第三章纤维的力学性质

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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。
拉伸曲线:纤维在拉伸过程中强 力和伸长的关系曲线。
O
图3-2 各种纤维的应力——应变曲线 P39
cohesiveness uniformity
co百度文库or
Influence thermal property consumer to
select and affect prmocaessssing
recovery fineness
Secondary Fiber
properties
resiliency elongation
L - 拉伸后纤维长度(mm);
L0 - 拉伸前纤维长度(mm);
L1为断裂时的纤维长度(mm)。
❖ 三、表征纤维拉伸变形特征的指标P44 (1)初始模量是指纤维拉伸曲线上起始一段直线部
分的应力应变比值,即产生单位应变(1%伸长率) 时的应力值。
量纲:cN/dtex,g/den,Pa(Mpa,GPa)
二、表征纤维拉伸断裂特征的指标P40 测试标准
❖ (1)环境条件会引起材料被测力学性质指标的差异; ❖ (2)不同横截面或不同长度纤维弱环存在几率不一样,
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。
❖ 纤维变形的这三种组分同时发生P45
发生速度不同:急弹性变形发生速度很快;缓弹性 变形则比较缓慢;塑性变形必须克服纤维中大分子 之间更多的联系,比缓弹性变形更加缓慢。
❖ 表示弹性大小的指标是弹性恢复率或回弹率。 它指急弹性变形和一定时间的缓弹性变形占总 变形的百分率。p47
Rℇ= L1-L2 ×100% L1-L0
大分子共价键断裂机理 分子链断裂原因:∑氢键>∑共价键,分子间滑移所需的力>分子链断裂所需的力。 分子链断裂条件:纤维的聚合度高、取向度、结晶度高,即分子间作用力小。
弱环定理——弱点断裂机理 定理:强力决定于纤维上最弱的一环。
其断裂机理是由于大分子排列的不整齐性,纤维上存在薄弱 环节,当纤维受力时,会在此处首先断裂,然后缺口逐渐扩展, 直至纤维断裂。适用于弱环断裂机理的纤维有:天然纤维素纤 维(麻、棉),这一事实可由以下得以证明:
luster
abrasion resistance
moisture absorption
第一节 纤维的拉伸与疲劳性能p38
一、拉伸曲线的基本特征P38图3-1
❖ 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
间结合力消弱,因此,
纤维强度降低,断裂伸
长率增大,拉伸模量下降。
❖ 多数纤维随相对湿度提高,含水分增多, 分子间结合力越弱,结晶区越松散,纤维 强度降低,伸长增大、初始模量下降。涤 纶、丙纶基本不吸湿,它们的强度和伸长 率几乎不受相对湿度的影响。
纤维断裂的可能情况有两种: •分子链断裂 •分子链滑移。
四、 拉伸速度(弱环定律) 一般随拉伸速度增加,断裂强力,初始模量,屈服应力(测试结 果)均会提高,而断裂伸长无一定规律。 五、 拉伸形式(或仪器类型) (1)等速牵引(CRT) (2)等加负荷(CRL) (3)等速伸长(CRE),此方法现在为国际推广方法
影响纺织纤维拉伸性能的主要因素:p50
1内部结构
❖ 标准测试环境条件:Temperature: 20±3℃; Relative humidity (R.H.): 65±5%
❖ 指标体系
❖ 1.强力P40

指纤维能够承受的最大拉伸力,又名绝对强力、断裂强力,
法定单位为牛顿(N),有单纤维强力和束纤维强力之分,它们分别
为拉伸根纤维和一束纤维至断裂时所需的力。
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 0.11-0.14
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 0.07-0.09
强度 延伸度 屈服点
初杨氏 模量 评价
麻 高 低 无

硬脆
棉 中 低 无

硬强
粘胶 低 高 有

软弱
❖ 四、 三种变形p45
❖ (一)急弹性变形. 它是由于纤维大分子的键长、 键角变化引起。
❖ (二)缓弹性变形: 它是由于弯曲的大分子逐渐伸 直,倾斜的大分子沿纤维轴向排列形成的变形。
❖ (三)塑性变形: 它是由于纤维大分子间相互滑移 造成的不可恢复的变形。
棉纤维实际强力比其理想强力小得多 棉纤维的湿强力>干强力 水有润滑作用,能缓和应力不匀,部分消除弱点 分子间建立交联,强度下降。
分子链及单元结构的相对滑移
❖ 纤维破坏形态 由Hearle and Cross发现的尼龙纤维的破坏
形态:
Nylon fibre broken in a tensile test Break in progress in a coarse nylon bristle
30- 45
25- 55 25- 50 15- 20 30- 60 20- 40 16- 22 9- 10 25- 35
30- 45
27- 58 25- 60 17- 23 30- 60 20- 40 21- 29 11- 13 35- 50
7- 12
初始模量 (N/tex)
6.17-7.94
4.41- 6.17 0.71- 2.65 2.65- 5.29 2.21- 4.41 1.76- 4.85 1.32- 2.21 3.53- 5.29 7.06- 7.94 2.21- 3.53
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
27- 33 2.0- 2.4
4.41
54- 55(伸长5%)
17.64- 22.05
48(伸长2%)
95- 99 (伸长50%)
❖2、应力应变曲线 以相对负荷(通常 以牛/特表示)为纵 坐标,伸长率为横 坐标得到的曲线。
(二)拉伸图上的有关指标: 1、断裂点的指标 2、初始模量:纤维材料拉伸曲线的起始较直部分伸直延长线上 的应力与应变之比。
3、屈服点 拉伸曲线
由伸长较小部分转向伸长较 大部分的转折点
对棉、麻和粘胶纤维的以下几个参数进行比较:

