensiones de torsión temporales: se alivian las tensiones de torsión residuales introducidas durante la falsa torsión.
③ Promoción de la perfección y recristalización del cristal: se suministra energía para permitir que los microcristales crezcan y se homogenicen en tamaño o se recristalicen; la cristalinidad continúa aumentando y la red cristalina se vuelve más perfecta y estable.
④ Bloqueo de la estructura: la nueva estructura ondulada formada mediante estiramiento y torsión se fija permanentemente mediante puntos de cristalización y fuerzas intermoleculares recién creados (p. ej., enlaces de hidrógeno, fuerzas de van der Waals), lo que le da a DTY su engarce estable y recuperación elástica.
⑤ Reducción de la contracción térmica y la estabilidad dimensional: al mejorar las regiones cristalinas y aumentar la reticulación física entre las cadenas, se limita el deslizamiento futuro de la cadena al calentarla, lo que reduce la contracción en agua hirviendo y mejora la estabilidad dimensional del producto terminado.
Lubricación y bobinado
① Reducción del daño por fricción: los lubricantes forman una película protectora en la superficie, reduciendo la rotura (daño) de la cadena causada por las fuerzas de corte cuando el hilo entra en contacto con partes metálicas como guías y rodillos, y evitando la degradación excesiva y la generación de 'pelusa' o polvo (oligómeros, aceite, fibras desgastadas).
② Modificación del estado de la superficie: la humectación y adsorción del lubricante en la superficie de la fibra puede alterar ligeramente la disposición o el estado de relajación de las cadenas de la superficie, pero no afecta la estructura interna en masa.
IV、 Resumen: Las manifestaciones macroscópicas de los cambios moleculares a lo largo del proceso de texturización de POY a DTY se reflejan principalmente a nivel molecular en:
1. Orientación: de no uniforme a más uniforme, aumentada y estabilizada.
1. Cristalinidad: desde muy baja y desordenada hasta moderada, uniforme y más perfeccionada (generalmente creciente, aunque un procesamiento excesivo o ciertos materiales pueden provocar una disminución por deterioro).
2. Enredo y tensión interna: desde muy enredado y tensión interna alta hasta moderadamente desenredado con tensiones en gran medida liberadas.
3. Morfología: desde una conformación enderezada y tensada hasta una conformación estable helicoidal/rizada que queda fijada por la cristalización.
En última instancia, estos cambios a nivel molecular determinan las propiedades macroscópicas del DTY: la resistencia a la tracción generalmente aumenta (debido a una mayor orientación/cristalinidad); el alargamiento de rotura se reduce considerablemente (orientación/cristalinidad); la contracción en agua hirviendo disminuye significativamente (debido al fraguado y al bloqueo de la cristalización); y la recuperación elástica mejora notablemente (debido a la estructura de rizado estabilizada).
Es importante señalar que las faltas de homogeneidad molecular inicial en POY (en orientación y cristalinidad) pueden amplificarse durante la texturización, convirtiéndose en la causa principal del teñido desigual y la variabilidad en las propiedades físicas de DTY. Por lo tanto, suministrar POY de alta calidad con una estructura molecular uniforme es un requisito previo fundamental para lograr un procesamiento DTY de alta calidad.
