纖維和紗線的力學性質

第九章紡織纖維和紗線的力學性質<概言>3、影響纖維性質的關鍵在于內部結構，而對于紗線，其性質既取決于原料纖維的性質，又取決于紗線本身的結構。所以影響紗線性質的因素較纖維復雜得多。第一節(jié)纖維和紗線的拉伸性質一、一次性拉伸斷裂指標及互換計算

指的是在斷裂負荷的作用下，一次拉斷纖維和紗線時所對應的指標。<變形性指標><強度指標><互換計算>二、拉伸曲線及有關指標負荷-伸長曲線：纖維在拉伸過程中的負荷和伸長的關系曲線。曲線的橫縱坐標皆為絕對指標，所以只能用來比較相同尺寸的纖維和紗線的拉伸性質，而對不同長度和粗細的試樣無可比性。(一)、兩種形式的拉伸曲線

1－250旦粘膠長絲2－30旦錦綸長絲應力-應變曲線：表示纖維在拉伸過程中的應力和應變的關系曲線。曲線的橫縱坐標皆為相對指標，在相對負荷的單位統(tǒng)一的條件下，對同品種不同尺寸的纖維和紗線的拉伸性質，具有可比性。（斷裂應力可以用在不同的品種。）

1－250旦粘膠長絲2－30旦錦綸長絲二、拉伸曲線及有關指標

拉伸曲線是纖維和紗線拉伸過程中，由繪圖裝置記錄下的上述兩種曲線的通稱，它充分揭示了紡材所有的拉伸性質：起始段ob近似直線，外力很小時，應力－應變之間近似符合“虎克定律”，過b點后。曲線隨不同性質的纖維、紗線呈各種性狀的彎曲（應力－應變之間有不同的函數(shù)關系），從而反映了不同性質的纖維或紗線有各自不同的結構。b點稱為屈服點。(二).從拉伸曲線可獲得的指標及概念1.斷裂強力（或斷裂強度）2.斷裂伸長（或斷裂伸長率）3.初始模量E—指纖維負荷-伸長曲線上起始一段直線部分的斜率，應力應變曲線上，反映為曲線起始段的斜率。其大小表示纖維在小負荷作用下變形的難易程度，它反映了纖維的剛性。E大——纖維在小負荷作用下不易變形，剛性較好，其制品比較挺括；

E小——纖維在小負荷作用下容易變形，剛性較差，其制品比較軟。天然纖維：麻>棉>絲>毛；再生纖維：富纖>粘膠>醋纖；合成纖維：滌綸>腈綸>維綸>錦綸(二).從拉伸曲線可獲得的指標及概念4、屈服強伸度屈服點—曲線由伸長較小部分轉向伸長較大部分的轉折點。其對應的強伸度稱為屈服強伸度。屈服強伸度為相對指標，對同品種不同粗細的材料具有可比性。意義：屈服點是從大部分是彈性變形→大部分是塑性變形的轉折點。以前的伸長變形是彈性變形，屈服點以后的變形是塑性變形。屈服點高，纖維的彈性好。5．斷裂功、斷裂比功和功系數(shù)（1）斷裂功W—指拉斷纖維過程中外力所作的功或纖維受拉伸到斷裂時所吸收的能量。是強力和伸長的綜合指標，用來有效評價纖維的堅牢度與耐用性能。W大，說明纖維的韌性好，耐疲勞性能強，能承受較大的沖擊。在負荷-伸長曲線上，斷裂功就是曲線下所包含的面積。

斷裂功與試樣的尺寸密切相關，因未結合尺寸因素，所以只能比較同品種相同尺寸材料的斷裂功的大小。

斷裂功與試樣的尺寸密切相關，因未結合尺寸因素，所以只能比較同品種相同尺寸材料的斷裂功的大小。（2）斷裂比功Wa—指拉斷單位細度、單位長度纖維或紗線外力所作的功。

Wa=W/(Ntex*L0)

纖維密度相同時，它對不同粗細和不同試樣長度的纖維材料具有可比性。（3）功系數(shù)We—指實際所作功（即斷裂功W，相當于拉伸曲線下的面積）與假定功（即斷裂強力*斷裂伸長）之比。其計算式為：We=W/(Pa*△L)

We值越大表明這種材料抵抗拉伸斷裂的能力越強。各種纖維的功系數(shù)大致在0.36-0.65之間。小結

拉伸曲線可以全方面揭示纖維和紗線受拉伸的全過程，既可以揭示拉伸全過程中某一時刻的受力情形，還可以描述斷裂時刻的受力情況，從中可獲得反映材料剛性的指標E、彈性的指標（屈服點b）、堅韌性指標（W、Wa、We）和斷裂伸長性指標（）。三、纖維的拉伸斷裂機理及影響因素（一）、纖維的拉伸斷裂機理

