第5章 纤维的力学性质

1、 mechanical property a Y (y,y) s Pb b 0.06 0.12 Pa 负荷 P(N) la 2 4 l 伸长(mm) 0 0 0.1 0.2 0 10 20 =应变 =应变率(%) 比应力 p (N/tex) 0 0.2 0.4 应力 (N/mm2=MPa) 0 300 600 试样长度 20 mm 线密度 0.3 tex 纤维密度 1.5 g/cm3 纺织纤维的拉伸曲线（ load - elongation curve ）纤维相对强度指标间的关系 109 103den b3texbpp或 bbgL 109103den3texbgpgpL纤维相对强度指标间的关系

2、11000pmLPNpLtexPN9ptexdenLPPL p纤维的断裂长度（km）；P纤维的强力（克力）；断裂应力（kgf/ mm2 ）；Nm纤维的公制支数； Ptex特数制断裂强度（gf/tex）；Pden旦数制断裂强度（gf/d）；纤维的密度（g/cm3） 。屈服点的确定方法屈服点的确定方法 Y Yc p 1 2 (a)Y p (b)考泼伦法 曼列狄斯法0alWPdl dlPaLaN cm()cmtex断裂功（）重量断裂比功纤维线密度夹持长度（）b00vdlAWWbblPW麻棉涤纶锦纶蚕丝腈纶粘胶醋纤羊毛 应变 (%) 尼龙 聚酯 凯夫拉 玻璃 人造丝 应力 (g/d) 钢丝 应力 (g

3、/tex) 产业用纤维的应力-应变曲线 虎克区虎克区OA ：大分子链键长和键角的变化，基本符合虎克定律；屈服区屈服区AB ：大分子间产生相对滑移，在新的位置上重建连接键。变形显著且不易恢复， 模量相应逐渐变小；增强区增强区BC ：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，曲线斜率增大至断裂。 纤维的断裂：纤维的断裂：1 1、非结晶区中大分子从结晶区抽拔出来或被拉裂。、非结晶区中大分子从结晶区抽拔出来或被拉裂。2 2、结晶区大分子结合力被破坏，大分子产生相对滑移，结晶、结晶区大分子结合力被破坏，大分子产生相对滑移，结晶 区逐步松散。区逐步松散。纤维的

4、伸长：纤维的伸长：1 1、大分子的伸直、伸长（键长键角的增大，取向度的提高）、大分子的伸直、伸长（键长键角的增大，取向度的提高）2 2、大分子之间的相互滑移。、大分子之间的相互滑移。 C B A A B C A B (a) (b) (c) (d) (e) 比容 (cm3/g) 初始模量 (N/cm2) 屈服应力 (N/cm2) 结晶度 (%) 聚丙烯纤维结晶度对拉伸性能的影响 g/den 伸长率 (%) 增加取向度 醋酯纤维 粘胶纤维 比应力 (gf/tex) 断裂点轨迹 N/tex 不同取向度纤维的应力应变曲线 L (cN/tex) 177 99 21 -57 P0 (cN/dtex) (c

5、/mm2) 温度对涤纶拉伸性能的影响 回潮率一定，温度，纤维大分子热运动，大分子柔曲性，分子间结合力(次价键力)纤维断裂强度，断裂伸长率，初始模量， 富纤 棉 L (cN/tex) P0 (cN/dtex) (c/mm2) (%) 相对湿度对富强纤维和棉的影响 L (cN/tex) P0 (cN/dtex) (c/mm2) 相对湿度对细羊毛拉伸性能的影响 kfNNkfnPfBP为束纤维强力机测得的束纤维平均断裂强力(cN)；f 为单纤维强力机测得的单纤维平均断裂强力(cN)；n为束纤维中的单纤维根数；NB和Nf分别为束纤维和单纤维的线密度；k为修正系数。 上夹头 下夹头 纤维 重锤杆 支点 标

