Тепло- и термостойкость

В процессах технологической переработки материалов, при изготовлении из них изделий, а также в условиях их эксплуатации материалы могут подвергаться воздействию повышенных температур. В зависимости от химической природы полимеров, из которых состоят волокна, и их надмолекулярной структуры, материалы по-разному реагируют на термические воздействия.

Для большинства твердых веществ высокомолекулярных соединений, из которых состоят волокна, характерно аморфно-кристаллическое строение. При таком строении области с высокой степенью упорядоченности молекул (кристаллические участки) чередуются с областями, отличающимися малой упорядоченностью структуры (аморфные участки).

Для участков с аморфным строением расположение молекул и их изогнутость зависят от соотношения между силами межмолекулярного взаимодействия и силами теплового движения молекул. При этом возможны следующие состояния вещества:

– стеклообразное(или застеклованное), которое имеет место в том случае, если силы межмолекулярного взаимодействия превосходят силы теплового движения; вещество в таком состоянии отличается жесткостью и малой способностью к деформированию;

– высокоэластическое, для которого характерна соизмеримость сил межмолекулярного взаимодействия и сил теплового движения; в этом состоянии имеется возможность изменить изогнутость и взаиморасположение макромолекул под действием внешней нагрузки, т. е. вещество проявляет способность к деформированию;

– вязкотекучее, которое наблюдается в случае преобладания сил теплового движения молекул над силами межмолекулярного взаимодействия; в этом случае молекулы легко смещаются под действием внешних сил, а само вещество отличается очень высокой мягкостью и податливостью.

Переход из одного состояния в другое (например, из застеклованного в высокоэластическое) возможен благодаря а) увеличению энергии тепловых колебаний молекул, т. е. при повышении температуры вещества его нагреванием, и б) введению во внутреннее пространство полимера низкомолекулярных веществ, приводящих к ослаблению сил межмолекулярного взаимодействия; к таким веществам, называемым пластификаторами, относится прежде всего вода.

Температура, при которой наблюдается переход полимерного вещества из застеклованного состояния в высокоэластическое, называется температурой стеклования.

Температура, при которой происходит переход вещества из высокоэластического состояния в вязкотекучее, называется температурой плавления.

Сущность влажно-тепловых обработок материалов при изготовлении изделий, когда детали или его отдельные участки подвергаются оттяжке или сутюжке в целях изменения их формы и размера или глажению и прессованию при окончательных отделках, состоит в обеспечении податливости волокнистого материала внешним механическим воздействиям, что возможно, если вещество находится в высокоэластическом состоянии. То есть указанные технологические операции могут проводиться эффективно при температурах, превышающих температуру стеклования. Температура стеклования не является величиной постоянной для одного и того же волокнистого вещества. Чем больше в нем содержание пластификатора (воды), тем при более низкой температуре наблюдается переход из застеклованного состояния в высокоэластическое состояние. В табл.15 приведены данные о температуре стеклования в сухом и мокром состоянии и температуре плавления для различных видов полимеров.

Таблица 15 Термические характеристики волокнообразующих полимеров

Вид полимера	Температура стеклования, оС	Температура плавления, оС	Температура разложения, оС
	в сухом состоянии	в воде
Целлюлоза	220–250	-(0–30)	Разлагается	180–220
Триацетат целлюлозы	170–180	50–80	Разлагается	220–230
Полипропилен	-(12–20)	-(1–20)	160–175	350–380
Полиакрилонитрил	75–100	75–100		200–250
Поликапроамид	40–60	-(8–20)	215–250	300–350
Полиэтилентерефталат	80–100	80–100	250–265	300–350

При значительном повышении температуры энергия движения атомов и молекул может превысить энергию внутримолекулярных связей, тогда наступит процесс термической деструкции полимера, что приведет к необратимым изменениям в структуре и свойствах волокон и соответственно текстильных материалов. В последней графе табл.15 приведены данные о температуре разложения для представленных видов полимеров.

На теплостойкость материалов существенное влияние оказывают их толщина, пористость, характер поверхности. После длительного воздействия повышенных температур наблюдается изменение таких свойств, как прочность и жесткость. При соприкосновении материала с нагретой поверхностью в процессах утюжки, прессования и каландрирования интенсивному воздействию температуры подвергаются, прежде всего, волокна, находящиеся на поверхности. В сравнительно сухих материалах из-за малой теплопроводности может произойти значительный перегрев этих волокон, что приведет к их повреждениям – изменению цвета, опаливанию, снижению устойчивости материалов к истиранию.

Присутствие в материале влаги обеспечивает быстрое и равномерное прогревание всей его массы и снижает возможность повреждения отдельных волокон. Существенное влияние на теплостойкость материала оказывают длительность тепловой обработки и давление нагретой поверхности. С их увеличением снижается прочность материалов при разрыве и истирании. В этой связи разработка режимов влажно-тепловой обработки швейных изделий связана с установлением оптимального соотношения между температурой гладильной поверхности, временем обработки, давлением и начальной влажностью материалов.

Из изложенного следует, что если влажно-тепловая обработка должна проводиться при температуре выше температуры стеклования (т. е. в высокоэластическом состоянии материала), то для обеспечения сохранения материалами приданных им формы и размеров эксплуатация должна осуществляться при температурах ниже температуры стеклования (т. е. в застеклованном состоянии).