纺织材料学 10 纤维力学性能PPT课件
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目 录
• 纤维材料简介 • 纤维材料的生产工艺 • 纤维材料的性能测试与表征 • 纤维材料的应用领域 • 纤维材料的未来发展与挑战
01
纤维材料简介
纤维材料的定义与分类
定义
纤维材料是由天然或人工合成的 细长、柔软、可连续的物质组成 的材料。
分类
天然纤维、人造纤维和合成纤维 。
纤维材料的特性与应用
航空航天领域
在航空航天领域中，纤维材料的应用 非常重要。由于航空航天器需要承受 极高的温度和压力，因此需要使用高 性能的纤维材料，如碳纤维、玻璃纤 维和芳纶纤维等。
VS
这些纤维材料可以用于制造飞机机身、 机翼、起落架等部件，以及航天器的 结构部件和隔热材料等。它们具有重 量轻、强度高、刚性好、耐腐蚀等特 点，能够提高航空航天器的性能和安 全性。
拉伸性能测试
压缩性能测试
通过拉伸实验测定纤维的应力-应变曲 线，评估纤维的抗拉强度、弹性模量 等力学性能指标。
在压缩状态下测定纤维的应力-应变曲 线，分析纤维的抗压强度、压缩模量 等性能指标。
弯曲性能测试
测定纤维在弯曲状态下的应力-应变行 为，评估纤维的弯曲强度、弯曲模量 等性能参数。
纤维材料的热学性能测试
将高分子聚合物溶解在溶剂中形成溶胶， 通过喷丝孔挤出，在凝固浴中凝固成丝， 再经拉伸和干燥等处理。
织造工艺
01
02
03
织前准备
包括配浆、整经、浆纱和 穿综等工序，目的是使纤 维排列整齐，便于织造。
织造过程
通过织机将纤维交织成布， 可根据不同的织物组织结 构和织物风格采用不同的 织机。
织后处理
包括退浆、漂白、染色、 印花和整理等工序，目的 是提高织物的品质和附加 值。
目 录
• 纤维材料简介 • 纤维材料的生产工艺 • 纤维材料的性能测试与表征 • 纤维材料的应用领域 • 纤维材料的未来发展与挑战
01
纤维材料简介
纤维材料的定义与分类
定义
纤维材料是由天然或人工合成的 细长、柔软、可连续的物质组成 的材料。
分类
天然纤维、人造纤维和合成纤维 。
纤维材料的特性与应用
航空航天领域
在航空航天领域中，纤维材料的应用 非常重要。由于航空航天器需要承受 极高的温度和压力，因此需要使用高 性能的纤维材料，如碳纤维、玻璃纤 维和芳纶纤维等。
VS
这些纤维材料可以用于制造飞机机身、 机翼、起落架等部件，以及航天器的 结构部件和隔热材料等。它们具有重 量轻、强度高、刚性好、耐腐蚀等特 点，能够提高航空航天器的性能和安 全性。
拉伸性能测试
压缩性能测试
通过拉伸实验测定纤维的应力-应变曲 线，评估纤维的抗拉强度、弹性模量 等力学性能指标。
在压缩状态下测定纤维的应力-应变曲 线，分析纤维的抗压强度、压缩模量 等性能指标。
弯曲性能测试
测定纤维在弯曲状态下的应力-应变行 为，评估纤维的弯曲强度、弯曲模量 等性能参数。
纤维材料的热学性能测试
将高分子聚合物溶解在溶剂中形成溶胶， 通过喷丝孔挤出，在凝固浴中凝固成丝， 再经拉伸和干燥等处理。
织造工艺
01
02
03
织前准备
包括配浆、整经、浆纱和 穿综等工序，目的是使纤 维排列整齐，便于织造。
织造过程
通过织机将纤维交织成布， 可根据不同的织物组织结 构和织物风格采用不同的 织机。
织后处理
包括退浆、漂白、染色、 印花和整理等工序，目的 是提高织物的品质和附加 值。
纺织材料学 10 纤维力学性能PPT课件
第十章 纤维的力学性质
15
第三节 弯曲性能
一、纤维的弯曲刚度
材料的弯曲刚度决定材料抵抗为扭曲变形的 能力。纤维的弯曲刚度大，则不易产生弯曲变形， 手感较刚硬。
为了在纤维间相互比较，常采用单位粗细条 件下的纤维弯曲刚度，称为纤维的相对弯曲刚度 或比弯曲刚度。几种纤维的弯曲截面形状系数和 相对弯曲刚度值可以参见表10-2 纤维的抗弯性能
第十章 纤维的力学性质
20
图10-5 勾接强度和打结强度试验原理
第十章 纤维的力学性质
21
纤 维 勾 接 强 (度% )
断 裂 伸 长 率 (% )
图10-6 不同断裂增长率纤维的勾结强度率
第十章 纤维的力学性质
22
第四节 剪切性能
一、纤维的抗扭刚度 纤维与任何物体一样，在受到扭矩作用
下，都会产生扭变形，如图10-7 所示。当一 个圆柱体在扭矩T作用下，上端面对下端面 产生扭变形时，则有公式:
Pb b
600
0.4
0.12
s
300
0.2
0.06
试样长度 20 mm
Pa
a Y (y,y)
线密度 0.3 tex
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10-1 纺织纤维的拉伸曲线
第十章 纤维的力学性质
4
第一节 拉伸性质(续)
第十章 纤维的力学性质
10
