《纺织材料学》-纤维力学性质课件.ppt

1、纤维力学性质纤维力学性质v1.1测试标准的重要性测试标准的重要性v（1）环境条件环境条件会引起材料被测力学性质指标的差异，必须标准化测试环境；v（2）不同横截面或不同长度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；v（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加载历史和加载方式，必须标准化加载条件；v（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根数。v1.2标准测试条件举例标准测试条件举例v环境条件：环境条件：Temperature:203;Relative humidity(R.H.):655%v1.3指标体

2、系指标体系v断裂强力；断裂强度；断裂伸长率v1.3.1断裂强力（绝对强力）断裂强力（绝对强力）Pv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）。v对不同粗细的纤维，强力没有可比性。v1.3.2强度强度v用以比较不同粗细纤维的拉伸断裂性质的指标。v根据采用线密度指标不同，强度指标有以下几种：v（1）比强度（相对强度）比强度（相对强度）(specific strength 或tenacity)是指每特（或每旦）纤维所能承受的每特（或每旦）纤维所能承受的最大拉力。最大拉力。v单位为：N/tex（cN/dtex）；N/d（cN/d）；gf/dtex。v其计算式为：dend

3、entextexNPPNPP/v（2）断裂应力断裂应力（强度极限）指纤维单位截面上能承受的最大拉力。v单位为N/mm2（即MPa）。v其计算式为：v式中：纤维的断裂应力（MPa）；P纤维的强力（N）；S纤维的截面积（mm2）。SPv1.3.3断裂伸长率断裂伸长率%10000LLLv1.3.4其他指标其他指标（1）模量（刚度）：材料在低载荷时抵抗变形的能低载荷时抵抗变形的能力力，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)v式中：E初始模量（N/tex）；PM点的负荷（N）；LM点的伸长（mm）；L试样拉伸测试区段（mm）；Ntex试样线

4、密度（tex）。texNLLPE（2）屈服点确定：（3）功Work 1.4典型拉伸曲线分析典型拉伸曲线分析vOO：表示拉伸初期未能伸直的纤维由卷曲逐渐伸直；：表示拉伸初期未能伸直的纤维由卷曲逐渐伸直；vOM：（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；：（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；vQS：（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：（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；且不易回复，模量相应也逐渐变小；vSA：（增强区）错位滑移的大分子基本伸直平行，互相靠拢

5、，使大分子间的横：（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。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。vQ：屈服点；：屈服点；vA：断裂点。：断裂点。v1.5常见纺织纤维拉伸曲线常见纺织纤维拉伸曲线v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）。1.6常见纤维的有关拉伸性质指标常见纤维的有关拉伸性质指标纤维品种纤维品

6、种断裂强度（断裂强度（N/tex）钩接强度钩接强度（N/tex）断裂伸长率断裂伸长率（%）初始模量初始模量（N/tex）定伸长定伸长回弹率（回弹率（%）（伸长（伸长3%）干态干态湿态湿态干态干态湿态湿态涤涤纶纶高强低伸高强低伸型型0.53-0.620.53-0.620.35-0.4418-2818-286.17-7.9497普通型普通型0.42-0.520.42-0.520.35-0.4430-4530-454.41-6.17锦纶锦纶60.38-0.620.33-0.530.31-0.4925-5527-580.71-2.65100腈纶腈纶0.25-0.400.22-0.350.16-0.22

7、25-5025-602.65-5.2989-95维纶维纶0.44-0.510.35-0.430.28-0.3515-2017-232.21-4.4170-80丙纶丙纶0.40-0.620.40-0.620.35-0.6230-6030-601.76-4.8596-100氯纶氯纶0.22-0.350.22-0.350.16-0.2220-4020-401.32-2.2170-85粘纤粘纤0.18-0.260.11-0.160.06-0.1316-2221-293.53-5.2955-80富纤富纤0.31-0.400.25-0.290.05-0.069-1011-137.06-7.9460-85醋