0.18-0.31 0.22-0.40
钩接强度 (N/tex)
0.35-0.44
0.35-0.44
0.31-0.49 0.16-0.22 0.28-0.35 0.35-0.62 0.16-0.22 0.06-0.13 0.05-0.06 0.09-0.12
断裂伸长率 (%)
干态
湿态
18- 28
18- 28
聚合度 取向度
结晶度
❖2、外因 ❖1)温湿度 ❖温度提高,纤维强度下降伸长增大; ❖相对湿度的提高,一般纤维,强度下 降而伸长增大;棉、麻纤维强度增大伸 长增大。
6.00- 8.20
定伸长 回弹率(%) (伸长3%)
97
100 89- 95 70- 80 96- 100 70- 85 55- 80 60- 85 70- 90 74(伸长2%)
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
1—亚麻 4—涤纶 7—蚕丝 10—醋酯
2—苎麻 3—棉 5 、6—锦纶 8—腈纶 9—粘胶 11—羊毛 12—醋酯
P39图3-2
拉伸曲线可分为三类: (1)强力高,伸长率很小(棉、麻等纤维素纤维)
——拉伸曲线近似直线,斜率较大; (2)强力不高,伸长率很大(羊毛、醋酯纤维等)
——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)。
第三章 纤维的力学性质
at a competitive price
fiber properties
Primary fiber properties
Required for manufacturing or processing the fiber into yarn or fabric.
length to width ratio strength flexibility
表征纤维疲劳特性的指标是耐久度或坚牢度,即指纤维能承受 “加负荷、去负荷”反复循环的次数。
常见纤维的有关拉伸性质指标P40
纤维品种
高强低伸


纶 普通型
断裂强度(N/tex)
干态
湿态
0.53-0.62 0.53-0.62
0.42-0.52 0.42-0.52
锦纶6 腈纶 维纶 丙纶 氯纶 粘纤 富纤 醋纤
❖ (2)比强度P41
❖ 指每特纤维所能承受的最大拉伸力,又称断裂强度,单位 为N/tex或cN/dtex。其计算式为:
Ptex
P Nt
❖ 式中P为纤维的强力,N;Tt - 纤维线密度,tex。
❖ (3)断裂长度p41
❖ 它是设想将纤维连续地悬吊起来,直到它因本身重力而断 裂时的长度,也就是重力等于强力时的纤维长度。一般用 L表示,单位为Km。
❖ 根据定义可以给出:
❖ (1000L)·f = P
❖ 式中的f为线密度,指单位长度的重量(g/m),P为断裂 强力。
❖ 3.伸长率和断裂伸长率p41
纤维的断裂延伸度反映了纤维的柔韧性
L L0 •100 %
L0
p
L1 L0 L0
100(%)
式中:
ε- 纤维伸长率(%);
p - 纤维断裂伸长率(%);
❖ 2、相对强度P40

是应力指标,简称强度,用纤维拉断时单位横截面上承受的拉伸
力来表示,可用来比较不同粗细纤维的拉伸断裂性能。
❖ (1)断裂应力
❖ 又名强度极限,它是指纤维单位截面积上所能承受的最大拉伸力,单 位为N/mm2(即兆帕)。其计算式为:
P
S
式中的σ为纤维的断裂应力(Mpa或 N/mm2),P为纤维的强力(N), S为纤维的截面积(mm2)。
E PL L Nt
❖ 式中:E——初始模量(N/tex); P——M点的负荷(N); △L——M点的伸长(mm); L——试样拉伸前长度(mm); Tt——试样线密度(tex)。
(2)屈服点确定:p43
(3)功Work
❖拉伸曲线
❖1、负荷伸长曲线 以负荷为纵坐标, 伸长为横坐标的拉 伸过程图。(如图)
Breakage zones in nylon bristle 破坏分五个区域:A-起始,B-延伸,C-滑移,D-裂纹快速增加,E-最终破坏。
影响纤维断裂的其它因素 一、 温、湿度 二、 试样长度 试样愈长,强力愈低。因为沿纤维长度方向,强度是不均一的, 纤维总是在最薄弱处断裂,试样愈长,出现最薄弱环节的概率 越大,越容易发生断裂,强力下降) 三、 纤维根数 束纤维中的纤维根数愈多,由束纤维强力计算得的平均单纤维 强力愈低,而且比单根测量时的平均强力低。
❖ 第二节:纤维拉伸曲线的基本特征和纤维 断裂机理P48
拉伸断裂机理 1。原因:主链断裂;分子间滑脱。 2。影响纤维拉伸性能的因素 (一)内因: (1)大分子结构(大分子的柔曲性、大分子的 聚合度):大分子的平均聚合度↑,大分子结 合力↑,不易产生滑移,纤维的强度高而伸度 小。
(二)外因:
❖ (1)温湿度:在纤维回潮率一定的条件下, 温度高,纤维大分子热动能高,大分子柔 曲性提高,分子
Rℇ——弹性恢复率(%) L0——纤维或纱线加预加张力时的长度 L1——纤维或纱线加负荷伸长后的长度 L2——纤维或纱线去负荷后加预张力的长度
六、纤维的疲劳破坏p47
小应力长期作用下发生的破坏,就叫疲劳。
或:纤维在远低于断裂应力或断裂应变的条件下,经受反复施 力而破坏,称为疲劳破坏
影响疲劳的因素主要有: (1)纤维的结构与性能(分子链的变形能力及变形后的恢复 能力大,则耐疲劳) (2)负荷大小 (3)作用方式 :作用时间,恢复时间,频率等 (4)温湿度
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