第二节 压缩性能
一、纤维及其集合体的压缩性能
纤维受横向压缩后，在压缩方向被压扁，而在受 力垂直方向上则变宽。具体情况可以参见
纺织材料学课件第十章 纺织材料的力学性质
15
(3) 断裂功和断裂比功 a.断裂功 拉伸纤维或纱线至断裂时外力所作的功，是材
料抵抗外力破坏所具有的能量，单位cN·mm。 意义：断裂功是强力和伸长的综合指标，它可
以有效地评定材料的坚牢度和耐用性能。大，韧 性好、耐磨损、坚牢度好。
16
b.功系数（充满系数） 断裂功/（强力×断裂伸长）。
c.断裂比功 拉断单位体积（折合成同样截面积，同样试
3
（二）相对强度
将强力折合成规定粗细时的力，用以比较不 同粗细的纤维或纱线拉伸断裂性质的指标。因折 合的细度标准不同，故相对强度指标有多种：
1.断裂应力σ 纤维或纱线单位截面上能承受的最大拉力。
σ=Pb / S
标准单位N/m2(帕)，常用N/mm2(兆帕，MPa) 。
因纤维或纱线的截面积难以测量，生产上应用 较少，多应用于理论研究中。
交错次数越多，强力越高。同条件下，平 纹的断裂强力和伸长率大于斜纹，斜纹又大于 缎纹。
43
（2）纱线的线密度（即特数）和结构 ①纱线特数大，强度高； ②线织物大于同特纱织物的强度（因线织物条干
好，捻度不匀小）。 ③捻度，在接近临界捻度时，织物强力开始下降； ④捻向的配置，同捻向，强力高（纱线交叉处纤
维相互啮合，交织阻力大）；
捻向 经 表观
相同
反向
纬
交织点
(a)
同向
经
捻向
表观
相反
同向
纬
交织点 反向
(b)
44
纱线捻向对织物性质的影响
（3）纤维品种与混纺比 ①纤维品种
是织物强伸性的决定因素。 ②混纺比
混纺纱中两种纤维的断裂伸长率不同时，混纺织 物的强力有时会比强力最差的纯纺织物的强力低；
(3) 断裂功和断裂比功 a.断裂功 拉伸纤维或纱线至断裂时外力所作的功，是材
料抵抗外力破坏所具有的能量，单位cN·mm。 意义：断裂功是强力和伸长的综合指标，它可
以有效地评定材料的坚牢度和耐用性能。大，韧 性好、耐磨损、坚牢度好。
16
b.功系数（充满系数） 断裂功/（强力×断裂伸长）。
c.断裂比功 拉断单位体积（折合成同样截面积，同样试
3
（二）相对强度
将强力折合成规定粗细时的力，用以比较不 同粗细的纤维或纱线拉伸断裂性质的指标。因折 合的细度标准不同，故相对强度指标有多种：
1.断裂应力σ 纤维或纱线单位截面上能承受的最大拉力。
σ=Pb / S
标准单位N/m2(帕)，常用N/mm2(兆帕，MPa) 。
因纤维或纱线的截面积难以测量，生产上应用 较少，多应用于理论研究中。
交错次数越多，强力越高。同条件下，平 纹的断裂强力和伸长率大于斜纹，斜纹又大于 缎纹。
43
（2）纱线的线密度（即特数）和结构 ①纱线特数大，强度高； ②线织物大于同特纱织物的强度（因线织物条干
好，捻度不匀小）。 ③捻度，在接近临界捻度时，织物强力开始下降； ④捻向的配置，同捻向，强力高（纱线交叉处纤
维相互啮合，交织阻力大）；
捻向 经 表观
相同
反向
纬
交织点
(a)
同向
经
捻向
表观
相反
同向
纬
交织点 反向
(b)
44
纱线捻向对织物性质的影响
（3）纤维品种与混纺比 ①纤维品种
是织物强伸性的决定因素。 ②混纺比
混纺纱中两种纤维的断裂伸长率不同时，混纺织 物的强力有时会比强力最差的纯纺织物的强力低；
第9章纺织材料基本力学性质PPT课件
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。
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。
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。
[化学]10第10章 纤维的力学性质ppt课件
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应力松弛(stress relaxation)
定义：在一定变形条件下，纤维内力随时间 添加而逐渐衰减的景象
图例
蠕变creep
定义：纤维在一定负荷作用下，变形随时间而逐 渐添加的景象
图例
ε1、ε3，急弹性变形，与时间无 关 ε2、ε4，缓弹性变形，与时间有 关 ε5， 塑性变形
纤维变形机理
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
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(%)
纺织纤维的拉伸曲线〔 load - elongation curve 〕
