第9章 纺织材料的基本力学性质

纱线的蠕变和松弛与纤维的蠕变和松弛基 本相似.
原因： （1）纤维蠕变和松弛的存在。 （2）纱线内纤维相互滑移和错位。
（二）纺织材料拉伸弹性回复率
1.弹性指标:
弹性回复率： Rε=[(ε3+ε4)/εa] × 100% ε3--急弹性回缩率 ε4 --缓弹性回复率 εa--拉伸变形总量(ε1+ε2)
纤维一般在强压缩条件下才会产生破坏，大多可能产 生压伤。单纤维的压缩研究很困难，结论很少，大多数是 研究集合体的压缩特性。
第三节 弯曲性质 纺织材料在纺织加工和使用过程中都会遇到 弯曲力作用，产生弯曲变形。
一、纺织材料的抗弯刚度 纺织材料在受横向力F的作用下产生弯曲变形挠 度Y为：
y F * f (l) a * EI
Et * I p
L:长度 Et:剪切弹性模量(cN/cm2) Ip:截面的极断面惯性矩(cm4)
T:扭矩(cN.cm) :扭转角

（二）纤维和纱线的扭转破坏
T为外力矩,Q为扭转角。当外力矩很大时,纤
维和纱线产生的扭转角和剪切应力就大,从而纤维
Et
Ip
中的大分子或纱线中纤维因剪切产生滑移而被破
二、纤维摩擦性质与可纺性 纤维摩擦性质与可纺性关系很大。纺纱各
工序对摩擦抱合性能要求并不一致，从开松性 来看,纤维的动摩擦系数要小些；但从纤维成 卷性来看,希望纤维抱合性能要好些；梳理工 程,为使纤维成条优良,不蓬松,不堵塞喇叭口, 希望纤维抱合力要好些,并条,粗纱,细纱中,牵 伸时要纤维平滑些,但也不可太小,否则影响成 纱强力。
本的方式是被拉断。表达纺织材料抵抗拉伸能 力的指标很多，主要有以下指标。
（一）拉伸断裂强力和拉伸断裂比强度 （第二章第六节） 1、拉伸断裂强力：指纺织材料能够承受的最大 拉伸外力。单位：牛顿(牛顿是使1kg质量的物体 得到1m/s2加速度所需的力)，强力与纤维的粗细 有关，所以对不同粗细的纤维、纱线没有可比性。 2、断裂比强度：为了便于比较不同粗细的纤维、 纱线的拉伸断裂性质的指标，将强力折合成规定 粗细时的力。
2、屈服应力、应变
曲线上的b点为屈服点，这一点对应的拉 伸应力为屈服应力（σb），对应的伸长率就 是屈服应变（εb）。 屈服点所代表的物理概念是什么呢？
对于纺织材料来说，在屈服点以下时，变形绝大 部分是弹性变形（完全可恢复)，而屈服点以上部 分所产生的主要是塑性变形（不可恢复）。
屈服点高的纤维，其织物的保形性就好，不易起皱。
坏。纤维和纱线的剪切强度比拉伸强度小得多。
常用断裂捻角来表示纤维或纱线的耐扭而不被破
坏的性能，断裂捻角就是指纤维或纱线扭转到破
坏时所转过的Et 螺旋角角度。涤纶、锦纶、羊毛的
断裂捻角较大,故耐扭；麻的断裂捻角较小,玻璃
的断裂捻角的极小。
第六节 表面磨擦性质
纺织材料在纺织加工和使用过程中都会遇 到摩擦作用,纤维和纱线的磨擦性质具有两重性, 一方面要利用它,如是拉牵伸过程中要利用纤维 间的磨擦力来良好地控制牵伸区中纤维的运动； 另一方面要避免纱线在加工过程中的磨擦阻力, 易产生断头,增加断头率。
2. 影响纺织纤维拉伸断裂强度的主要因素 （1）纤维的内部结构
①大分子的聚合度：聚合度愈大，分子结合力愈 大，纤维强度愈高。 n小---纤维的强度较低而伸长率较大 n大---纤维的强度较高而伸长率较小
②纤维的取向度： 取向度↑---
大分子较挺直， 分子间结合力 大，承担断裂 应力的大分子 较多---纤维的 强度高、伸长小。
3、拉伸断裂功
如图所示，曲 线oa下的面积 即为材料抵抗 外力破坏所具 有的能量即拉 伸断裂功。
二、纺织材料断裂机理及主要影响因素 （一）纺织纤维断裂机理及主要影响因素
1. 纺织纤维的断裂机理
纤维受力开始时，首先是纤维中各结晶区之间的非晶区 内长度最短的大分子链伸直，成为接近于与纤维轴线平行 而且弯曲最小的大分子，其后这些大分子受力拉伸，使化 学价键长度拉长、键角拉大，之后一部分最伸直、最紧张 的大分子链或基原纤逐步地被从结晶区中抽拔出来，这时 个别的大分子主链破拉断，各结晶区逐步产生相对位移， 使结晶区之间沿纤维轴向的距离拉大。大分子或基原纤在 结晶区被抽拔移动越来越多,被拉断的大分子也逐步增多， 结晶区中大分子之间或基原纤之间的结合力抵抗不住拉伸 力的作用，从而产生明显滑移，大批分子被抽拔，伸长变 形迅速断开，达到拉伸曲线的断裂点。
