纺织纤维的力学性质
第五章 纤维力学性质
第五章 纤维的力学性质
• （2）断裂应力（强度极限）——指纤维单位截面 上能承受的最大拉力。 • 单位为N/mm2（即MPa）。 • 其计算式为：
P S
• 式中：σ——纤维的断裂应力（MPa）； P——纤维的强力（N）； S——纤维的截面积（mm2）。
第五章 纤维的力学性质
• （3）断裂长度（Lp）——是指纤维的自身重量与 其断裂强力相等时所具有的长度。 • 即一定长度的纤维，其重量可将自身拉断，该长 度即为断裂长度。 P • 其计算公式为： L p N m
比应力 亚 麻 苎麻 棉 涤纶 锦纶 锦纶 蚕丝 腈纶 粘胶 醋酯 羊毛 应变 (%)
醋酯
图5-3 不同纤维的应力-应变曲线
第五章 纤维的力学性质
• 拉伸曲线可分为三类： （1）强力高，伸长率很小的拉伸曲线（棉、麻等 纤维素纤维）——拉伸曲线近似直线，斜率较大 （主要是纤维的取向度、结晶度、聚合度都较高 的缘故）； （2）强力不高，伸长率很大的拉伸曲线（羊毛、醋 酯纤维等）——表现为模量较小，屈服点低和强 力不高； （3）初始模量介于1.2之间的拉伸曲线（涤纶、锦 纶、蚕丝等纤维）。
第五章 纤维的力学性质
这两种基本变形的应力应变关系如下： 虎克变形： ；σ -应力，E-模量，ε -应变 牛顿变形： η—粘滞系数，t-时间
第五章 纤维的力学性质
对以高分子为主要组成物质的纤维来讲，它 不仅具有弹性，而且也具有粘性，这种粘性与弹 性的组合即为粘弹性，具有粘弹性的物体即为粘 弹体，从应力应变的变化特性方面看，可以将 “材料在外力作用下，应力～应变的关系随时间 而变的性能”叫做粘弹性。
• 拉伸速度：v↑，强力↑，E↑。
– 一般情况下，随拉伸速度增加，断裂强力，初始模量， 屈服应力均会提高，而断裂伸长无一定规律。
第八章 纺织纤维和纱线的力学性质
第八章纺织纤维和纱线的力学性质一. 名词解释:1. 绝对强度2. 相对强度3. 断裂长度4. 勾接强度5. 打结强度6. 断裂伸长率7. 予加张力8. 初始强度9. 屈服点10. 断裂功11. 断裂比功12. 急弹性变形13. 缓弹性变形14. 塑性变形15. 弹性回复率16. 弹性功率17. 蠕变18. 应力松驰19. 疲劳20. 抗弯刚度21. 抱合力22. 抗扭刚度23. 摩擦力24. 负荷一伸长曲线25. 抱合长度26. 断裂时间27. 质量比功28. 湿干强度比29. 动态模量30. 断裂的不同时性二. 填空题1. 苎麻纤维拉伸曲线的主要特征为___________、__________、_________、______________、_______________。
2. 羊毛纤维拉伸曲线的主要特征为________________、_______________、___________________、_________________、________________。
3. 测定纤维拉伸弹性的主要方法有_________________、________________。
4. 在测定纤维的拉伸性质, 应注意的环境条件为__________、___________。
5. 根据加负荷形式, 目前测定纤维拉伸性质的仪器类型有_____________、____________、_____________。
6. 在比较纺织材料拉伸性质时, 需加予张力, 选择予张力的原则是________________________________。
7. 纤维间的切向阻力包括____________和____________。
