Die molekularen Veränderungen von POY während des Texturierungsprozesses (Draw-Texturing, DTY).

Die molekularen Veränderungen von POY während des Texturierungsprozesses (Draw-Texturing, DTY).

Heute werden wir die Industriekette verfolgen und über die molekularen Veränderungen von POY während des Texturierungsprozesses (Draw-Texturierung, DTY) sprechen.

Die Veränderungen von POY auf molekularer Ebene während der Texturierung (DTY) sind ein dynamischer, mehrstufiger Prozess. Der Kernmechanismus besteht darin, dass sich Molekülketten unter äußeren Kräften (Dehnung, Verdrehung) und thermischer Energie allmählich von einem metastabilen Zustand in eine stabilere, geordnetere Form umwandeln, die über eine dauerhafte Kräuselung verfügt. Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung der wichtigsten molekularen Veränderungen bei jedem Verarbeitungsschritt:

Ⅰ、Anfangsmolekularer Zustand des POY-Ausgangsmaterials in der POY-Eingabephase: Frisch gesponnenes POY befindet sich in einem metastabilen Zustand.

1. Strukturelle Inhomogenität: Es gibt eine „höher an der Oberfläche, niedriger am Kern“-Ungleichmäßigkeit in der Molekülorientierung – Oberflächenmolekülketten haben aufgrund schnellerer Abkühlung und stärkerer Scherung eine höhere Orientierung, während der Kern eine niedrigere Orientierung aufweist.

2. Hohe innere Spannung: Nachdem die Molekülketten gewaltsam gedehnt wurden, nehmen sie eine „gestreckt-gespannte“ Konformation an und speichern eine große Menge an Orientierungsspannung und volumetrischer Kontraktionsspannung.

1. Unvollkommene Kristallisation: Der Kristallinitätsgrad ist sehr gering und besteht hauptsächlich aus amorphen Quasikristallen oder Mikrokristallen. Die Ketten in den amorphen Bereichen sind stark verschlungen und es gibt nur wenige stabile Vernetzungspunkte.

II. Verstreckung und Falschdrall (Kernbildungsschritte)
Diese treten in der ersten Heizkammer und der nachgeschalteten Falschdrallzone auf und bilden die Schlüsselphase für eine intensive molekulare Umlagerung.

Erhitzen und Ziehen (erste Walze → erste Heizkammer → zweite Walze)
① Thermische Aktivierung: In einer erhitzten Umgebung oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) (für Polyester etwa 160–220 °C) wird die segmentale Bewegung der Polymerketten aktiviert.
② Kettenumordnung unter Zeichnung

Orientierung und Entwirrung: Unter der Zugwirkung der zweiten Walze gleiten die gespannten, verschlungenen Ketten, dehnen sich aus und richten sich in Richtung der ausgeübten Kraft (Faserachse) aus, wodurch der Anteil gerader Ketten zunimmt und die molekulare Orientierung deutlich ansteigt.

Spannungsinduzierte Kristallisation: Die Zugspannung liefert Energie und eine treibende Kraft für die geordnete Anordnung der Ketten entlang der Faserachse, was die Bildung von Mikrokristallen und einen deutlichen Anstieg der Kristallinität fördert. Einige Literaturangaben deuten darauf hin, dass dieses Stadium der Beginn des Übergangs von POY von niedriger zu höherer Kristallinität ist.
③ Spannungsentspannung und innerer Spannungsabbau: Durch Erhitzen werden die Ketten flexibler, so dass ein Teil der beim Spinnen gespeicherten inneren Spannungen (Orientierungsspannung, Volumenspannung) abgebaut und entspannt werden kann.

Falschdrall (Falschdraller als Kernbereich)
① Drehung und Scherung: Der Falschdraller übt eine Rotationsscherung auf das Garn aus und zwingt Polymerketten im thermoplastischen Zustand zu einer Torsion und Wicklung.
② Konformationsfixierung und Kräuselbildung: Unter der durch den Falschdrall erzeugten Drehung werden die bereits gezogenen und erhitzten Ketten vorübergehend in spezifische Konformationen (z. B. helikal) geformt, wodurch die embryonale Kräuselung entsteht. Dieser Teil wird in der Literatur seltener detailliert beschrieben, aber aus prozesstechnischer Sicht ist die Falschdrallung die direkte Ursache für die Verleihung der Kräuselungsmorphologie.

