第十二章 纱线的力学性质
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84-405 70.4×102- 24.2×102
25×107 900×107 1530×107
1-玻璃纤维 2-亚麻纤维(单纤维) 3- 棉 纤 维 4- 涤 纶 单 丝 5- 锦 纶 6-单丝 6-强力粘胶纤维(单丝) 7-腈纶 8-茧丝 9-普通粘胶纤 维 ( 单 丝 ) 10- 醋 酯 纤 维 ( 单 丝 ) 11-细羊毛 12-酪素纤维(单丝)
线密度（tex） 25 68 42 13 25 5
循环次数） 3793 336 20610 1183 1273
>50000
表12-5
纤维种类 锦纶 羊毛 蚕丝 棉
粘胶纤维
纤维的重复弯曲疲劳
重复弯曲到断裂的循环数 250000以上 150000 76000 64000 6800
图12-21 拉伸张力和重复弯曲疲劳间关系
线密度 （tex） 0.16-0.2 0.12-0.14 12-100
5-84 0.17-0.33 56-1200 34-200 0.22-0.44 280-5000
0.3-1 1.2-3 60-200 25-12.5 0.22-0.33 1.5-4.7 0.3
25 9 68
断裂负荷 （cN）
3-4 4-5 132-940 64-1340 10-20 7.7×102-22×103 5.6×102-3.9×103 10-22 40×102-70×103 6-12 20-35 1.8×102-7.8×102 100-350 6-9 440-1424 3 200 142 220
1
第二节 纱线的断裂机理
一、纱线的断裂过程
由于加捻的作用，纱中纤维相互紧密抱合，纱线的断裂过程就是纱中纤维的断裂和相互滑移的过 程。
对于正常的环锭纺纱线来说，纱断裂时，纤维的断裂是主要的。关于纱中纤维断裂破坏的过程， 不同学者有不同的看法。目前存在着绝然相反的两种不同观点。
观点之一是：在细纱拉伸过程中伸长大的外层纤维先被拉断，然后逐渐向内层纤维断裂扩展。 另一种观点则认为：纱线断裂时，中心即内层的纤维先断，然后纤维的断裂向外层扩展。
断裂应力 （Pa×103）
19-20 32-36 10-75 10-21 45-75 6-12 14-20 40-45 8-14 20-25 15-20 8-20 4-14 40-45 25-42 27×104 12×104 24×104 80×104
断裂伸长 （%） 8-9 7-8 6-9 5-8 2-3 5-6 4-5 3-4 4-5 30-40 25-35 2-12 6-20 14-15 16-17 15 10 18 1.5
5
第三节 混纺纱的拉伸性质
S SA<SB B
SA
SB
(a)
A
O
ε
S SA>SB A
(b)
B
SAB
bmin bcri
O
b→
100
SA
SB
SAB
O
ε
O
b→
100
比应力-应变曲线
比应力-混合比曲线
图12-15 混合纱强度的作用求解示意图
锦/棉
涤/棉
锦/毛
涤/毛
锦纶含量
涤纶含量
图12-16 不同混纺纱的拉伸性能
断裂功 （J×10-7）
24-36
28-40 600- 84.5×102 320- 10.7×103
20-60 3.85×103- 13.2×104 2.24×103- 1.95×104
30-88 16×103- 35×104
180-480
500-700 400- 90×102 600- 70×102
图12-1 纤维的拉伸曲线
1-25tex 粗梳棉纱 2-70tex 干纺亚麻 纱 3-40tex 精梳毛纱 4-2.5tex 生丝 5-25tex 普通粘胶长丝 6-9tex 强力粘 胶长丝 7-25tex 粘胶短纤纱 8-5tex 锦纶 6 复丝 9-7tex 玻璃复丝
图12-2 纱线和长丝的拉伸性能