σb－－断裂应力〔kgf/ mm2 〕； L p－－纤维的断裂长度〔km〕； Ptex－－特数制断裂强度〔gf/tex〕； Pden－－旦数制断裂强度〔gf/d〕； γ－－纤维的体积密度〔g/cm3〕 。
纤维相对强度目的间的关系
Lp 10100PNm
Lp
P N tex
L p P te x 9 P d e n
p Y
(a)
考泼伦法
(b)
曼列狄斯法
6、功〔work〕 断裂功〔work of rupture 〕W〔cN·mm〕：
指拉伸纤维至断裂时外力所作的功，是纤维 资料抵抗外力破坏所具有的能量。
Pa
W la Pdl 0
dl
La
断裂功的大小与试样粗细和长度有关
断裂比功〔 specific work of rupture 〕 拉断单位体积纤维所需作的功，单位为N/mm2，
湖南工程学院纺织材料学课件第五章 纤维的力学性质
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 (y5 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(%)
11
• 4、断裂功指标 （1）断裂功W
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。 （P-Δl伸长曲线(ob)下的面积)
•
W
l
0
Pdl
• 纤(2维) 体所积需断作裂的比功功WvW，v ：单指位拉为断N/单mm位2。体积
•
Wv
W A l0
b
0
d
12
13
• （与３单）位重长量度断纤裂维比材功料W所w需，做是的指功拉，断其单计位算线式密为度：
本身的拉伸，即键长、键角的变形。拉伸曲线 接近直线，基本符合虎克定律。 • 当外力进一步增加，无定型区中大分子链克服 分子链间次价键力而进一步伸展和取向，这时 一部分大分子链伸直，紧张的可能被拉断，也 有可能从不规则的结晶部分中抽拔出来。
16
• 次价键的断裂使非结晶区中的大分子逐 渐产生错位滑移，纤维变形比较显著， 模量相应逐渐减小，纤维进入屈服区。
CB
A
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
19
• 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）和（2）之间的拉 伸曲线（涤纶、锦纶、蚕丝等纤维）。
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
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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。
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第十章 纤维的力学性质
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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
第五章纺织纤维的力学性质PPT课件
对不同粗细和长度的纤维没有可比性。
（2）断裂比功Wa
定义：拉断单位细度、单位长度纤维外力 所作的功。
Wa=W/(Ttex*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。 反映应力－应变曲线下的面积。
（3）功系数We
定义：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。
第五章 纺织纤维 的力学性质
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
纺织纤维的力学性质（或机械性质）是纤 维及其制品在使用过程中的重要性质之一。 纤维材料的力学性质的好与坏（优与劣）是 根据它在受外力作用时，所表现的耐破坏性 能（不一定拉断）来评价的。纤维在外力作 用下遭到破坏的形式很多，其中以拉伸断裂 为最主要的破坏形式。
❖ 屈服点高的纤维，不易产生塑性变形，拉伸 弹性较好，其制品保形性好，不易起拱，起 皱。
5．断裂功、断裂比功和功系数
（1）断裂功W 定义：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。
W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。
屈服点：曲线坡度由较大转向较小（伸长由较 小转向较大）部分的转折点。 屈服应力：屈服点处所对应的应力。 屈服应变：屈服点处所对应的应变。
p
1
2
Yc
Y
p Y
(a)
(b)