8. 引起纺织材料间产生摩擦力的机理有______________________________、_________________、___________________。
9. 棉、苎麻均为天然纤维素纤维, 但苎麻纤维的断裂伸长率远比棉纤维小, 这是由于___________________________________。
纺织品材料的力学性能研究
纺织品材料的力学性能研究纺织品一直以来都是人类生活中不可或缺的材料之一，它们在衣服、家居用品、工业品等方面都发挥着重要作用。
而纺织品的质量和性能很大程度上取决于其材料的力学性能。
因此，对纺织品材料的力学性能进行深入研究，对于提高纺织品的品质和性能具有重要意义。
纺织品材料的力学性能主要包括拉伸性能、耐磨性能、抗压性能等多个方面。
拉伸性能是指在外力作用下，材料可以承受的最大拉伸力和拉伸变形程度。
纺织品在生产和使用过程中都会受到不同程度的拉伸力，因此其拉伸性能直接影响着纺织品的使用寿命和性能稳定性。
为了研究纺织品材料的拉伸性能，可以采用拉伸试验等方法进行测试。
除了拉伸性能，纺织品的耐磨性能也是其重要的力学性能之一。
耐磨性能指的是材料在受到摩擦或磨损作用时的抗磨损能力。
纺织品在日常生活中经常会受到摩擦和磨损，因此其耐磨性能直接关系着纺织品的使用寿命和外观美观度。
研究纺织品材料的耐磨性能，可以采用磨损试验等方法进行测试。
此外，纺织品材料的抗压性能也是其重要的力学性能之一。
抗压性能是指材料在受到外压力作用下的变形和破坏情况。
在一些特殊的使用环境下，纺织品可能会受到较大的外压力，因此其抗压性能直接关系着纺织品在特定情况下的使用安全性和稳定性。
研究纺织品材料的抗压性能，可以采用压缩试验等方法进行测试。
在进行时，需要考虑到纺织品材料的种类、纤维结构、纺织工艺等因素。
不同种类的纺织品具有不同的力学性能特点，因此需要对不同种类的纺织品进行具体分析。
纤维结构和纺织工艺也会直接影响着纺织品的力学性能，因此在进行研究时需要考虑这些因素。
梳理一下本文的重点，我们可以发现，纺织品材料的力学性能研究对于提高纺织品的品质和性能具有非常重要的意义。
通过深入研究纺织品材料的拉伸性能、耐磨性能、抗压性能等多个方面，可以帮助我们更好地了解纺织品的特性，并为纺织品的设计、生产和使用提供重要参考依据。
希望未来能有更多的研究者投入到纺织品材料的力学性能研究中，为纺织品行业的发展和进步贡献力量。
第9章 纺织材料的基本力学性质
纱线的蠕变和松弛与纤维的蠕变和松弛基 本相似.
原因： （1）纤维蠕变和松弛的存在。 （2）纱线内纤维相互滑移和错位。
（二）纺织材料拉伸弹性回复率
1.弹性指标:
弹性回复率： Rε=[(ε3+ε4)/εa] × 100% ε3--急弹性回缩率 ε4 --缓弹性回复率 εa--拉伸变形总量(ε1+ε2)
一般纱线断裂的原因既有纤维的断裂，又有纤维的 滑脱，断口是不整齐的。当捻度较大时，纤维滑脱的可 能性很小，纤维由外向内逐层扩展断裂，此时纱线断口 比较整齐。
2.影响纱线一次拉伸断裂的因素 （1）纤维的性能
① 纤维的长度较长，细度较细时，纤维较柔软，在 纱中互相抱合就较紧贴，滑脱长度缩短，纱截面中纤维根 数可以较多，使纤维在纱内外层转移的机会增加，各根纤 维受力比较均匀，因而成纱强度较高。
Et * I p
L:长度 Et:剪切弹性模量(cN/cm2) Ip:截面的极断面惯性矩(cm4)
T:扭矩(cN.cm) :扭转角
（二）纤维和纱线的扭转破坏
T为外力矩,Q为扭转角。当外力矩很大时,纤