纖維受力時，首先是纖維中各結晶區(qū)之間無定形區(qū)中的長度最短的大分子鏈伸直并沿纖維軸向排列，取向度提高。接著這些大分子受拉力，鍵長、鍵角增大，使大分子伸長。在此過程中，一部分伸直、緊張的大分子可能被拉斷，也可能逐步地從結晶區(qū)中抽拔出來，此時結晶區(qū)逐步產(chǎn)生松動（結晶區(qū)在纖維中地取向度提高），→晶區(qū)大分子間作用力被破壞，產(chǎn)生滑移，使纖維斷裂。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。纖維的斷裂主要是無定型區(qū)大分子地斷裂和結晶區(qū)大分子之間結合力地破壞而引起的。纖維伸長是由于大分子的伸直、伸長（鍵長鍵角的增大），取向度的提高以及克服了大分子之間的結合力后的滑移而引起的。（二）、影響纖維強伸度的因素<內因>1、一次結構：主鏈上主價鍵能的大小及均衡性，大分子上有無極性集團。聚合度：大分子的平均聚合度較大時，纖維強度較高而伸長較小，當聚合度增加到一定程度時，強伸度的變化漸趨不明顯。柔曲性：大分子柔曲性好時，纖維伸長較大。2、超分子結構：結晶度；結晶區(qū)大分子間的結合力大，故強度較高而伸長較小，但結晶度太大會使纖維變脆。取向度：取向度好的纖維由于大分子較伸直，分子間結合力大，又沿纖維軸向排列，所以強度較大而伸長較小。3形態(tài)結構：裂縫、孔洞和形態(tài)結構的不均一性?？p隙空洞的存在使纖維強度下降，纖維截面粗細不勻，皮芯結構不勻、大分子和超分子結構不勻時，使強度下降。（1）溫濕度隨著溫度的提高，纖維的強度下降而伸長增大；溫度升高，大分子獲得外部能量，產(chǎn)生相對運動,柔曲性提高，分子間結合力減弱，強力減小，伸長增加。隨著相對濕度的提高，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。（2）試驗條件試樣長度：試樣長度長，測得的強度較低。原因是：纖維越長，出現(xiàn)最薄弱環(huán)節(jié)的幾率越大，而斷裂就發(fā)生在弱環(huán)處。試樣根數(shù)：隨著試樣根數(shù)增加，測得的束纖維強度折算成單纖維強度會下降。原因是：各根纖維斷裂強度不同，斷裂伸長率不同，在纖維中的伸直狀態(tài)也不相同，造成不同時斷裂，所以平均單纖維強力減小。拉伸速度：拉伸速度大，測得的強力較大而伸長較小。其原因是：速度大，意味著拉斷經(jīng)歷的時間短，大分子還未來得及滑脫，承受拉力的根數(shù)多，所以強力高。<外因>四、紗線的拉伸斷裂機理及影響因素（一）、紗線的拉伸斷裂機理當紗線受到軸向拉伸時，長絲紗線外層纖維最為傾斜，所以比較伸直和緊張，因此，外層纖維先被拉斷，然后由內層纖維承受拉力，直至斷裂，存在斷裂不同時性。此外，紗線中纖維的伸長能力、強力不一致也會造成斷裂的不同時性。短纖維紗受拉伸外力作用時，除存在上述情況外，還有一個纖維間相互滑移的問題。（二）、影響紗線斷裂強伸度的因素<外因>（1）溫濕度（2）試驗條件:長度、根數(shù)和速度<內因>1、原料纖維的性質：（1）纖維長度和長度不勻率：纖維長度↑，長度不勻率↓----滑脫纖維數(shù)量↓，紗強↑（2）纖維細度：纖維細度↑，細度不勻率↓，紗強↑。（3）纖維強力與強力不勻率：

纖維強力↑，強力不勻率↓，則纖維斷裂不同時性↓，紗強↑。2、紗線本身的結構：紗線結構對強伸度的影響主要反映在捻度。（1）紗線細度→可容納纖維的根數(shù)（決定了纖維強力之和與摩擦力的大小）。（2）紗線的條干均勻度→弱環(huán)。（3）捻度的影響（積極、消極以及臨界捻系數(shù)）：捻度↑，紗強力↑，

臨界捻度時，紗強力最大，捻度↑＞T臨界后，強力下降↓。（4）紗中纖維的配置情況：3.混紡紗中混紡比對紗線強度的影響

由于混紡纖維品種間存在性質差異，特別是伸長能力的差異，影響紗線中纖維的斷裂同時性不同，從而影響混紡紗強度。為了簡化問題的分析，假定只考慮紗的斷裂是由于纖維斷裂而引起的（無滑脫