常见纺织纤维拉伸曲线
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纺织面料耐用性检测—织物拉伸性能检测
拉伸强度是评定服装材料内在质量的重要指标之一，所用的基本指标有：断裂强度、断裂伸 长率、断裂长度、断裂功和断裂比功等。
1、断裂强度 断裂强度指标还常用来评定材料经过日晒、洗涤、磨损以及各种处理后对材料内在质量的影响。 2、断裂伸长率
有时也用材料的断裂伸长率作为控制材料内在质量的指标，这是因为在某些生产过程中，材 料的断裂强度虽无明显变化，但材料的伸长率却有明显下降，从而影响到材料的使用牢度。 3、断裂长度
）
<8 8~75 >75
-
拉伸速度（ mm/min)
20 100 100
50
3、试验过程 ② 夹装试样。先将试样一端夹紧在上夹钳中心位置，然后将试样另一端放入下夹钳中心位置， 并在预张力作用下伸直，再拧紧下夹钳。 ③ 开启仪器，拉伸试样至断裂。 ④ 复位后，重复上述操作，至完成规定的试验次数。 ⑤ 打印试验结果。
4、结果计算
（1）计算出经向平均强力 （2）计算出纬向平均强力
平均强力:
n
pi
p i1
N
n
织物拉伸断裂性能检测实验
1、按国家标准规定操作，学会正确取样，掌握仪器操作方法。 2、要求学生学会检测织物的拉伸性能指标，并分析影响织物拉伸性能的因素。
平行 纵向
交叉 纵向
交叉 横向
平行 横向
ε (%) (a) 不同取向铺网的影响
机织布
针刺非织造布
热轧非织造布 ε (%) (b) 不同成形方式的影响
✱ 断裂强度是评定织物内在质量的主要指标之一，它也用来评定织物经日照、洗涤、磨损以 及各种整理后对织物内在质量的影响。
✱ 织物的伸长性能与织物的耐用性和服装的伸展性有密切的关系。
✱ 织物断裂强度与断裂伸长率的测试，应在标准大气条件下进行，否则会影响测试结果。 P=K×Po
第七章 纤维的力学性质
• 弱环定理：当纤维或纱线试样长缩短时， 最薄弱环节被测到的机会下降，测得了
一部分次薄弱环节的断裂强度，从而使 测试强度的平均值降低。
作业（十）
• 1、解释下列名词：断裂强力、断裂应力、断裂强度、断裂长度和 断裂伸长率，推导纤维强度三个指标之间的换算式。
• 2、有一批纺织纤维，它们的细度及测得的平均单纤维强力值如下， 计算并列出断裂长度、相对强度和断裂应力三种指标的大小和顺序。
第一节 纤维的拉伸性质
• 一、拉伸断裂性能的基本指标
–1、绝对指标
• (1)断裂强力(绝对强力)：P（N，cN，mN, gf， kgf）
• (2)断裂伸长：ΔL=La-L0(mm)
第一节 纤维的拉伸性质
• 一、拉伸断裂性能的基本指标
–2、相对指标
• (1)断裂应力：σ=P/A（ N/mm2，N/m2） • (2)断裂强度(相对强度)：
• 蠕变：由于随着外力作用时间的延长，不断克 服大分子之间的结合力，使大分子逐渐沿着外 力方向伸展排列，或产生相对滑移而导致伸长 增加，增加的伸长基本上都是缓弹性和塑性变 形。
• 松弛：由于纤维发生变形时具有内应力，使大 分子逐渐重新排列，在此过程中部分大分子链 段间发生相对滑移，逐渐达到新的平衡位置， 形成新的结合点，从而使内应力逐渐减少。
第一节 纤维的拉伸性质
• 六、影响因素
–1、纤维结构 • 聚合度：聚合度高，分子间作用力大，强度高 • 取向度：取向度高，受力的大分子根数多，强度 高；大分子滑动量少，断裂伸长率小 • 结晶度：结晶度高，纤维大分子排列越规整，分 子间作用力大，强度高
第一节 纤维的拉伸性质
• 六、影响因素
–2、环境温湿度
• 缓弹性变形
第5章 纤维的力学性质
纤维的力学性质
纤维的拉伸性质
拉伸性能指标 拉伸曲线 拉伸断裂机理及其影响因素 拉伸性质的测量
纤维力学性能的时间依赖性
应力松弛与蠕变 动态力学性能 纤维的弹性 纤维的疲劳
纤维的弯曲、扭转与压缩 纤维的表面力学性质
应力松弛(stress relaxation)
定义：在一定变形条件下，纤维内力随时间 增加而逐渐衰减的现象
纤维的力学性质
纤维的拉伸性质
拉伸性能指标 拉伸曲线 拉伸断裂机理及其影响因素 拉伸性质的测量
纤维力学性能的时间依赖性
应力松弛与蠕变 纤维的弹性 纤维的疲劳
纤维的弯曲、扭转与压缩
支点
重锤杆 L
上夹头
指针 标尺
纤维 G1
下夹头
G 转动机构
摆锤式强力仪
种类：Y161型单纤维强力机，Y162束纤维强力机， Y371型缕纱强力机和Y361型单纱强力机等
力传感器
上夹头 试样 v
下夹头
处
显示
理
单 元
打印绘图仪
换算单元 △l=vt
电子强力仪