弯曲变形挠度：
y F * f (l) a * EI
当纺织材料的EI值较大，Y值较小，表示纺织材料较刚硬， 故EI值称为抗弯刚度：
R f EI
R f ：纤维和纱线的抗弯刚度（cN.cm2）
E：弯曲作用下的弹性模量（cN/cm2） I：纤维和纱线的断面惯性距（cm4）
抗弯刚度是指在外力作用下抵抗弯曲变形的 能力。抗弯刚度就大，纤维、纱线的弯曲变形就 小。
1. 纱线拉伸断机理
当纱线开始受到拉伸时，纤维本身的皱曲减少，伸 直度提高，表现出初始阶段的伸长变形。这时纱线截面 开始收缩，增加了纱中外层纤维对内层纤维的压力，继 续拉伸的过程中，纱中外层纤维、短的部分滑脱被抽拔， 纤维受到最紧张的拉伸到一定程度后，即纤维受力达到 拉断强度时，外层纤维逐步断裂，承受外力的纤维根数 减少了，由外层向内层逐渐断裂或滑脱。
伸长↑
②相对湿度和纤维回潮率：
相对湿度↑---纤维回潮率↑---分子间结合力越弱， 结晶区松散---强度↓伸长↑初始模量↓。
棉、麻由于聚合度、结晶度都较高，水分子进入后 大分子间的结合力减弱不显著，同时可将一些大分子 链上的缠结点拆开，分子链舒展和受力分子链的增加， 平均地承担纤维上所受的力，所以吸湿后棉、麻纤维 强力增加。
②混纺比：
A、当混纺在一起的两种纤维断裂伸长率相近时, 随着强度大的纤 维的混纺比的增加,混纺纱的强度增加。
B、当混纺在一起的两种纤维断裂伸长率差异大时, 随着强力大的 纤维的混纺比的增加,开始下降,以后上升。
三、纺织材料的蠕变、松驰 （一）蠕变、松驰的基本概念
纺织材料在一定拉伸外力作用下,它的变形 量与拉伸力的某种关系。 ε1-ab为一加上外力立即产生的瞬时变形。 ε2-bc为保持外力不变,随时间延长,伸长逐渐增 加的曲线。 ε3-cd去除外力立即恢复的变伸。 ε4-de去除外力逐渐恢复的变伸。 ε5---去除外力后不能恢复的变形。
一般纱线断裂的原因既有纤维的断裂，又有纤维的 滑脱，断口是不整齐的。当捻度较大时，纤维滑脱的可 能性很小，纤维由外向内逐层扩展断裂，此时纱线断口 比较整齐。
2.影响纱线一次拉伸断裂的因素 （1）纤维的性能
① 纤维的长度较长，细度较细时，纤维较柔软，在 纱中互相抱合就较紧贴，滑脱长度缩短，纱截面中纤维根 数可以较多，使纤维在纱内外层转移的机会增加，各根纤 维受力比较均匀，因而成纱强度较高。
1、抗Hale Waihona Puke Baidu刚度小的纤维和纱线制成的织物柔软 贴身,软糯舒适，但易起球。
2、抗弯刚度大的纤维或纱线制成的织物比较 挺爽。
纤维和纱线的弯曲性能常用勾接强度或打 结强度来反映,勾接强度或打结强度大,则弯曲 性能就好,不易弯折损坏。

第四节 剪切性质 纤维和纱线在垂直于其轴线的平面内受到外力 矩的作用就产生扭转变形和剪切应力，纱线的加捻 就是扭转。 （一）指标 扭转角 T * l
◆常用纺织纤维的拉伸曲线
◆高强低伸型曲线： 棉、麻等拉伸曲线近似于直线，斜率很大，该
类纤维的聚合度、结晶度、取向度都比较高，大分 子链属刚性分子链之故。
◆低强高伸型曲线： 如羊毛、醋酯纤维，主要原因这些纤维大分子聚
合度虽不低，但分子链柔曲性高，结晶度、取向度 较低，分子间不能形成良好的排列，且分子间易产 生滑脱。
一、摩擦性质的指标与测试 1、摩擦系数。
纤维的摩擦系数也有静、动之分,使相互接 触的两物体开始滑动时所需的切向力与正压力的 比值称为静磨擦系数μs表示。
纤维相互接触的两物体滑动时所需的切向力 与正压力的比值称为动摩擦系数μd表示。
一般静磨擦系数μs＞μd动磨擦系数 静磨擦系数大,且与动磨擦系数差值也大的 纤维,手感硬而涩 静磨擦系数小,且与动磨擦系数差值也小的 纤维,手感柔软
③纤维的结 晶度：
