苏州大学纺织材料学课件第五章

1、对不同粗细和不同试样长度的纤维没对不同粗细和不同试样长度的纤维没有可比性。有可比性。可用于比较各种纤维拉伸性能的不同。可用于比较各种纤维拉伸性能的不同。 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 图图5-1 5-1 纺织纤维的拉伸曲线纺织纤维的拉伸曲线 强力强力P Pb b：又称绝对强力、断裂强

2、力；：又称绝对强力、断裂强力； 是纤维能够承受的最大拉伸外力，或单根纤维受是纤维能够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。单位：牛顿（外力拉伸到断裂时所需要的力。单位：牛顿（N N）；）；厘牛（厘牛（cNcN）; ;克力（克力（gfgf) ) 。 对不同粗细的纤维，强力没有可比性。对不同粗细的纤维，强力没有可比性。断裂强度（相对强度）断裂强度（相对强度）P Pb b：考虑纤维粗细的不同，表示纤维：考虑纤维粗细的不同，表示纤维抵抗外力破坏能力的指标，可用于比较不同粗细纤维的拉伸抵抗外力破坏能力的指标，可用于比较不同粗细纤维的拉伸断裂性质，简称比强度或比应力；单位：断裂性质，

3、简称比强度或比应力；单位：N/tex（cN/dtex）；）；N/den（cN/den）；）； 断裂应力断裂应力b ： 指纤维单位截面上能承受的最大拉力。指纤维单位截面上能承受的最大拉力。 常用单位为常用单位为N/mN/m2 2（帕）；（帕）； N/mmN/mm2 2（即（即MPaMPa）。）。其计算式为：其计算式为： Ptex=P/NtexPtex=P/Ntex Pden=P/Nden Pden=P/Nden 三类相对强度的表达式分别为：三类相对强度的表达式分别为：mbbDbDtbtbbNgPLNPPNPPAP或33109109gPgPLPPgLDtbDtbb 断裂伸长率（应变）断裂伸长率（应

4、变） 纤维拉伸至断裂时的伸长率。它表示纤维承受纤维拉伸至断裂时的伸长率。它表示纤维承受拉伸变形的能力。拉伸变形的能力。L L0 0: : 纤维的伸直长度纤维的伸直长度(mm);(mm);L Lb b: : 纤维断裂时的长度纤维断裂时的长度(mm)(mm)%10000lllbb 指纤维拉伸曲线的起始部分直线段的应力与应变的指纤维拉伸曲线的起始部分直线段的应力与应变的比值，或伸长率为比值，或伸长率为1%1%时对应的强力。时对应的强力。taaNllPE00n 屈服点：在纤维的拉伸曲线上伸长变形突然变屈服点：在纤维的拉伸曲线上伸长变形突然变 得较容易时的转折点，或者曲线由伸长较小部分得较容易时的转折点

5、，或者曲线由伸长较小部分转向伸长较大部分的转折点。转向伸长较大部分的转折点。n 屈服应力：屈服点处所对应的应力。屈服应力：屈服点处所对应的应力。n 屈服应变：屈服点处所对应的应变。屈服应变：屈服点处所对应的应变。n 屈服点以下的变形：可回复的弹性变形。屈服点以下的变形：可回复的弹性变形。 Y Yc p 1 2 (a)Y p (b)图图5-2 5-2 纤维屈服点的确定纤维屈服点的确定确定屈服点常用的方法：确定屈服点常用的方法：角平分线法角平分线法考泊兰法（考泊兰法（CoplanCoplan）A(A(横坐标的平行线）横坐标的平行线）曼列狄斯法曼列狄斯法(Meredith)-B(Meredith)-

6、B 屈服点高，即屈服应力和应变高，纤维不易产生塑屈服点高，即屈服应力和应变高，纤维不易产生塑性变形，拉伸回弹性好，纤维制品尺寸稳定性好。性变形，拉伸回弹性好，纤维制品尺寸稳定性好。断裂功：拉伸纤维至断裂时外力所做的功，是纤维断裂功：拉伸纤维至断裂时外力所做的功，是纤维材料抵抗外力破坏所具有的能量材料抵抗外力破坏所具有的能量lPdlW0断裂比功：拉断单位体积纤维所需作的功断裂比功：拉断单位体积纤维所需作的功: : 拉断单位线密度与单位长度纤维材料拉断单位线密度与单位长度纤维材料所所 需做的功需做的功: : bdlAWwv00bPdlNWwtw00功系数（功充满系数）：实际所作功（即断裂功系数（功

