纱线的力学性质

纱线的力学性质第1页/共45页影响因素（1）纤维本身性状（2）关键：纱线结构特征和纤维间的相互作用与纤维区别（1）初始模量低、断裂强度低，断裂伸长大，屈服点不明显（2）应力松弛、蠕变容易第2页/共45页第1节纱线的拉伸性质纱线的一次拉伸断裂特性纱线种类断裂负荷（cN）断裂应力（Pa×103）断裂伸长（%）细绒棉3-419-208-9长绒棉4-532-367-8普梳棉纱132-94010-756-9精梳棉纱64-134010-215-8细羊毛6-1220-2530-40粗羊毛20-3515-2025-35粗梳毛纱1.8×102-7.8×1028-202-12精梳毛纱100-3504-146-20蚕丝6-940-4514-15生丝440-142425-4216-17粘胶短纤维327×10415粘胶纤维纱20012×10410普通粘胶复丝14224×10418第3页/共45页纱线的拉伸性质纤维强力利用率：纱线强度与组成该纱线的强度之比纱线中纤维强力利用率总小于1，为什么？纯棉纱40~50%精梳毛纱25~30%粘胶短纤纱65~70%锦纶丝80~90%第4页/共45页强度曲线第5页/共45页纱线断裂伸长组成（1）纤维相互滑移——随捻系数增加而下降（2）纤维自身受力伸长（3）纱的捻角及直径变小形成的伸长（2）和（3）为主要原因——随捻系数增加而增加伸长率变化较复杂第6页/共45页2.纱线的弹性可逆变形（急弹性和缓弹性变形）包括纤维本身的变形和纱线形态变化不可逆变形（塑性变形）纤维塑性变形、纤维间的滑移第7页/共45页纱线变形组成纤维或纱线线密度（tex）施加负荷终时的应变（%）各种变形组分占总应变的比例急弹性变形缓弹性变形塑性变形棉纤维0.240.230.210.56普梳棉纱253.70.220.140.64亚麻工艺纤维51.10.510.040.45干纺亚麻纱421.80.220.110.67细羊毛纤维0.44.50.710.160.13精梳毛纱423.70.600.220.18普通粘胶复丝96.40.110.190.70强力粘胶复丝94.90.120.200.68第8页/共45页纱线变形影响因素纤维或纱线的各种变形组分占总应变的比例与拉伸变形的应变有关拉伸应变越大，急弹性比例越低，塑性变形比例越高介质作用和温度变形对总应变和变形比例影响第9页/共45页第2节纱线的断裂强力1.纱线断裂机理纱线的断裂——纱中纤维的断裂和相互滑移（1）部分纤维受拉力作用伸直变形而发生断裂；（2）部分纤维断裂后，纤维间摩擦力和抱合力减弱，导致另一部分纤维产生滑脱，加速纱的断裂纤维断裂不同时性（长丝纱）纤维头端滑移（短纤纱）——部分纤维断裂、部分纤维滑移纤维越短、捻度越低，滑脱纤维的比例越高第10页/共45页纱线强力曲线第11页/共45页纱线中纤维断裂两种截然相反的观点（1）外层纤维先断（2）中心（内层）纤维先断纱中纤维断裂不同时性，张力较大的纤维断裂，纤维间的向心压力减少纤维的断口不整齐，呈现松散的毛笔头形状长丝纱、捻度很高的短纤纱，纤维不易滑脱和拔出，断裂的断口比较齐整第12页/共45页2.短纤纱的强力分析加捻使短纤维在纱中内外转移，呈现螺旋线受外力拉伸产生向心压力，产生纤维间阻力阻止纤维相互移动；拉伸形变越大，压力越大、阻力越大第13页/共45页纤维如何不滑脱？滑脱长度（Lc）：将纤维从须丛中不断裂而抽拔出来得长度。决定于纤维表面性能和纤维间横向压力第14页/共45页滑脱纤维的影响短纤纱强力组成：短纤维断裂强力和滑脱部分纤维的表面摩擦阻力之和滑脱长度越小，断裂部分纤维越多，强力越高第15页/共45页3.影响短纤维纱强伸度的因素3.1纤维的性能（1）长度低于2倍滑脱长度的纤维总是滑脱如棉短绒增加1%，强度下降1~1.2%纤维长度越长，强力利用率高，强度越高纤维长度整齐度好，纱线条干均匀，纱线强力弱环少第16页/共45页纤维的影响（2）纤维的细度纤维较细、较柔软，抱合较紧，纤维间摩擦力较大——滑脱长度减少，成纱根数强度增加纤维在纱内外层转移的机会增加，各根纤维受力均匀纱中截面中纤维根数增多，成纱条干均匀度提高，成纱强度提高第17页/共45页纤维的影响（3）纤维的强度高，纱线强度高（4）纤维的摩擦性能摩擦系数增加，纤维间滑动阻力大，滑脱长度减少，滑脱纤维的比例减少提高纤维卷曲性能增加纤维间滑动阻力第18页/共45页3.2纱线的结构3.2.1捻度存在捻度重分布现象临界捻系数纤维长度长、细度细、表面摩擦系数大时，临界捻系数向低捻度方向发展第19页/共45页捻系数与断裂伸长第20页/共45页3.2.2股线强度提高，原因？

