纖維的力學性質(zhì)演示文稿

纖維的力學性質(zhì)演示文稿當前1頁，總共53頁。纖維的力學性質(zhì)當前2頁，總共53頁。SecondaryFiberpropertiescolormassrecoverymoistureabsorptionlusterfinenesselongationresiliencythermalpropertyabrasionresistanceInfluenceconsumertoselectandaffectprocessing當前3頁，總共53頁。

第一節(jié)纖維的拉伸與疲勞性能p38一、拉伸曲線的基本特征P38圖3-1O'→O：表示拉伸初期未能伸直的纖維由卷曲逐漸伸直；O→M：（虎克區(qū)）大分子鏈鍵長和鍵角的變化，外力去除變形可回復(fù)，類似彈簧；Q→S：（屈服區(qū)）大分子間產(chǎn)生相對滑移，在新的位置上重建連接鍵。變形顯著且不易回復(fù)，模量相應(yīng)也逐漸變??；S→A：（增強區(qū)）錯位滑移的大分子基本伸直平行，互相靠攏，使大分子間的橫向結(jié)合力有所增加，形成新的結(jié)合鍵，曲線斜率增大直至斷裂。Q：屈服點；A：斷裂點。O拉伸曲線：纖維在拉伸過程中強力和伸長的關(guān)系曲線。當前4頁，總共53頁。圖3-2各種纖維的應(yīng)力——應(yīng)變曲線

P39P39圖3-21—亞麻2—苧麻3—棉4—滌綸5、6—錦綸7—蠶絲8—腈綸9—粘膠10—醋酯11—羊毛12—醋酯當前5頁，總共53頁。二、表征纖維拉伸斷裂特征的指標P40測試標準（1）環(huán)境條件會引起材料被測力學性質(zhì)指標的差異；（2）不同橫截面或不同長度纖維弱環(huán)存在幾率不一樣，必須標準化纖維待測區(qū)段長度；（3）紡織纖維是高分子粘彈性材料，受力變形曲線取決于加載歷史和加載方式，必須標準化加載條件；（4）纖維間性質(zhì)差異性，要取得統(tǒng)計意義上的平均值，必須有足夠的纖維根數(shù)。拉伸曲線可分為三類：（1）強力高，伸長率很?。?、麻等纖維素纖維）——拉伸曲線近似直線，斜率較大；（2）強力不高，伸長率很大（羊毛、醋酯纖維等）——模量較小，屈服點低和強力不高；（3）初始模量介于1.2之間的拉伸曲線（滌綸、錦綸、蠶絲等纖維）。當前6頁，總共53頁。標準測試環(huán)境條件：Temperature:20±3℃;Relativehumidity(R.H.):65±5%指標體系1.強力P40指纖維能夠承受的最大拉伸力，又名絕對強力、斷裂強力，法定單位為牛頓（N），有單纖維強力和束纖維強力之分，它們分別為拉伸根纖維和一束纖維至斷裂時所需的力。

