อุณหพลศาสตร์สามสถานะของวัสดุเส้นใย

การศึกษาวัสดุสิ่งทอที่อุณหภูมิต่างๆ ในโครงสร้างภายในและคุณสมบัติของกฎแห่งการเปลี่ยนแปลง เพื่อการประมวลผลที่สมเหตุสมผลและการใช้งานที่ถูกต้องมีความสำคัญที่สำคัญ คุณสมบัติของไฟเบอร์ที่จุดเปลี่ยนอุณหภูมิก่อนและหลังประสิทธิภาพจะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ โดยมีจุดเปลี่ยนอุณหภูมิที่แตกต่างกันเพื่อระบุลักษณะเฉพาะ จากเนื้อหาในการศึกษา มีคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์เป็นหลัก การสร้างความร้อน ความเสียหายจากความร้อน
คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์หมายถึงกระบวนการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิคุณสมบัติทางกลของวัสดุสิ่งทอที่มีการเปลี่ยนแปลงในลักษณะ โครงสร้างภายในของวัสดุไฟเบอร์ส่วนใหญ่เป็นโครงสร้างสองเฟส นั่นคือ การอยู่ร่วมกันของเฟสผลึก (โซนผลึก) และเฟสอสัณฐาน (โซนอสัณฐาน) สำหรับเฟสผลึกของโซนผลึก ภายใต้การกระทำของความร้อน สถานะทางอุณหพลศาสตร์ของมันมีสองประเภท: หนึ่งคือสถานะผลึกหลังจากการหลอมเหลว ลักษณะทางกลของมันปรากฏเป็นวัตถุแข็ง และมีลักษณะของความแข็งแรงสูง การยืดตัวมีขนาดเล็ก โมดูลัสมีขนาดใหญ่ อีกประการหนึ่งคือสถานะหลอมเหลวหลังจากการหลอมเหลว ลักษณะทางกลของมันปรากฏเป็นของเหลวที่มีความหนืด ทั้งสองสามารถแยกแยะได้ด้วยจุดหลอมเหลว สำหรับเฟสอสัณฐานของโซนอสัณฐาน ภายใต้การกระทำของความร้อน สถานะทางอุณหพลศาสตร์จะมีสถานะการพับแบบเปราะ สถานะคล้ายแก้ว ความยืดหยุ่นสูง และสถานะการไหลแบบหนืด ตามลำดับ ตามขนาดของความสามารถในการเปลี่ยนรูปเพื่อใช้อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงการพับแบบเปราะ , อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว, อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะการไหลแบบหนืดเพื่อแบ่ง

1.อุณหพลศาสตร์ของวัสดุเส้นใย 3 สถานะ
สำหรับโพลีเมอร์เชิงเส้น อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านการไหลแบบหนืดของเฟสอสัณฐานของวัสดุและจุดหลอมเหลวของผลึกมักจะทับซ้อนกัน เป็นการยากที่จะแยกแยะความแตกต่าง ดังนั้นการวัดคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของเส้นใยจึงเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งแรกใน ระยะอสัณฐานของการเปลี่ยนแปลงที่แสดงในส่วนโค้งทั่วไปของเส้นผมที่แสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 เส้นโค้งทางอุณหพลศาสตร์ทั่วไปของวัสดุเส้นใย
รูปที่ 1 อยู่ภายใต้สภาวะความเครียดคงที่ ความสามารถในการเปลี่ยนรูปของเส้นใย (เส้นทึบ) และโมดูลัสแรงดึง (เส้นประ) ด้วยกระบวนการเปลี่ยนอุณหภูมิ จุดเปลี่ยนของอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว Tg และอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของความหนืด Tf และอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านมี โซนซึ่งเป็นโพลีเมอร์อสัณฐานมีลักษณะทางกลสามสถานะ ในหมู่พวกเขาลักษณะสามสถานะเชิงกลของเส้นใยสังเคราะห์ส่วนใหญ่มีความชัดเจนมากขึ้น ในขณะที่เส้นใยธรรมชาติ (ผ้าฝ้าย ผ้าลินิน ขนสัตว์ ผ้าไหม) และเส้นใยเซลลูโลสที่สร้างใหม่ ฯลฯ ในอัตราอุณหภูมิที่แน่นอน (อุณหภูมิสูง) ไม่แสดงชัดเจนมากขึ้นและ ลักษณะสถานะการไหลที่มีความหนืด แต่การสลายตัวโดยตรงการทำให้เป็นคาร์บอน

แปลด้วย www.DeepL.com/Translator (เวอร์ชันฟรี)