（1）单纱的并合作用——股线条干均匀（2）单纱之间接触——单纱外层纤维之间抱合力增大加捻形式的影响（1）同向加捻单纱纤维内外层受力不匀加大。单纱捻系数较大时，股线强力可能捻系数上升而下降；较小时，可能开始时随捻系数的上升而稍有上升，而后下降（2）反向加捻股线强力先下降后上升第21页/共45页3.2.3纤维在纱中形态纤维的伸直、平行、分离程度短纤纱转杯纱比环锭纱低——转杯纺中，纤维对折、卷曲、打圈等不规则排列纤维较多，纤维间抱合接触不良，滑脱纤维较多膨体纱断裂强度低伸长率较大高收缩纤维先受力，直至断裂低收缩纤维随后伸直承担外力，并最终整体断裂第22页/共45页纤维在纱中形态变形纱和弹力丝第23页/共45页第3节混纺纱的拉伸性能第24页/共45页混纺纱的强度混纺纱的强度与混纺比有关系，但关系比较复杂。混纺纱的强度影响因素不完全取决于纤维本身的强度。混纺纤维伸长率差异——密切相关第25页/共45页混纺纱强度影响因素以双组分纤维为例，假定：（1）纱的断裂是由于纤维断裂而引起的，不考虑纤维滑移（2）纤维粗细相同（3）纤维间的混合是均匀的，并假设混纺在一起的。强度表征：按混纺纱最大值来表示第26页/共45页3.1纤维断裂伸长率接近不同类别纤维的断裂不同时性不明显，基本上是同时断裂的。式中：

PA（PB）——纤维A（B）纯纺纱的断裂强度；

XA（XB）%

——混纺纱中纤维A（B）的含量（按重量计算）。第27页/共45页断裂伸长率εA=εB，断裂强度PA＜PB纤维断裂伸长率接近第28页/共45页3.2两种纤维断裂伸长率差异大存在两个断裂阶段，假设εA<εB

。第一阶段是伸长能力小的A纤维先断第二阶段是伸长能力大的B纤维断裂在A纤维断裂后，B纤维将要承担全部负荷。B纤维能否承担，取决于B纤维的强度和混纺比例。假设纤维只断裂不滑移第29页/共45页纤维断裂伸长率差异大混纺纱强度计算A纤维断裂时的强度：B纤维断裂时的强度：P混纺纱＝MAX（P1，P2）第30页/共45页3.2.1εA<εB，PA>PBA混纺纱强度与纤维含量关系曲线有极低值的一下凹曲线，存在一强度最低点。第31页/共45页棉涤（或棉锦）混纺纱棉纤维的断裂伸长率比涤纶（锦纶）为低，当棉含量从100％逐渐减少，混纺纱的强度出现先下降后增加的情况。提高混纺纱的强力的途径：采用强度较高而伸长率较小（10%~20%）的高初始模量的合成纤维。粘胶纤维与少量的涤纶或锦纶混纺时，混纺纱的强度也有类似的情况。第32页/共45页棉涤混纺纱强伸图第33页/共45页混纺纱的强力：最低点在涤纶混纺比为50%~60%范围内。伸长率：当涤纶含量在50%以内时，混纺纱的断裂伸长率基本上无变化，只有当含量超过60%时，断裂伸长率有很大的增加。涤纶(1.7dtex)与棉(14.7dtex)混纺纱强伸图第34页/共45页涤纶与粘胶19.6tex混纺纱强伸图第35页/共45页3.2.2εA<εB，PA<PBA混纺纱的强度都是随着纤维A含量的减少而增加。即随着混纺纱中伸长大的纤维含量的增加混纺纱的断裂强度增大。第36页/共45页羊毛与其他纤维混纺羊毛与任何化学纤维混纺时都会出现——因为羊毛的强力最低，而伸长率一般接近于化学纤维，有时略低于化学纤维之故。涤纶与羊毛混纺纱的强度随着涤纶含量的增加而增加，当含量达到60%以上时，混纺纱的湿态强度与干态强度接近。干态时混纺纱的伸长率随涤纶含量的增加而增大，但其湿态下的伸长率，在不同混纺比下都几乎保持不变第37页/共45页羊毛与涤纶纤维混纺强伸图第38页/共45页第4节纱线的疲劳性能主要为拉伸疲劳织造过程日常穿着过程汽车轮胎工程材料均受到不同频率的多次拉伸作用在多次拉伸过程中，纤维和纱线结构会发生变化而导致疲劳破坏第39页/共45页纱线剩余拉伸变形图称作剩余循环变形。第40页/共45页重复拉伸对纱线结构的影响第一阶段以结构单元的取向排列为主要特征，结构改善。第二阶段结构不再继续改善。结构缺陷的发展，不可逆变形的积累十分缓慢，经过多次循环后，出现一定量的不可逆变形第三阶段材料的结构以比较快的速度破坏瓦解。结构有缺陷位置，可能出现应力集中，纤维断裂、纱线解体如果纱线结构不良或者结构良好但拉伸作用产生的变形较大，则可能不经历第二阶段，而立即出现第三阶段；如果作用力非常大则经过若干次拉伸后便被破坏，而不存在结构逐渐瓦解的衰竭过程。第41页/共45页