7、充满系数）：实际所作功（即断裂功功W W，相当于拉伸曲线下的面积）与假定功（即，相当于拉伸曲线下的面积）与假定功（即断裂强力断裂强力* *断裂伸长）之比。断裂伸长）之比。bblPW 羊毛 醋酯 粘胶 醋酯 腈纶 蚕丝 锦纶 涤纶 棉 锦纶 比应力 苎麻 亚 麻 应变 (%) 图图5-3 5-3 不同纤维的应力不同纤维的应力- -应变曲线应变曲线 应变 (%) 尼龙 聚酯 凯夫拉 玻璃 人造丝 应力 (g/d) 钢丝 应力 (g/tex) 图图5-4 5-4 产业用纤维的应力产业用纤维的应力- -应变曲线应变曲线 上夹头 下夹头 纤维 重锤杆 支点 标尺 转动机构 指针 L G1 G 图图5-5

8、 5-5 摆锤式强力仪摆锤式强力仪属等速牵引式强力仪；属等速牵引式强力仪；力的施加呈非线性，试样力的施加呈非线性，试样的拉伸变形无一定规律。的拉伸变形无一定规律。 下夹头 纤维 上夹头 杠杆 v G l0 重锤 支点 图图5-6 5-6 杠杆式拉伸仪杠杆式拉伸仪属等加负荷型强力仪；属等加负荷型强力仪；卜氏（卜氏（presslypressly) )强力仪和强力仪和UsterUster公司的公司的DynamatDynamat自动单纱强力仪均属此类。自动单纱强力仪均属此类。属等伸长型强力仪；属等伸长型强力仪；亦称为万能材料试验机。亦称为万能材料试验机。 上夹头 处理单元 试样 显示 打印绘图仪 v

9、换算单元 l=vt 力传感器 下夹头 图图 5-7 5-7 电子强力仪的测试原理示意图电子强力仪的测试原理示意图 C B A A B C A B (a) (b) (c) (d) (e) 图图5-8 5-8 纤维拉伸断裂时的裂缝和断裂面纤维拉伸断裂时的裂缝和断裂面 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 比容 (cm3/g) 初始模量 (N/cm2) 屈服应力 (N/cm2) 结晶度 (%) 图图5-95-9不同取向度纤维的应力应变曲线不同取向度纤维的应力应变曲线图图5-10 5-10 聚丙烯纤维结晶度的影响聚丙烯纤维结晶度的

10、影响强度 P聚合度 n no 制造化纤时，要控制制造化纤时，要控制n n的大小的大小n n太小太小强度不好；强度不好；n n太大太大纺丝困难纺丝困难 L (cN/tex) 177 99 21 -57 P0 (cN/dtex) (c/mm2) 图图5-11 5-11 温度对涤纶的影响温度对涤纶的影响 L (cN/tex) P0 (cN/dtex) (c/mm2) 富纤 棉 L (cN/tex) P0 (cN/dtex) (c/mm2) (%) 图图5-125-12相对湿度对细羊毛的影响相对湿度对细羊毛的影响图图5-13 5-13 相对湿度对富强纤维和棉的影响相对湿度对富强纤维和棉的影响表表5-1

11、 5-1 低速和高速试验结果对比低速和高速试验结果对比试样试样v(%/秒秒)pb (N/tex) b (%)E0 (N/tex)高强高强锦纶锦纶1/6050000.550.6716.714.735强力强力粘胶粘胶1/6020000.560.805.45.21422玻璃玻璃纤维纤维1/6010000.420.541.81.82228kNfNkfnPtftB T(ep) T(e) (e) ep em Tf ep为最大束强 值时的应变 em为纤维断裂 最多时的应变 e Tf (e) T emin emax 图图5-14 5-14 平行纤维束的比应力平行纤维束的比应力- -应变曲线应变曲线etdeen