❖ 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。
（2）断裂比功Wa
定义：拉断单位细度、单位长度纤维外力 所作的功。
Wa=W/(Ttex*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。 反映应力－应变曲线下的面积。
（3）功系数We
定义：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。
第五章 纺织纤维 的力学性质
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
纺织纤维的力学性质（或机械性质）是纤 维及其制品在使用过程中的重要性质之一。 纤维材料的力学性质的好与坏（优与劣）是 根据它在受外力作用时，所表现的耐破坏性 能（不一定拉断）来评价的。纤维在外力作 用下遭到破坏的形式很多，其中以拉伸断裂 为最主要的破坏形式。
❖ 屈服点高的纤维，不易产生塑性变形，拉伸 弹性较好，其制品保形性好，不易起拱，起 皱。
5．断裂功、断裂比功和功系数
（1）断裂功W 定义：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。
W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。
屈服点：曲线坡度由较大转向较小（伸长由较 小转向较大）部分的转折点。 屈服应力：屈服点处所对应的应力。 屈服应变：屈服点处所对应的应变。
p
1
2
Yc
Y
p Y
(a)
(b)
❖ 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。
纺织纤维概述PPT课件
② 纤维的细度
指标：直径（μm）；旦尼尔（D) 影响工艺与风格。
③ 纤维的卷曲
a.弱卷曲，b.常卷曲，c.强卷曲 指标：卷曲数、卷曲率
8
外部形态结构的意义
① 形态结构与纤维 性质密切相关， 包括：抱合力、 可纺性、光泽、 手感、弹性、保 暖性、吸湿性等。
② 形态结构是鉴别 纤维的方法之一。
bac9k
1.纤维截面形状和结构：如圆形、三角形、中 空或其他不规则形状，皮芯结构、双侧结构、 海岛结构；影响光泽、手感、保暖
2.纤维纵向形态：如纤维表面的转曲、卷曲、 结节、棱槽等 ；
3.纤维表面的样貌：缝隙和孔洞、鳞片； 4.纤维形态尺寸：长度、线密度和卷曲度等。
7
4.纤维形态尺寸
① 纤维的长度
纤维伸直而未伸长时两端的距离 （伸直长度）。重要的工艺参数
A
B
组成大分子的单体个数叫做大分子的聚合度， 用n表示。
③ 大分子简式
An
A Bn
11
单体：决定材料性能的本质所在
大分子的单体具有独特的化学结构，化学 元素以原子团的方式组合，其中起决定作 用的原子团叫做“官能团”。“官能团” 分为——
？ 亲水基团 疏水基团
官能团的种类决定了纤维 的吸湿、耐酸碱、耐光、染色 等性能。
丝纤维：柞蚕丝、桑蚕丝 石棉
再生纤维
化学纤维
再生纤维素纤维：黏胶、醋酯、铜氨、Tencel 再生蛋白质纤维：大豆纤维、牛奶纤维
合成纤维： 涤纶、锦纶、腈纶、氨纶、丙纶、维纶、氯纶、芳纶
4
如何了解一种纤维？
了解任何一个对象， 在于了解它的——
外部特征 内部结构
bac5k
三、纤维的外部形态
6
力学纤维PPT
第七节 力学疲劳性质
纤维由于较小外力长时间作用或重复作用而破坏 拉伸时，外力对纤维做功 回缩时，纤维对外力做功
0
1
a
2 b
O
5
d 4
c 3
e
重复拉伸过程中的修复
外力越小，材料所能经受的重复拉伸次数越多 纤维疲劳破坏的影响因素 纤维本身性能
拉伸断裂功
弹性恢复性
结构缺陷
疲劳试验条件
负荷大小 加负荷时间
卸负荷时间
1) 接触表面积是常数:
摩擦系数
F aN
F bA
n
硬体 软体
2) 压力是常数:
(1 n )
A 接触表面积
n= 0.67~1
O
粗糙度r
3)μ 与υ 相关，高速摩擦时μ s≤μ
d
S
大多测试段
D
流体润滑 边界润滑 O v
二
静摩擦和动摩擦
粘－滑现象 纤维间相对低速滑移时，会发生时而保持不动 （粘），纤维产生变形或同向移动；时而又相对 快速滑移（滑）的现象
第六节
Amontons-Coulomb 摩擦定律
表面摩擦性质
与法向载荷成正比
摩擦力 与物体接触面积无关
与物体表面滑动速度无关 静摩擦力大于动摩擦力
f N
Fτ F0 F
摩擦力F: 在外力作用下，物体在接触面间滑移的切向阻力 抱合力F0: 纤维间的正压力N＝0时的纤维间的滑移阻力
一 纤维摩擦实验结果
纤维勾接强度 (%)
上夹头 勾接 实验 下夹头 纤维 打结 实验
勾接和打结强度
断裂伸长率 (%)
第四节
剪切性质
T
