安科院纺织材料学课件07纤维和纱线的机械性质

第七章纤维和纱线的机械性质第一节纤维和纱线的拉伸性质一、纤维和纱线拉伸断裂性质的基本指标（一）拉伸断裂强力P（二）相对强度1、断裂应力σ纤维或纱线每平方米或每平方毫米截面积抵抗拉伸断裂所能承受的最大的力。2、比强度（断裂强度）P0每特（或每旦）粗细的纤维或纱线能承受的拉伸力。

3、断裂长度L4、强度指标之间的换算（三）断裂伸长率εa纤维或纱线拉伸至断裂时的伸长率（应变率）叫断裂伸长率。（四）拉伸变形曲线及有关指标1、拉伸曲线1)应力应变曲线——以拉伸应力σ为纵坐标，伸长率ε为横坐标得到的拉伸曲线。cεb点为屈服点；σb：屈服应力baσ0εaσaσb曲线分为三段：0b—弹性区，斜率大，所产生的伸长绝大多数是可恢复的急弹性变形。bc—延伸区，斜率小，有不可恢复的塑性变形存在。ca—强化区，斜率变大，抵抗变形能力增加。羊毛纤维拉伸曲线2）以负荷为纵坐标，伸长为横坐标作的拉伸曲线——负荷伸长曲线。伸长量负荷laPa2、拉伸断裂功W

dlPaLaa单位：CN.mm

负荷伸长曲线0a下的面积为拉断这根纤维或纱线过程中外力所作的功。

3、拉伸断裂比功单位体积拉伸断裂功。

4、充满系数（功系数）η图

dεσaεaaεσ0

5、初始模量E

σaa0εaσεE大，表示纤维或纱线在小负荷作用下不易变形，刚性较好，制成的织物比较挺括，E小，纤维或纱线在小负荷作用下易变形，其制品比较柔软。ε定义：纤维或纱线拉伸曲线上起始一段直线部分的应力应变比值。

不同纤维结构不同，拉伸曲线不一样。图1

图2123456εσ1为苎麻，2为高强低伸的涤纶，3为棉纤维，4为普通涤纶，5为锦纶，6为羊毛二、纤维和纱线的拉伸断裂机理（一）纤维的拉伸断裂机理纤维的断裂：1、非结晶区中大分子从结晶区抽拔出来或被拉裂。2、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。纤维的伸长：1、大分子的伸直、伸长（键长键角的增大，取向度的提高）2、大分子之间的相互滑移。（二）影响纤维拉伸断裂强度的因素1、纤维内部结构（内因）（2）大分子的取向度图

取向度高，纤维强力大，伸长小。（3）纤维的结晶度图

结晶度高，纤维强力大，伸长小（1）大分子的聚合度图

聚合度高，纤维强力高。2、温湿度（外因）

（1）温度图在纤维回潮率一定的情况下，温度高，纤维强度下降，伸长增加。（2）空气的相对湿度图

空气的相对湿度增加，纤维的回潮率增加，大分子之间结合力减弱，结晶区变松散，纤维的强度下降，伸长率增加，初始模量下降。但棉纤维例外。3、试验条件

1）试样长度：

按弱环定理推导结果可知，纤维试样截取越短，平均强度将提高；纤维截面强度不匀越厉害，试样长度对测得的强度影响越大。2）试样根数：3）拉伸速度和拉伸类型η>0.5η<0.5工业用长丝普通长丝短纤维εσ锦纶纤维的拉伸曲线苎麻粘胶强力丝细绒棉蚕丝εσ粘胶短纤维普通粘胶丝（三）纱线的拉伸断裂机理

纤维滑脱纤维断裂短纤维纱线：纱线的断口不整齐F1，F2>P断裂F1<P或F2<P滑脱F=P，伸出长度称为“滑脱长度L0”纤维长度<2L0

滑脱。长丝纱纤维不易滑脱，断裂口较整齐混纺纱线当混纺原料各组分的拉伸能力不一样时，必是断裂伸长能力小的纤维分担较多的拉伸力，先断裂，断裂伸长能力大的纤维后断裂。混纺纱的强度小于其组分中性能好的纤维纯纺纱的强度。（四）影响纱线拉伸断裂强度的主要因素1、纤维的性能长度：L越长，纱强度越大，L<2L0，强度下降。细度：纤维细，纱强度大。强度：纤维强度强，伸长大，纱线强度大。2、纱线结构环锭纱变形纱图膨体纱3、混纺纱图第二节纤维和纱线的蠕变、松弛和疲劳一、拉伸变形的种类和弹性（一）拉伸变形种类1、急弹性变形（ε