维和纱线产生的扭转角和剪切应力就大,从而纤维
Et
Ip
中的大分子或纱线中纤维因剪切产生滑移而被破
(3)试验条件
试样长度较长时，测得的强度较低、试样越长，可能出 现的最薄弱环节的机会多，测得的强度就较低。
试样根数多，由于断裂的伸长率不均匀，纤维断裂不同时， 故测得的平均强度越小，(根数↑--差异越大↑--强度↓)
拉伸速度越大，拉伸至断裂的时间越短，测得的强力较 大而伸长较小。
（二）纱线拉伸断机理及主要影响因素
◆常用纺织纤维的拉伸曲线
◆高强低伸型曲线： 棉、麻等拉伸曲线近似于直线，斜率很大，该
第三章-纤维力学性质
互为等效的。
E1 E2
E1 E2 E1E2
0
b
E1
E2
a
c
d’
O
t1
dt
(a)
(b)
(c)
• • 以图5-2E71(a)d模 型E为1E2例， 由其变d形 特点，
可以得E到1 其E2 本dt 构E关1 系E2 式为E :E21 dt
• 由应力松弛和蠕变变形的条件，代入式
中可求得其蠕变方程式为:
• 外力消耗的功为:
W
E
''
2 0
E' 02tg
• 1.画出常用纤维的拉伸曲. 纤维在外力作用下变形后，其回复形变依赖 于哪些因素？ 三种变形量与这些因素的关系如 何？
• 3. 任选一三元件模型，讨论其本构方程的松弛、 蠕变特征以及ε=kt时的应力松弛和蠕变方程， 并求该模型的初始模量。
(t )
c
E1
c
E2
(1 et /2 )
• 应力松弛方程:
(t) E1E2 c(1 E1 et / 1 )
E1 E2
E2
• (4) 四元件模型
• 由两个弹簧和两个粘壶的四元件模型 。
• 该四元件模型的本构关系式是一个二阶微分方 程，其蠕变方程式为:
(t )
0
E1
0
E2
(1 et /
)
• 聚合度越大，分子链间总的次价键力增大， 分子链间不易移动，其抗拉强度、断裂伸长、 冲击韧性等都随之增加。
• (2). 分子链的刚柔性和极性基团的数量
• 分子链存在刚性基团（如涤纶中的苯环和 纤维素纤维中的葡萄糖剩基）时，纤维模量增 加，刚性增加。分子链上有较多极性基团时， 分子链间的次价键力增大，纤维会具有较高的 模量和断裂强度。
第七章 纤维的力学性质
• 弱环定理：当纤维或纱线试样长缩短时， 最薄弱环节被测到的机会下降，测得了
一部分次薄弱环节的断裂强度，从而使 测试强度的平均值降低。
作业（十）
• 1、解释下列名词：断裂强力、断裂应力、断裂强度、断裂长度和 断裂伸长率，推导纤维强度三个指标之间的换算式。
• 2、有一批纺织纤维，它们的细度及测得的平均单纤维强力值如下， 计算并列出断裂长度、相对强度和断裂应力三种指标的大小和顺序。
第一节 纤维的拉伸性质
• 一、拉伸断裂性能的基本指标
–1、绝对指标
• (1)断裂强力(绝对强力)：P（N，cN，mN, gf， kgf）
• (2)断裂伸长：ΔL=La-L0(mm)
第一节 纤维的拉伸性质
• 一、拉伸断裂性能的基本指标
–2、相对指标
• (1)断裂应力：σ=P/A（ N/mm2，N/m2） • (2)断裂强度(相对强度)：
• 蠕变：由于随着外力作用时间的延长，不断克 服大分子之间的结合力，使大分子逐渐沿着外 力方向伸展排列，或产生相对滑移而导致伸长 增加，增加的伸长基本上都是缓弹性和塑性变 形。
• 松弛：由于纤维发生变形时具有内应力，使大 分子逐渐重新排列，在此过程中部分大分子链 段间发生相对滑移，逐渐达到新的平衡位置， 形成新的结合点，从而使内应力逐渐减少。
第一节 纤维的拉伸性质
• 六、影响因素