Instron材料试验机（万能材料试验机），属于等速伸长型。 备有不同负荷容量的传感器，可以分别测定纤维、纱线、织 物或绳索的拉伸性能。 配有不同形式的夹头装置和附件，可以作拉伸、压缩、剪切、 弯曲和摩擦等性能。 可以进行定负荷或定伸长反复拉伸疲劳实验。 配有专门小气候，可在不同湿度条件下进行力学性能测定。
羊毛纤维在不同温度下的蠕变
伸长 (%)
负荷 (cN)
时间 (s)
羊毛纤维在不同负荷下的蠕变
提高温度和相对湿度可使纤维中大分子链间的次 价键力减弱，促使蠕变和应力松弛过程加速完成。
生产上可用高温高湿来消除纤维材料的内应力。
纤维的拉伸曲线特征
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
（4） 断裂功指标 a． 断裂功W：是指拉伸纤维至断裂时外力
所作的功 。 b．断裂比功：是指拉断单位体积纤维或段
位重量纤维所需作的功。
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
3、常见纤维的拉伸曲线
比应力
亚 麻 苎麻 棉
涤纶
锦纶 锦纶 蚕丝
a
c
d’
O
t1
dt
(a)
(b)
(c)
以图5-27(a)模型为例，由其变形特点，可以得到其本构关系式为： E1 d E1E2 d
E1 E2 dt E1 E2 E E21 dt
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
由应力松弛和蠕变变形的条件，代入式中可 求得其蠕变方程式为：
(t )
c
0
0 0
cos
sin t
0
0 0
sin
cost
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
令 有
0 cos E ' 0
0 sin E '' 0
E' 0 sin t
E '' 0 sin(t
(3).分子链堆砌的紧密程度、结晶度 紧密的堆砌，分子链作用力大，纤维有较高的强度和屈服应力。结晶度 增加，其屈服应力、强度、模量和硬度等均会提高，而断裂伸长和冲击 韧性下降。
(4). 取向度 纤维分子链取向度增加，纤维轴向断裂强度、模量增加而断裂伸长降低。
(5). 交联
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
张力
间逐渐减小的
现象。
∞
t1
t
Chap3 纤维力学性质
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
（4） 断裂功指标 a． 断裂功W：是指拉伸纤维至断裂时外力
所作的功 。 b．断裂比功：是指拉断单位体积纤维或段
位重量纤维所需作的功。
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
3、常见纤维的拉伸曲线
比应力
亚 麻 苎麻 棉
涤纶
锦纶 锦纶 蚕丝
a
c
d’
O
t1
dt
(a)
(b)
(c)
以图5-27(a)模型为例，由其变形特点，可以得到其本构关系式为： E1 d E1E2 d
E1 E2 dt E1 E2 E E21 dt
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
由应力松弛和蠕变变形的条件，代入式中可 求得其蠕变方程式为：
(t )
c
0
0 0
cos
sin t
0
0 0
sin
cost
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
令 有
0 cos E ' 0
0 sin E '' 0
E' 0 sin t
E '' 0 sin(t
(3).分子链堆砌的紧密程度、结晶度 紧密的堆砌，分子链作用力大，纤维有较高的强度和屈服应力。结晶度 增加，其屈服应力、强度、模量和硬度等均会提高，而断裂伸长和冲击 韧性下降。
(4). 取向度 纤维分子链取向度增加，纤维轴向断裂强度、模量增加而断裂伸长降低。
(5). 交联
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
张力
间逐渐减小的
现象。
∞
t1
t
纤维力学性能
第七章纺织纤维和纱线的力学性质讨论纺织纤维与纱线的拉伸性质及其对时间依赖性、纤维基本力学模型，纤维弹性、动态力学性质及疲劳，以及纤维的弯曲、扭转、压缩等力学性能。
第一节纤维的拉伸性质一、纤维的拉伸曲线与性能指标1．拉伸曲线纤维的拉伸曲线有两种形式，即负荷p－伸长△l 曲线和应力σ－应变ε曲线。