III、Thermofixierung und Nachbehandlung (in der zweiten/Fixierungsheizkammer und danach)
Ziel ist die Stabilisierung der neu gebildeten Struktur.

Thermofixierung (zweite Heizkammer)
① Entspannung und Permanentisierung der Molekülstruktur: Nach dem Aufdrehen aus dem Falschdraller wird die Drehung entfernt, aber durch mäßiges Erhitzen in der zweiten Heizkammer durchlaufen die Ketten kontrollierte Entspannungsbewegungen ohne mechanische Einschränkungen.
② Beseitigung vorübergehender Torsionsspannungen: Resttorsionsspannungen, die beim Falschdrallen entstehen, werden abgebaut.
③ Förderung der Kristallperfektion und Rekristallisation: Es wird Energie zugeführt, damit Mikrokristalle wachsen und ihre Größe homogenisieren oder eine Rekristallisation durchlaufen können. Die Kristallinität nimmt weiter zu und das Kristallgitter wird perfekter und stabiler.
④ Strukturverriegelung: Die neue gekräuselte Struktur, die durch Ziehen und Verdrehen entsteht, wird durch neu geschaffene Kristallisationspunkte und intermolekulare Kräfte (z. B. Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waals-Kräfte) dauerhaft fixiert, wodurch DTY seine stabile Kräuselung und elastische Erholung erhält.
⑤ Reduzierte thermische Schrumpfung und Dimensionsstabilität: Durch die Verbesserung der kristallinen Bereiche und die Erhöhung der physikalischen Vernetzung zwischen den Ketten wird der zukünftige Kettenschlupf beim Erhitzen begrenzt, wodurch die Schrumpfung in kochendem Wasser verringert und die Dimensionsstabilität des Endprodukts verbessert wird.

Ölen und Aufwickeln
① Reduzierung von Reibungsschäden: Schmierstoffe bilden einen Schutzfilm auf der Oberfläche, der Kettenbrüche (Schäden) durch Scherkräfte beim Kontakt des Garns mit Metallteilen wie Führungen und Rollen reduziert und übermäßigen Abbau und die Bildung von „Fussel“ oder Pulver (Oligomere, Öl, abgeriebene Fasern) verhindert.
② Modifikation des Oberflächenzustands: Die Benetzung und Adsorption des Schmiermittels auf der Faseroberfläche kann die Anordnung oder den Relaxationszustand der Oberflächenketten leicht verändern, hat jedoch keinen Einfluss auf die innere Massenstruktur.

IV、 Zusammenfassung: Die makroskopischen Manifestationen molekularer Veränderungen während des POY-zu-DTY-Texturierungsprozesses spiegeln sich hauptsächlich auf molekularer Ebene wider in:

1. Orientierung: von ungleichmäßig zu gleichmäßiger, erhöht und stabilisiert.

1. Kristallinität: von sehr niedrig und ungeordnet bis mäßig, gleichmäßig und perfektionierter (im Allgemeinen zunehmend, obwohl übermäßige Verarbeitung oder bestimmte Materialien aufgrund von Schäden zu einer Abnahme führen können).

2. Verflechtung und innere Spannung: von stark verwickelt und hoher innerer Spannung bis hin zu mäßiger Entwirrung mit weitgehend freigesetzten Spannungen.

3. Morphologie: von einer geraden, gespannten Konformation zu einer stabilen helikalen/gekräuselten Konformation, die durch Kristallisation fixiert wird.

Letztendlich bestimmen diese Veränderungen auf molekularer Ebene die makroskopischen Eigenschaften von DTY: Die Zugfestigkeit nimmt im Allgemeinen zu (aufgrund der höheren Orientierung/Kristallinität); Bruchdehnung wird stark reduziert (Orientierung/Kristallinität); Die Schrumpfung in kochendem Wasser nimmt deutlich ab (aufgrund des Abbindens und der Kristallisationsblockierung); und die elastische Erholung wird deutlich verbessert (aufgrund der stabilisierten Kräuselungsstruktur).

Es ist wichtig zu beachten, dass anfängliche molekulare Inhomogenitäten in POY (in Orientierung und Kristallinität) während der Texturierung verstärkt werden können und zur Hauptursache für ungleichmäßige Färbung und Variabilität in den physikalischen Eigenschaften von DTY werden. Daher ist die Bereitstellung von qualitativ hochwertigem POY mit einheitlicher Molekularstruktur eine Grundvoraussetzung für die Erzielung einer qualitativ hochwertigen DTY-Verarbeitung.