纤维材料机械性能
纤维材料有哪些

纤维材料有哪些
纤维材料是由纤维形成的材料,具有轻质、高强度、耐热、耐腐蚀等特点,广泛应用于航空航天、汽车、建筑、纺织等领域。
下面介绍一些常见的纤维材料。
1. 玻璃纤维:玻璃纤维是由玻璃材料熔制成纤维状后制成的材料,具有良好的电绝缘性能和机械性能,常用于制作绝缘件、阻燃材料、建筑材料等。
2. 碳纤维:碳纤维由含碳高达95%以上的聚丙烯腈纤维制成,具有很高的强度和刚度,优异的耐腐蚀性能和电导率,广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
3. 高分子纤维:高分子纤维可以分为天然纤维和合成纤维两类。
天然纤维包括棉花纤维、木纤维、麻纤维等,具有柔软舒适的性质,广泛应用于纺织、医疗、装饰等领域。
合成纤维包括聚酯纤维、尼龙纤维、聚丙烯纤维等,具有良好的拉伸性能和耐磨性能,广泛应用于纺织、土木工程等领域。
4. 陶瓷纤维:陶瓷纤维是由矿石矿渣等原料经高温熔融后拉拔而成,具有良好的耐高温性能和耐腐蚀性能,常用于隔热材料、耐火材料等。
5. 金属纤维:金属纤维由金属丝制成,具有良好的导电性和导热性,广泛应用于电子、通信、热技术等领域。
6. 聚酰胺纤维:聚酰胺纤维具有良好的力学性能、耐温性能和
化学稳定性,常用于制作高强度的绳索、钓线、缝纫线等。
7. 果胶纤维:果胶纤维是由果胶材料制成的纤维,具有优良的附着性和保水性,常用于制作面料、纸张、胶带等。
除上述纤维材料外,还有许多其他类型的纤维材料,如蓝藻纤维、纳米纤维、陶瓷纤维等,在不同领域都有着广泛的应用前景。
纤维材料的不同种类具有各自独特的优点和特点,可以根据具体的需求选择适合的纤维材料。
生物质纤维的制备和性能分析

生物质纤维的制备和性能分析生物质纤维是一种非常重要的生物能源,它可以用于制备各种建筑材料、纸张、纺织品、化学品和生物燃料等。
近年来,生物质纤维的制备技术得到了迅速发展,不断涌现出新的生产方法和材料。
一、生物质纤维的制备生物质纤维的制备方法主要包括化学法、机械法、生物法等多种途径。
化学法是目前生物质纤维制备中应用最广泛的方法之一。
它是利用一些化学试剂(如氢氧化钠、硫酸等)对生物质原料进行加工处理,使其变成纤维状。
这种方法通常需要高温高压条件下进行,处理时间较长并且需要消耗大量的化学试剂。
但是化学法可以大幅度提高生物质纤维的强度、耐久性和其他机械性能。
机械法是另一种常用的生物质纤维制备方法。
它是利用机械力将生物质原料压缩、拉伸、击打等操作,使其变成纤维状。
机械法通常需要消耗大量的电力和机械设备,但是可以保留生物质原料的原始性质,使得生物质纤维的安全性更高。
此外,机械法制备的生物质纤维通常具有更好的可再利用性,更容易被生物降解。
生物法是一种新兴的生物质纤维制备方法。
它是利用生物体内的细菌等微生物将生物质原料转化为纤维状。
生物法制备技术成本较低、污染少、对环境友好。
但是,难以保证生产者从生物法生产的纤维品质。
在生物质纤维的制备过程中,要注意生产速度、成本控制、优化方案,同时最大限度地保持生物质原料的物理、化学和生物特性。
二、生物质纤维的性能分析生物质纤维具有多种优异的性能,可以广泛应用于建筑、制造、医药等多个领域。
以下是对生物质纤维的主要性能进行的解析。
1.可再生性生物质纤维是一种可再生的自然资源,可以重新生长,因此不会像石油和煤炭等非可再生资源一样短缺。
在全球环保趋势下,生物质纤维将成为一种重要的能源来源。
2.良好的机械性能生物质纤维具有较高的韧性和强度,可以用于制备建筑材料、纺织品和各种复合材料。