2．拉伸性能指标（1）强伸性能指标强伸性能是指纤维断裂时的强力或相对强度和伸长(率)或应变。
图7-1 纺织纤维的拉伸曲线a．强力P：又称绝对强力、断裂强b力。
它是指纤维能承受的最大拉伸外力，或单根纤维受外力拉伸到断裂时所需要的力，单位为牛顿(N)。
b．断裂强度(相对强度) Pb：简称比强度或比应力，它是指每特(或每旦)纤维能承受的最大拉力，单位为N/tex，常用cN/dtex（或cN/d）。
c．断裂应力σb：为单位截面积上纤维能承受的最大拉力，标准单位为N/m2(即帕)常用N/mm2(即兆帕Mpa)表示。
：纤维重力等于其断d．断裂长度Lb裂强力时的纤维长度，单位为km。
（2）初始模量初始模量是指纤维拉伸曲线的起始部分直线段的应力与应变的比值，即σ- ε曲线在起始段的斜率。
(5-10)初始模量的大小表示纤维在小负荷作用下变形的难易程度，即纤维的刚性。
（3）屈服应力与屈服伸长率图7-2 纤维屈服点的确定纤维在屈服以前产生的变形主要是纤维大分子链本身的键长、键角的伸长和分子链间次价键的剪切，所以基本上是可恢复的急弹性变形。
而屈服点以后产生的变形中，有一部分是大分子链段间相互滑移而产生的不可恢复的塑性变形。
（4）断裂功指标a．断裂功W：是指拉伸纤维至断裂时外力所作的功，是纤维材料抵抗外力破坏所具有的能量。
b．断裂比功Wv ：一是拉断单位体积纤维所需作的功Wv，单位为N/mm2。
另一定义是重量断裂比功Ww，是指拉断单位线密度与单位长度纤维材料所需做的功。
c．功系数η：指纤维的断裂功与断裂强力(Pb)和断裂伸长(Δlb)的乘积之比。
纺织物理第3章
粘胶纤维 醋酯纤维 断裂点轨迹
增加取向度
伸 长 率 (% )
15
第一节 纤维的拉伸性质
• c．结晶度： 纤维的结晶度愈 高，纤维中分子排列愈规整， 缝隙孔洞较少且较小，分子间 结合力愈强，纤维的断裂强度、 屈服应力和初始模量表现得较 高，但其伸长率低，脆性可能 增加。
比 容 (cm 3/g )
2
屈 服 应( N力 /)c m 2
裂伸长率b(%)(或断裂应变b)，其表达式为：
•
b(%，)lb或l0l0 100
b
lb
l0 l0
• 式中：l0为拉伸前的试样长度(mm)，又称隔距或夹持距；lb为拉伸断 裂时的试样长度(mm)。
• 断裂伸长率或断裂应变表示纤维断裂时的伸长变形能力的大小。
• （2）初始模量
• 初始模量是指纤维拉伸曲线的起始部分直线段的应力与应变的比值，
20
第二节 纺织纤维的粘弹力学性质
• 3、动态力学行为
•
纤维的粘弹性还表现为一次拉伸性能中，断裂强力、初始模量为
拉伸速度的函数。
• 式中，F1为断裂时间为t1时的断裂负荷， F2为断裂时间为t2时的断裂 负荷，k为强度-时间的系数，通常在0.06~0.088.
21Leabharlann 第二节 纺织纤维的粘弹力学性质
2．纤维粘弹性力学模型
分，求出各等分对应的强力均值，然后连接各点。
• 3、曲线平均法： • 依据实际实验数据，将所有曲线求均值。
Y Axis Title
0.3
0.2
0.1
0.0 0
X Axis Title
C1 C4 C7 C10 C13 C16 C19 C22 C25 C28 C31 C34 C37 C40 C43 C46 C49 C52 C55 C58 C61
纺织材料学 10 纤维力学性能
力增大，造成结晶区的破碎和非晶区中大分 子链被拉断，沿纵向碎裂，最后断裂破坏。 一般来说，纤维的剪切强度小于拉伸强度。
表示纤维抵抗扭转破坏能力的指标是捻 断纤维时的加捻角。见表10-3
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
25
表 10-3 各种纤维的断裂捻角
纤维
断裂捻角 (度)
种类
短纤维
长丝
棉
34~37
c.大分子的结晶度： 纤维的结晶度愈高，纤维的断裂 强度、屈服应力和初始模量表现得较高。 (2)温湿度
a.温度：在纤维回潮率一定的条件下，温度高，大分子 热运动提高，大分子柔曲性提高，分子间结合力削弱。 拉伸强度下降，断裂伸长率增大。初始模量下降。
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
9
第一节 拉伸性质(续)
料屈服流动。两物体间的接触面不断增大。
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
28
第五节 表面摩擦与抱合性质（续）
三、纤维抱合性能的表征指标
1．抱合系数
可用单位长度纤维的抽出阻力来表征这一集束 能力，并定义该比值为抱合系数h(cN/mm):
