纺织纤维的力学性质

C BA BA
CB
A
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
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图5-8 纤维拉伸断裂时的裂缝和断裂面
编辑ppt
7
2. 影响纺织纤维拉伸性质的因素
粘胶纤维 醋酯纤维
断裂点轨迹
比 容 (cm 3/g )
比 应 (力g f / t e x )
增加取向度
2
模( N量/) c m
2
应( N力/) c m
g /d e n N /te x
试样 v(%/秒)
高强 锦纶
1/60 5000
强力 粘胶
1/60 2000
玻璃 纤维
1/60 1000
pb (N/tex)
0.55 0.67
0.56 0.80
0.42 0.54
b (%)
16.7 14.7
5.4 5.2
1.8 1.8
E0 (N/tex)
3 5
14 22
22 28
编辑ppt
10
五、束纤维的拉伸性质
1.
纤维的弯曲刚度 表5-2 纤维的抗弯性能
纤维 种类 长绒棉 细绒棉 细羊毛 粗羊毛 桑蚕丝 苎麻 亚麻 普通粘胶 强力粘胶 富强纤维 涤纶 腈纶 维纶 锦纶6 锦纶66 玻璃纤维 石棉
ηf
(g/cm3)
0.79
1.51
0.70
1.50
0.88
1.31
0.75
1.29
0.59
1.32
0.80
1.52
纤维密度 1.5 g/cm3
0
0
0 Δla
2
4 Δl 伸长(mm)
0
0.1
0.2 ε=应变
0
10
20 ε=应变率(%)
图5-1 纺织纤维编的辑p拉pt 伸曲线
2
p
1
2
Yc
Y
p Y
(a)
图5-2 纤维屈服点的确定
(b)
编辑ppt
3
二、常见纤维的拉伸曲线
应 力(g /d ) 应 力(g /te x )
始
服
初
屈
伸 长 率 (% )
图5-9不同取向度纤维的应力应变曲线
结 晶 度 (% )
图编辑5p-p1t 0
聚丙烯纤维结晶度对拉伸性能的影响 8
-57 21 99 177
图5-11 温度对涤纶拉伸性能的影响
富纤
棉
图5-12相对湿度对细羊毛拉伸性能的影响
(% )
编辑pp图t 5-13 相对湿度对富强纤维和棉的影9 响
0.87
1.51
0.75
1.52
0.77
1.52
2
( c / m) m
P0 ( c N / d t e x ) L( c N / t e x )
(
c
/
2
m )m
( c / m m2)
P0 ( c N / d t e x ) L(c N /te x )
P0 ( c N / d t e x ) L(cN /tex)
表5-1 低速和高速试验结果对比
编辑ppt
13
应 力( N / m m 2 )
空气相对湿度
时 间 (s)
图5-19 羊毛在不同相对湿度下的
图5-20 涤纶在不同拉伸速率下的
应力松弛
应力松弛
编辑ppt
14
二 、纤维的弹性 1．弹性的指标
P (a) CRE 等速伸长
a
P (b) CRL 等加负荷
ab
Wb W
We O d 4 c 3 e △l
纤维 G1
下夹头
G 转动机构
v 重锤
支点
G
l0
称杆
上夹头 纤维 下夹头
图5-5 摆锤式强力仪
编辑ppt
图5-6 秤杆式拉伸仪
5
3．电子强力仪
力传感器
上夹头 试样 v
下夹头
处
显示
理
单 元
打印绘图仪
△l=vt 换算单元
图 5-7 电子强力仪的测试原理示意图
编辑ppt
6
四、拉伸断裂机理及影响因素 1. 纤维的拉伸破坏机理
16
四、基本力学模型 1．力学模型的基本元件
E
= E
(a) 虎克弹簧模型
0 t
为
常数 t
(b) 牛顿粘壶模型
图5-24 虎克弹簧及牛顿粘壶应力-应变模型
编辑ppt
17
2．描述纤维粘弹性的几个力学模型
E 1
1
0
0.3670
o
t
图5-25 马克思威尔模型及其应力松弛曲线
编辑ppt
18
0
E
b
P (b)定伸长 a
0=const b
O
d 5 4
c 3
e
图5-28 纤维的多次拉伸循环
O dc e
Od c
e
0 0
图5-29 纤维的重复拉伸疲劳图
编辑ppt
20
2. 纤维疲劳破坏的影响因素
每次拉伸最大力
c
图5-30 重复拉伸的疲劳曲线
编辑ppt
21
第三节 纤维的弯曲、扭转与压缩
一 、 纤维的弯曲
张力
∞
t1
t
图5-15 纤维的应力松弛曲线
P P0
O
t1
t
2
t2
t
3 31
4
1
5
O
t1
t2
t
图5-16 纤维的蠕变及蠕变回复曲线
编辑ppt
12
2．几种形变 3．对时间和温度的依赖性
负 荷 (cN)
定张力
伸 长 (% )
伸 长 (% )
温度
时 间 (s)
时 间 (s)
图5-17 羊毛纤维在不同负荷下的蠕变 图5-18 羊毛纤维在不同温度下的蠕变
E
0.6330
E
k t1
t
图5-26 Voigt模型及其蠕变和蠕变
回复曲线
E1 E2
E1
E2
(a)
(b)
E1 E2 E1E2
0
b
c a
O
t1
(c)
d’ dt
图5-27 三元件模型及其蠕变和蠕
变回复曲线
编辑ppt
19
五、 纤维的疲劳
1．疲劳破坏形式
1
2
0
ab
P (a)定负荷 a P0 P0=const
O d 4 c
We 3 e △l
图5-21 等速伸长和等加负荷试验机拉伸图
2．影响纤维弹性的因素
编辑ppt
15
三 、纤维的动态力学性质
应力-应变矢量图
复模量构成图
虚数轴
E*
E
E 实数轴
lgE
lgE
图5-22 动态拉伸性能应力、应变和模量关系图 lg
tg
E
E
编辑ppt
lg
图5-23 纤维的频率力学谱
比应力
亚 麻 苎麻
棉
涤纶
锦纶 锦纶 蚕丝
腈纶
粘胶 醋酯
醋酯 羊毛
凯夫拉
玻璃
人造丝 钢丝
聚酯 尼龙
应 变 (%)
图5-3 不同纤维的应力-应变曲线
应 变 (% )
图5-4 产业用纤维的应力-应变曲线
编辑ppt
4
三 、 纤维拉伸性质的测量 1．摆锤式强力仪 2．秤杆式强力仪
支点
重锤杆 L
指针
上夹头
标尺
1．实验研究
2. 理论表达
T
em 为纤维断裂
最多时的应变
Tf
ep 为最大束强
值时的应变
T(ep)
T(e)
Tf (e) (e)
emin ep em
emax
e
图5-14 平行纤维束编辑的pp比t 应力-应变曲线
11
第二节 纤维力学性能的时间依赖性
一 、 应力松弛和蠕变
1．定义
0
变形
t1
t
0
(t)
或 P(t)
第五章 纤维的力学性质
编辑ppt
1
第一节 纤维的拉伸性质
一、纤维的拉伸曲线与性能指标 1．拉伸曲线 2．拉伸性能指标
应力 σ (N/mm2=MPa) 比应力 p (N/tex) 负荷 P(N)
Pb
600
0.4
0.12
b s
300
0.2
0.06
试样长度 20 mm
Pa
a Y (y,y)
线密度 0.3 tex