蘇州大學紡織材料學課件第五章

1、 a Y (y,y) s Pb b 0.06 0.12 Pa 負荷 P(N) la 2 4 l 伸長(mm) 0 0 0.1 0.2 0 10 20 =應變 =應變率(%) 比應力 p (N/tex) 0 0.2 0.4 應力 (N/mm2=MPa) 0 300 600 試樣長度 20 mm 線密度 0.3 tex 纖維密度 1.5 g/cm3 圖圖5-1 5-1 紡織纖維的拉伸曲線紡織纖維的拉伸曲線 強力強力P Pb b：又稱絕對強力、斷裂強力；：又稱絕對強力、斷裂強力； 是纖維能夠承受的最大拉伸外力，或單根纖維受是纖維能夠承受的最大拉伸外力，或單根纖維受外力拉伸到斷裂時所需要的力。單位：牛

2、頓（外力拉伸到斷裂時所需要的力。單位：牛頓（N N）；）；厘牛（厘牛（cNcN）; ;克力（克力（gf)gf) 。 對不同粗細的纖維，強力沒有可比性。對不同粗細的纖維，強力沒有可比性。 斷裂強度（相對強度）斷裂強度（相對強度）P Pb b：考慮纖維粗細的不同，表示纖維：考慮纖維粗細的不同，表示纖維抵抗外力破壞能力的指標，可用于比較不同粗細纖維的拉伸抵抗外力破壞能力的指標，可用于比較不同粗細纖維的拉伸斷裂性質，簡稱比強度或比應力；單位：斷裂性質，簡稱比強度或比應力；單位：N/tex（cN/dtex）；）；N/den（cN/den）；）； 斷裂應力斷裂應力b ： 指纖維單位截面上能承受的最大拉力。

3、指纖維單位截面上能承受的最大拉力。 常用單位為常用單位為N/mN/m2 2（帕）；（帕）； N/mmN/mm2 2（即（即MPaMPa）。）。其計算式為：其計算式為： Ptex=P/Ntex Ptex=P/Ntex Pden=P/Nden Pden=P/Nden 三類相對強度的表達式分別為：三類相對強度的表達式分別為：mbbDbDtbtbbNgPLNPPNPPAP或33109109gPgPLPPgLDtbDtbb 斷裂伸長率（應變）斷裂伸長率（應變） 纖維拉伸至斷裂時的伸長率。它表示纖維承受纖維拉伸至斷裂時的伸長率。它表示纖維承受拉伸變形的能力。拉伸變形的能力。L L0 0: : 纖維的伸直長

4、度纖維的伸直長度(mm);(mm);L Lb b: : 纖維斷裂時的長度纖維斷裂時的長度(mm)(mm)%10000lllbb 指纖維拉伸曲線的起始部分直線段的應力與應變的指纖維拉伸曲線的起始部分直線段的應力與應變的比值，或伸長率為比值，或伸長率為1%1%時對應的強力。時對應的強力。taaNllPE00 Y Yc p 1 2 (a)Y p (b)圖圖5-2 5-2 纖維屈服點的確定纖維屈服點的確定確定屈服點常用的方法：確定屈服點常用的方法：角平分線法角平分線法考泊蘭法（考泊蘭法（CoplanCoplan）A(A(橫坐標的平行線）橫坐標的平行線）曼列狄斯法曼列狄斯法(Meredith)-B(Me

5、redith)-B 屈服點高，即屈服應力和應變高，纖維不易產(chǎn)生塑屈服點高，即屈服應力和應變高，纖維不易產(chǎn)生塑性變形，拉伸回彈性好，纖維制品尺寸穩(wěn)定性好。性變形，拉伸回彈性好，纖維制品尺寸穩(wěn)定性好。斷裂功：拉伸纖維至斷裂時外力所做的功，是纖維斷裂功：拉伸纖維至斷裂時外力所做的功，是纖維材料抵抗外力破壞所具有的能量材料抵抗外力破壞所具有的能量lPdlW0斷裂比功：拉斷單位體積纖維所需作的功斷裂比功：拉斷單位體積纖維所需作的功: : 拉斷單位線密度與單位長度纖維材料拉斷單位線密度與單位長度纖維材料所所 需做的功需做的功: : bdlAWwv00bPdlNWwtw00功系數(shù)（功充滿系數(shù)）：實際所作功（