除压后剩余变 637 形(%)② 65.1 48.5 56.2 35.2 66.4 33.1 62.4 47.2 66.2 55.6 55十章 纤维的力学性质
12
第二节 压缩性能（续）
纤维集合体在压缩时，压力与纤维集合体密度关系如 图10-3纤维集合体的压力与密度间关系所示。当纤维集 合体密度很小，或纤维间空隙率很大时，压力稍有增大， 纤维间空隙缩小，密度增加极快。当压力很大，纤维间 空隙很小时，再增大压力，集合体密度增加极微。
第十章 纤维的力学性质
表示纤维抵抗扭转破坏能力的指标是捻 断纤维时的加捻角。见表10-3
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
25
表 10-3 各种纤维的断裂捻角
纤维
断裂捻角 (度)
种类
短纤维
长丝
棉
34~37
c.大分子的结晶度： 纤维的结晶度愈高，纤维的断裂 强度、屈服应力和初始模量表现得较高。 (2)温湿度
a.温度：在纤维回潮率一定的条件下，温度高，大分子 热运动提高，大分子柔曲性提高，分子间结合力削弱。 拉伸强度下降，断裂伸长率增大。初始模量下降。
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第十章 纤维的力学性质
9
第一节 拉伸性质(续)
料屈服流动。两物体间的接触面不断增大。
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
28
第五节 表面摩擦与抱合性质（续）
三、纤维抱合性能的表征指标
1．抱合系数
可用单位长度纤维的抽出阻力来表征这一集束 能力，并定义该比值为抱合系数h(cN/mm):
除压后剩余变 637 形(%)② 65.1 48.5 56.2 35.2 66.4 33.1 62.4 47.2 66.2 55.6 55十章 纤维的力学性质
12
第二节 压缩性能（续）
纤维集合体在压缩时，压力与纤维集合体密度关系如 图10-3纤维集合体的压力与密度间关系所示。当纤维集 合体密度很小，或纤维间空隙率很大时，压力稍有增大， 纤维间空隙缩小，密度增加极快。当压力很大，纤维间 空隙很小时，再增大压力，集合体密度增加极微。
第十章 纤维的力学性质
纺织物理 第三章 纤维的力学性质
三、纤维结构对力学性能的影响
(1)聚合度（相对分子质量） • 聚合度↑（相对分子质量↑），分子链间总的次价键力↑，分子链间不易移 动，其抗拉强度、断裂伸长、冲击韧性等都随之增加，直到达到临界相对 分子质量，力学性能达到极限。 (2)分子链的刚柔性和极性基团的数量
• 分子链存在刚性基团（如涤纶中的苯环和纤维素纤维中的葡萄糖剩基）时， 纤维模量↑，刚性↑。分子链上极性基团↑时，分子链间的次价键力↑，纤维 会具有较ห้องสมุดไป่ตู้的模量和断裂强度。
影响纤维拉伸性能的因素
• • 纤维本身 1. 化学结构；2. 分子间的结构；3. 纤维本身的缺陷 测试条件 1. 温度； 2. 应变率（拉伸速度） 3. 隔距（弱环定律） 4. 拉伸方式(CRE/CRL/CRT)
① CRE：等速伸长，试样受拉伸时单位时间的变形率保持一定；
② CRL：等加负荷，试样受拉伸时负荷增加率基本保持一定； ③ CRT：等速牵引，试样受下钳口牵引时,上钳口按材料的应力－应 变特性同时有一不规则的位移。
• 假设长度l的试样其强力在[S,S+dS]的概率为φl（S）· dS,那么长度为nl时， 其强力在[S,S+dS]的概率应等于：将长度等分为n段，其中某一段强力在 [S,S+ds]，而其他n-1段强力均大于S+dS，那么整个长度nl的片段中，存 在一段长度为l强力在[S,S+dS]的概率为n·l（S）· φ dS,而其他片段强力都大 于[S,S+dS]的概率为[∫s∞ φl（S）· n-1, dS]
常用纺织纤维的拉伸曲线
比应力
亚麻 苎麻 棉 涤纶 锦纶 锦纶 蚕丝 腈纶 粘胶 醋酯 羊毛 应变 醋酯
以纤维的断裂强力和断裂伸长率的对比关系来分，拉伸曲线可分为三类： 1. 强力高、伸长率很小的拉伸曲线，如棉、麻等天然纤维。 2. 强力不高、伸长率很大的拉伸曲线，如羊毛、醋酯等。 3. 强力与伸长率介于一、二类之间的拉伸曲线，如蚕丝、锦纶、涤纶等。
纺织纤维拉伸性质测定(精)
三、影响纤维拉伸性质测试结果的因 素
三、影响纤维拉伸性质测试结果的因 素