2、相對強度P40是應(yīng)力指標，簡稱強度，用纖維拉斷時單位橫截面上承受的拉伸力來表示，可用來比較不同粗細纖維的拉伸斷裂性能。（1）斷裂應(yīng)力又名強度極限，它是指纖維單位截面積上所能承受的最大拉伸力，單位為N／mm2（即兆帕）。其計算式為：式中的σ為纖維的斷裂應(yīng)力（Mpa或N/mm2），P為纖維的強力（N），S為纖維的截面積（mm2）。當前7頁，總共53頁。（2）比強度P41指每特纖維所能承受的最大拉伸力，又稱斷裂強度，單位為N／tex或cN/dtex。其計算式為：式中P為纖維的強力，N；Tt-纖維線密度,tex。（3）斷裂長度p41它是設(shè)想將纖維連續(xù)地懸吊起來，直到它因本身重力而斷裂時的長度，也就是重力等于強力時的纖維長度。一般用L表示，單位為Km。根據(jù)定義可以給出：（1000L）·f=P式中的f為線密度，指單位長度的重量（g/m），P為斷裂強力。當前8頁，總共53頁。3.伸長率和斷裂伸長率p41纖維的斷裂延伸度反映了纖維的柔韌性式中:ε-纖維伸長率（％）；-纖維斷裂伸長率（％）；L-拉伸后纖維長度（mm）；L0-拉伸前纖維長度（mm）;L1為斷裂時的纖維長度（mm）。1當前9頁，總共53頁。三、表征纖維拉伸變形特征的指標P44（1）初始模量是指纖維拉伸曲線上起始一段直線部分的應(yīng)力應(yīng)變比值，即產(chǎn)生單位應(yīng)變（1%伸長率）時的應(yīng)力值。量綱：cN/dtex，g/den，Pa(Mpa，GPa)式中：E——初始模量（N/tex）；P——M點的負荷（N）；△L——M點的伸長（mm）；L——試樣拉伸前長度（mm）；Tt——試樣線密度（tex）。當前10頁，總共53頁。（2）屈服點確定：p43當前11頁，總共53頁。當前12頁，總共53頁。（3）功Work

當前13頁，總共53頁。拉伸曲線1、負荷伸長曲線以負荷為縱坐標，伸長為橫坐標的拉伸過程圖。（如圖）2、應(yīng)力應(yīng)變曲線以相對負荷（通常以牛/特表示）為縱坐標，伸長率為橫坐標得到的曲線。當前14頁，總共53頁。3、屈服點

拉伸曲線由伸長較小部分轉(zhuǎn)向伸長較大部分的轉(zhuǎn)折點（二）拉伸圖上的有關(guān)指標：

1、斷裂點的指標

2、初始模量：纖維材料拉伸曲線的起始較直部分伸直延長線上的應(yīng)力與應(yīng)變之比。當前15頁，總共53頁。對棉、麻和粘膠纖維的以下幾個參數(shù)進行比較:

麻棉粘膠強度高中低延伸度低低高屈服點無無有初楊氏模量高中低評價硬脆硬強軟弱當前16頁，總共53頁。四、三種變形p45（一）急彈性變形.它是由于纖維大分子的鍵長、鍵角變化引起。（二）緩彈性變形:它是由于彎曲的大分子逐漸伸直，傾斜的大分子沿纖維軸向排列形成的變形。（三）塑性變形:它是由于纖維大分子間相互滑移造成的不可恢復(fù)的變形。纖維變形的這三種組分同時發(fā)生P45發(fā)生速度不同：急彈性變形發(fā)生速度很快；緩彈性變形則比較緩慢；塑性變形必須克服纖維中大分子之間更多的聯(lián)系，比緩彈性變形更加緩慢。當前17頁，總共53頁。表示彈性大小的指標是彈性恢復(fù)率或回彈率。它指急彈性變形和一定時間的緩彈性變形占總變形的百分率。p47R?=L1-L2L1-L0×100%R?——彈性恢復(fù)率（％）L0——纖維或紗線加預(yù)加張力時的長度L1——纖維或紗線加負荷伸長后的長度L2——纖維或紗線去負荷后加預(yù)張力的長度當前18頁，總共53頁。六、纖維的疲勞破壞p47小應(yīng)力長期作用下發(fā)生的破壞，就叫疲勞。或：纖維在遠低于斷裂應(yīng)力或斷裂應(yīng)變的條件下，經(jīng)受反復(fù)施力而破壞，稱為疲勞破壞影響疲勞的因素主要有：