1．扭转刚度Rt = G Ip0 ŋf Rt:扭转刚度; G:剪切弹性模量; Ip0 :正圆形时的截面极惯性矩; ŋf :截面形状系数 2．纤维扭转时的破坏
第三章_纺织纤维的基本理化性能
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（2）旦[尼尔]（denier）可用符号Nden表示 定义：纤维或纱线公定回潮率下，9000m长所具有的质量Βιβλιοθήκη 克）。即：1旦 ＝1g/9000m
计算公式： G：丝线（纤维）的重量（g）
Nden=9000G/L L：丝线（纤维）的长度（m）
旦数多用于天然纤维蚕丝或化纤长丝的细度表达。
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第三节 纺织纤维的物理性能
一、纤维的长度
衣料纤维长度： 长度:直径＞1000:1。
1.纤维的长度
纤维的伸直长度：充分伸直。一般所指的长度。
纤维的自然长度：自然伸展下的投影长度。
纤维的伸直度：自然长度与伸直长度之比。
长度表示方法：集中性指标或平均长度表示。
纤维长度不匀性表示：整齐度表示。
之 间 ， 线 密 度 0.22～ 0.38特 （ 2～ 3旦 ）
如中长纤维仿毛产品
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第二节 纺织纤维与纺织品
一、服用纺织纤维及其纺织品：服用纤维材料，
制成服装后需满足的条件。
1.卫生保健功能：良好的透湿及对皮肤的保护功能。
2.适应活动功能：也叫物理舒适功能或弹性舒适功能。 较好的延伸性和较好的弹性回复性能。
（1）特[克斯]（tex） 可用符号Nt表示 俗称号数
定义：纤维或纱线在公定回潮率下，1000m长所具有 的质量（g）。
即：1tex＝1g/1000m或1mg/1m 计算公式：
G：纱（丝、纤维）的重量（g） Nt=1000G/L L：纱（丝、纤维）的长度（m）
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纱线表示：
单纱：写成“××特”。
3.耐用功能：足够的强度、延伸性和柔软性等力学性 能，经受得起化学加工、洗涤、体液和日晒作用。
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二、纤维及其集合体在压缩中的破坏
纤维集合体在受强压缩条件下，纤维相互接 触出现明显的压痕。压力严重时，开始出现纵向 劈裂。例如，棉纤维集合体压缩后的密度达 1.00g/cm3以上，恢复后的纤维出现纵向劈裂的 条纹。因此原棉棉包密度最好控制在0.40— 0.65g/cm3之间，不超过0.8g/cm3。否则会影响 开清棉效果并易损伤纤维。
第十章 纤维的力学性质
第一节 拉伸性质
2020/11/7
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第一节 拉伸性质
一、纤维拉伸断裂性能的基本指标：
1．拉伸断裂强力 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 2．相对强度
（1）断裂应力 指单位截面积上纤维能承受的最大拉力
第十章 纤维的力学性质
2
第一节 拉伸性质(续)
第十章 纤维的力学性质
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第二节 压缩性能
一、纤维及其集合体的压缩性能
纤维受横向压缩后，在压缩方向被压扁，而在受 力垂直方向上则变宽。具体情况可以参见
表10-1几种纤维的横向压缩性能 其中①（d0-d）/d0
②（d0-dn ）/do 其中：d0为原始直径，d为压缩后的直径，
dn为压缩恢复后的直径
Pb b
600
0.4
0.12
s
300
0.2
0.06
试样长度 20 mm
Pa
a Y (y,y)
线密度 0.3 tex
纤维密度 1.5 g/cm3
0
00 Δlaຫໍສະໝຸດ 24 Δl 伸长(mm)
0
0.1
0.2 ε=应变
0
10
20 ε=应变率(%)
图10-1 纺织纤维的拉伸曲线
第十章 纤维的力学性质
4
第一节 拉伸性质(续)
第十章 纤维的力学性质
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第一节 拉伸性质(续)
第三步：当错位滑移的纤维大分子链基本 伸直平行时， 大分子间距就会靠近，分子链间可能形成新的次价键，这 时候继续拉伸纤维，产生的变形主要又是分子链的键长、 键角的改变和次价键的破坏，由此进入强化区。 2.影响纤维拉伸断裂强度的主要因素 (1)纤维的内部结构