4、 试样根数 针对束纤维强力测试而言，各根纤维之间强力 不匀、伸长不匀及各根纤维伸直状态不一致等， 导致拉断一束纤维时，各根纤维断裂不同时， 强力低、伸长能力差的纤维先断裂，强力大、 伸长能力大的纤维后断裂。因此，拉断一束纤 维的强力要比单根纤维强力之和小。 5、 初张力 加初张力的目的是使纤维在伸直（但不伸长） 状态下量取准确的夹持长度，因此其大小会影 响纤维夹持长度。初张力大小，依纤维品种、 粗细而定。一般情况下取0.5 CN/tex。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
四、试验仪器
LLY-06B/PC电子单纤维强力仪、YGB003A电子 单纤维强力机
LLY-06B/PC电子单纤维强力仪构造
五、一次拉伸断裂试验原理
将纤维夹持在上下夹头间，揿动“拉伸”按钮， 下夹头下降拉伸纤维，上夹头基本没有位移， 纤维上受到的力，通过挂钩传到电阻式传感器， 由传感器将力的量转换成电量直接读出力的大 小，而下夹头的位移量即为纤维的伸长量。当 纤维断裂，下夹自动回升，即可记录纤维一次 拉伸断裂强力和伸长。
一、目的要求：
1、 掌握纺织纤维一次拉伸断裂性能指标 2、 掌握电子单纤维强力仪操作测试方法
二、纺织纤维一次拉伸断裂性能指标
1、 断裂强力P (CN, N) 纤维受外力拉伸到断裂时所需要的力 2、 相对强度：指折合到纤维单位粗细的强力 (1）断裂强度（比强度）P0（N/tex, CN/tex,g/D） (2) 断裂应力 δ= P/S (N/ｍｍ2) 指纤维每平方米或每平方毫米截面积能承受的 力 （3）断裂长度L(km) 单根纤维如果延续很长，当其自身的重力把自身 拉断（即重力等于断裂强力）时的纤维长度叫断裂 长度。
纤维和纱线的力学性质
W Pdl
la
0
断裂功与试样的尺寸密切相关，因未结合尺 寸因素，所以只能比较同品种相同尺寸材料 的断裂功的大小。
（2）断裂比功Wa —指拉断单位细度、单位长度 纤维或纱线外力所作的功。 Wa=W/(Ntex*L0) 纤维密度相同时，它对不同粗细和不同试样长 度的纤维材料具有可比性。 （3）功系数We —指实际所作功（即断裂功W， 相当于拉伸曲线下的面积）与假定功（即断裂 强力*断裂伸长）之比。 其计算式为：We=W/(Pa*△L) We值越大表明这种材料抵抗拉伸断裂的能力 越强。 各种纤维的功系数大致在0.36-0.65之 间。
拉伸曲线可见
P 涤纶
涤纶
P 羊毛
羊毛
2）、两种纤维的断裂伸长率差异很大，以涤纶 和棉纤维为例，变形能力小的纤维的断裂强力大 于在此变形下变形能力大的纤维的强力。
P 涤纶 棉纤维 P 棉纤维 涤纶
C T / 从图中可知： P P C T ( C 变形下的张力) PC <PT 纱线受拉伸时，呈现两个阶段，首先是变形小的纤维受 力而断，然后是变形能力大的纤维受力而断。
3.混纺纱中混纺比对纱线强度的影响
由于混纺纤维品种间存在性质差异，特 别是伸长能力的差异，影响纱线中纤维的断 裂同时性不同，从而影响混纺纱强度。 为了简化问题的分析，假定只考虑纱的 断裂是由于纤维断裂而引起的（无滑脱）， 混纺纱中纤维的混合是均匀的且同粗细。混 纺纱的断裂强度按混纺纱所能承受的最大负 荷来表示，在此假设下来分析两组分混纺纱 的三种典型情况：
5．断裂功、断裂比功和功系数
（1）断裂功W —指拉断纤维过程中外力所作 的功或纤维受拉伸到断裂时所吸收的能量。 是强力和伸长的综合指标，用来有效评价纤 维的坚牢度与耐用性能。W大，说明纤维的 韧性好，耐疲劳性能强，能承受较大的冲击。 在负荷-伸长曲线上，断裂功就是曲线下所包 含的面积。 断裂功与试样的尺寸密切相关，因未结合尺 寸因素，所以只能比较同品种相同尺寸材料 的断裂功的大小。
第五章 纤维的力学性质
三、纤维拉伸性能的测量 1 摆锤式强力仪 属等速牵引式强力仪； 属等速牵引式强力仪； 力的施加呈非线性，试样 力的施加呈非线性， 的拉伸变形无一定规律。 的拉伸变形无一定规律。
支点
重锤杆 L
θ
上夹头 G1 纤维 下夹头
指针
标尺
G
转动机构
图 5-5
摆锤式强力仪
2．杠杆式强力仪 属等加负荷型强力仪； 属等加负荷型强力仪； 卜氏（pressly)强力仪和Uster公司的Dynamat 卜氏（pressly)强力仪和Uster公司的Dynamat 强力仪和Uster公司的 自动单纱强力仪均属此类。 自动单纱强力仪均属此类。
纤维断裂机理： 纤维断裂机理： 大分子主链的断裂 大分子之间的滑脱 纤维断裂过程： 纤维断裂过程： 脆断 韧断
B A A
C B A
C B
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
图 5-8
纤维拉伸断裂时的裂缝和断裂面
2 影响纺织纤维拉伸性质的因素