施加负荷终了时的 应变（%）
4 3.7 1.1 1.8 4.5 3.7 3.3 6.4 4.9 6.3 16.2 10 8.6
各种变形组分占总应变的比例
急弹性变形
缓弹性变形
塑性变形
0.23
0.21
0.56
0.22
0.14
0.64
0.51
0.04
0.45
0.22
0.11
0.67
0.71
0.16
0.13
二、纱线的弹性
表12-2 几种纤维和纱线拉伸变形组分的典型数据
纤维或纱线
棉纤维 普梳棉纱 亚麻工艺纤维 干纺亚麻纱 细羊毛纤维 精梳毛纱 生丝 普通粘胶复丝 强力粘胶复丝 锦纶6短纤维 涤纶短纤维 涤纶废纺纱 腈纶短纤维
线密度 （tex）
0.2 25 5 42 0.4 42 2.5 9 9 5 0.3 36 0.6
图12-6 加捻长丝纱中倾斜纤维的受力分析
σyamax
理论强度 曲线σy
纱线的强度
实际强度
曲线σya
Ο
cosα
图12-7 长丝纱的强度与捻回角余弦的关系
117.6
锦纶长丝 捻系数
1-13.6；2-0.5 3-27.6；4-42.5 5-57.9；6-83.0
7-113.9
图12-8 有捻锦纶长丝纱的拉伸曲线
粘胶长丝纱
断裂不同时 结果
图12-4 试样夹持长度对负荷-伸长曲线的影响
捻系数(tex1/2·捻/cm)
粘胶 长丝纱
断裂 不同时
图12-5 不同捻系数对负荷—伸长曲线的影响
2
二、长丝纱条的初始模量和断裂强度
(a)
l
θ h
(b) Pfy
Pf
l θ
(c) ac
b θ
2πr
∵ac=ab/cosθ
εf=εycos2θ Pfy=Pfcos2θ ∴Afy=πr2/cosθ
三、短纤维纱的强力分析
纤维张力
lc
lc
L
图12-9 短纤维纱中纤维的轴向张力分布
3
B
N lc L
N
C lc lc C′
Nb
=
N (1−
2lc L
)
B′
L
图12-10 短纤纱中纤维断裂和滑脱示意图
四、影响短纤维纱强伸度的因素
1．纤维的性能 纤维的长度：特别是长度短于2lc(滑脱长度)的纤维含量，对纱线强度影响很大，因为这些纤维在
6
第四节 纱线的弯曲、扭转与压缩性质
一、纱线的弯曲特性
纱线的抗弯曲能力较小，具有非常突出的柔顺性，实际上纱线较少发生弯曲破坏。
二、纱线的扭转特性
纱线受到扭转力矩作用后，在垂直其轴线的平面内就产生扭转变形和剪切应力。
纱钩 纱线试样
n 形支架 夹持器
轻质盘
l h
D
图12-17 测定纱线的旋转摆仪
表12-3 几种纱线的抗扭刚度
第十二章 纱线的力学性质
讨论纱线力学性质与纤维性能和纱线结构间关系，并分析影响纱线强伸性能的诸因素。
第一节 纱线的拉伸性能
一、纱线的一次拉伸断裂特性
12-1 几种纤维和纱线一次拉伸断裂特性指标
纱线种类
细绒棉 长绒棉 普梳棉纱 精梳棉纱 亚麻单纤维 亚麻干纺纱 亚麻湿纺纱 大麻单纤维 大麻纱 细羊毛 粗羊毛 粗梳毛纱 精梳毛纱 蚕丝 生丝 粘胶短纤维 粘胶纤维纱 普通粘胶复丝 玻璃长丝
0.60
0.22
0.18
0.30
0.31
0.39
0.11
0.19
0.70
0.12
0.20
0.68
0.76
0.21
0.03
0.49
0.24
0.27
0.29
0.22
0.49
0.45
0.26
wenku.baidu.com
0.29
急弹性变形率 缓弹性变形率 塑性变形率
(a)棉纱
(b)毛纱
(c)涤纶纱
图12-3 在不同介质中纱线变形组分的变化
纱中总是滑脱的，没有断裂的机会。 2．纱线的结构
纱线的捻度是纱线结构的重要内容。纱线捻度对纱线的强伸度有重要影响，短纤维纱的强度与捻 系数间关系如图12-11所示。
断裂阻抗
摩擦滑移阻抗
强力
实际
全部断裂
只有滑移
捻度
临界值
图12-11 短纤纱强度与捻度间的关系
图12-12 细纱捻系数对断裂伸长的影响
4
图12-13 合股反向加捻对股线强度的影响 图12-14 变形纱和弹力丝的拉伸特性