–1、纤维结构 • 聚合度：聚合度高，分子间作用力大，强度高 • 取向度：取向度高，受力的大分子根数多，强度 高；大分子滑动量少，断裂伸长率小 • 结晶度：结晶度高，纤维大分子排列越规整，分 子间作用力大，强度高
第一节 纤维的拉伸性质
• 六、影响因素
–2、环境温湿度
• 缓弹性变形
纺织物理 第三章 纤维的力学性质
亚麻 苎麻 棉 涤纶 锦纶 锦纶 蚕丝 腈纶 粘胶 醋酯 羊毛 应变 醋酯
以纤维的断裂强力和断裂伸长率的对比关系来分，拉伸曲线可分为三类： 1. 强力高、伸长率很小的拉伸曲线，如棉、麻等天然纤维。 2. 强力不高、伸长率很大的拉伸曲线，如羊毛、醋酯等。 3. 强力与伸长率介于一、二类之间的拉伸曲线，如蚕丝、锦纶、涤纶等。
• 断裂功指标 a． 断裂功W：是指拉伸纤维至断裂时外力所作的功，即负荷-伸长曲线下 的面积，表示材料抵抗外力破坏所具有的能量 。 b．断裂比功：是指拉断单位体积纤维或单位重量纤维所需作的功。实际应 用中，断裂比功用拉断单位线密度，1cm长纤维所需的功（N· cm）表示， 即断裂比功=断裂功/(线密度×夹持长度)，其中断裂比功单位： N/tex； 断裂功单位： N· cm；线密度单位：tex；夹持长度单位：cm
聚乙烯(Polyethylene,PE)结晶度和性能的关系
结晶度% 密度kg· -3 软化点k 断伸率% m 65 75 85 95 0.92 0.94 0.96 0.97 373 383 393 403 500 300 100 20 冲击强度J· -1 抗张强度MPa m 854 427 214 160 137 157 245 392
五、纤维的结构不匀对拉伸性能的影响
• 纺织纤维存在不均匀性，如纤维与纤维之间，以及在同一纤维的 长度方向上，其大分子链排列的聚集态结构和横截面面积的变异 很大，纤维内部的结晶和无定形区的尺寸大小，结晶的完整程度 千差万别。 • 单纤维的断裂强力是由这根纤维的最弱截面处的强力决定的，试 样长度越长，最弱截面（弱环）出现的概率越大，纤维的强力也 越低。 • 1926年皮尔斯提出“弱环定律”：试样长度与断裂强力的理论关 系。
(3)分子链堆砌的紧密程度、结晶度
纤维力学性能
第七章纺织纤维和纱线的力学性质讨论纺织纤维与纱线的拉伸性质及其对时间依赖性、纤维基本力学模型，纤维弹性、动态力学性质及疲劳，以及纤维的弯曲、扭转、压缩等力学性能。
第一节纤维的拉伸性质一、纤维的拉伸曲线与性能指标1．拉伸曲线纤维的拉伸曲线有两种形式，即负荷p－伸长△l 曲线和应力σ－应变ε曲线。
2．拉伸性能指标（1）强伸性能指标强伸性能是指纤维断裂时的强力或相对强度和伸长(率)或应变。
图7-1 纺织纤维的拉伸曲线a．强力P：又称绝对强力、断裂强b力。
它是指纤维能承受的最大拉伸外力，或单根纤维受外力拉伸到断裂时所需要的力，单位为牛顿(N)。
b．断裂强度(相对强度) Pb：简称比强度或比应力，它是指每特(或每旦)纤维能承受的最大拉力，单位为N/tex，常用cN/dtex（或cN/d）。
c．断裂应力σb：为单位截面积上纤维能承受的最大拉力，标准单位为N/m2(即帕)常用N/mm2(即兆帕Mpa)表示。
：纤维重力等于其断d．断裂长度Lb裂强力时的纤维长度，单位为km。
（2）初始模量初始模量是指纤维拉伸曲线的起始部分直线段的应力与应变的比值，即σ- ε曲线在起始段的斜率。
(5-10)初始模量的大小表示纤维在小负荷作用下变形的难易程度，即纤维的刚性。
