第七章 纤维和纱线的机械性能

第七章纤维和纱线的机械性能

思考题及难点：

1.纤维、纱线拉伸断裂指标及断裂机理

2.蠕变、松弛

3.摩擦与抱合返回第一节纤维和纱线的拉伸性能第七章纤维和纱线的机械性能

第二节纤维和纱线的蠕变、松弛和疲劳第三节纤维与纱线的摩擦与抱合第一节纤维和纱线的拉伸性能一、拉伸性能基本指标（一）断裂强力：将纤维或纱线拉伸至断裂时所需的力

P（N、cN、gf）返回（二）相对强度：单位细度纤维所具有的强力1.断裂应力:单位截面积纤维所具有的强力

σ=P/S（N/mm2

gf／mm2kgf/mm2

）2.比强度：每特或每旦纤维所具有的强力

Ptex=P/Ntex（cN/tex）；

Pden=P/Ntex（cN/den）3.断裂长度：当纤维的自重等于其断裂强度时的长度Lp(km)

Lp=Ｐ(gf)/Ntex(km)

Lp=ＰNm/1000换算：

1)Ptex---Pden,Ptex=9Pden2)Lp---Ptex,Lp=Ptex=P/Ntex(km)

3)σ---Lp,σ=Lpγ

（kgf/mm2）

式中：γ为纤维的密度

4.品质指标：Dtex=［Q/Ntex］×1000

Ｑ：绞纱的绝对强度5.断裂伸长率：

εa=［(La-L0)/L0］×100(%)

式中：L0是试样长度，La是试样拉断长度（三）拉伸曲线及指标动态拉伸图Flash文件\拉伸曲线_.exe

1.断裂应力（σa

）：断裂点对应的拉伸应力为断裂应力2.断裂伸长率（εa）：纤维和纱线拉伸到断裂时的伸长率

3.初始模量（E=tgα=σ/ε）：指纤维材料负荷－伸长曲线上初始一段直线部分的应力应变比值物理意义：反映了材料在受拉伸力很小时抵抗变形的能力4.屈服点：材料由弹性变形向塑性变形的转折点5.断裂功：纤维或纱线拉伸至断裂时外力对它所做的功6.断裂比功：单位体积的纤维或纱线所具有的断裂功二、纤维拉伸断裂机理（一）纤维的拉伸断裂机理拉伸初期大分子键长、键角增大，部分大分子链或基原纤从结晶区中逐步抽拔出来。随着拉伸继续进行，结晶区逐步产生相对移动，顺纤维轴方向排列，部分大分子从晶区抽拔出来，非晶区中大分子的长度差异减小，受力的大分子或基原纤的根数增加，如此被抽拔移动即被拉断的大分子也增加，这样，继续拉伸，大分子间的横向联系受到显著破坏，大分子明显的相互滑移、抽拔、伸长变形迅速变化，结晶区逐步松散，直到许多大分子被抽拔、拉断，纤维从最薄弱处的截面上断开。（二）影响纺织纤维强伸性的因素

1.内部结构的影响⑴大分子聚合度越大，纤维强力越大⑵大分子结晶度越大，纤维强力越大，伸长率减小⑶大分子取向度增大，纤维强力增大，伸长率减小。取向度高，大分子沿纤维长度方向排列，轴向分力增大Flash文件\粘胶拉伸图_.exe图7-3不同取向度的粘胶拉伸曲线动画

2.温湿度⑴温度升高，纤维强力减小，伸长率增加

温度升高，大分子获得外部能量，产生相对运动,强力减小

⑵相对湿度增大，除棉、麻纤维外，一般纤维强力减小，断裂伸长率增大3.试验条件⑴夹持距离增大，纤维强力减小

弱环定理：纤维越长，出现最薄弱环节的几率越大，而断裂就发生在弱环处。⑵试样根数：根数越多，平均单纱强力越低各根纤维断裂强度不同，断裂伸长率不同，在纤维中的伸直状态也不相同，造成不同时断裂，所以平均单纤维强力减小。⑶拉伸速度越快，强力增加拉伸速度快时，大分子还未来得及滑脱，承受拉力的根数多，所以强力高。三、纱线的拉伸断裂机理（一）断裂机理：纱线外层纤维倾斜程度大，所受到的应力大，拉伸过程首先发生断裂，解除对内层纤维的向心压力，内层纤维发生滑脱和断裂，纱线迅速解体。图7-2纤维拉伸断裂示意图1..断口形式⑴齐口式：纤维以断裂为主⑵毛笔头式：纤维以滑脱为主２.混纺纱的断裂强度：取决于混纺纤维的性状和混纺比等（二）影响纱线拉伸断裂的因素1.纤维的性能⑴纤维本身的强伸性能：在其它条件相同时，纤维强力越大，成纱强力越大

⑵纤维长度：在其它条件相同时,纤维长度越大，成纱强力越大

⑶纤维细度：在其它条件相同时，纤维细度越大，成纱强力越大

⑷纤维的表面性能：卷曲多，抱合答，成纱强力高2.纱线的结构纱中纤维排列状态，内外转移次数，捻度等3.混纺比第二节纤维和纱线的蠕变、松弛和疲劳一、蠕变松弛概念（一）蠕变保持拉伸力不变，材料的变形随时间而变化的现象返回1.变形种类⑴急弹性变形

⑵缓弹性变形

⑶塑性变形2.产生原因⑴急弹性变形：主要是大分子键长和键角的变化

⑵缓弹性变形：大分子缓慢滑移所造成的

⑶塑性变形：大分子在新的位置重新建立分子间力（二）松弛保持变形不变，材料内应力随时间而逐渐下降产生原因：大分子缓慢滑移产生的自身调整。（三）弹性恢复率：一定拉伸后的急弹性回缩率ε3，一定时间的缓弹性回缩率的比例ε4，用表示Rε

Rε=［（ε3+ε4）/εa］×100%

ε4--与时间相关，时间不同，ε4也不同。急弹性恢复率：ε3/εa二、疲劳经历一段时间，材料的某种抵抗能力逐渐被削弱的过程。实质上是材料内能逐渐被消耗的过程。

1.静疲劳：小应力长时间作用

2.动疲劳：小应力反复作用图7-４拉伸回复有停顿的拉伸图第一次拉伸净功：Soabe-Sbec=Soabc两次拉伸交叉部分：代表材料在第一次拉伸中被破坏的部分重新得到恢复，这一过程实际是材料休息和补充能量的过程，因此多次拉伸的断裂功大于一次拉伸的断裂功。拉伸功恢复系数：

Rw=（Sbec/Soabe）×100（%）第三节纤维与纱线的摩擦与抱合指标（一）切向阻抗系数u=F/N

u－切向阻抗系数；N－解除面间的法向压力；Ｆ－切向阻力。切向阻力：F=F1+F2

F1：抱合力：正压力为零时的切向阻力

F2：摩擦力：由正压力引起的切向阻力

f---摩擦系数Ｆ２＝ｆＮ

u=F/N=(F1+F2)/N=F1/N+f返