6、尺 转动机构 指针 L G1 G 下夹头 纤维 上夹头 称杆 v G l0 重锤 支点 上夹头 处理单元 试样 显示 打印绘图仪 v 换算单元 l=vt 力传感器 下夹头 1、3，急弹性变形，与时间无关 2、4，缓弹性变形，与时间有关5， 塑性变形 时间 (s) 温度 定张力 伸长 (%) 时间 (s) 应力 (N/mm2) 空气相对湿度 羊毛纤维在不同温度下的蠕变 羊毛在不同相对湿度下的应力松弛 对时间和温度的依赖性 时间 (s) 负荷 (cN) 伸长 (%) 羊毛纤维在不同负荷下的蠕变 ttsinsin00 200/200/20 )(sin)sin(EtdtdWEE tanE力学模型的基本

7、单元力学模型的基本单元EdtddtdEdtdE12121Maxwell模型及其应力松弛曲线/0e)(ttdtdEdtd1tEtcc)(dtdEdtd1dtdE21伏欧脱模型及其蠕变和蠕变回复曲线ktcEt/e1)(dtdE210dtdE积分上式，根据初始条件：当t=t1 时，)1 ()(/11ktceEt可得蠕变回复曲线： kttett/ )(11)()(dtdE21(a)4()3()2() 1 (21212222111EE212121211112EEEEEEEEEEEE122(a)cEEEEdtd1212 模型的蠕变方程为：)11(21/2EEcect)1 ()(2/21tcceEEt212

8、121211EEEEEEEEE推迟时间/ E2)1 ()(1/212121tCeEEEEEEt)1 ()()(1/212121tceEEEEEEttEcEEEEdtd2121212121211EEEEEEEEEteEEtctcck3/21)1 ()(等速伸长和等加负荷试验机拉伸图 100100T41oedee100100woabecbeWWee面积面积 P P0=const d O P0 a b c e 0 0 c d a b O e P 0=const (a)定负荷 (b)定伸长 纤维的重复拉伸疲劳图 （b）定伸长疲劳曲线：纤维每次被拉伸到一设定伸长率时停顿一定时间，然后卸负荷。织机上经纱所

9、受的拉伸接近这一形式。（a）定负荷疲劳曲线：是采用纤维被拉伸到一设定负荷时，保持纤维伸长值一段时使纤维产生应力松弛，然后卸去负荷，再停顿一定时间后，进行第二次拉伸，依次重复。 疲劳试验方法拉伸应力拉伸应力 = F / A0 （A0为材料的起始截面积）为材料的起始截面积）拉伸应变（相对伸长率）拉伸应变（相对伸长率） = （l - l0）/l0 = l / l0简单拉伸示意图简单拉伸示意图A0l0l lAFF 材料在拉伸作用下产生的形变称为材料在拉伸作用下产生的形变称为拉伸应变拉伸应变，也称，也称相对相对伸长率伸长率（ ）。）。（i）简单拉伸（简单拉伸（drawing)：（ii）简单剪切简单剪切(

10、shearing) 材料受到与截面平行、大小相等、方向相反，但不在一条材料受到与截面平行、大小相等、方向相反，但不在一条直线上的两个外力作用，使材料发生偏斜。其偏斜角的正切值直线上的两个外力作用，使材料发生偏斜。其偏斜角的正切值定义为剪切应变（定义为剪切应变（ ）。）。A0FF 简单剪切示意图简单剪切示意图 剪切应变剪切应变 = tg 剪切应力剪切应力 s = F / A0（iii）均匀压缩均匀压缩（pressurizing)材料受到均匀压力压缩时发生的体积形变称材料受到均匀压力压缩时发生的体积形变称压缩应变压缩应变（ V）。）。A0材料经压缩以后，体积由材料经压缩以后，体积由V0缩小为缩小为V，则压缩应变：则压缩应变： V = （V0 - V）/ V0 = V / V0材料受力方式除以上三种基本类型外，还有弯曲和扭转。材料受力方式除以上三种基本类型外，还有弯曲和扭转。（iv）弯曲弯曲（bending) 对材料施加一弯曲力矩，使材料发生弯曲。主要有两种形式：对材料施加一弯曲力矩，使材料发生弯曲。主要有两种形式：F一点弯曲一点弯曲（