内因： 内因： 大分子结构（大分子的柔曲性、大分子的聚合度）； 大分子结构（大分子的柔曲性、大分子的聚合度）； 聚集态结构（取向度、结晶度）； 聚集态结构（取向度、结晶度）； 形态结构（裂缝孔洞缺陷、形态结构、不均一性） 形态结构（裂缝孔洞缺陷、形态结构、不均一性） 外因： 外因： 温湿度； 温湿度； 测试条件： 测试条件： a.试样长度 a.试样长度 b.试样根数 b.试样根数 c.拉伸速度 c.拉伸速度
(a)
(b)
图 5-2
纤维屈服点的确定
屈服点高，即屈服应力和应变高， 屈服点高，即屈服应力和应变高，纤维不易产生塑 性变形，拉伸回弹性好，纤维制品尺寸稳定性好。 性变形，拉伸回弹性好，纤维制品尺寸稳定性好。
常见纺织纤维拉伸曲线
第六章 纤维和纱线的机械性质
第一节 纤维和纱线的拉伸性质 一纤维的拉伸性质及断裂机理 ➢ 测试标准的重要性 ➢ 标准测试条件举例 ➢ 指标体系 ➢ 典型拉伸曲线分析 ➢ 常见纺织纤维拉伸曲线 ➢ 常见纤维拉伸性质指标 ➢ 纤维拉伸机理及影响拉伸性的因素 ➢ 拉伸性能测试 ➢ 纤维拉伸破坏形态
❖ 1.1测试标准的重要性 ❖ （1）材料力学性质取决于组成该材料的分子排列，在不
在不同拉伸倍数下粘胶纤维聚合度对纤维强力的影响
❖ 开始时，纤维的强度随聚合度增大而增加， 但当聚合度增加到一定值时，再继续增大时， 纤维的强度就不再增加。因为，此时断裂强 度已达到了足以使分子链断裂的程度，再增 加聚合度对纤维的强度就不再其作用。
❖ （2）超分子结构（取向度、结晶度） ❖ 例如：（见下页）
绵羊毛
0.09-0.15 0.07-0.14
25- 35
25- 50
2.12- 3.00
86- 93
家蚕丝 苎麻 氨纶
0.26-0.35 0.19-0.25 0.49-0.57 0.51-0.68 0.04-0.09 0.03-0.09
15- 25 0.40-0.41 1.5- 2.3
450- 800
模量相应也逐渐变小； ❖ S→A：（增强区）错位滑移的大分子基本伸直平行，互相靠拢，使大分子间的横向结合力有
所增加，形成新的结合键，曲线斜率增大直至断裂。 ❖ Q：屈服点； ❖ A：断裂点。
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❖ 1.5常见纺织纤维拉伸曲线
❖ 拉伸曲线可分为三类： （1）强力高，伸长率很小的拉伸曲线（棉、麻等
❖ 单位为N/mm2（即MPa）。 ❖ 其计算式为：
PS
❖ 式中：σ——纤维的断裂应力（MPa）； P——纤维的强力（N）； S——纤维的截面积（mm2）。
第一节 纤维和纱线的拉伸性质 一纤维的拉伸性质及断裂机理 ➢ 测试标准的重要性 ➢ 标准测试条件举例 ➢ 指标体系 ➢ 典型拉伸曲线分析 ➢ 常见纺织纤维拉伸曲线 ➢ 常见纤维拉伸性质指标 ➢ 纤维拉伸机理及影响拉伸性的因素 ➢ 拉伸性能测试 ➢ 纤维拉伸破坏形态
❖ 1.1测试标准的重要性 ❖ （1）材料力学性质取决于组成该材料的分子排列，在不
在不同拉伸倍数下粘胶纤维聚合度对纤维强力的影响
❖ 开始时，纤维的强度随聚合度增大而增加， 但当聚合度增加到一定值时，再继续增大时， 纤维的强度就不再增加。因为，此时断裂强 度已达到了足以使分子链断裂的程度，再增 加聚合度对纤维的强度就不再其作用。
❖ （2）超分子结构（取向度、结晶度） ❖ 例如：（见下页）
绵羊毛
0.09-0.15 0.07-0.14
25- 35
25- 50
2.12- 3.00
86- 93
家蚕丝 苎麻 氨纶
0.26-0.35 0.19-0.25 0.49-0.57 0.51-0.68 0.04-0.09 0.03-0.09
15- 25 0.40-0.41 1.5- 2.3
450- 800
模量相应也逐渐变小； ❖ S→A：（增强区）错位滑移的大分子基本伸直平行，互相靠拢，使大分子间的横向结合力有
所增加，形成新的结合键，曲线斜率增大直至断裂。 ❖ Q：屈服点； ❖ A：断裂点。
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❖ 1.5常见纺织纤维拉伸曲线
❖ 拉伸曲线可分为三类： （1）强力高，伸长率很小的拉伸曲线（棉、麻等
❖ 单位为N/mm2（即MPa）。 ❖ 其计算式为：
PS
❖ 式中：σ——纤维的断裂应力（MPa）； P——纤维的强力（N）； S——纤维的截面积（mm2）。
纤维的拉伸曲线特征
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
疲劳
。 小应力长期作用下发生的破坏，就叫疲劳。这是一种最普遍的破坏形式
1
2
0