(a)作用前的结构
(b)作用后的结构
图12-19 棉纱经过多次拉伸后结构的变化
二、纱线的弯曲疲劳
(a) 单弯无拉伸
(c) 有弯有摩有拉伸
(b) 有弯拉伸
图12-20 多次弯曲变形试验方法
8
表12-4 几种纱线多次双面弯曲的耐久性
纱线种类 普梳棉纱 干纺亚麻纱 精梳毛纱 粘胶复丝 粘胶短纤纱 锦纶6复丝
纱线种类
普梳棉纱 干纺亚麻线
精梳毛纱 生丝
粘胶复丝
线密度(tex) 25 72 42 2.5 9
抗扭刚度(g-cm2)
2.27×10-8 12.4×10-8 6.42×10-8 0.05×10-8
0.07×10-8
三、 纱线的压缩特性
7
第五节 纱线的耐久性能
耐久性是指材料抵抗在各种因素作用下结构逐渐破坏和引起性能恶化最后导致材料破坏或解体 的性能。
纺织材料的耐久性能有时也称为损耗性能，根据材料使用的特点和承受作用的形式不同可分为 疲劳、磨损和老化三种类型。
剩余循环变形(%)
一、纱线的拉伸疲劳
结构不良的纱线
第3相
结构良好纱线
第1相
第2相
第3相
n
图12-18 多次作用后纱线剩余变形增长曲线
在第一阶段，大多数纤维和纱线以结构单元的取向排列为主要特征，结构得到改善。 第二阶段开始结构将不再继续改善。 第三阶段开始时，材料的结构以比较快的速度破坏瓦解。
三、纱线的磨损性
纱线的磨损性也称耐磨性，它与纺织制品的耐用性能密切相关。当磨料在纱线表面往复摩擦时， 磨料与纱线表面纤维直接接触，使纤维表面磨损，当磨料深入纱线表层时，对纤维产生切割作用及引 起纤维从纱线中抽拔或拉断，致使纱线结构解体而破坏。
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25×107 900×107 1530×107
1-玻璃纤维 2-亚麻纤维(单纤维) 3- 棉 纤 维 4- 涤 纶 单 丝 5- 锦 纶 6-单丝 6-强力粘胶纤维(单丝) 7-腈纶 8-茧丝 9-普通粘胶纤 维 ( 单 丝 ) 10- 醋 酯 纤 维 ( 单 丝 ) 11-细羊毛 12-酪素纤维(单丝)
线密度（tex） 25 68 42 13 25 5
循环次数） 3793 336 20610 1183 1273
>50000
表12-5
纤维种类 锦纶 羊毛 蚕丝 棉
粘胶纤维
纤维的重复弯曲疲劳
重复弯曲到断裂的循环数 250000以上 150000 76000 64000 6800
图12-21 拉伸张力和重复弯曲疲劳间关系
线密度 （tex） 0.16-0.2 0.12-0.14 12-100
5-84 0.17-0.33 56-1200 34-200 0.22-0.44 280-5000
0.3-1 1.2-3 60-200 25-12.5 0.22-0.33 1.5-4.7 0.3
25 9 68
断裂负荷 （cN）
3-4 4-5 132-940 64-1340 10-20 7.7×102-22×103 5.6×102-3.9×103 10-22 40×102-70×103 6-12 20-35 1.8×102-7.8×102 100-350 6-9 440-1424 3 200 142 220
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第二节 纱线的断裂机理
一、纱线的断裂过程
由于加捻的作用，纱中纤维相互紧密抱合，纱线的断裂过程就是纱中纤维的断裂和相互滑移的过 程。
对于正常的环锭纺纱线来说，纱断裂时，纤维的断裂是主要的。关于纱中纤维断裂破坏的过程， 不同学者有不同的看法。目前存在着绝然相反的两种不同观点。
观点之一是：在细纱拉伸过程中伸长大的外层纤维先被拉断，然后逐渐向内层纤维断裂扩展。 另一种观点则认为：纱线断裂时，中心即内层的纤维先断，然后纤维的断裂向外层扩展。
断裂应力 （Pa×103）
