Les changements moléculaires du POY au cours du processus de texturation (draw-texturing, DTY)

Les changements moléculaires du POY au cours du processus de texturation (draw-texturing, DTY)

Aujourd'hui, nous allons suivre la chaîne industrielle et parler des changements moléculaires du POY au cours du processus de texturation (draw-texturing, DTY).

Les changements au niveau moléculaire du POY pendant la texturation (DTY) sont un processus dynamique en plusieurs étapes. Le mécanisme principal est que les chaînes moléculaires, sous l’effet de forces externes (étirement, torsion) et d’énergie thermique, se réorganisent progressivement d’un état métastable vers une forme plus stable et ordonnée possédant une frisure permanente. Vous trouverez ci-dessous un résumé des principaux changements moléculaires à chaque étape du traitement :

Ⅰ、Démarrage de l'état moléculaire de la matière première POY à l'étape d'entrée du POY : le POY fraîchement filé est dans un état métastable.

1. Inhomogénéité structurelle : il existe une non-uniformité « plus élevée à la surface, plus faible au cœur » dans l'orientation moléculaire - les chaînes moléculaires de surface ont une orientation plus élevée en raison d'un refroidissement plus rapide et d'un cisaillement plus fort, tandis que le noyau a une orientation plus faible.

2. Contrainte interne élevée : une fois que les chaînes moléculaires ont été étirées de force, elles adoptent une conformation « redressée-tendue », stockant une grande quantité de contrainte d'orientation et de contrainte de contraction volumétrique.

1. Cristallisation imparfaite : le degré de cristallinité est très faible, constitué principalement de quasi-cristaux ou de microcristaux amorphes ; les chaînes dans les régions amorphes sont fortement enchevêtrées et il existe peu de points de réticulation stables.

II.、Étirage et fausse torsion (étapes de formation du noyau)
Elles se déroulent dans la première chambre de chauffe et dans la zone de fausse torsion aval et constituent l'étape clé d'un réarrangement moléculaire intense.

Chauffage et étirage (premier rouleau → première chambre de chauffage → deuxième rouleau)
① Activation thermique : dans un environnement chauffé au-dessus de la température de transition vitreuse (Tg) (pour le polyester environ 160-220 °C), le mouvement segmentaire des chaînes polymères est activé.
② Réarrangement de la chaîne selon le dessin

Orientation et démêlage : sous l'action d'étirage au niveau du deuxième rouleau, les chaînes tendues et enchevêtrées glissent, s'étendent et s'alignent dans la direction de la force appliquée (axe de la fibre), augmentant ainsi la proportion de chaînes redressées et augmentant considérablement l'orientation moléculaire.

Cristallisation induite par la contrainte : la contrainte de traction fournit de l'énergie et une force motrice pour un agencement ordonné des chaînes le long de l'axe de la fibre, favorisant la formation de microcristaux et une augmentation marquée de la cristallinité. Certaines publications indiquent que cette étape marque le début de la transition du POY d'une cristallinité faible à supérieure.
③ Relâchement de tension et libération des contraintes internes : le chauffage rend les chaînes plus flexibles afin qu'une partie des contraintes internes emmagasinées lors de l'essorage (contrainte d'orientation, contrainte volumétrique) puisse être libérée et relâchée.

Fausse torsion (fausse torsion comme région centrale)
① Torsion et cisaillement : la fausse torsion applique un cisaillement de rotation au fil, forçant les chaînes de polymère dans un état thermoplastique à subir une torsion et un enroulement.
② Fixation de la conformation et formation du sertissage : sous la torsion imposée par la fausse torsion, les chaînes déjà étirées et chauffées sont temporairement façonnées en conformations spécifiques (par exemple hélicoïdales), formant le sertissage embryonnaire. Cette partie est moins souvent détaillée dans la littérature, mais du point de vue du processus, la fausse torsion est la cause directe de la morphologie du sertissage.

