第2节纤维力学性能的时间依赖性

1、第 2 节 纤维力学性能的时间依赖性力学性能具有显著的粘弹性特征或称时间依赖性(time dependent) 。典型表现（ 1）应力松弛（ 2）蠕变（ 3）动态力学性能。1. 应力松弛和蠕变1.1 定义应力松弛：纤维在拉伸变形恒定条件下，应力随时间的延长而逐渐减小的现象。蠕变：纤维在一恒定拉伸外力作用下，变形随受力时间的延长而逐渐增加的现象PP00Ot1t2t形变t1tt30(t )231力或 P(t)4张15t1t Ot1t2t1.2三种形变（ 1）急弹性变形特点：伸长变形与外力成正比，变形速率与原子的热振动速率相当，可看作是瞬时的实质：纤维大分子主链的键长和键角增加以及分子键之间次价键的

2、伸长1tt1t2（ 2）缓弹性变形特点：变形随时间而逐步变化实质：非晶区中一部分分子链段从卷曲状态沿力场方向伸展变形要克服分子间或分子内的次价键力，次价键的拆开和重建需要时间，变形比较缓慢（ 3）塑性形变特点：外力去除不可恢复实质：大分子链（质心）间产生不可逆的位移（ 4）形变分布一般认为： 屈服点以前主要是急弹性变形、屈服点以后才出现明显的缓弹性变形和塑性变形1.3 对时间和温度的依赖性纤维的应力松弛和蠕变是一个性质的两种表现。其主要原因是由于在外力作用下纤维中大分子链的构象变化和大分子链之间的相互滑移，即大分子链的重新排列所引起。温度较高时，分子热运动能较大，大分子链链节的旋转、大分子链的

3、伸展和皱曲、结晶区方向和位置的调整移动容易回潮率较大时，纤维大分子之间的结合力减弱空气相对湿度m)m空气相对湿度/2Nmm(/力N(应力应时间(s)时 间( s )羊毛纤维涤纶纤维现象：（ 1）缩水（ 2）布机：停车，综平位置 应力松弛（ 3）半制品：长期储存，松烂 应力松弛（ 4）蒸纱：促使加速2. 纤维的（回）弹性弹性回复性能、回弹性指纤维变形的回复能力含义：（ 1）变形难易：不易变形 硬（ 2）回复能力：不能恢复 软2.1 弹性的指标弹性回复率： e14 100de100Toe弹性功回复率或功回复系数：ewWe100面积 cbeW100O面积 oabet12tt323141O5t1t2t

4、P(a) CRE 等速伸长P (b) CRL 等加负荷aabWbWWeWeOd4c3e lO d4c3e l2.2影响纤维弹性的因素（ 1）纤维结构羊毛（螺旋，网状结构） ；棉、麻、粘胶（刚性强，氢键极性强） ；锦纶（锯齿形，链段柔曲性好）；涤纶（急弹形变比锦纶大）（ 2）测试条件当伸长或负荷较大时，弹性回复性降低；停顿时间较长，弹性回复增加；温湿度较高时，弹性回复率降低弹性好，织物耐疲劳性能优良。如锦纶3. 基本力学模型3.1 力学模型的基本元件描述粘弹性力学性能的基本元件有二个， 在线性粘弹性理论中， 一个是虎克弹簧， 另一个是牛顿粘壶。0 tE为= E常数t(a) 虎克弹簧模型(b) 牛

5、顿粘壶模型3.2 描述纤维粘弹性的几个力学模型马克思威尔 (Maxwell) 模型将虎克弹簧和牛顿粘壶串联，可以用来模拟应力松弛现象E101 0.367 0ot伏欧脱 (Voigt) 模型虎克弹簧和牛顿粘壶并联就是伏欧脱模型，它可以用来描述纤维高聚物的蠕变和蠕变回复性能 (即缓弹性变形 )。0EE 0.633 0 Ekt1t标准线性固体力学模型(三元件模型 )三元件模型由两个虎克弹簧和一个牛顿粘壶组成，有两种排列方式，但它们是互为等效的E1 E20E1E1E 2bE2E1cE2adOt1d t(a)(b)(c)4. 纤维的疲劳4.1疲劳破坏形式（ 1）静态疲劳或蠕变疲劳纤维材料在一不大的恒定拉

6、伸力作用下，开始时纤维材料迅速伸长，然后伸长逐步缓慢，最后趋于不明显，到达一定时间后，材料在最虚弱的地方发生断裂。原因：蠕变过程中，外力对材料不断作功，直至材料被破坏。（ 2）多次拉伸 (或动态 )疲劳纤维材料经受多次加负荷、 减负荷的反复循环作用， 因为塑性变形的逐渐积累， 纤维内部的局部损伤，形成裂痕，最后被破坏的现象。12a0bOdc543eP( a定)负荷a( b定)伸长PP0P0= c o n sa0= c o n s tbbOOdcedce004.2纤维疲劳破坏的影响因素指标：耐久度或疲劳寿命。指纤维材料能承受的加负荷、减负荷的反复循环的次数力大最伸拉次每c纤维材料性能方面（ 1）拉伸断裂功大，功纤维弹性回复性能好（塑性变形不易积累） 不易很快达到纤维的断裂伸长