13.纺织材料的基本力学性质.

一、拉伸断裂性能的基本指标
图例为10η-4，中称，为当“曲充线满oa系下数的”面，积断占裂矩功形的op计aa算la的式面可积以的写比成：

W=palaη
纱线或纤维的粗细不同时，拉伸断裂功不能反映材料的 相对强弱，故为比较起见，要取它的相对值，即折合成 单位体积（mm3）时拉断纤维或纱线所需作的功（即折 合成同样截面积，同样试样长度时的断裂功），这叫拉 伸断裂比功。
对应的拉伸应力为屈服应力(σb)，对应的伸长率就是屈服 应变(εb)。
其定义为在拉伸变形曲线上，由斜率较大转向斜率较小时 的转折点，或者说纺织材料经过弹性变形区后进入到黏弹 性区域（在此区域变形迅速增加），从弹性变形到黏弹性 变形的转折点。
一、拉伸断裂性能的基本指标
纤维材料的屈服点不明显，往往表现为一区段。由作图法定出，目前 有三种方法：
图10-2 不同纤维应力应变曲线
一、拉伸断裂性能的基本指标
不同材料的拉伸变形曲线形状不同，如图10-2所示，基本上 分为三类：
①高强低伸型：例如麻、棉纤维，表现出脆性特征； ②高强高伸型：例如锦纶、涤纶纤维，表现出延展性特征； ③低强高伸型：例如羊毛纤维，表现出弹性特征。
当然上述分类并不很严格，对于化学纤维的加工工艺不同， 加工条件不同，它的拉伸变形曲线也会不同。
公斤力
0.101972 1.01972×10-6
1 10-3
克力
101.972 1.01972×10-8
1000 1
一． 纤维拉伸断裂性能的指标
2．相对强度 纤维粗细不同时，强力也不同，因而对于不同粗
细的纤维，强力指标无可比性，为了便于比较， 可以将强力折合成规定粗细时的力，这就是相对 强度。 纤维的相对强度因折合的细度标准不同而有很多 种，最常用的有以下三种。
纤维的线密度是Nt（tex）或Nd(den),强力是P（cN）时， 则

P
P
pot Ntex
pod Nden
式中：P0t——断裂比强度（cN/tex）;

P0d——断裂比强度（cN/den）。
一． 纤维拉伸断裂性能的指标
（3）断裂长度L： 纤维悬挂重力等于其断裂强力时的长度，单位为km。
Pa
a Y (y,y)
线密度 0.3 tex
纤维密度 1.5 g/cm3
0
0
0 Δla
2
4 Δl 伸长(mm)
0
0.1
0.2 ε=应变
0
10
20 ε=应变率(%)
一． 纤维拉伸断裂性能的指标
1．拉伸断裂强力 强力，即纤维受外力直接拉伸到断裂时所需要的
力，是表示纤维能承受最大拉伸外力的绝对值的 一种指标，又称绝对强力、断裂强力。
纺织材料在外力作用下破坏时，主要和基本的方式是被 拉断。表达纺织材料抵抗拉伸能力的指标很多，基本的 有下述四类。
（一）拉伸断裂强力和拉伸断裂比强度
应力 σ (N/mm2=MPa) 比应力 p (N/tex) 负荷 P(N)
Pb
600
0.4
0.12
b s
300
0.2
0.06
试样长度 20 mm
当横坐标为伸长率ε（％），纵坐标为拉伸应力 （σ、p0或L）时，拉伸曲线称为应力应变曲线， 典型曲线如图10-1所示。
断裂点（breaking point）a对应的拉伸应力σa就 是断裂应力；
断裂点对应的伸长率εa就是断裂伸长率。
图10-1 拉伸应力曲线伸长率曲线图
图10-1 典型纤维的应力应变曲线
纺织材料学
第十章 纺织材料的基本力学性质
LOGO
第十章 纺织材料的基本力学性质
纺织材料的基本力学性质是指纤维、纱线、织物 在外力作用时的性质，总体包括了拉伸、压缩、 弯曲、扭转、摩擦、磨损、疲劳等各方面的作用。 这是纺织材料服用性能的重要物理性能之一。
第一节 拉伸性质
一、拉伸断裂性能的基本指标
一、拉伸断裂性能的基本指标
有些纤维如锦纶在拉伸过程中会出现第二个屈服点，如图 10-2中锦纶的二次屈服点。
如不同类型的锦纶纤维，虽然细度相同，拉伸变形曲线完 全不同，尤其是第二个屈服点存在着显著差异，为了考核 这一性能引入强伸余效（强力余效和伸长余效的总称）的 指标。
强伸余效为断裂强伸值与第二个屈服点强伸值之差对断裂 强伸值的百分数。
一、拉伸断裂性能的基本指标
4. 断裂功和断裂比功
在直接测定中，所得的拉 伸如图10-4所示。曲线oa 下的面积就是拉断纤维、 纱线或织物过程中外力对 它作的功，也就是材料抵 抗外力破坏具有的能量即 “拉伸断裂功”。
因此，有时将拉伸图称为 示功图。
1a
W 0 pdl
式中：W—拉伸断裂功（cN·㎜即10-5J）。
Wd