1 สถานะแก้ว
ในสถานะอุณหภูมิต่ำ พลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลขนาดใหญ่ภายในเส้นใยด้านล่าง การเคลื่อนที่ของหน่วยในฐาน ข้อต่อ โซ่กิ่งสั้น และหน่วยสั้นอื่นๆ โซ่อยู่ในสถานะ "แช่แข็ง" การเคลื่อนที่ ของแรงสั่นสะเทือนเฉพาะที่ส่งผลให้ความยาวของพันธะเปลี่ยนไป และมุมของพันธะเปลี่ยนแปลงไป ดังนั้นโมดูลัสดึงเส้นใย Shen จึงสูงมาก มีความแข็งแรงสูง ความสามารถในการเปลี่ยนรูปมีขนาดเล็กมากและนอกเหนือจากแรงภายนอกแล้ว การเสียรูปก็หายไปอย่างรวดเร็ว เส้นใยก็แข็งและเปราะคล้ายกับคุณสมบัติทางกลของแก้ว ดังนั้น เรียกว่าสถานะเคลือบ (หรือสถานะกระจกแข็ง) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีก ขนาดของชุดมอเตอร์จะเพิ่มขึ้น ส่วนโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ของเส้นใยมีความสามารถบางอย่างในการย้อนกลับ เส้นใยแสดงความยืดหยุ่น ความเหนียว แรงสามารถมองเห็นได้ในกรณีของการเสียรูปพลาสติก สิ่งนี้ สถานะมักเรียกกันว่าสถานะแก้วอ่อน (หรือเรียกว่าสถานะความยืดหยุ่นสูงแบบบังคับ) ซึ่งเป็นเส้นใยส่วนใหญ่ในสภาวะอุณหภูมิห้องในสถานะนี้
เมื่อตัวต่อโซ่ ส่วนโซ่ การหมุนของโซ่หลัก และฐานด้านข้างถูกแช่แข็ง เรียกว่าสถานะการพับแบบเปราะ
อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วของเส้นใยสิ่งทอส่วนใหญ่สูงกว่าอุณหภูมิห้อง ดังนั้นภายใต้สภาวะอุณหภูมิห้อง เสื้อผ้าสามารถรักษาความต้านทานแรงดึงและความแข็งได้ในระดับหนึ่ง เช่น อุณหภูมิแก้วสแปนเด็กซ์ต่ำกว่า -40 องศาเซลเซียส (ประเภทโพลีเอเทอร์) -70 องศา C ~ -50 องศา C) ในสภาพแวดล้อมโดยรอบที่มีความยืดหยุ่นที่ดีเยี่ยม
2 สถานะยืดหยุ่นสูง
เมื่ออุณหภูมิยังคงสูงขึ้นเหนืออุณหภูมิที่กำหนด (อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว Tg) โมดูลัสแรงดึงของเส้นใยจะลดลงอย่างกะทันหัน เส้นใยจะเกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างครั้งใหญ่ด้วยการกระทำของแรงเล็กน้อย และเมื่อแรงภายนอกถูกยกขึ้น ความผิดปกติของการฟื้นตัวอย่างรวดเร็ว ในเส้นโค้ง "อุณหภูมิ - การเสียรูป" หรือ "อุณหภูมิ - โมดูลัส" จะปรากฏบริเวณแพลตฟอร์ม พฤติกรรมทางกลของช่วงเวลานี้จะคล้ายกับลักษณะทางกลของยาง สถานะทางกลของเส้นใยเรียกว่าสถานะความยืดหยุ่นสูงหรือสถานะยาง จากกลไกการเคลื่อนที่ของโมเลกุล ที่อุณหภูมิภายในห่วงโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ของเส้นใยถูก "ละลาย" แล้ว โซ่สามารถหมุนได้รอบแกนโซ่หลัก เพื่อให้โมเลกุลขนาดใหญ่โค้งงอได้ง่ายขึ้น ปรับการเสียรูปให้ตรง และการเสียรูปก็ทำได้ง่ายเช่นกัน เพื่อสร้างผ่านการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโซ่เพื่อคืนรูปเดิม นี่คือสถานะเชิงกลที่เป็นเอกลักษณ์ของพอลิเมอร์ สาระสำคัญของการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นคือการเคลื่อนที่ของสายโซ่ของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ยืดการเคลื่อนที่แบบโค้งงอของประสิทธิภาพระดับมหภาค
3 สถานะการไหลหนืด
เมื่ออุณหภูมิยังคงเพิ่มสูงขึ้นจนถึงอุณหภูมิหนึ่ง (อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านการไหลแบบหนืด Tf) การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลขนาดใหญ่เพื่อเอาชนะแรงระหว่างโมเลกุล หน่วยการเคลื่อนที่จากส่วนของโซ่ขยายไปสู่ห่วงโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ซึ่งสามารถมองเห็นได้ ระหว่างสลิปสัมพัทธ์ความสามารถในการเปลี่ยนรูปเพิ่มขึ้นอย่างมากและไม่สามารถย้อนกลับได้ เส้นใยสิ่งทอมีสถานะของเหลวหนืดและไหลได้ สถานะทางกลของเส้นใยนี้เรียกว่าสถานะการไหลแบบหนืด เมื่อระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันของโมเลกุลขนาดใหญ่สูงมาก การใช้แรงระหว่างโมเลกุลจะดีมาก ความพันกันระหว่างโมเลกุลขนาดใหญ่นั้นร้ายแรง การเลื่อนสัมพัทธ์ระหว่างโมเลกุลนั้นยากมาก จะไม่มีสถานะการไหลแบบหนืด
ข้างต้นจากมุมมองจลนศาสตร์ของโมเลกุลอธิบายอุณหพลศาสตร์สามสถานะ จากมุมมองของเฟส สถานะคล้ายแก้ว ความยืดหยุ่นสูงและสถานะการไหลที่มีความหนืดเป็นเฟสที่ไม่ใช่ผลึก นั่นคือ การจัดเรียงของโมเลกุลขนาดใหญ่ระหว่างสถานะของ สถานะสุ่ม (ไม่เป็นระเบียบ, สัณฐาน)