纖維的力學(xué)性質(zhì)PPT

關(guān)于纖維的力學(xué)性質(zhì)PPT第1頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第七章纖維的力學(xué)性質(zhì)第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)★第二節(jié)纖維力學(xué)性能的時間依賴性第三節(jié)纖維的彎曲、扭轉(zhuǎn)和壓縮第2頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)

拉伸外力與紡織材料的形態(tài)變化之間的關(guān)系稱為紡織材料的拉伸性質(zhì)。拉伸性質(zhì)是紡織材料最重要的力學(xué)性質(zhì)，它對紡織品的拉伸強度、耐磨強度等堅牢度指標(biāo)，以及對紡織品的彈性、抗皺性、褶裥保持性、懸垂性等服用性能都有很大的影響。第3頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)一、拉伸斷裂性能的基本指標(biāo)二、拉伸曲線及其指標(biāo)三、常見纖維的拉伸曲線四、拉伸性能的測量五、拉伸斷裂機理六、影響因素第4頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)一、拉伸斷裂性能的基本指標(biāo)1、絕對指標(biāo)(1)斷裂強力(絕對強力)：P（N，cN，mN,gf，kgf）(2)斷裂伸長：ΔL=La-L0(mm)第5頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)一、拉伸斷裂性能的基本指標(biāo)2、相對指標(biāo)(1)斷裂應(yīng)力：σ=P/A（N/mm2，N/m2）(2)斷裂強度(相對強度)：Ptex=P/Ntex（N/tex，cN/dtex）Pden=P/Nden（N/den，cN/den）(3)斷裂長度：L=P×Nm/g（km）(4)斷裂伸長率(應(yīng)變)：ε=ΔL/L0第6頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)一、拉伸斷裂性能的基本指標(biāo)3、換算關(guān)系σ=γ×Ptex=9×γ×PdenL=Ptex/g=9×Pden/gγ為纖維的密度(g/cm3)Ptex為纖維的特數(shù)制斷裂強度(mN/tex)Pden為纖維的旦數(shù)制斷裂強度(mN/den)第7頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)斷裂長度：纖維重力等于其斷裂強力時的纖維長度(km)第8頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)二、拉伸曲線及其指標(biāo)1、定義：是指在拉伸過程中拉伸力與紡織材料的伸長變形之間的關(guān)系曲線。2、類型(1)負(fù)荷伸長曲線(P-ΔL)(2)應(yīng)力應(yīng)變曲線(σ-ε)第9頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)負(fù)荷伸長曲線是以被測試樣的伸長長度為橫坐標(biāo)、拉伸力為縱坐標(biāo)所作的曲線，它可由帶有繪圖裝置的強力儀直接得到。應(yīng)力應(yīng)變曲線是以被測試樣的伸長率即應(yīng)變?yōu)闄M坐標(biāo)、試樣每單位細(xì)度所承受的拉伸力即應(yīng)力為縱坐標(biāo)所作的曲線，它可由負(fù)荷伸長曲線、被測試樣拉伸前長度、細(xì)度計算后得到。第10頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三纖維的拉伸曲線第11頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)二、拉伸曲線及其指標(biāo)3、指標(biāo)（1）強伸性(P、ΔL、σ、Ptex、ε)（2）初始模量定義：指纖維拉伸曲線的起始部分直線段的應(yīng)力與應(yīng)變的比值，即

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曲線在起始段的斜率(E=dσ/dε)物理意義：表示纖維在小負(fù)荷作用下變形的難易程度，即纖維的剛性。?。寒a(chǎn)品柔軟，如羊毛、醋酯、粘膠纖維大：產(chǎn)品挺括或粗硬，如滌綸、麻纖維第12頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)二、拉伸曲線及其指標(biāo)3、指標(biāo)（3）屈服點Y：σy，εy定義：在纖維的拉伸曲線上伸長變形突然變得較容易時的轉(zhuǎn)折點稱為屈服點。對應(yīng)屈服點處的應(yīng)力和應(yīng)變就是屈服應(yīng)力和應(yīng)變。作圖方法：角平分線法，考泊蘭法，曼列狄斯第13頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三屈服點的確定第14頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)二、拉伸曲線及其指標(biāo)3、指標(biāo)（3）屈服點Y：σy，εy應(yīng)用：材料在屈服點以前的變形主要為可回復(fù)的彈性變形，屈服點之后的變形中則包含有彈性變形和塑性變形兩部分。一般屈服點高的纖維的紡織產(chǎn)品不易產(chǎn)生塑性變形，因而拉伸彈性、尺寸穩(wěn)定性好。(P101)第15頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)二、拉伸曲線及其指標(biāo)3、指標(biāo)（4）功指標(biāo)(是纖維材料抵抗外力破壞所具有的能量)斷裂功W：拉伸纖維至斷裂時外力所作的功

