第2節(jié)纖維力學(xué)性能的時(shí)間依賴性

1、第2節(jié) 纖維力學(xué)性能的時(shí)間依賴性力學(xué)性能具有顯著的粘彈性特征或稱時(shí)間依賴性(time dependent)。典型表現(xiàn)(1) 應(yīng)力松弛(2)蠕變(3) 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。1. 應(yīng)力松弛和蠕變1.1定義應(yīng)力松弛：纖維在拉伸變形恒定條件下，應(yīng)力隨時(shí)間的延長而逐漸減小的現(xiàn)象。蠕變：纖維在一恒定拉伸外力作用下，變形隨受力時(shí)間的延長而逐漸增加的現(xiàn)象PPo1.2三種形變(1) 急彈性變形特點(diǎn)：伸長變形與外力成正比，變形速率與原子的熱振動(dòng)速率相當(dāng)，可看作是瞬時(shí)的實(shí)質(zhì)：纖維大分子主鏈的鍵長和鍵角增加以及分子鍵之間次價(jià)鍵的伸長AAAAAZ-WW(2) 緩彈性變形特點(diǎn)：變形隨時(shí)間而逐步變化實(shí)質(zhì)：非晶區(qū)中一部分分子鏈段從

2、卷曲狀態(tài)沿力場方向伸展變形要克服分子間或分子內(nèi)的次價(jià)鍵力，次價(jià)鍵的拆開和重建需要時(shí)間，變形比較緩慢(3)塑性形變特點(diǎn)：外力去除不可恢復(fù)實(shí)質(zhì)：大分子鏈(質(zhì)心)間產(chǎn)生不可逆的位移(4) 形變分布一般認(rèn)為：屈服點(diǎn)以前主要是急彈性變形、屈服點(diǎn)以后才出現(xiàn)明顯的緩彈性變形和塑性變形1.3對時(shí)間和溫度的依賴性纖維的應(yīng)力松弛和蠕變是一個(gè)性質(zhì)的兩種表現(xiàn)。其主要原因是由于在外力作用下纖維中大分子鏈的構(gòu)象變化和大分子鏈之間的相互滑移, 即大分子鏈的重新排列所引起。溫度較高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)能較大，大分子鏈鏈節(jié)的旋轉(zhuǎn)、大分子鏈的伸展和皺曲、結(jié)晶區(qū) 方向和位置的調(diào)整移動(dòng)容易回潮率較大時(shí)，纖維大分子之間的結(jié)合力減弱現(xiàn)象:(1

3、)(2)(4)羊毛纖維滌綸纖維縮水布機(jī)：停車,綜平位置應(yīng)力松弛半制品：長期儲(chǔ)存，松爛蒸紗：促使加速應(yīng)力松弛2. 纖維的(回)彈性 彈性回復(fù)性能、回彈性 指纖維變形的回復(fù)能力 含義:(1)變形難易：不易變形(2) 回復(fù)能力：不能恢復(fù) 2.1彈性的指標(biāo) 彈性回復(fù)率：eg=引十®咒100 =些咒100Toe彈性功回復(fù)率或功回復(fù)系數(shù):2.2影響纖維彈性的因素（1 ）纖維結(jié)構(gòu)；棉、麻、粘膠（剛性強(qiáng)，氫鍵極性強(qiáng)）；錦綸（鋸齒形，鏈羊毛（螺旋，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)） 段柔曲性好）；滌綸（急彈形變比錦綸大）（2）測試條件當(dāng)伸長或負(fù)荷較大時(shí)，彈性回復(fù)性降低；停頓時(shí)間較長，彈性回復(fù)增加；溫濕度較高 時(shí)，彈性回復(fù)率降

4、低彈性好，織物耐疲勞性能優(yōu)良。如錦綸3. 基本力學(xué)模型3.1力學(xué)模型的基本元件在線性粘彈性理論中， 一個(gè)是虎克彈簧，另一個(gè)描述粘彈性力學(xué)性能的基本元件有二個(gè), 是牛頓粘壺。T.（a）虎克彈簧模型O為常數(shù)（b）牛頓粘壺模型3.2描述纖維粘彈性的幾個(gè)力學(xué)模型3.2.1馬克思威爾（Maxwell）模型將虎克彈簧和牛頓粘壺串聯(lián)，可以用來模擬應(yīng)力松弛現(xiàn)象E0.36700322伏歐脫（Voigt）模型虎克彈簧和牛頓粘壺并聯(lián)就是伏歐脫模型，它可以用來描述纖維高聚物的蠕變和蠕變回 復(fù)性能（即緩彈性變形）。E3.2.3標(biāo)準(zhǔn)線性固體力學(xué)模型（三元件模型）(c)三元件模型由兩個(gè)虎克彈簧和一個(gè)牛頓粘壺組成，有兩種排列

5、方式，但它們是互為等效的(a)4. 纖維的疲勞4.1疲勞破壞形式（1）靜態(tài)疲勞或蠕變疲勞纖維材料在一不大的恒定拉伸力作用下，開始時(shí)纖維材料迅速伸長，然后伸長逐步緩慢, 最后趨于不明顯，到達(dá)一定時(shí)間后，材料在最虛弱的地方發(fā)生斷裂。原因：蠕變過程中，外力對材料不斷作功，直至材料被破壞。（2）多次拉伸（或動(dòng)態(tài)）疲勞纖維材料經(jīng)受多次加負(fù)荷、減負(fù)荷的反復(fù)循環(huán)作用， 因?yàn)樗苄宰冃蔚闹饾u積累， 纖維內(nèi)部的局部損傷，形成裂痕，最后被破壞的現(xiàn)象。4.2纖維疲勞破壞的影響因素指標(biāo)：耐久度或疲勞壽命。指纖維材料能承受的加負(fù)荷、減負(fù)荷的反復(fù)循環(huán)的次數(shù)力大最伸拉次每4.2.1纖維材料性能方面(1)拉伸斷裂功大，功纖維彈性回復(fù)性能好(塑性變形不易積累) 維的斷裂伸長率或外力做功不易很快積累到纖維的斷裂不易很快達(dá)到