ab
O
d 5 4
c 3
e
P (a)定负荷 a P0 P0=const
b
O dc e
图5-28 纤维的多次拉伸循环
P (b)定伸长 a
0=const
b
Od c
e
0 0
纺织物理
图5-29 纤维的重 复拉伸疲劳图
0
0 0
cos
sin t
0
0 0
sin
cost
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
令 有
0 cos E ' 0
0 sin E '' 0
E' 0 sin t
E '' 0 sin(t
)
2
' sin t '' sin(t )
2
式中E’为动态弹性模量；E’’ 为动态损耗模量。
外力消耗的功为：
t
式中，0为常数， =/E2。 (5) 多元件模型
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
4. 玻尔兹曼叠加原理（线性粘弹性行为 的积分表达式）
提出：一物体在任何一瞬间所具有的形变 不仅与在这瞬间所加于物体上的负荷有关， 而且与整个负荷的历史有关；
每个阶段所施加的负荷对最终形变的贡献 是独立的，因此最终的形变是各阶段负荷 所贡献形变的简单加和。
100
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
（2）初始模量 ——是指纤维拉伸曲线的起始部分直线段的应力与
应变的比值，即 - 曲线在起始段的斜率。
Chap3 纤维力学性质
疲劳
。 小应力长期作用下发生的破坏，就叫疲劳。这是一种最普遍的破坏形式
1
2
0
ab
O
d 5 4
c 3
e
P (a)定负荷 a P0 P0=const
b
O dc e
图5-28 纤维的多次拉伸循环
P (b)定伸长 a
0=const
b
Od c
e
0 0
纺织物理
图5-29 纤维的重 复拉伸疲劳图
0
0 0
cos
sin t
0
0 0
sin
cost
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
令 有
0 cos E ' 0
0 sin E '' 0
E' 0 sin t
E '' 0 sin(t
)
2
' sin t '' sin(t )
2
式中E’为动态弹性模量；E’’ 为动态损耗模量。
外力消耗的功为：
t
式中，0为常数， =/E2。 (5) 多元件模型
纺织物理
Chap3 纤维力学性质
4. 玻尔兹曼叠加原理（线性粘弹性行为 的积分表达式）
提出：一物体在任何一瞬间所具有的形变 不仅与在这瞬间所加于物体上的负荷有关， 而且与整个负荷的历史有关；
每个阶段所施加的负荷对最终形变的贡献 是独立的，因此最终的形变是各阶段负荷 所贡献形变的简单加和。
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纺织物理
Chap3 纤维力学性质
（2）初始模量 ——是指纤维拉伸曲线的起始部分直线段的应力与
应变的比值，即 - 曲线在起始段的斜率。
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P S
式中：σ——纤维的断裂应力（MPa）； P——纤维的强力（N）； S——纤维的截面积（mm2）。
（3）断裂长度（Lp）——是指纤维的自身重量与其断裂 强力相等时所具有的长度。 即一定长度的纤维，其重量可将自身拉断，该长度即为断 裂长度。 其计算公式为： P Lp N m g 式中：Lp——纤维的断裂长度（km）； P——纤维的强力（N）； g——重力加速度（等于9.8m/s2）； Nm——纤维的公制支数。
第一节 纤维和纱线的拉伸性质 一纤维的拉伸性质及断裂机理 测试标准的重要性 标准测试条件举例 指标体系 典型拉伸曲线分析 常见纺织纤维拉伸曲线 常见纤维拉伸性质指标 纤维拉伸机理及影响拉伸性的因素 拉伸性能测试 纤维拉伸破坏形态
第六章 纤维和纱线的机械性质
初始模量 （N/tex）
定伸长 回弹率（%） （伸长3%）
涤 纶
高强低伸 型 普通型
0.53-0.62 0.42-0.52 0.38-0.62 0.25-0.40 0.44-0.51 0.40-0.62 0.22-0.35 0.18-0.26 0.31-0.40
1.2标准测试条件举例 环境条件：Temperature: 20±3℃; Relative humidity (R.H.): 65±5%
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1.3指标体系