1，

ε3）大分子链的键长和键角的变化形成的2、缓弹性变形（ε

2，ε4）皱曲的大分子逐渐伸直，倾斜大分子逐渐沿纤维轴向排列形成的3、塑性变形（ε

5）纤维中大分子产生相对滑移（二）弹性定义：纤维和纱线变形的恢复能力1、弹性指标：拉伸弹性回复率Rε（回弹率）定义：急弹性变形和缓弹性变形占总变形的百分率2、影响弹性的因素1）纤维和纱线的内部结构纤维：纤维大分子之间有适当的结合点又有较大的

局部流动性则弹性好纱线：结构良好较紧密的纱线弹性好，结构松散的

纱线弹性差2）测试条件初拉伸力和伸长外力持续的时间去外力缓弹性变形恢复的时间常见纤维的弹性二、纤维和纱线的蠕变松弛和疲劳（一）蠕变图定义：纤维或纱线在恒定拉伸外力作用下，变形随时间的延长而逐渐增加的现象称为“蠕变”（二）松弛图

定义：纤维和纱线受外力拉伸时，保持变形量不变，则材料的内应力（张力）随时间的延长而逐渐减小的现象称为应力松弛。蠕变和松弛的主要原因是纤维大分子之间发生相对位移。（三）疲劳特性疲劳的两种形式:1、纤维在受到不大的恒定拉伸力作用时，伸长变形不断积累，到达一定时间后，纤维在最薄弱环节发生断裂的现象。2、纤维经受多次加负荷去负荷的反复循环作用，因塑性变形的逐渐积累，纤维内部局部损伤形成裂痕，最后被破坏的现象。图表示疲劳特性的指标：面积bec面积0abeab0ceεσ拉伸功恢复系数Rw纤维对外力所作的功与外力对纤维所作的功的比值。坚牢度定义：纤维承受加负荷去负荷反复循环的次数。影响因素：弹性回复率、屈服应力、断裂强度加负荷去负荷时间长短。纱线坚牢度：结构优良紧密的纱线，坚牢度大；加

的负荷小坚牢度大。坚牢度

10102103104105106每次拉伸最大力P0第三节纤维和纱线的弯曲、扭转和压缩一、纤维和纱线的弯曲（一）纤维和纱线的抗弯刚度纤维和纱线在横向力F作用下所产生的弯曲变形挠度为E－材料在弯曲作用下的弹性模量I－纤维和纱线的截面轴惯性矩（形系数）EI↑,Y↓,刚性↑抗弯刚度Rf定义：纤维或纱线在外力作用下抵抗弯曲变形的能力抗弯刚度小的纤维和纱线制成的织物柔软贴身抗弯刚度大的纤维和纱线制成的织物挺爽圆形截面非圆形截面r－纤维纱线截面按等面积折合成正圆形时的半径ηf－弯曲时截面形状系数（二）纤维和纱线在弯曲时的破坏acdeoLWLnr0φb外测受拉伸长内侧受压缩短ac处长度不变中性层曲率半径r小，Lw增加厚度b增大，Lw增加外层拉伸伸长率εr0↓，ε↑，ε＝εa，最外层被拉断，材料被撕裂防止纤维或纱线弯曲折断的最小允许曲率半径为即b↓,ε↓,纤维或纱线越细，断裂伸长率ε越大时，越不易折断二、纤维和纱线的扭转（一）纤维和纱线的抗扭刚度Lθβr纤维或纱线受扭转外力矩T作用产生的扭转角θ为：Et－剪切弹性模量（CN/cm2）Ip－截面极断面惯性矩（cm4）L－长度（cm）Et

Ip↑，θ↓纤维或纱线不易弯曲，材料刚性好抗