a.大分子的聚合度：大分子聚合度越高，大分子从结晶区 中完全抽拔出来就不容易，大分子之间横向结合力也更大， 所以强度越高。
第十章 纤维的力学性质
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第一节 拉伸性质(续)
b.分子的取向度：取向度越高，也就是大分子和基原 纤排列越平行，在拉伸中受力的基原纤和大分子根数越 多，纤维断裂强度增加，断裂伸长率降低。
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。
第十章 纤维的力学性质
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第一节 拉伸性质(续)
b.相对湿度和纤维回潮率：纤维回潮率越大，大分子之间结 合力越弱，结晶区越松散。纤维强度越低、伸长率增大、初始 模量下降。 （3）实验条件 a．试样长度：试样越长，弱环出现的概率越大，测得的断裂 强度越低。 b．试样根数：由束纤维试验所得的平均单纤维强力比单纤维 试验时的平均强力为低。 c．拉伸速度：拉伸速度对纤维断裂强力与伸长率的影响较大。 d．拉伸试验机类型
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 55.6 38.7 11.3 0.0
第十章 纤维的力学性质
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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。
（2）相关指标 a.屈服点 b.初始模量：指纤维拉伸曲线的起始部分直线段的应力与
应变的比值 c.断裂功W：是指拉伸纤维至断裂时外力所作的功 d.断裂比功：一是体积断裂比功，另一定义是重量断裂比
功 e.功系数η：指纤维的断裂功与断裂强力和断裂伸长的乘
积之比 (3)常见纤维的拉伸曲线
如图10-2 常见纤维的拉伸曲线
（2）断裂强度(相对强度) 指每特(或每旦)纤维能承受的最大拉力
（3）断裂长度 纤维重力等于其断裂强力时的纤维长度
3．断裂伸长 纤维拉伸到断裂时的伸长率（应变率），叫断裂伸长率
4．拉伸变形曲线和相关指标
（1）拉伸变形曲线 如图10-1 纺织纤维的拉伸曲线
第十章 纤维的力学性质
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应力 σ (N/mm2=MPa) 比应力 p (N/tex) 负荷 P(N)
对纤维集合体加压再去除压力后，纤维集合体体积逐 渐膨胀，但一般不能恢复到原来的体积。压缩后的体积 回复率表示了纤维集合体被压缩后的回弹性能。纤维集 合体加压过程中的变形，也与拉伸相似。
第十章 纤维的力学性质
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图10-3 纤维集合体的压力与密度间关系
第十章 纤维的力学性质
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第二节 压缩性能（续）
第十章 纤维的力学性质
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图10-2 不同纤维的应力-应变曲线
第十章 纤维的力学性质
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第一节 拉伸性质(续)
二、纤维的拉伸破坏机理及影响因素
1．纤维的拉伸破坏机理 第一步：纤维开始受力，变形主要是纤维大分子链本身的
拉伸，即键长、键角的变形，拉伸曲线接近直线。该区域 称做虎克区。
第二步：外力增加，一部分大分子链伸直，而且可能被拉 断，也可能从不规则的结晶部分中抽拔出来，非结晶区中 的大分子逐渐产生错位滑移，纤维变形显著，纤维进入屈 服区
第十章 纤维的力学性质
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纤维种类
粘胶纤维 羊毛 锦纶 涤纶 晴纶
蛋白质纤维 玻璃纤维
表 10-1 几种纤维的横向压缩性能 各种加压(cN)下的直径变化(%)① 49 98 196 294 392 490 17.5 26.5 39.0 47.7 53.5 58.0 16.0 24.5 35.0 42.7 47.5 51.0 12.5 21.5 37.0 48.4 55.5 60.5 7.5 15.0 29.0 41.0 49.0 55.5 16.5 27.5 41.0 49.6 55.5 60.0 10.5 17.5 29.0 38.8 46.0 50.5 1.5 3.0 5.0 6.4 8.0 9.0