19-20 32-36 10-75 10-21 45-75 6-12 14-20 40-45 8-14 20-25 15-20 8-20 4-14 40-45 25-42 27×104 12×104 24×104 80×104
断裂伸长 （%） 8-9 7-8 6-9 5-8 2-3 5-6 4-5 3-4 4-5 30-40 25-35 2-12 6-20 14-15 16-17 15 10 18 1.5
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第三节 混纺纱的拉伸性质
S SA<SB B
SA
SB
(a)
A
O
ε
S SA>SB A
(b)
B
SAB
bmin bcri
O
b→
100
SA
SB
SAB
O
ε
O
b→
100
比应力-应变曲线
比应力-混合比曲线
图12-15 混合纱强度的作用求解示意图
锦/棉
涤/棉
锦/毛
涤/毛
锦纶含量
涤纶含量
图12-16 不同混纺纱的拉伸性能
断裂功 （J×10-7）
24-36
28-40 600- 84.5×102 320- 10.7×103
20-60 3.85×103- 13.2×104 2.24×103- 1.95×104
30-88 16×103- 35×104
180-480
500-700 400- 90×102 600- 70×102
图12-1 纤维的拉伸曲线
1-25tex 粗梳棉纱 2-70tex 干纺亚麻 纱 3-40tex 精梳毛纱 4-2.5tex 生丝 5-25tex 普通粘胶长丝 6-9tex 强力粘 胶长丝 7-25tex 粘胶短纤纱 8-5tex 锦纶 6 复丝 9-7tex 玻璃复丝
图12-2 纱线和长丝的拉伸性能
施加负荷终了时的 应变（%）
4 3.7 1.1 1.8 4.5 3.7 3.3 6.4 4.9 6.3 16.2 10 8.6
各种变形组分占总应变的比例
急弹性变形
缓弹性变形
塑性变形
0.23
0.21
0.56
0.22
0.14
0.64
0.51
0.04
0.45
0.22
0.11
0.67
0.71
0.16
0.13
二、纱线的弹性
表12-2 几种纤维和纱线拉伸变形组分的典型数据
纤维或纱线
棉纤维 普梳棉纱 亚麻工艺纤维 干纺亚麻纱 细羊毛纤维 精梳毛纱 生丝 普通粘胶复丝 强力粘胶复丝 锦纶6短纤维 涤纶短纤维 涤纶废纺纱 腈纶短纤维
线密度 （tex）
0.2 25 5 42 0.4 42 2.5 9 9 5 0.3 36 0.6
图12-6 加捻长丝纱中倾斜纤维的受力分析
σyamax
理论强度 曲线σy
纱线的强度
实际强度
曲线σya
Ο
cosα
图12-7 长丝纱的强度与捻回角余弦的关系
117.6
锦纶长丝 捻系数
1-13.6；2-0.5 3-27.6；4-42.5 5-57.9；6-83.0
7-113.9
图12-8 有捻锦纶长丝纱的拉伸曲线
粘胶长丝纱
断裂不同时 结果
图12-4 试样夹持长度对负荷-伸长曲线的影响
捻系数(tex1/2·捻/cm)
粘胶 长丝纱
断裂 不同时
图12-5 不同捻系数对负荷—伸长曲线的影响
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二、长丝纱条的初始模量和断裂强度
(a)
l
θ h
(b) Pfy
Pf
l θ
(c) ac
b θ
2πr
∵ac=ab/cosθ
εf=εycos2θ Pfy=Pfcos2θ ∴Afy=πr2/cosθ
三、短纤维纱的强力分析
纤维张力
lc
lc
L
图12-9 短纤维纱中纤维的轴向张力分布
3
B
N lc L
N
C lc lc C′
Nb
=
N (1−
2lc L
)
B′
L
图12-10 短纤纱中纤维断裂和滑脱示意图
四、影响短纤维纱强伸度的因素