结晶度↑-大分子排列规 整，缝隙孔洞 较少，而且纤 维的强度高、 伸长小、屈服 应力和初始模 量较高，但脆 性可能也增加。
④纤维形态结构:
纤维的裂缝孔洞等缺陷和形态结构的不均 一会使纤维的强度下降。
（2）温湿度
①温度：
在回潮率一定时， 温度↑---大分子热运 动能高，大分子柔曲 性提高，分子间结合 力削弱---强度↓
第九章 纺织材料的基本力学性质
纺织材料的基本力学性质是指纤维、纱线、织物等在外力 作用时的性质，总体包括了拉伸、压缩、弯曲、扭转、摩擦、 磨损、疲劳等各方面的作用。
如对纺织材料施加拉伸作用时，它们将出现伸长、断裂等 现象。
第一节 纤维和纱线的拉伸性质
一、纺织材料拉伸断裂性质的基本指标 纺织材料在外力作用下破坏时，主要和基
电子纤维强力仪
束纤维强力仪
（二）拉伸变形曲线及有关指标
纺织材料在拉伸过程中，应力和变形同时发展，发展
过程的曲线图叫“拉伸图”。横坐标为伸长率ε(％)，纵坐
标为拉伸应力σ，拉伸曲线为应力—应变曲线
（一）应力—应变曲线（负荷—伸长曲线，拉伸图）

纤维的种类很多，实际得到的应力—应变曲线具有各
种各样的形状。基本上分为三类：
②纤维长度整齐高好，纤维细而均匀，成纱条干好， 成纱强力高。
③纤维强度大，成纱强度大。
（2）纱线结构 ①捻度：
单纱强度随着捻度的增加，开始上升，后来又 下降，极大值处于临界捻度。
在临界捻系数以内，单纱捻度↑---纱线强度↑
股线捻向与单纱捻向相同时，股线加捻同单纱继续 加捻相似。股线捻向与单纱捻向相反时，开始合股反向 加捻使单纱退捻而结构变松，强度下降，但继续加捻时， 纱线结构又扭紧，股线强度增加，比合股中单纱强度之 和还大，达到临界时，甚至为单纱强度之和的1.4倍左 右。
2.影响弹性回复率的因素: 影响纤维、纱线弹性的因素有纤维、纱线的结构和材 料的温度和回潮率。
第二节 压缩性能
纤维和纱线的压缩主要表现在径向受压（横向受压）, 如纺织加工中加压是罗拉皮棍间，经纬交织点处的受压以 及纤维及制品打包时的受压等。受横向压缩后，纤维或纱 线在受力方向被压扁,而在受力垂直方向则变宽。
(3)试验条件
试样长度较长时，测得的强度较低、试样越长，可能出 现的最薄弱环节的机会多，测得的强度就较低。
试样根数多，由于断裂的伸长率不均匀，纤维断裂不同时， 故测得的平均强度越小，(根数↑--差异越大↑--强度↓)
拉伸速度越大，拉伸至断裂的时间越短，测得的强力较 大而伸长较小。
（二）纱线拉伸断机理及主要影响因素
纤维的蠕变和松弛的原因： 纤维在一定恒定拉伸外力的作用下,纤维内基原纤、大分子 皱曲状态的变化，特别是大分子链键长的伸长或缩短、键角的 张开或收合，只需要极短的时间完成，这是急弹性变形。随着 时间的延续，大分子主链局部旋转，微原纤间位置的调整和基 原纤的取向度逐渐增加，特别是大分子在结晶区中被抽拔滑移， 使纤维伸长不断变化，呈蠕变现象。 在恒定的拉伸变形一定时,相邻大分子相互滑移错位，各大分 子逐渐自动皱曲，张力逐渐减少，出现应力松驰现象。
◆高强高伸型曲线： 如涤纶、锦纶。
拉伸变形曲线有关指标： 1、初始模量：ob段斜率较大，斜率即拉伸模 量E。在曲线ob段接近0点附近，模量较高， 即为初始模量，它代表纺织纤维、纱线和织 物在受拉伸力很小时抵抗变形的能力。
单位为cN／tex或cN／dtex.其大小与纤维材 料的分子结构及聚集状态有关。
蠕变：纺织材料在一定恒定拉伸外力的作用下,变 形随时间而变化的现象称为蠕变。
松驰：纺织材料在拉伸变形一定条件下,内部应力 随时间的延长而逐渐减小的现象称松驰。
从图中可以看出纤维和纱线的拉伸变形可分为以下三种： 1、急弹性变形：加上外力，几乎立即产生的伸长变形，如ab 段；外力去除后,键角和键长立即复原，即立即产生回缩变形， 如ce段。 2、缓弹性变形：拉伸力不变的情况下，伸长变形或回缩变形 随着时间变化的变形称为缓弹性变形，如bc段、dc段。 3、塑性变形:外力去除后,不能恢复的这一部分变形称为塑性 变形。这是因为外力作用下,大分子间产生相对滑移造成不可 恢复的变形。