6、即斷裂功系數(shù)（功充滿系數(shù)）：實際所作功（即斷裂功功W W，相當于拉伸曲線下的面積）與假定功（即，相當于拉伸曲線下的面積）與假定功（即斷裂強力斷裂強力* *斷裂伸長）之比。斷裂伸長）之比。bblPW 羊毛 醋酯 粘膠 醋酯 腈綸 蠶絲 錦綸 滌綸 棉 錦綸 比應力 苧麻 亞 麻 應變 (%) 圖圖5-3 5-3 不同纖維的應力不同纖維的應力- -應變曲線應變曲線 應變 (%) 尼龍 聚酯 凱夫拉 玻璃 人造絲 應力 (g/d) 鋼絲 應力 (g/tex) 圖圖5-4 5-4 產(chǎn)業(yè)用纖維的應力產(chǎn)業(yè)用纖維的應力- -應變曲線應變曲線 上夾頭 下夾頭 纖維 重錘桿 支點 標尺 轉動機構 指針 L G1

7、 G 圖圖5-5 5-5 擺錘式強力儀擺錘式強力儀屬等速牽引式強力儀；屬等速牽引式強力儀；力的施加呈非線性，試樣力的施加呈非線性，試樣的拉伸變形無一定規(guī)律。的拉伸變形無一定規(guī)律。 下夾頭 纖維 上夾頭 杠桿 v G l0 重錘 支點 圖圖5-6 5-6 杠桿式拉伸儀杠桿式拉伸儀屬等加負荷型強力儀；屬等加負荷型強力儀；卜氏（卜氏（pressly)pressly)強力儀和強力儀和UsterUster公司的公司的DynamatDynamat自動單紗強力儀均屬此類。自動單紗強力儀均屬此類。屬等伸長型強力儀；屬等伸長型強力儀；亦稱為萬能材料試驗機。亦稱為萬能材料試驗機。 上夾頭 處理單元 試樣 顯示 打

8、印繪圖儀 v 換算單元 l=vt 力傳感器 下夾頭 圖圖 5-7 5-7 電子強力儀的測試原理示意圖電子強力儀的測試原理示意圖 C B A A B C A B (a) (b) (c) (d) (e) 圖圖5-8 5-8 纖維拉伸斷裂時的裂縫和斷裂面纖維拉伸斷裂時的裂縫和斷裂面 g/den 伸長率 (%) 增加取向度 醋酯纖維 粘膠纖維 比應力 (gf/tex) 斷裂點軌跡 N/tex 比容 (cm3/g) 初始模量 (N/cm2) 屈服應力 (N/cm2) 結晶度 (%) 圖圖5-95-9不同取向度纖維的應力應變曲線不同取向度纖維的應力應變曲線圖圖5-10 5-10 聚丙烯纖維結晶度的影響聚丙

9、烯纖維結晶度的影響強度 P聚合度 n no 制造化纖時，要控制制造化纖時，要控制n n的大小的大小n n太小太小強度不好；強度不好；n n太大太大紡絲困難紡絲困難 L (cN/tex) 177 99 21 -57 P0 (cN/dtex) (c/mm2) 圖圖5-11 5-11 溫度對滌綸的影響溫度對滌綸的影響 L (cN/tex) P0 (cN/dtex) (c/mm2) 富纖 棉 L (cN/tex) P0 (cN/dtex) (c/mm2) (%) 圖圖5-125-12相對濕度對細羊毛的影響相對濕度對細羊毛的影響圖圖5-13 5-13 相對濕度對富強纖維和棉的影響相對濕度對富強纖維和棉的

10、影響表表5-1 5-1 低速和高速試驗結果對比低速和高速試驗結果對比膠膠kNfNkfnPtftB T(ep) T(e) (e) ep em Tf ep為最大束強 值時的應變 em為纖維斷裂 最多時的應變 e Tf (e) T emin emax 圖圖5-14 5-14 平行纖維束的比應力平行纖維束的比應力- -應變曲線應變曲線etdeenEeNeF)()()()(ppeeedeep t 0 變形 t1 張力 0 t t1 (t) 或 P(t) 圖圖5-15 5-15 纖維的應力松弛曲線纖維的應力松弛曲線 P0 31 P 1 2 4 5 3 t t t t2 t1 O O t2 t1 圖圖5-1