III、Fixage thermique et post-traitement (effectués dans la chambre de chauffage de deuxième réglage et ensuite)
L'objectif est de stabiliser la structure nouvellement formée.

Thermofixage (deuxième chambre de chauffe)
① Relaxation et permanentisation de la structure moléculaire : après détorsion de la fausse-torsion, la torsion est supprimée, mais par chauffage modéré dans la deuxième chambre de chauffe, les chaînes subissent des mouvements de relaxation contrôlés sans contraintes mécaniques.
② Élimination des contraintes de torsion temporaires : les contraintes de torsion résiduelles introduites lors des fausses torsions sont soulagées.
③ Promotion de la perfection cristalline et de la recristallisation : l'énergie est fournie pour permettre aux microcristaux de croître et de s'homogénéiser en taille ou de subir une recristallisation ; la cristallinité continue d'augmenter et le réseau cristallin devient plus parfait et plus stable.
④ Verrouillage de la structure : la nouvelle structure sertie formée par étirage et torsion est fixée de manière permanente par les points de cristallisation et les forces intermoléculaires nouvellement créés (par exemple, liaison hydrogène, forces de Van der Waals), donnant ainsi au DTY son sertissage stable et sa récupération élastique.
⑤ Réduction du retrait thermique et de la stabilité dimensionnelle : en améliorant les régions cristallines et en augmentant la réticulation physique entre les chaînes, le futur glissement de la chaîne lors du chauffage est limité, réduisant ainsi le retrait de l'eau bouillante et améliorant la stabilité dimensionnelle du produit fini.

Huilage et enroulement
① Réduction des dommages par friction : les lubrifiants forment un film protecteur sur la surface, réduisant la rupture de la chaîne (dommages) causée par les forces de cisaillement lorsque le fil entre en contact avec des pièces métalliques telles que les guides et les rouleaux, et empêchant une dégradation excessive et la génération de « peluches » ou de poudre (oligomères, huile, fibres abrasées).
② Modification de l'état de surface : le mouillage et l'adsorption du lubrifiant sur la surface des fibres peuvent légèrement modifier la disposition ou l'état de relaxation des chaînes de surface, mais n'affectent pas la structure globale interne.

IV、 Résumé : Les manifestations macroscopiques des changements moléculaires tout au long du processus de texturation POY-to-DTY se reflètent principalement au niveau moléculaire dans :

1. Orientation : de non uniforme à plus uniforme, augmentée et stabilisée.

1. Cristallinité : de très faible et désordonnée à modérée, uniforme et plus perfectionnée (généralement en augmentation, bien qu'un traitement excessif ou certains matériaux puissent provoquer une diminution en raison de dommages).

2. Enchevêtrement et contrainte interne : de la contrainte interne fortement enchevêtrée et élevée à modérément démêlée avec des contraintes largement relâchées.

3. Morphologie : d'une conformation redressée et tendue à une conformation hélicoïdale/sertie stable et verrouillée par cristallisation.

En fin de compte, ces changements au niveau moléculaire déterminent les propriétés macroscopiques du DTY : la résistance à la traction augmente généralement (en raison d'une orientation/cristallinité plus élevée) ; l'allongement à la rupture est fortement réduit (orientation/cristallinité) ; le retrait à l'eau bouillante diminue considérablement (en raison du blocage de la prise et de la cristallisation) ; et la récupération élastique est nettement améliorée (en raison de la structure de sertissage stabilisée).

Il est important de noter que les inhomogénéités moléculaires initiales du POY (en termes d’orientation et de cristallinité) peuvent être amplifiées lors de la texturation, devenant ainsi la cause première d’une teinture inégale et de la variabilité des propriétés physiques du DTY. Par conséquent, fournir un POY de haute qualité avec une structure moléculaire uniforme est une condition préalable fondamentale pour obtenir un traitement DTY de haute qualité.