P-△L圖中，拉伸曲線下的面積。第16頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)二、拉伸曲線及其指標(biāo)3、指標(biāo)（4）功指標(biāo)(是纖維材料抵抗外力破壞所具有的能量)斷裂比功:σ-ε圖中，拉伸曲線下的面積。Wv：拉斷單位體積纖維所需作的功Ww：拉斷單位線密度和長度纖維所需作的功第17頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)二、拉伸曲線及其指標(biāo)3、指標(biāo)（4）功指標(biāo)功系數(shù)η：又稱“功充滿系數(shù)”

。指斷裂功與斷裂強力和斷裂伸長之乘積的比值。在負(fù)荷伸長曲線中就是負(fù)荷伸長曲線下方的面積與過斷裂點的直方形的面積之比第18頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)二、拉伸曲線及其指標(biāo)3、指標(biāo)（4）斷裂功指標(biāo)斷裂功、斷裂比功和功系數(shù)大的大纖維，在受到拉伸等外力作用時能吸收較多的能量，即破壞該纖維需要施加較大的功，它的產(chǎn)品比較抗拉伸，耐磨損，比較堅韌(P101)。第19頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)三、常見纖維的拉伸曲線第20頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)三、常見纖維的拉伸曲線1、高強低伸型：棉、麻2、低強高伸型：羊毛、醋酯3、中強中伸型：大部分纖維第21頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)四、纖維拉伸性能的測量（P102自學(xué)）擺錘式強力儀稱桿式強力儀電子強力儀第22頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)五、拉伸斷裂機理纖維中各結(jié)晶區(qū)之間的非晶區(qū)內(nèi)較短的大分子鏈段伸直、變長；隨著拉伸力的增大，大分子的鍵長度增長，鍵角增大，較長的大分子鏈段也伸直、變長；拉伸力繼續(xù)增大時，將可能使原先無定形區(qū)中較短的大分子鏈段斷裂，也可能將它從結(jié)晶區(qū)中逐漸地抽拔出來。各個結(jié)晶區(qū)逐步產(chǎn)生相對移動，大分子由結(jié)晶區(qū)中抽拔最后，由于大分子的斷裂、大分子之間的滑脫而使纖維斷裂。第23頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)五、拉伸斷裂機理纖維受到拉伸直至斷裂，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化是比較復(fù)雜的。簡單地說，纖維受到拉伸時，首先是纖維內(nèi)部無定形區(qū)中較短的大分子鏈段伸直并沿纖維軸向排列，隨著拉伸力的增大，將使大分子的鍵長增長、鍵角增大而使該段大分子長度增加。逐漸地，無定形區(qū)的那些較長的大分子鏈段也伸直、變長。拉伸力繼續(xù)增大時，將可能使原先無定形區(qū)中較短的大分子鏈段斷裂，也可能將它從結(jié)晶區(qū)中逐漸地抽拔出來。最后，由于大分子的斷裂、大分子之間的滑脫而使纖維斷裂。第24頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)六、影響因素1、纖維結(jié)構(gòu)聚合度：聚合度高，分子間作用力大，強度高取向度：取向度高，受力的大分子根數(shù)多，強度高；大分子滑動量少，斷裂伸長率小結(jié)晶度：結(jié)晶度高，纖維大分子排列越規(guī)整，分子間作用力大，強度高第25頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)六、影響因素2、環(huán)境溫濕度溫度隨著溫度的提高，纖維內(nèi)大分子的熱運動增強，從而削弱大分子間的作用力，導(dǎo)致纖維的強度下降。濕度水分能使大分子間的氫鍵作用力降低，一般會使強度降低。第26頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)纖維的拉伸性質(zhì)六、影響因素3、試驗條件試樣長度根據(jù)弱環(huán)定理，試樣越長，強度越低試樣根數(shù)根據(jù)單纖維斷裂的不同時性，根數(shù)越多，強度越低拉伸速度速度大，時間少，強度越高第27頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三弱環(huán)定理：當(dāng)纖維或紗線試樣長縮短時，最薄弱環(huán)節(jié)被測到的機會下降，測得了一部分次薄弱環(huán)節(jié)的斷裂強度，從而使測試強度的平均值降低。第28頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三作業(yè)（十）1、解釋下列名詞：斷裂強力、斷裂應(yīng)力、斷裂強度、斷裂長度和斷裂伸長率，推導(dǎo)纖維強度三個指標(biāo)之間的換算式。2、有一批紡織纖維，它們的細(xì)度及測得的平均單纖維強力值如下，計算并列出斷裂長度、相對強度和斷裂應(yīng)力三種指標(biāo)的大小和順序。纖維細(xì)度強力(cN)棉6000Nm5.6毛21um4.2苧麻200Nm268.8粘膠2.78dtex(2.5D)7.5錦綸3.33dtex(3D)17滌綸2.78dtex16.8腈綸6.67dtex(6D)22.2第29頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三作業(yè)3、應(yīng)力一應(yīng)變曲線與拉伸一變形曲線(負(fù)荷伸長曲線)有何異同?如何由拉伸一變形曲線轉(zhuǎn)換成應(yīng)力一應(yīng)變曲線?在應(yīng)力一應(yīng)變曲線上可計算出哪些指標(biāo)?如何計算？與纖維能有什么關(guān)系?4、試述纖維的斷裂機理，并對影響纖維強度的內(nèi)、外因素作分析。第30頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第31頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第32頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三蠕變圖(P107圖5-16)第33頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三松弛圖(P107圖5-15)第34頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)纖維力學(xué)性能的時間依賴性一、蠕變和松弛1、定義蠕變：在一定負(fù)荷作用下，變形隨時間而逐漸增加的現(xiàn)象松弛：在一定變形條件下，內(nèi)部應(yīng)力（張力）隨時間而逐漸衰減的現(xiàn)象第35頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)纖維力學(xué)性能的時間依賴性一、蠕變和松弛2、纖維拉伸變形的三部分急彈性變形