（1）纖維的結(jié)構(gòu)與性能（分子鏈的變形能力及變形后的恢復(fù)能力大，則耐疲勞）

（2）負荷大小

（3）作用方式:作用時間，恢復(fù)時間，頻率等

（4）溫濕度表征纖維疲勞特性的指標是耐久度或堅牢度，即指纖維能承受“加負荷、去負荷”反復(fù)循環(huán)的次數(shù)。

當前19頁，總共53頁。常見纖維的有關(guān)拉伸性質(zhì)指標P40

當前20頁，總共53頁。纖維品種斷裂強度（N/tex）鉤接強度（N/tex）斷裂伸長率（%）初始模量（N/tex）定伸長回彈率（%）（伸長3%）干態(tài)濕態(tài)干態(tài)濕態(tài)滌綸高強低伸型0.53-0.620.53-0.620.35-0.4418-2818-286.17-7.9497普通型0.42-0.520.42-0.520.35-0.4430-4530-454.41-6.17錦綸60.38-0.620.33-0.530.31-0.4925-5527-580.71-2.65100腈綸0.25-0.400.22-0.350.16-0.2225-5025-602.65-5.2989-95維綸0.44-0.510.35-0.430.28-0.3515-2017-232.21-4.4170-80丙綸0.40-0.620.40-0.620.35-0.6230-6030-601.76-4.8596-100氯綸0.22-0.350.22-0.350.16-0.2220-4020-401.32-2.2170-85粘纖0.18-0.260.11-0.160.06-0.1316-2221-293.53-5.2955-80富纖0.31-0.400.25-0.290.05-0.069-1011-137.06-7.9460-85醋纖0.11-0.140.07-0.090.09-0.1225-3535-502.21-3.5370-90棉0.18-0.310.22-0.407-126.00-8.2074（伸長2%）綿羊毛0.09-0.150.07-0.1425-3525-502.12-3.0086-93家蠶絲0.26-0.350.19-0.2515-2527-334.4154-55（伸長5%）苧麻0.49-0.570.51-0.680.40-0.411.5-2.32.0-2.417.64-22.0548（伸長2%）氨綸0.04-0.090.03-0.09450-80095-99（伸長50%）當前21頁，總共53頁。第二節(jié)：纖維拉伸曲線的基本特征和纖維斷裂機理P48當前22頁，總共53頁。拉伸斷裂機理

1。原因：主鏈斷裂；分子間滑脫。2。影響纖維拉伸性能的因素（一）內(nèi)因：（1）大分子結(jié)構(gòu)（大分子的柔曲性、大分子的聚合度）：大分子的平均聚合度↑，大分子結(jié)合力↑，不易產(chǎn)生滑移，纖維的強度高而伸度小。當前23頁，總共53頁。（二）外因：

（1）溫濕度：在纖維回潮率一定的條件下，溫度高，纖維大分子熱動能高，大分子柔曲性提高，分子間結(jié)合力消弱，因此，纖維強度降低，斷裂伸長率增大，拉伸模量下降。當前24頁，總共53頁。多數(shù)纖維隨相對濕度提高，含水分增多，分子間結(jié)合力越弱，結(jié)晶區(qū)越松散，纖維強度降低，伸長增大、初始模量下降。滌綸、丙綸基本不吸濕，它們的強度和伸長率幾乎不受相對濕度的影響。

當前25頁，總共53頁。大分子共價鍵斷裂機理

分子鏈斷裂原因：∑氫鍵>∑共價鍵，分子間滑移所需的力>分子鏈斷裂所需的力。分子鏈斷裂條件：纖維的聚合度高、取向度、結(jié)晶度高，即分子間作用力小。纖維斷裂的可能情況有兩種：分子鏈斷裂分子鏈滑移。當前26頁，總共53頁。弱環(huán)定理——弱點斷裂機理

定理：強力決定于纖維上最弱的一環(huán)。其斷裂機理是由于大分子排列的不整齊性，纖維上存在薄弱環(huán)節(jié)，當纖維受力時，會在此處首先斷裂，然后缺口逐漸擴展，直至纖維斷裂。適用于弱環(huán)斷裂機理的纖維有：天然纖維素纖維（麻、棉），這一事實可由以下得以證明：