断裂强力；断裂强度；断裂伸长率 1.3.1断裂强力（绝对强力）P ——是纤维能够承受的最大拉伸外力。单
位：牛顿（N）；厘牛（cN）；克力（gf）。 对不同粗细的纤维，强力没有可比性。
1.1测试标准的重要性 （1）材料力学性质取决于组成该材料的分子排列，在不 同纤维种类、同类纤维不同样本、或者同样本不同环境条 件都会引起被测力学性质指标的差异，必须标准化测试环 境； （2）不同横截面或不同长度纤维由于弱环 (或称为缺陷) 存在的几率不一样，对于纤维材料在横截面不能标准化前 提下，必须标准化纤维待测区段长度； （3）纺织纤维是高分子粘弹性材料，受力变形曲线不是 严格的一一对应单质函数曲线，取决于加载历史和加载方 式，必须标准化加载条件； （4）纤维间性质差异性，要取得统计意义上的平均值， 必须有足够的纤维根数。 Back
纤维强度的三个指标之间的换算式为：
Ptex 9 Pden
Ptex 9 Pden L p Ptex / g 9 Pden g GPa g d 11.33 N tex
式中：γ——纤维的密度（g/cm3）； Ptex——纤维的特数制断裂强度（gf/tex）； Pden——纤维的旦数制断裂强度（gf/d）； g——重力加速度（等于9.8m/s2）； LR——纤维的断裂长度（km）。 可以看出，相同的断裂长度和断裂强度，其断裂应力随纤 维的密度而异，只有当纤维密度相同时，断裂长度和断裂 强度才具有可比性。
Back 1.5常见纺来自纤维拉伸曲线拉伸曲线可分为三类： （1）强力高，伸长率很小的拉伸曲线（棉、麻等 纤维素纤维）——拉伸曲线近似直线，斜率较大 （主要是纤维的取向度、结晶度、聚合度都较高 的缘故）； （2）强力不高，伸长率很大的拉伸曲线（羊毛、醋 酯纤维等）——表现为模量较小，屈服点低和强 力不高； （3）初始模量介于1.2之间的拉伸曲线（涤纶、锦 纶、蚕丝等纤维）。
1.3.2强度 用以比较不同粗细纤维的拉伸断裂性质的指标。 根据采用线密度指标不同，强度指标有以下几种： （1）比强度（相对强度）(specific strength 或tenacity)— —是指每特（或每旦）纤维所能承受的最大拉力。 单位为：N/tex（cN/dtex）；N/d（cN/d）；gf/dtex。 其计算式为： Ptex P / N tex
Pden P / N den 式中：Ptex——特数制断裂强度（N/tex；cN/dtex； gf/dtex）； Pden——旦数制断裂强度（N/d；cN/d；gf/d）； P——纤维的强力（N；cN；gf）； Ntex ——纤维的特数（tex，dtex）； Nden——纤维的旦数（d）。
（2）断裂应力（强度极限）——指纤维单位截面 上能承受的最大拉力。 单位为N/mm2（即MPa）。 其计算式为：
1.3.3断裂伸长率ε
L L0 100% L0
1.3.4其他指标 （1）模量（刚度）：材料在低载荷时抵抗变形的能 力，载荷－伸长曲线(或应力－应变曲线)起始直 线段斜率。 量纲：cN/dtex，g/den，Pa(Mpa，GPa)
P L E 式中：E——初始模量（ N/tex L N tex ）； P——M点的负荷（N）； △L——M点的伸长（mm）； L——试样拉伸测试区段（mm）； Ntex——试样线密度（tex）。
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1.6常见纤维的有关拉伸性质指标
纤维品种
断裂强度（N/tex） 干态 湿态 0.53-0.62 0.42-0.52 0.33-0.53 0.22-0.35 0.35-0.43 0.40-0.62 0.22-0.35 0.11-0.16 0.25-0.29
钩接强度 （N/tex）
断裂伸长率 （%） 干态 湿态 18- 28 30- 45 27- 58 25- 60 17- 23 30- 60 20- 40 21- 29 11- 13
（2）屈服点确定：
（3）功Work
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1.4典型拉伸曲线分析
O'→O：表示拉伸初期未能伸直的纤维由卷曲逐渐伸直； O→M：（虎克区）大分子链键长和键角的变化，外力去除变形可回复，类似弹簧； Q→S：（屈服区）大分子间产生相对滑移，在新的位置上重建连接键。变形显著且不易回复， 模量相应也逐渐变小； S→A：（增强区）错位滑移的大分子基本伸直平行，互相靠拢，使大分子间的横向结合力有 所增加，形成新的结合键，曲线斜率增大直至断裂。 Q：屈服点； A：断裂点。