因此,生物质纤维被广泛应用于建筑,保护自然环境等方面。
3.化学稳定性良好生物质纤维在温度和湿度等条件下表现出较好的化学稳定性,可以在各种恶劣环境中稳定悬挂,被广泛应用于化学品和纸张制造等领域。
纤维材料的微观结构与力学性能

纤维材料的微观结构与力学性能纤维材料是一类具有高强度、高模量和轻质的材料。
在现代工业中,纤维材料广泛应用于各种领域,如航空航天、船舶、汽车、体育用品等。
纤维材料的力学性能对其应用效果至关重要。
因此,研究纤维材料的微观结构与力学性能是相当必要的。
本文将从纤维材料的微观结构以及其对力学性能的影响两个方面进行探讨。
一、纤维材料的微观结构纤维材料是由纤维和基体组成的复合材料。
纤维是主要承受拉伸应力的部分,而基体则负责防止纤维的滑移和断裂。
纤维材料可以分为无定形纤维材料和结晶纤维材料两类。
无定形纤维材料是指没有明显结晶形态的纤维材料,如玻璃纤维、碳纤维等;结晶纤维材料则是指具有明显结晶形态的纤维材料,如金属纤维、陶瓷纤维等。
纤维材料的微观结构影响着其宏观性能。
在无定形纤维材料中,纤维的结构呈现为杂乱无章的状态,纤维之间的结合力也比较弱。
因此,无定形纤维材料的强度和模量相对较低。
而在结晶纤维材料中,纤维的结构呈现出规则的结晶形态,纤维之间的结合力比较强。
因此,结晶纤维材料的强度和模量相对较高。
二、纤维材料的力学性能纤维材料的力学性能主要表现为其拉伸强度、弹性模量、断裂延伸率、疲劳寿命等指标。
这些指标直接影响着纤维材料的应用效果。
高强度、高模量和良好的延展性是纤维材料的重要性能指标,下面将讲解一些影响这些指标的微观结构因素。
1. 纤维形态对力学性能的影响纤维的形态是影响纤维材料力学性能的一个重要因素。
在一定条件下,纵横拉伸的纤维力学性能是不同的。
当纤维的截面积相同时,细长的纤维在纵向拉伸时会发生细小的曲率,从而增加了纤维内部的表面能和蠕变能。
因此,纵向拉伸的纤维更容易发生局部破坏。
而横向拉伸的纤维由于其形态特征,会比纵向拉伸的纤维具有更高的强度和更好的延展性。
2. 纤维取向对力学性能的影响纤维的取向也是影响力学性能的重要因素。
纤维多为无序或随意取向,但在一些现代工业领域,例如碳纤维复合材料的制备过程中,纤维的排列方向是可以控制的。
聚乳酸纤维性能及应用

一、聚乳酸纤维机械性能
聚乳酸纤维是新一代环保型纤维,具有很多优越的性能。 例如聚乳酸纤维与聚酯、锦纶纤维的物理性能比较。①聚 乳酸纤维的密度介于聚酯和锦纶之间,比棉、丝、毛等密 度小,说明聚乳酸纤维具有较好的膨松性,制成的服装比 较轻盈;②聚乳酸纤维的强度较高,达到310~415 cN/dtex,接近合成纤维;③聚乳酸纤维的断裂伸长率在 30 %~50 %,远高于聚酯和锦纶,会给后道织造工序带来 相当的难度;④纤维模量小(与锦纶相近),属于高强、中 伸、低模型纤维。杨氏模量可以表征纤维的硬度,杨氏模 量高,纤维发硬;杨氏模量低,则纤维柔软。因此聚乳酸 纤维制成的织物手感柔软、悬垂性很好;⑤聚乳酸纤维与 聚酯纤维具有相似的耐酸碱性能,这是由其大分子结构决 定的。
由于聚乳酸纤维是一种高结晶性、高取向性和高强度的纤维,它的 机械性能介于聚酯纤维和锦纶之间。在服用性能方面,聚乳酸纤维具有 更好的手感和悬垂性,比重较轻,有较好的卷曲性和保型性。聚乳酸纤 维无需特别的装置和操作,可用常规的工艺进行加工处理。
二、聚乳酸纤维的其他性能