8、纤醋纤0.11-0.140.07-0.090.09-0.1225-3535-502.21-3.5370-90棉棉0.18-0.310.22-0.407-126.00-8.2074（伸长（伸长2%）绵羊毛绵羊毛0.09-0.150.07-0.1425-3525-502.12-3.0086-93家蚕丝家蚕丝0.26-0.350.19-0.2515-2527-334.4154-55（伸长（伸长5%）苎麻苎麻0.49-0.570.51-0.680.40-0.411.5-2.32.0-2.417.64-22.0548（伸长（伸长2%）氨纶氨纶0.04-0.090.03-0.09450-80095-99（

9、伸长（伸长50%）v1.7断裂机理及影响因素断裂机理及影响因素1.7.1原因：原因：主链断裂；分子间滑脱。1.7.2影响纤维拉伸性能的因素影响纤维拉伸性能的因素（一）内因：（一）内因：（1）大分子结构）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。v（2）随着取向度的增加，粘胶纤维断裂点的强度增加，断裂伸长率降低。v（3）形态结构）形态结构（裂缝孔洞缺陷、形态结构、不均一性）等。（二）外因：（二）外因：v（1）温湿度：）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 间结合力消弱，因此，

10、纤维强度降低，断裂伸长率增大，拉伸模量下降。v多数纤维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，纤维纤维强度降低，伸长增大、初始模量下降强度降低，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。v1.9纤维破坏形态纤维破坏形态由由Hearle and Cross发现的尼龙纤维的破坏发现的尼龙纤维的破坏形态：形态：Nylon fibre broken in a tensile test Break in progress in a coarse nylon bristle Breakage zones in nylon brist

11、le 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。束纤维的拉伸性能束纤维的拉伸性能v静态性能静态性能主要有纤维间的摩擦和抱合性能。v摩擦抱合与可纺性、织物手感、起毛起球、耐磨和抗皱等有关。v纤维、机件被磨损，降低了使用价值；v高速缝纫可达300，使缝针弯曲，缝线熔融；v摩擦起静电，干扰纺纱工艺，特别是化纤。v（2）摩擦力F2纤维之间或纤维与机件之间，在一定正压力作用下，作相对滑动时所产生的阻力。切向阻力F抱合力F1摩擦力F2 切向阻抗系数：fNFuN1fNFu1v纤维的摩擦、抱合和切向阻力 v（1）抱合力F1纤维间在法向压力为零时，做相对滑动时产生的切向阻力。纤维摩擦抱

12、合性质的指标与测试 v1）抱合力的指标与测定v抱合系数h(cN/cm)单位长度纤维上的抱合力。v测试方法：从没有法向压力的纤维条中夹取一根纤维，测定出这根纤维所需的力F1（cN，即抱合力）和纤维的长l（cm）的比值。v抱合长度Lk（m）v方法：将纤维制成一定规格的没有法向压力的纤维条，在强在强力仪上以大于纤维长度的适当上下夹持距离拉断力仪上以大于纤维长度的适当上下夹持距离拉断，测得它的强力和纤维条的特数。v式中：F1纤维条的强力（N）；vNtex纤维条的特数（tex）；vg重力加速度（9.8m/s2）。lFh16110texkNgFLv（2）影响抱合因素：纤）影响抱合因素：纤维几何形态（表面结构、维几何形态（表面结构、纤维长度、卷曲度）；纤维长度、卷曲度）；排列形状；纤维弹性；排列形状；纤维弹性；表面油剂；温湿度。表面油剂；温湿度。v纤维卷曲或转曲多，细长而较柔软抱合力较大。纤维种类纤维种类纤维线密纤维线密度度(dtex)纤维长度纤维长度(mm)20C时时的抱的抱合长合长度度(mgf/tex)羊毛羊毛直径直径23m 55 30 涤纶涤纶 4.4 70 65 腈纶腈纶 3.85 90 47锦纶锦纶 3.3 70 95END