棉纖維實際強力比其理想強力小得多

棉纖維的濕強力>干強力

水有潤滑作用，能緩和應(yīng)力不勻，部分消除弱點

分子間建立交聯(lián)，強度下降。當前27頁，總共53頁。分子鏈及單元結(jié)構(gòu)的相對滑移當前28頁，總共53頁。纖維破壞形態(tài)由HearleandCross發(fā)現(xiàn)的尼龍纖維的破壞形態(tài)：

Nylonfibrebrokeninatensiletest

Breakinprogressinacoarsenylonbristle當前29頁，總共53頁。Breakagezonesinnylonbristle破壞分五個區(qū)域：A－起始，B－延伸，C－滑移，D－裂紋快速增加，E－最終破壞。

當前30頁，總共53頁。影響纖維斷裂的其它因素

一、溫、濕度

二、試樣長度

試樣愈長，強力愈低。因為沿纖維長度方向，強度是不均一的，纖維總是在最薄弱處斷裂，試樣愈長，出現(xiàn)最薄弱環(huán)節(jié)的概率越大，越容易發(fā)生斷裂，強力下降）

三、纖維根數(shù)

束纖維中的纖維根數(shù)愈多，由束纖維強力計算得的平均單纖維強力愈低，而且比單根測量時的平均強力低。四、拉伸速度（弱環(huán)定律）

一般隨拉伸速度增加，斷裂強力，初始模量，屈服應(yīng)力(測試結(jié)果）均會提高，而斷裂伸長無一定規(guī)律。

五、拉伸形式（或儀器類型）

（1）等速牽引（CRT）

（2）等加負荷（CRL）

（3）等速伸長（CRE），此方法現(xiàn)在為國際推廣方法當前31頁，總共53頁。影響紡織纖維拉伸性能的主要因素:p501內(nèi)部結(jié)構(gòu)聚合度取向度結(jié)晶度2、外因1）溫濕度溫度提高，纖維強度下降伸長增大；相對濕度的提高，一般纖維，強度下降而伸長增大；棉、麻纖維強度增大伸長增大。

3試驗條件:試樣長度：試樣長度長，測得的強度較低。試樣根數(shù)：根數(shù)增加，測得的束纖維強度折算成單纖維強度會下降。拉伸速度：拉伸速度大，測得的強力較大而伸長較小1、內(nèi)因大分子結(jié)構(gòu)：柔曲性和聚合度超分子結(jié)構(gòu)：結(jié)晶度和取向度形態(tài)結(jié)構(gòu)：孔洞、縫隙和形態(tài)結(jié)構(gòu)的不均一性當前32頁，總共53頁。纖維的拉伸斷裂機理及影響纖維強、伸度的因素纖維拉伸斷裂機理(p50)纖維的斷裂由于：大分子斷裂和大分子相互滑脫引起纖維的伸長由于：大分子伸直、伸長、分子間滑移引起。纖維受拉無定形區(qū)大分子伸直鍵長鍵角增大，大分子伸長部分分子拉斷或抽拔出來大分子斷裂，大分子相互滑移纖維斷裂當前33頁，總共53頁。（2）隨著取向度的增加，粘膠纖維斷裂點的強度增加，斷裂伸長率降低。P513-8（3）形態(tài)結(jié)構(gòu)（裂縫孔洞缺陷、形態(tài)結(jié)構(gòu)、不均一性）等。當前34頁，總共53頁。在不同拉伸倍數(shù)下粘膠纖維聚合度對纖維強力的影響

當前35頁，總共53頁。第三節(jié)纖維的粘彈性特征p53粘彈體力學特征

一、粘彈性的概念：

粘彈性質(zhì)也叫流變性質(zhì)。物體（包括液態(tài)）在力作用下發(fā)生形狀尺寸變化——即形變（變形）常用應(yīng)變來表示（變形量與原尺寸之比）。

