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第7章纖維材料的機械性能 7 1拉伸性質(zhì) 7 1 1拉伸指標 1 與斷裂點有關(guān)的指標 A 強力P 拉斷纖維所需要的最大外力 N cNB 斷裂伸長L 纖維從拉伸至斷裂所產(chǎn)生的伸長 mmC 強度 比強度 P0 拉斷單位細度纖維所需要的強力N tex N dtex cN tex cN dtexD 斷裂伸長率E0 斷裂伸長占試樣夾持長度的百分率E 斷裂長度LR 試樣的重力等于其強力時試樣所具有的長度 1 7 1 1拉伸指標 2 拉伸曲線有關(guān)的指標 A 初始模量初始模量是指纖維負荷 伸長曲線上起始一段 纖維基本伸直后拉伸的一段 較直部分伸直延長線上應(yīng)力應(yīng)變之比 B 屈服點的應(yīng)力應(yīng)變 即b點 C 斷裂功 比功 功系數(shù) 斷裂功是指拉斷纖維時外力所做的功 也就是纖維受拉伸到斷裂時所吸收的能量 拉斷單位細度 單位長度纖維所消耗的斷裂功叫比功 曲線下面積與矩形面積之比叫功系數(shù) 2 7 2影響拉伸強力的因素 7 2 1環(huán)境溫濕度 隨溫度升高 纖維強力下降 伸長增加 但溫度過高伸長則會減小 7 2 2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 弱環(huán)定理 7 2 3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 是斷裂的不同時性造成的 3 7 2 4拉伸速度 一般情況下 隨拉伸速度增加 斷裂強力 初始模量 屈服應(yīng)力等均會提高 而斷裂伸長無一定規(guī)律 7 2 5拉伸形式 1 等速牽引 CRT 擺錘式強力儀 2 等加負荷 CRL 卜氏強力儀 棉纖維斯特勒強力儀 3 等速伸長 CRE 電子式強力儀 此方法現(xiàn)在為國際推廣方法 試驗參數(shù)不同 所測結(jié)果不同 不具備可比性 4 7 3黏彈體的力學(xué)行為特征 7 3 1概念 紡織纖維是典型的黏彈體 即兼具黏性流動體 無定形區(qū) 和剛性體 結(jié)晶區(qū) 的力學(xué)特性 這種黏性與彈性的組合稱為黏彈性 具備黏彈性的物體稱為黏彈體 7 3 2三種變型 1 急彈性變形 隨外力迅速產(chǎn)生和恢復(fù)的變形 2 緩彈性變形 隨外力逐漸產(chǎn)生且逐漸恢復(fù)的變形 3 塑性變形 隨外力產(chǎn)生 但外力去除后不恢復(fù)的變形雖然我們把纖維的變形分為三類逐一來說明 但實際上他們之間是互相聯(lián)系 互相制約的 在材料受外力時 它們同時出現(xiàn) 只是在不同時間 不同負荷或不同拉伸階段時它們間的比例不同而己 5 7 3 3蠕變與應(yīng)力松弛 1 蠕變 在一定 固定 的拉伸 負荷 條件下 纖維的變形隨時間逐漸增加的現(xiàn)象 2 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 蠕變和應(yīng)力松弛實質(zhì)上是一個問題的兩個方面 都是反映大分子的滑移運動 7 3 4彈性 纖維的彈性是指纖維承受負荷后產(chǎn)生變形 負荷取除后 具有恢復(fù)原來尺寸和形狀的能力 它影響到紡織材料的耐磨性 抗折皺性 手感 尺寸穩(wěn)定性 耐沖擊性 抗疲勞性等許多性能 纖維的彈性包含變形能力與變形的恢復(fù)能力兩方面 而人們通常只講變形的恢復(fù)能力 纖維的彈性根據(jù)恢復(fù)時間可以分為急彈性恢復(fù)和緩彈性恢復(fù) 根據(jù)作用形式又可分為定負荷彈性恢復(fù)和定伸長彈性恢復(fù) 6 7 3 4彈性 定負荷彈性恢復(fù)率和定伸長彈性恢復(fù)率與作用條件的曲線圖 從右圖可以看出 定負荷值或定伸長值越大 彈性回復(fù)率越小 在表征材料彈性時一定要注意這種規(guī)律 否則會給判斷或結(jié)論造成影響 7 7 3 5疲勞 小應(yīng)力長期作用下發(fā)生的破壞 就叫疲勞 這是一種最普遍的破壞形式 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 4 溫濕度 P1 疲勞耐久限 8 7 4纖維的表面力學(xué)性質(zhì) 7 4 1基本指標 1 摩擦力F摩 2 摩擦因數(shù)f F摩 f N N 法向壓力 3 抱合力F抱 在法向力等于零時纖維材料相對移動時的切向阻力 4 切向阻力F切 F切 F抱 F摩 5 抱合系數(shù)h 單位長度纖維所具有的抱合力 6 抱合長度Ln 粗紗或纖維條的重力等于其抱合力時所具有的長度 公式與斷裂長度類似 單位為米 7 4 2影響摩擦的因素 1 法向壓力 或張力 切向阻力的增加率不隨正壓力上升成等比例增加 但切向阻力是增加的 切向阻抗系數(shù)隨法向壓力的增加而下降 逐漸趨于一定值 9 2 溫濕度 一般纖維摩擦時的切向阻抗系數(shù)隨溫度升高而降低 對合成纖維來說 當溫度升高到一定值后 摩擦時的切向阻抗反而會隨著溫度的繼續(xù)上升而加大 3 表面潤滑劑狀況 潤滑劑的黏滯系數(shù)和滑動速度共同作用構(gòu)成對摩擦力的影響 潤滑劑對纖維的摩擦有顯著的影響 4 滑動速度 滑動速度對切向阻力的影響規(guī)律為低速區(qū)切向阻力呈波動狀態(tài) 大于某速度后 隨速度上升切向阻力上升 10 5 表面粗糙度 7 4 2影響摩擦的因素 一般規(guī)律如右圖所示 在大多數(shù)情況下 表面越光滑 摩擦系數(shù)越小 但光滑到一定程度之后 摩擦系數(shù)反而會隨著表面光滑程度的提高而提高 11 7 5纖維彎曲 扭轉(zhuǎn) 壓縮性質(zhì)簡介 1 概念 纖維是極易變直為彎的 有的本身就是卷曲的 我們這里所說的彎曲則是指外力作用下的彎曲變形 2 影響纖維彎曲的內(nèi)部因素有形狀 粗細 模量 3 破壞形式是彎斷 實質(zhì)是彎曲外緣的拉斷或內(nèi)緣的擠裂 4 實用指標A 打結(jié)強度 率 PDVB 勾結(jié)強度 率 PgVC 最小允許曲率半徑rbD 抗彎次數(shù) 疲勞 7 5 1纖維的彎曲 12 1 概念纖維在剪切扭矩作用下 產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)彎形 2 影響纖維扭轉(zhuǎn)的內(nèi)部因素有形狀 粗細 模量 3 破壞形式以軸向劈裂為主 也有剪切破壞形式 4 實用指標A 斷裂捻角B 抗扭次數(shù) 疲勞 7 5 2纖維的扭轉(zhuǎn) 7 5 3纖維的壓縮 纖維一般在強壓縮條件下才會產(chǎn)生破壞 壓斷 大多可能產(chǎn)生的是壓傷 單纖維的壓縮研究很困難 結(jié)論很少 大多數(shù)是研究集合體的壓縮特性 或彈性 13