聚乳酸纤维有独特的性能,如良好的可染性,色牢度高于 3 级; 其纤维相容性好,制成的织物不刺激皮肤,穿着时有舒适感;对许多 溶剂包括干洗剂稳定。重要的是,如前所述,它具有优越的生物降解 性。与其他生物降解纤维相比,聚乳酸纤维的分解速度低且稳定,埋 入土壤中2~3年强度消失,如果与其他有机废物同时埋入地下,几个 月之内就会分解成 CO2和水,是一种理想的可生物降解纤维。聚乳酸 纤维安全性好,植入体内无毒副作用,因此可用作可吸收的手术缝合 线和组织工程材料;耐候性好,聚乳酸纤维在室外长时间暴露能够保 存较高的抗张强度,优于 PET 纤维,因此可用于农业,园艺,土木 建筑等领域。
纤维在能源行业的应用

纤维在能源行业的应用随着能源需求的不断增长和环境问题的日益严重,寻找替代传统能源的新型能源已成为全球关注的焦点。
在这个背景下,纤维在能源行业中的应用逐渐受到重视。
纤维材料具有良好的导电性、光学性能和机械性能,因此在能源行业中具有广阔的应用前景。
纤维在太阳能行业中具有重要的应用。
太阳能电池板是太阳能光伏发电的核心组件,而纤维材料的导电性能使其成为太阳能电池板的理想载体。
通过将导电纤维嵌入太阳能电池板中,可以提高电池的导电性能和稳定性,进而提高太阳能发电的效率。
此外,纤维材料还可以用于制造柔性太阳能电池,在满足能源需求的同时,适应各种复杂形状的应用场景,提高太阳能发电的灵活性和可塑性。
纤维在储能领域的应用也备受关注。
随着新能源的快速发展,储能技术的重要性日益凸显。
纤维作为储能材料的载体,可以通过改变纤维的结构和组成来实现储能功能。
例如,通过在纤维内部注入储能材料,可以实现高效的电能储存。
此外,纤维材料的机械性能也使其成为储能设备的理想材料,可以承受较大的压力和变形,提高储能设备的安全性和稳定性。
纤维在能源传输和输送中的应用也具有重要意义。
纤维材料的导电性能使其成为电力输送的理想载体。
通过在纤维内部引入导电材料,可以实现电能的传输和输送,提高电力传输的效率和稳定性。
此外,纤维材料还可以用于光纤通信,通过纤维中的光信号传输实现信息的高速传输和远程控制,为能源行业的智能化发展提供支持。
纤维在能源行业中的其他应用还包括能源储备和能源监测。
通过将纤维材料应用于能源储备设备,可以提高能源储备的容量和效率。
例如,通过制造纤维材料的超级电容器,可以实现高效的能量储备和释放。
同时,纤维材料还可以用于能源监测,通过在纤维中加入传感器,实现对能源的实时监测和控制,提高能源利用的效率和可持续性。
纤维在能源行业中具有广泛的应用前景。
纤维材料的导电性能、光学性能和机械性能使其成为太阳能、储能、能源传输和输送等领域的理想材料。
随着技术的进步和应用的推广,相信纤维在能源行业中的应用会越来越广泛,为实现可持续能源发展做出重要贡献。
纤维材料的工艺语言

纤维材料的工艺语言纤维材料是一种具有高强度、轻质、柔韧性和良好的抗腐蚀性能的材料。
它们广泛应用于航空航天、汽车、建筑、生活用品等领域。
纤维材料的制作过程需要精湛的工艺技术和严格的质量控制。
以下将从纤维材料的种类、制作工艺以及应用领域等方面进行详细的介绍。
一、纤维材料的种类1. 碳纤维:碳纤维是一种具有高强度和低密度的材料,通常由聚丙烯或聚丙烯腈纤维制成。
碳纤维可以用于制作航空航天器件、汽车零部件、体育器材等。
2. 玻璃纤维:玻璃纤维是一种具有优良的机械性能和耐腐蚀性能的材料,通常由熔融的玻璃纤维束拉丝而成。
玻璃纤维可以用于制作建筑材料、船舶结构、电子产品外壳等。
3. 聚合物纤维:聚合物纤维是一种具有优良的柔韧性和耐磨性能的材料,通常由聚酯、聚酰胺或聚烯烃等高分子材料制成。
聚合物纤维可以用于制作服装、家具、车辆内饰等。