12、EeNeF)()()()(ppeeedeep t 0 变形 t1 张力 0 t t1 (t) 或 P(t) 图图5-15 5-15 纤维的应力松弛曲线纤维的应力松弛曲线 P0 31 P 1 2 4 5 3 t t t t2 t1 O O t2 t1 图图5-16 5-16 纤维的蠕变及蠕变回复曲线纤维的蠕变及蠕变回复曲线 时间 (s) 负荷 (cN) 伸长 (%) 图图5-17 5-17 羊毛纤维在不同羊毛纤维在不同 负荷下的蠕变负荷下的蠕变 时间 (s) 温度 定张力 伸长 (%) 图图5-18 5-18 羊毛纤维在不同羊毛纤维在不同 温度下的蠕变温度下的蠕变 时间 (s) 应力 (N/mm

13、2) 空气相对湿度 时间 (s) 应力 (N/mm2) 空气相对湿度 图图5-19 5-19 羊毛在不同相对羊毛在不同相对湿度下的应力松弛湿度下的应力松弛图图5-20 5-20 涤纶在不同拉伸涤纶在不同拉伸 速率下的应力松弛速率下的应力松弛二二 、纤维的弹性、纤维的弹性 指纤维变形的恢复能力。指纤维变形的恢复能力。1 1弹性的指标弹性的指标(1)(1)弹性回复率弹性回复率 指急弹性变形和一定时间内可恢复的缓弹性变形指急弹性变形和一定时间内可恢复的缓弹性变形之和占总变形的百分率。之和占总变形的百分率。 %10041Te 相同条件下测得的弹性回复率越大，表示相同条件下测得的弹性回复率越大，表示弹性

14、越好、变形回复好。弹性越好、变形回复好。图图5-21 5-21 等速伸长和等加负荷试验机拉伸图等速伸长和等加负荷试验机拉伸图%100%100oabecbeWWeeW面积面积(2)(2)弹性功回复率（或功回复系数）弹性功回复率（或功回复系数） 弹性恢复功与拉伸所作的功之比。弹性恢复功与拉伸所作的功之比。 E = E 为 常数 t (a) 虎克弹簧模型 (b) 牛顿粘壶模型 t0图图5-24 5-24 虎克弹簧及牛顿粘壶应力虎克弹簧及牛顿粘壶应力- -应变模型应变模型Edtd t o 0 0.367 0 E 1 1 图图5-25 5-25 马克思威尔模型及其应力松弛曲线马克思威尔模型及其应力松弛曲

15、线12121dddddtdtdtE dt E0Et1tkE0633. 0图图5-26 Voigt5-26 Voigt模型及其蠕变和蠕变回复曲线模型及其蠕变和蠕变回复曲线dEdt 2E1E2E1Ea O t1 d t d b c 02121EEEE (a) (b) (c) 图图5-27 5-27 三元件模型及其蠕变和蠕变回复曲线三元件模型及其蠕变和蠕变回复曲线 4 1 2 5 e d a b c O 3 0 图图5-28 5-28 纤维的多次拉伸循环纤维的多次拉伸循环 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

16、长 图图5-29 5-29 纤维的重复拉伸疲劳图纤维的重复拉伸疲劳图 每次拉伸最大力 c 图图5-30 5-30 重复拉伸的疲劳曲线重复拉伸的疲劳曲线EIRB圆形截面纤维：8221041dtffNER非圆形截面纤维：10210141ERfBr(b)(a)图图5-315-31纤维弯曲时的变形与破坏纤维弯曲时的变形与破坏bdr20 上夹头 下夹头 纤维 勾接 实验 打结 实验 图图5-32 5-32 勾接强度和打结勾接强度和打结强度试验原理强度试验原理)/(2texcNNPptLs勾接相对强度：%100%,1002ppPPsLLL勾接强度率：%100%,100ppPPkkkk打结强度率：tkkNPp 打结相对强度：图图5-33 5-33 不同纤维的勾接强度率不同纤维的勾接强度率(%)(%) 断裂伸长率 (%) 纤维勾接强度 (%) 图图5-33 5-33 不同纤维的勾接强度率不同纤维的勾接强度率(%)(%) T l r 图图5-34 5-34