（3）屈服应力与屈服伸长率图7-2 纤维屈服点的确定纤维在屈服以前产生的变形主要是纤维大分子链本身的键长、键角的伸长和分子链间次价键的剪切，所以基本上是可恢复的急弹性变形。
而屈服点以后产生的变形中，有一部分是大分子链段间相互滑移而产生的不可恢复的塑性变形。
（4）断裂功指标a．断裂功W：是指拉伸纤维至断裂时外力所作的功，是纤维材料抵抗外力破坏所具有的能量。
b．断裂比功Wv ：一是拉断单位体积纤维所需作的功Wv，单位为N/mm2。
另一定义是重量断裂比功Ww，是指拉断单位线密度与单位长度纤维材料所需做的功。
c．功系数η：指纤维的断裂功与断裂强力(Pb)和断裂伸长(Δlb)的乘积之比。
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第四章纺织纤维的力学性质
●一、名词解释
1. 断裂强力
2. 断裂强度
3. 断裂长度
4. 断裂伸长率
5. 初始模量
6. 弹性
7. 急弹性变形
8. 缓弹性变形
9. 塑性变形10. 蠕变11. 松弛12. 疲劳
●二、填空题
1. 纺织纤维的力学性质包
括①、②、③、④、⑤、⑥、⑦等。
2. 纺织纤维初始模量小，表示纤维在小负荷作用下具有①等性能。
3. 影响纤维强伸度的因素分①、②两大类。
4. 纺织纤维受到拉伸力的作用后，其变形有①、②
和③三种。
5. 纺织工艺对纤维的摩擦抱合的要求是①。
问答题
1. 影响纤维强伸度的内因是什么？
2. 影响纤维强伸度的外因是什么？
3. 测试束纤维强力时，修正系数0．675表示什么意思？为什么要修正？
4. 试述对纤维弯曲性能的要求。
答案：
第四章纺织纤维的力学性质
一、名词解释
1. 纺织材料断裂时，所能承受的最大外力，又称绝对强力。
2. 是指单位线密度纤维或纱线所能承受的绝对强力。
3. 重力等于强力时的纤维长度。
4. 伸长的长度占原来长度的百分率。
5. 表示纺织材料拉伸曲线起始段直线部分的斜率，用来描述纺织材料在较小外力作用下变形难易程度的指标。
6. 指纤维变形的恢复能力。
7. 加上拉伸力，几乎立即产生的伸长变形；除去拉伸力，几乎立即产生的回缩变形。
8. 是在拉伸力不变的情况下，纺织材料缓慢产生的伸长或回缩变形。
9. 材料受力时产生变形，除去外力后，材料的变形不能恢复的部分。
10. 纺织材料在一定拉伸条件下，变形随时间而变化的现象。
11. 拉伸变形保持一定，材料内应力随时间延续而减小的现象。
12. 纺织材料在较小外力长时间反复作用下，塑性变形不断积累，当积累的塑性变形值达到断裂伸长时，材料最后出现整体破坏的现象。
二、填空题
1. ①拉伸②压缩③弯曲④扭转⑤摩擦⑥磨损⑦疲劳
2. ①容易变形，刚性较差，其制品比较柔软。
3. ①内因②外因
4. ①急弹性变形②缓弹性变形③塑性变形
5. ①纤维相互间抱合性能要好，但摩擦系数不能太大。
三、问答题
1. ⑴大分子结构：当聚合度高，纤维强度高伸长小⑵超分子结构：当结晶度、取向度高，纤维强度高伸长小⑶纤维形态结构：大分子内裂缝和孔洞多，纤维强度下降。
2. ⑴温湿度高，大分子热动能增加，分子间结合力下降，纤维强度降低，伸长增加。
⑵试验条件有：试样长度、束纤维根数、拉伸速度。
3. 束纤维强力换算成单纤维强力的修正系数，用束纤维法测强力由于纤维断裂的不一致性和测定时的其它因素，束纤维强力小于单纤维强力总和，使求得的单纤维强力偏小。
4. 要求纤维具有良好的弯曲性能，一方面要耐弯曲而不被破坏；另一方面要求具有一定的抗弯钢度。
弯曲钢度小的纤维制成的织物柔软贴身，软糯舒适，但织物容易起球；抗弯钢度大的纤维制成的织物比较挺爽。