二、纤维材料的制作工艺1. 碳纤维制作工艺:碳纤维的制作工艺主要包括纤维原料的选取、纤维制备、预浸料的制备、层叠成型、热压成型等环节。
在制备碳纤维的过程中,需要严格控制原料的质量、温湿度和压力等参数,以保证碳纤维制品的质量和性能。
三、纤维材料的应用领域1. 航空航天领域:碳纤维是一种重要的航空航天材料,它可以用于制作飞机、导弹、航天器等。
碳纤维制品具有优良的耐腐蚀性能和高强度,可以大幅减轻航空航天器件的重量,提高其飞行性能。
2. 汽车领域:纤维材料在汽车领域的应用越来越广泛,特别是碳纤维和玻璃纤维。
碳纤维可以用于制作汽车车身、底盘、发动机零部件等,而玻璃纤维可以用于制作汽车外壳、车窗等。
3. 建筑领域:玻璃纤维是一种重要的建筑材料,它可以用于制作建筑墙体、屋顶、地板、隔热材料等。
玻璃纤维制品具有优良的耐候性和抗腐蚀性能,可以有效延长建筑物的使用寿命。
4. 体育器材领域:碳纤维具有优良的柔韧性和抗冲击性能,因此在体育器材领域得到广泛应用。
滑雪板、高尔夫球杆、网球拍等都可以采用碳纤维材料制作,以提高其使用性能。
影响碳纤维机械性能的因素分析

影响碳纤维机械性能的因素分析碳纤维作为一种受欢迎的轻质高强度材料,被广泛用于高端汽车、飞机、航天器、体育用品等领域。
然而,碳纤维机械性能的不稳定性和易受环境因素影响的特点,影响了它的应用效果。
本文将探讨影响碳纤维机械性能的因素,为工程师提供指导。
1. 纤维取向碳纤维的机械性能直接与纤维取向有关。
在复杂的载荷作用下,纤维取向的不同会导致强度、修复能力和变形性能的差异。
纤维取向可以通过布局设计和生产过程中的控制来进行调整。
在设计中,应该优先考虑纤维取向的一致性,增强结构的整体稳定性。
2. 纤维长度碳纤维的长度会影响其断裂性能和耐冲击性能。
较长的碳纤维可以保证力学性能稳定性,在受复杂载荷作用时能有效抵御外部力的影响。
而短纤维较容易在复杂载荷下断裂或出现开裂。
因此,在选择纤维时应尽可能选用具有较长长度的碳纤维。
3. 纤维形状碳纤维的形状对其力学性能也有一定的影响。
通常,圆形和椭圆形的碳纤维具有较好的力学性能,而传统的矩形和扁平形状的碳纤维容易出现开裂和断裂。
工程师在设计结构时,应该优先选择圆形和椭圆形的碳纤维。
4. 纤维表面处理碳纤维的表面处理对其性能也有极大的影响。
在生产过程中,需要对碳纤维进行表面处理,以增加其表面能量和弥补其生产过程中的缺陷。
常见的表面处理方法包括电浆处理、光氧化处理、化学改性等。
表面处理可以有效提高碳纤维的结合强度和耐冲击性能,同时,也可以增加其粘接性。
5. 树脂矩阵与纤维的性质不同,树脂矩阵更靠近于软质材料,但它们的物理和化学性质也会影响碳纤维的性能。
树脂矩阵的选择方法是权衡成本和性能。
在各种树脂矩阵中,环氧树脂应用比例最高,但聚酯类、酚醛类、丙烯酸类等材料的应用也日益增加。
6. 制造工艺制造工艺是影响碳纤维机械性能的重要因素。
常见的制造方法包括手工层压、自动化工艺、预浸料法等。
在制造过程中,需要注意纤维取向和层间切换,以确保结构强度和力学性能的一致性。
此外,也需要注意工艺中的温度和压力变化,以防止碳纤维失去其力学性能。
纤维增强复合材料的性能及机械加工技术

纤维增强复合材料的性能及机械加工技术
纤维增强复合材料是一种由纤维和基质组成的复合材料,具有轻质高强、耐腐蚀、耐热、耐磨等优点,因此在航空航天、汽车、船舶、建筑等领域得到了广泛应用。
本文将从
纤维增强复合材料的性能特点和机械加工技术两个方面进行介绍。
一、纤维增强复合材料的性能特点
1. 高强度:纤维增强复合材料通常由纤维和树脂基质组成,纤维具有高强度和高模