11、6 5-16 纖維的蠕變及蠕變回復曲線纖維的蠕變及蠕變回復曲線 時間 (s) 負荷 (cN) 伸長 (%) 圖圖5-17 5-17 羊毛纖維在不同羊毛纖維在不同 負荷下的蠕變負荷下的蠕變 時間 (s) 溫度 定張力 伸長 (%) 圖圖5-18 5-18 羊毛纖維在不同羊毛纖維在不同 溫度下的蠕變溫度下的蠕變 時間 (s) 應力 (N/mm2) 空氣相對濕度 時間 (s) 應力 (N/mm2) 空氣相對濕度 圖圖5-19 5-19 羊毛在不同相對羊毛在不同相對濕度下的應力松弛濕度下的應力松弛圖圖5-20 5-20 滌綸在不同拉伸滌綸在不同拉伸 速率下的應力松弛速率下的應力松弛二二 、纖維的彈性、

12、纖維的彈性 指纖維變形的恢復能力。指纖維變形的恢復能力。1 1彈性的指標彈性的指標(1)(1)彈性回復率彈性回復率 指急彈性變形和一定時間內(nèi)可恢復的緩彈性變形指急彈性變形和一定時間內(nèi)可恢復的緩彈性變形之和占總變形的百分率。之和占總變形的百分率。 %10041Te 相同條件下測得的彈性回復率越大，表示相同條件下測得的彈性回復率越大，表示彈性越好、變形回復好。彈性越好、變形回復好。圖圖5-21 5-21 等速伸長和等加負荷試驗機拉伸圖等速伸長和等加負荷試驗機拉伸圖%100%100oabecbeWWeeW面積面積(2)(2)彈性功回復率（或功回復系數(shù)）彈性功回復率（或功回復系數(shù)） 彈性恢復功與拉伸所

13、作的功之比。彈性恢復功與拉伸所作的功之比。 E = E 為 常數(shù) t (a) 虎克彈簧模型 (b) 牛頓粘壺模型 t0圖圖5-24 5-24 虎克彈簧及牛頓粘壺應力虎克彈簧及牛頓粘壺應力- -應變模型應變模型Edtd t o 0 0.367 0 E 1 1 圖圖5-25 5-25 馬克思威爾模型及其應力松弛曲線馬克思威爾模型及其應力松弛曲線12121dddddtdtdtE dt E0Et1tkE0633. 0圖圖5-26 Voigt5-26 Voigt模型及其蠕變和蠕變回復曲線模型及其蠕變和蠕變回復曲線dEdt 2E1E2E1Ea O t1 d t d b c 02121EEEE (a) (b

14、) (c) 圖圖5-27 5-27 三元件模型及其蠕變和蠕變回復曲線三元件模型及其蠕變和蠕變回復曲線 4 1 2 5 e d a b c O 3 0 圖圖5-28 5-28 纖維的多次拉伸循環(huán)纖維的多次拉伸循環(huán) P P0=const d O P0 a b c e 0 0 c d a b O e P 0=const (a)定負荷 (b)定伸長 圖圖5-29 5-29 纖維的重復拉伸疲勞圖纖維的重復拉伸疲勞圖 每次拉伸最大力 c 圖圖5-30 5-30 重復拉伸的疲勞曲線重復拉伸的疲勞曲線EIRB圓形截面纖維：8221041dtffNER非圓形截面纖維：10210141ERfBr(b)(a)圖圖5

15、-315-31纖維彎曲時的變形與破壞纖維彎曲時的變形與破壞bdr20 上夾頭 下夾頭 纖維 勾接 實驗 打結 實驗 圖圖5-32 5-32 勾接強度和打結勾接強度和打結強度試驗原理強度試驗原理)/(2texcNNPptLs勾接相對強度：%100%,1002ppPPsLLL勾接強度率：%100%,100ppPPkkkk打結強度率：tkkNPp 打結相對強度：圖圖5-33 5-33 不同纖維的勾接強度率不同纖維的勾接強度率(%)(%) 斷裂伸長率 (%) 纖維勾接強度 (%) 圖圖5-33 5-33 不同纖維的勾接強度率不同纖維的勾接強度率(%)(%) T l r 圖圖5-34 5-34 扭轉變形示意圖扭轉變形示意圖58220410