玻璃化温度

玻璃态与高弹态

想象一根**干硬的塑料吸管**和一根**软软的橡皮筋**：

**玻璃态（T < Tg）**：

—— 分子链段**被冻结**，只能在原位振动，不能移动

—— 纤维表现为：**硬、脆、弹性差**

—— 染料分子**进不去**（链段不动，没有扩散通道）

**高弹态（橡胶态，T > Tg）**：

—— 分子链段**可以自由摆动、旋转**

—— 纤维表现为：**柔软、有弹性、可变形**

—— 链段运动产生的**瞬时空隙**让染料分子可以钻进去 → **染色成为可能**

**黏流态（T > Tm 或 Tf）**：

—— 整个分子链可以滑动 → **熔化**（热塑性纤维的熔点 Tm）

—— 超过 Tm 纤维就熔了

**所以合成纤维染色的基本逻辑**：

—— **染色温度必须高于 Tg**（让链段动起来，染料才能扩散进去）

—— 涤纶 Tg ≈ 70 ℃（干态），所以**常温染不上涤纶**

—— 必须：**高温高压 130 ℃** 或**加载体** 或**热熔 200 ℃**

—— 这就是涤纶染色必须"高温高压"的根本原因！

常见纤维的 Tg 与熔点

• **涤纶（PET）**：
• —— Tg ≈ **67～81 ℃**（干态）；**湿态可降低到 50 ℃ 以下**
• —— Tm ≈ **255～265 ℃**
• —— 所以：染色 130 ℃（远高于 Tg）；热定型 180～200 ℃；熨烫温度 < 150 ℃
• **锦纶 6（PA6）**：
• —— Tg ≈ **40～60 ℃**（干态，吸湿后更低）
• —— Tm ≈ **215～220 ℃**
• —— 染色：常压沸染 100 ℃ 即可（因为 Tg 低）
• **锦纶 66（PA66）**：
• —— Tg ≈ **70～80 ℃**
• —— Tm ≈ **250～260 ℃**
• —— 染色：100 ℃ 可染，但高温（110～120 ℃）更好
• **腈纶**：
• —— Tg ≈ **85～100 ℃**（较高，因为氰基极性强、分子间作用力大）
• —— 无明显熔点（**分解温度**约 250 ℃）
• —— 染色：需要 100 ℃ 以上 → 沸染或加压
• **丙纶（PP）**：
• —— Tg ≈ **-10～0 ℃**（很低）
• —— Tm ≈ **160～170 ℃**
• —— 染色极难：**没有染座**（纯碳氢，无极性基团）→ 只能用**原液着色**或特殊方法
• **氨纶**：
• —— 软段 Tg 很低（约 -50～-70 ℃）→ 常温就是高弹态 → **弹性来源**
• —— 硬段 Tm ≈ 200 ℃ 以上（提供物理交联点）
• **醋酯纤维**：Tg ≈ 105 ℃；三醋酯 Tg ≈ 150 ℃

Tg 对染整工艺的指导

• **染色温度的选择**：
• —— **原则：染色温度 > Tg + 30～50 ℃**（保证足够的链段运动和扩散速率）
• —— 涤纶：Tg 70 ℃ → 染色 130 ℃（差 60 ℃）→ 扩散充分
• —— 锦纶 6：Tg 50 ℃ → 染色 100 ℃（差 50 ℃）→ 沸染即可
• —— 温度每提高 10 ℃，扩散速率大约**翻倍**（阿伦尼乌斯关系）
• **热定型温度的设定**：
• —— **原则：定型温度 > Tg，但要 < Tm，且接近使用温度以上 30～50 ℃**
• —— 涤纶定型：**180～200 ℃**（Tg 70，Tm 255）
• —— 目的：在高于 Tg 的温度下，让分子链段**重排、消除内应力** → 尺寸稳定
• —— 定型温度**太低**（< Tg + 30）→ 定型不充分 → 洗后收缩、起皱
• —— 定型温度**太高**（接近 Tm）→ 纤维**发硬、强力下降、泛黄**
• **载体的作用（降低有效 Tg）**：
• —— 载体（如冬青油、甲基萘）**溶胀纤维、增塑** → 相当于**降低 Tg**
• —— 使涤纶在**常压 100 ℃** 就能染色
• —— 但因为**环保毒性问题**，载体染色已基本被淘汰（改用高温高压）
• **湿态 Tg 的降低（水的增塑）**：
• —— 水分子进入纤维无定形区 → 削弱分子间作用力 → **链段更易运动** → Tg 下降
• —— 涤纶湿态 Tg 可比干态**低 20～30 ℃**
• —— 意义：
• —— 涤纶在**水中**比在空气中更容易变形、更容易染色
• —— 这也是为什么涤纶**湿处理（染色）**时的热定型效果与干热定型不同
• **"结构冻结"与存放**：
• —— 合成纤维织物在 Tg 以下存放 → 内应力被"冻结" → 尺寸暂时稳定
• —— 一旦遇到 > Tg 的温度（如洗涤、熨烫）→ 应力释放 → **收缩、起皱**
• —— 所以热定型是"**提前释放应力**"

Tg 相关的质量问题

• **染色不上色 / 上色慢**：
• —— 温度不够（未超过 Tg）
• —— 涤纶染色温度达不到 130 ℃ → 得色浅、牢度差
• —— 检查：温度表是否准确、保温时间是否足够、是否"假温度"（温度计显示够但实际布温不够）
• **定型效果差（洗后收缩、起皱）**：
• —— 定型温度不够（未达 Tg + 30 以上）
• —— 定型时间太短
• —— 布在定型机中**实际温度**低于设定（布没被真正加热到）
• —— 检查：用**测温纸/测温仪**实测布面温度（不能只看仪表）
• **定型过度（发硬、强力下降、泛黄）**：
• —— 温度过高或时间过长
• —— 涤纶 > 210 ℃ 明显发硬、泛黄
• —— 氨纶 > 190 ℃ 弹性受损
• **冷热交替的"热收缩"**：
• —— 涤纶织物在干热（如熨烫、烘干）时会收缩
• —— 因为加工中的拉伸应力在 > Tg 时被释放
• —— 解决：**充分热定型**（在 > Tg 下松弛定型）+ **预缩**
• **混纺纤维的 Tg 冲突**：
• —— 涤棉混纺：涤纶要 180～200 ℃ 定型，棉在这个温度会**泛黄、损伤**
• —— 折中：**170～180 ℃**，时间稍长
• —— 涤氨（含氨纶）：氨纶怕高温 → 定型温度要降到 **170～185 ℃**
• **DSC 测试的实际用途**：
• —— 判断纤维**是否经过充分热定型**（定型后 Tg 会变化、出现"退火峰"）
• —— 判断纤维**热损伤**（Tg/Tm 偏移）
• —— 鉴别纤维（每种纤维有自己的 Tg/Tm 特征）

相关词条

• 热定型（heat-setting）
• 扩散与扩散系数（term-diffusion）
• 临界染色温度（term-critical-dyeing-temp）
• 载体与载体染色（aux-carrier）
• 高温高压染色（ht-dyeing）