1．纤维的性能 纤维的长度：特别是长度短于2lc(滑脱长度)的纤维含量，对纱线强度影响很大，因为这些纤维在
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第四节 纱线的弯曲、扭转与压缩性质
一、纱线的弯曲特性
纱线的抗弯曲能力较小，具有非常突出的柔顺性，实际上纱线较少发生弯曲破坏。
二、纱线的扭转特性
纱线受到扭转力矩作用后，在垂直其轴线的平面内就产生扭转变形和剪切应力。
纱钩 纱线试样
n 形支架 夹持器
轻质盘
l h
D
图12-17 测定纱线的旋转摆仪
表12-3 几种纱线的抗扭刚度
第十二章 纱线的力学性质
讨论纱线力学性质与纤维性能和纱线结构间关系，并分析影响纱线强伸性能的诸因素。
第一节 纱线的拉伸性能
一、纱线的一次拉伸断裂特性
12-1 几种纤维和纱线一次拉伸断裂特性指标
纱线种类
细绒棉 长绒棉 普梳棉纱 精梳棉纱 亚麻单纤维 亚麻干纺纱 亚麻湿纺纱 大麻单纤维 大麻纱 细羊毛 粗羊毛 粗梳毛纱 精梳毛纱 蚕丝 生丝 粘胶短纤维 粘胶纤维纱 普通粘胶复丝 玻璃长丝
0.60
0.22
0.18
0.30
0.31
0.39
0.11
0.19
0.70
0.12
0.20
0.68
0.76
0.21
0.03
0.49
0.24
0.27
0.29
0.22
0.49
0.45
0.26
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0.29
急弹性变形率 缓弹性变形率 塑性变形率
(a)棉纱
(b)毛纱
(c)涤纶纱
图12-3 在不同介质中纱线变形组分的变化
纱中总是滑脱的，没有断裂的机会。 2．纱线的结构
纱线的捻度是纱线结构的重要内容。纱线捻度对纱线的强伸度有重要影响，短纤维纱的强度与捻 系数间关系如图12-11所示。
断裂阻抗
摩擦滑移阻抗
强力
实际
全部断裂
只有滑移
捻度
临界值
图12-11 短纤纱强度与捻度间的关系
图12-12 细纱捻系数对断裂伸长的影响
4
图12-13 合股反向加捻对股线强度的影响 图12-14 变形纱和弹力丝的拉伸特性
(a)作用前的结构
(b)作用后的结构
图12-19 棉纱经过多次拉伸后结构的变化
二、纱线的弯曲疲劳
(a) 单弯无拉伸
(c) 有弯有摩有拉伸
(b) 有弯拉伸
图12-20 多次弯曲变形试验方法
8
表12-4 几种纱线多次双面弯曲的耐久性
纱线种类 普梳棉纱 干纺亚麻纱 精梳毛纱 粘胶复丝 粘胶短纤纱 锦纶6复丝
纱线种类
普梳棉纱 干纺亚麻线
精梳毛纱 生丝
粘胶复丝
线密度(tex) 25 72 42 2.5 9
抗扭刚度(g-cm2)
2.27×10-8 12.4×10-8 6.42×10-8 0.05×10-8
0.07×10-8
三、 纱线的压缩特性
7
第五节 纱线的耐久性能
耐久性是指材料抵抗在各种因素作用下结构逐渐破坏和引起性能恶化最后导致材料破坏或解体 的性能。
纺织材料的耐久性能有时也称为损耗性能，根据材料使用的特点和承受作用的形式不同可分为 疲劳、磨损和老化三种类型。
剩余循环变形(%)
一、纱线的拉伸疲劳
结构不良的纱线
第3相
结构良好纱线
第1相
第2相
第3相
n
图12-18 多次作用后纱线剩余变形增长曲线
在第一阶段，大多数纤维和纱线以结构单元的取向排列为主要特征，结构得到改善。 第二阶段开始结构将不再继续改善。 第三阶段开始时，材料的结构以比较快的速度破坏瓦解。
三、纱线的磨损性
纱线的磨损性也称耐磨性，它与纺织制品的耐用性能密切相关。当磨料在纱线表面往复摩擦时， 磨料与纱线表面纤维直接接触，使纤维表面磨损，当磨料深入纱线表层时，对纤维产生切割作用及引 起纤维从纱线中抽拔或拉断，致使纱线结构解体而破坏。
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