最單純的形變形式：理想彈性變形（虎克變形）；純粘性流動（牛頓變形）。

當前36頁，總共53頁。這兩種基本變形的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如下：

虎克變形：σ-應(yīng)力，E-模量，ε-應(yīng)變

牛頓變形：

—粘滯系數(shù)，t-時間以高分子為主要組成物質(zhì)的纖維來講，兼有彈性和粘性，粘性與彈性的組合即為粘彈性，具有粘彈性的物體即為粘彈體，“材料在外力作用下，應(yīng)力～應(yīng)變的關(guān)系隨時間而變的性能”-----粘彈性。當前37頁，總共53頁。彈性性質(zhì)

高分子物理和紡織上概念的差異當前38頁，總共53頁。

普彈形變包括鍵長和鍵角的變化，形變瞬間完成（與時間無關(guān)），形變量很小。

高彈形變（T≥Tg）是當纖維被拉伸時，無定形區(qū)分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)、伸直，甚至分子鏈段滑移；放松后，拉直的分子鏈可通過內(nèi)旋轉(zhuǎn)而回復(fù)。高彈形變是時間的指數(shù)函數(shù)，形變量很大。

強迫高彈形變（T＜Tg）不能通過內(nèi)旋轉(zhuǎn)回復(fù)

塑性形變：大分子間的相對滑移，是不能回復(fù)的形變。當前39頁，總共53頁。纖維的形變回復(fù)度與應(yīng)力的關(guān)系相同應(yīng)力下，錦綸的彈性最好；麻、棉的彈性中等；粘膠的彈性差

當前40頁，總共53頁。纖維的形變回復(fù)度與形變的關(guān)系由圖中可以看出：

形變小時錦綸、羊毛彈性最好；棉、粘膠彈性中等；麻彈性最差形變大時；錦綸彈性最好；羊毛次之；纖維素纖維彈性都差當前41頁，總共53頁。纖維素纖維彈性差的原因

棉、麻纖維：主鏈是糖環(huán)，比較僵硬，內(nèi)旋轉(zhuǎn)困難，難產(chǎn)生高彈形變，一般產(chǎn)生普彈形變。氫鍵太多，分子間氫鍵進一步限制了內(nèi)旋轉(zhuǎn)，低形變時，可產(chǎn)生普彈形變；高應(yīng)力時，氫鍵可被拆散，產(chǎn)生分子鏈段的移動，形變較大。當分子鏈段移動到新的位置后，可產(chǎn)生新的氫鍵，將形變固定——“應(yīng)變硬化”現(xiàn)象。

當前42頁，總共53頁。三、蠕變與應(yīng)力松馳p53

蠕變：一定（固定）拉伸（負荷）條件下，纖維變形隨時間逐漸增加。形成原因：隨外力作用時間延長，大分子沿外力方向伸展排列或產(chǎn)生相對滑移而使伸長增加。

應(yīng)力松馳：當纖維被拉伸到一定變形值，保持恒定時，其內(nèi)應(yīng)力隨時間逐漸減小的現(xiàn)象。

應(yīng)力松弛現(xiàn)象：形變固定，應(yīng)力逐漸降低影響蠕變的因素：

纖維的結(jié)構(gòu)：柔性鏈，分子間作用力小…應(yīng)力松弛形成原因：纖維發(fā)生變形時具有內(nèi)應(yīng)力，大分子逐漸重新排列，逐漸達到新平衡位置。當前43頁，總共53頁。粘膠纖維的蠕變：

粘膠的Tg較小，聚合度小，結(jié)晶度小，易變形；濕熱條件下，更易變形

注：粘膠纖維濕熱條件下加工時，應(yīng)避免較大張力。蠕變實例當前44頁，總共53頁。當前45頁，總共53頁。第四節(jié)纖維的彎曲、扭轉(zhuǎn)p58