量的特点,能够有效提高复合材料的强度和刚度。
2. 轻质:纤维增强复合材料的密度很低,通常为金属材料的1/4至1/5,因此具有很好的轻质化优势,适用于要求重量轻、强度高的领域。
3. 耐腐蚀:由于纤维和树脂基质的稳定性较高,因此纤维增强复合材料具有很好的
耐腐蚀性能,能够在恶劣的环境下长期使用。
4. 耐热性:部分纤维增强复合材料具有良好的耐高温性能,能够在高温下保持较好
的力学性能。
5. 成型性好:纤维增强复合材料可以通过不同的成型工艺制备成不同形状的产品,
具有很好的设计自由度。
1. 切削加工:纤维增强复合材料具有很高的硬度和韧性,因此在切削加工时需要采
用高速切削和合适的刀具,避免产生振动和热损伤。
4. 成型加工:纤维增强复合材料可以通过模压、压延、拉伸等工艺进行成型加工,
需要控制好温度、压力和成型速度。
5. 粘接加工:纤维增强复合材料的粘接加工需要选择合适的粘接剂和表面处理工艺,确保粘接强度和密封性。
通过以上介绍,我们可以了解到纤维增强复合材料具有很好的性能特点和机械加工技术,对于现代工程领域具有很高的应用价值。
随着科技的不断进步,相信纤维增强复合材
料会在未来得到更广泛的应用和发展。
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7.2 影响拉伸强力的因素 7.2.1 环境温湿度
随温度升高,纤维强力下降,伸长增加,但温度过高伸长则会减小。
7.2.2 试样长度
试样愈长,强力愈低。因为沿纤维长度方向,强度是不均一的,纤 维总是在最薄弱处断裂,试样愈长,出现最薄弱环节的概率越大,越容 易发生断裂,强力下降——弱环定理。
7.2.3 纤维根数
束纤维中的纤维根数愈多,由束纤维强力计算得的平均单纤维强力 愈低,而且比单根测量时的平均强力低。是断裂的不同时性造成的。
7.2.4 拉伸速度
一般情况下,随拉伸速度增加,断裂强力,初始模量,屈服应力等 均会提高,而断裂伸长无一定规律。
7.2.5 拉伸形式
(1)等速牵引(CRT)——摆锤式强力仪 (2)等加负荷(CRL)——卜氏强力仪,棉纤维斯特勒强力仪 (3)等速伸长(CRE)——电子式强力仪,此方法现在为国际推广方法。
7.1.1 拉伸指标
负荷
(2) 拉伸曲线有关的指标
A.初始模量 初始模量是指纤维 负荷—伸长曲线上起始 一段(纤维基本伸直后 拉伸的一段)较直部分 伸直延长线上应力应变 之比。
E Pa L Le Tt
Pa
e
a
b
O
Le
La
伸长
B.屈服点的应力应变,即b点; C.断裂功、比功、功系数: 断裂功是指拉断纤维时外力所做的功,也 就是纤维受拉伸到断裂时所吸收的能量。拉断单位细度、单位长度纤维 所消耗的断裂功叫比功。曲线下面积与矩形面积之比叫功系数。
7.5.3 纤维的压缩
纤维一般在强压缩条件下才会产生破坏(压断),大多可能产生的 是压伤。单纤维的压缩研究很困难,结论很少,大多数是研究集合体的 压缩特性(或弹性)。
P1——疲劳 耐久限
7.4 纤维的表面力学性质 7.4.1 基本指标
(1)摩擦力 F摩 (2)摩擦因数 f , F摩= f ×N ,N——法向压力 (3)抱合力 F抱,在法向力等于零时纤维材料相对移动时的切向阻力 (4)切向阻力F切, F切= F抱+F摩 (5)抱合系数h ,单位长度纤维所具有的抱合力 (6)抱合长度Ln,粗纱或纤维条的重力等于其抱合力时所具有的长度。 公式与断裂长度类似,单位为米
rb 50
pg P0
b
PgV
100%
PDV
pD 100% P0
7.5.2 纤维的扭转