加拉伸力，幾乎立即產(chǎn)生的伸長變形；去除拉伸外力，幾乎立即產(chǎn)生回復(fù)的變形由纖維內(nèi)大分子的鍵角、鍵長變化而引起緩彈性變形是指拉伸力不變的情況下產(chǎn)生的伸長變形；去除外力后緩慢回復(fù)的變形由纖維內(nèi)彎曲的大分子伸直、傾斜的大分子趨向于與纖維軸向平行而形成塑性變形是指拉伸外力去除后不能回復(fù)的變形由纖維內(nèi)大分子間的滑移引起。第36頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)纖維力學(xué)性能的時間依賴性一、蠕變和松弛3、原因（由于纖維中大分子重新排列引起的）蠕變：由于隨著外力作用時間的延長，不斷克服大分子之間的結(jié)合力，使大分子逐漸沿著外力方向伸展排列，或產(chǎn)生相對滑移而導(dǎo)致伸長增加，增加的伸長基本上都是緩彈性和塑性變形。松弛：由于纖維發(fā)生變形時具有內(nèi)應(yīng)力，使大分子逐漸重新排列，在此過程中部分大分子鏈段間發(fā)生相對滑移，逐漸達到新的平衡位置，形成新的結(jié)合點，從而使內(nèi)應(yīng)力逐漸減少。第37頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三對時間和溫度的依賴性羊毛在不同相對濕度下的應(yīng)力松弛羊毛在不同溫度下的蠕變第38頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三羊毛在不同負(fù)荷下的蠕變第39頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)纖維力學(xué)性能的時間依賴性一、蠕變和松弛4、實際應(yīng)用（1）危害織布機在非平綜狀態(tài)下長時間停機，經(jīng)紗就會因長時間的張力緊張而逐漸松弛變長，再開車時可能會開口不清而造成織疵；紗線等的卷裝若經(jīng)長時間擱置，可能會因松弛而松爛；服裝在長時間坐著等狀態(tài)的穿著過程中，膝部、肘部、臀部等會因蠕變而產(chǎn)生起拱變形，影響美觀。第40頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)纖維力學(xué)性能的時間依賴性一、蠕變和松弛4、實際應(yīng)用（2）解決：改變溫度、濕度、張力以及采用某些化學(xué)的方法，可以改變纖維內(nèi)大分子間的結(jié)合力，達到促進蠕變的產(chǎn)生、降低內(nèi)部應(yīng)力等目的第41頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)纖維力學(xué)性能的時間依賴性二、纖維的彈性1、定義：是指纖維變形的恢復(fù)能力2、指標(biāo)：彈性回復(fù)率：急彈性變形和一定時間內(nèi)可恢復(fù)的緩彈性變形之和占總變形的百分率彈性功回復(fù)率：彈性回復(fù)功占總功的百分率第42頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三等速伸長和等加負(fù)荷試驗機拉伸圖第43頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)纖維力學(xué)性能的時間依賴性二、纖維的彈性3、影響因素（1）纖維結(jié)構(gòu)大分子的柔曲性氫鍵數(shù)目交聯(lián)結(jié)構(gòu)卷曲數(shù)第44頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)纖維力學(xué)性能的時間依賴性二、纖維的彈性3、影響因素（2）測試條件初始拉伸應(yīng)力或伸長率較大時，彈性回復(fù)率較小負(fù)荷停頓的時間較長，塑性變形有充分的時間產(chǎn)生，彈性回復(fù)率較小去負(fù)荷后停頓的時間較長，緩彈性回復(fù)充分，彈性回復(fù)率較小第45頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)纖維力學(xué)性能的時間依賴性大分子的柔曲性羊毛纖維的大分子是α螺旋結(jié)構(gòu)，大分子柔曲性好，彈性好錦綸-CH2-CH2-鏈段柔曲性好，彈性好纖維素纖維大分子剛性強，柔曲性差，彈性差氫鍵數(shù)目纖維素纖維分子鏈間氫鍵比較多，彈性差交聯(lián)結(jié)構(gòu)羊毛纖維的大分