一、纖維的彎曲

（一）、概念

指外力作用下的彎曲變形。

（二）、影響因素：形狀，粗細，模量

（三）、破壞形式：彎斷，實質(zhì)是彎曲外緣的拉斷或內(nèi)緣的擠裂。

（四）實用指標

1．抗彎剛度p58纖維抵抗彎曲變形的能力材料力學的定義，抗彎剛度Rf（cN·cm2）可被表示為；Rf=Ef*If式中的Ef和If分別是纖維的彎曲模量（cN·cm2）和它們的斷面慣性矩（cm4），纖維的抗彎剛度與材料的形狀、模量和細度有關(guān)，2．打結(jié)強度（率）

3．勾結(jié)強度（率）

當前46頁，總共53頁。纖維種類截面形狀系數(shù)ηf比重（g/cm3）彎曲模量Ef（cN/tex）相對抗彎剛度Rfr（cN·cm2）長絨棉纖維細絨棉纖維細羊毛纖維粗羊毛纖維桑蠶絲纖維苧麻纖維亞麻纖維普通粘膠纖維強力粘膠纖維富強纖維滌綸纖維腈綸纖維維綸纖維錦綸纖維錦綸66纖維玻璃纖維石棉纖維0.790.700.880.750.590.800.870.750.770.780.910.800.780.920.921.000.871.511.501.311.291.321.521.511.521.521.521.381.171.281.141.142.522.48877.1653.7220.5265.6741.92224.61166.2515.5774.21419.01107.4670.3596.8205.8214.62704.81979.63.66×10－42.46×10－41.18×10－41.23×10－42.65×10－49.32×10－44.96×10－42.03×10－43.12×10－45.80×10－45.82×10－43.65×10－42.94×10－41.32×10－41.38×10－48.54×10－45.54×10－4表3-3纖維的彎曲性能p59當前47頁，總共53頁。（二）纖維的彎曲破壞p60纖維在彎曲過程中引起內(nèi)應(yīng)力和變形，在各部位的變形不同，(p60圖3-17)在中性面以上纖維受拉伸，在中性面以下纖維受壓縮，當彎曲曲率越大（曲率半徑越?。r，各層變形差異也越大，而曲率半徑過小時，有些纖維將可能產(chǎn)生折斷。纖維種類纖維直徑（μm）單纖維強力（cN）重復(fù)彎曲到斷裂的循環(huán)數(shù)錦綸纖維羊毛纖維長絨棉纖維含膠蠶絲纖維煉熟蠶絲纖維醋酯纖維粘膠纖維酪素纖維玻璃纖維142417151119132585.93.94.45.93.93.93.92.92.920000以上20000以上320018003901007523--表3-4纖維的重復(fù)彎曲疲勞p61當前48頁，總共53頁。二、纖維的扭轉(zhuǎn)p61

（一）、概念

纖維在剪切扭矩作用下，產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)彎形。

（二）、影響因素：形狀，粗細，模量

（三）、破壞形式：縱向劈裂

（四）實用指標

纖維的抗扭剛度p61給長度為l（cm）的纖維施加扭矩Mt（cN·cm）以后，在纖維的橫斷面上將會產(chǎn)生一扭Mt變形角θ（弧度），參量之間有如下關(guān)系：抗扭剛度受外界條件影響的變化幅度很大，特別是回潮率，——濕捻法的工藝基礎(chǔ)，P63-圖3-18和圖3-19。當前49頁，總共53頁。纖維種類截面形狀系數(shù)扭轉(zhuǎn)模量ELt（cN/tex）相對抗扭剛度Rtr（cN·cm2）棉纖維木棉纖維羊毛纖維桑蠶絲纖維柞蠶絲纖維苧麻纖維亞麻纖維普通粘膠纖維強力粘膠纖維富強纖維銅氨纖維醋酯纖維滌綸纖維錦綸纖維腈綸纖維維綸纖維乙綸纖維玻璃纖維0.715.070.980.840.350.770.940.930.940.970.990.700.990.990.570.670.991.00161.719783.3164.6225.4106.285.372.569.66