(1)概念 纤维在剪切扭矩作用下,产生的扭转弯形。 (2)影响纤维扭转的内部因素有形状,粗细,模量 (3)破坏形式以轴向劈裂为主,也有剪切破坏形式。 (4)实用指标 A.断裂捻角 B. 抗扭次数(疲劳)
7.3.3 蠕变与应力松弛
(1)蠕变:在一定(固定)的拉伸(负荷)条件下,纤维的变形随 时间逐渐增加的现象。 (2)应力松驰:当纤维被拉伸到一定变形值,保持恒定时,其内应 力随时间逐渐减小的现象。 蠕变和应力松弛实质上是一个问题的两个方面:都是反映大分子的 滑移运动。
7.3.4 弹性
纤维的弹性是指纤维承受负荷后产生变形,负荷取除后,具有恢复原 来尺寸和形状的能力。它影响到纺织材料的耐磨性,抗折皱性,手感, 尺寸稳定性,耐冲击性,抗疲劳性等许多性能。 纤维的弹性包含变形能力与变形的恢复能力两方面。而人们通常只讲 变形的恢复能力。 纤维的弹性根据恢复时间可以分为急弹性恢复和缓弹性恢复。根据作 用形式又可分为定负荷弹性恢复和定伸长弹性恢复。
数情况下,表面越光滑,摩擦系数
越小,但光滑到一定程度之后,摩 擦系数反而会随着表面光滑程度的
提高而提高。
表面粗糙度
7.5 纤维弯曲念≥ 纤维是极易变直为弯的,有的本身就是卷曲的。我们这里所说的弯 曲则是指外力作用下的弯曲变形。 (2)影响纤维弯曲的内部因素有形状,粗细,模量 (3)破坏形式是弯断,实质是弯曲外缘的拉断或内缘的挤裂。 (4)实用指标 A.打结强度(率)PDV B.勾结强度(率)PgV C. 最小允许曲率半径rb D. 抗弯次数(疲劳)
(3)表面润滑剂状况
润滑剂的黏滞系数和滑动速度共同作用构成对摩擦力的影响。润滑剂 对纤维的摩擦有显著的影响。
(4)滑动速度
滑动速度对切向阻力的影响规
律为低速区切向阻力呈波动状态,
大于某速度后,随速度上升切向阻 力上升
7.4.2 影响摩擦的因素 (5)表面粗糙度
一般规律如右图所示,在大多
切 向 阻 抗 系 数
7.3.4 弹性
定负荷弹性恢复率和定伸长弹 性恢复率与作用条件的曲线图。 从右图可以看出:定负荷值或 定伸长值越大,弹性回复率越小。 在表征材料弹性时一定要注意这种 规律,否则会给判断或结论造成影 响。
7.3.5 疲劳
小应力长期作用下发生的破坏,就叫疲劳。 这是一种最普遍的破坏形式。
影响疲劳的因素主要有: (1)纤维的结构与性能(分子链的变形能力及变形后的恢复能力大,则 耐疲劳) (2)负荷大小 (3)作用方式 (4)温湿度
Ln F抱 9.8 Tt 106
7.4.2 影响摩擦的因素
(1)法向压力(或张力)
切向阻力的增加率不随正压力上升成 等比例增加,但切向阻力是增加的。 切向阻抗系数随法向压力的增加而下 降,逐渐趋于一定值。
(2)温湿度
一般纤维摩擦时的切向阻抗系数随温度升高而降低。对合成纤维来说, 当温度升高到一定值后,摩擦时的切向阻抗反而会随着温度的继续上升而 加大。
试验参数不同,所测结果不同,不具备可比性
7.3 黏弹体的力学行为特征 7.3.1 概念
纺织纤维是典型的黏弹体,即兼具黏性流动体(无定形区)和刚性 体(结晶区)的力学特性。这种黏性与弹性的组合称为黏弹性,具备黏 弹性的物体称为黏弹体。
7.3.2 三种变型
(1)急弹性变形:随外力迅速产生和恢复的变形 (2)缓弹性变形:随外力逐渐产生且逐渐恢复的变形 (3)塑性变形: 随外力产生,但外力去除后不恢复的变形 虽然我们把纤维的变形分为三类逐一来说明,但实际上他们之间是互 相联系,互相制约的,在材料受外力时,它们同时出现,只是在不同时 间,不同负荷或不同拉伸阶段时它们间的比例不同而己。