W S Lo
Байду номын сангаас
Wd—拉伸断裂比功（cN·mm/mm3即10-5J/mm3）; W—拉伸断裂功（cN·mm即10-5J）； S—试样实际截面积（mm2）； L0—试样拉伸时的名义隔距长度（mm）。
二、纺织材料拉伸断裂机理及主要影响因素
（一）纺织纤维的断裂机理及主要影响因素 1．纺织纤维的断裂机理 纤维受力开始时，首先是纤维中各个结晶区之间的非结晶
一． 纤维拉伸断裂性能的指标
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。
纤维的初始模量大，其制品比较挺括；反 之，初始模量小，制品比较柔软。
一、拉伸断裂性能的基本指标
（二）拉伸变形曲线和有关指标
纺织材料在拉伸过程中，应力和变形同时发展， 发展过程的曲线图叫“拉伸图”。
①角平分线法 ②考泊兰（Coplan）法 ③曼列狄斯（Meredith）法
图10-3 纤维屈服点的确定
一、拉伸断裂性能的基本指标
过屈服点后，纺织材料伸长率明显增加，其中不可 恢复的伸长率和恢复缓慢的伸长量占较大的比例， 因此，在其他指标相同的情况下，屈服点高的纤维 不易产生塑性变形，织成的织物尺寸稳定性较好。
再继续拉伸，结晶区更松散，许多基原纤和大分子由于长 距离抽拔，有的头端已从结晶区中拔出而游离，部分大分 子被拉断，头端也游离。
最后，在整根纤维最薄弱的截面上断开（一部分基原纤和 大分子被拉断，其余全部从对应的结晶区中抽拔出来）， 达到图10-1拉伸曲线的断裂点（a点）。
此后纤维中的大部分基原纤和松散的大分子都因抽伸滑移 作用而达到基本上沿纤维轴向伸直平行的状态[如图10-5 的（5）]，结晶区也逐步松散。
二、纺织材料拉伸断裂机理及主要影响因素
这时，由于取向度大大提高，大分子并拢靠近，大分子之 间侧向的结合力可能又有所增加，所以大多数纤维拉伸曲 线的斜率又开始有所上升，出现第二屈服点。

L P 1000
Nt g
式中：g ——重力加速度（m/s2）,海平面处为9.80665。
断裂长度L与断裂比强度的关系为

L
p0t g
103
9
pg0d
103
一． 纤维拉伸断裂性能的指标
（4）强度指标之间的换算
p0t 103
9 p0d 103
一． 纤维拉伸断裂性能的指标
（1）断裂应力σ：为纤维单位截面积上能承受的
最大拉伸力。 这是各种材料通用的表示材料相对强度的指标，
一般用σ表示，标准单位为N/m2 (帕pa)， 常用N/mm2 (兆帕Mpa)表示。
由于纺织纤维的截面形状的不规则性，真正的截面积很难求测，故实 际应用中很少使用断裂应力指标，但在理论研究时，常用其进行分析。 亦称体积比强度（在相同体积下比较材料之间强度的差异）。
一． 纤维拉伸断裂性能的指标
断裂应力的计算式为：

σP
A
式中 σ ——断裂应力（pa）；

P——断裂强力（Ｎ）；

Ａ——截面面积（㎡）。
一． 纤维拉伸断裂性能的指标
（2）断裂比强度P0：
比强度是指纤维1特粗细时能承受的拉伸力。
单位为N/tex，常用cN/dtex，简称比强度或重量比强度 （相同重量材料的强度）。
二、纺织材料拉伸断裂机理及主要影响因素
各结晶区逐步产生相对移动，结晶区之间沿纤维轴向的距 离增大，在非结晶区中基原纤和大分子链段的平行度（取 向度）提高，结晶区的排列方向也开始顺向纤维轴，而且 部分最紧张的大分子由结晶区中抽拔后，非结晶区中大分 子的长度差异减小，受力的大分子或基原纤的根数增多。
如此，大分子或基原纤在结晶区被抽拔移动越来越多，被 拉断的大分子和拔脱的大分子端头也逐步增加，如图10-5
所示。
图10-5 纤维拉伸示意图
二、纺织材料拉伸断裂机理及主要影响因素
如此继续进行，大分子或基原纤间原来比较稳定的横向联 系受到显著破坏，使结晶区中大分子之间或基原纤之间的 结合力抵抗不住拉伸力的作用（例如氢键被拉断等）从而 明显地相互滑移，大批分子抽拔（对于螺旋结构的大分子 则使螺旋链展成曲折链），伸长变形迅速增大，此时出现 图10-1中bc段的现象。
纤维聚合度略低（为1~1.5万左右），分子链伸展并且氧 六环刚硬；毛纤维分子链柔软，且有螺旋，聚合度也低 （100-300）。 它与纺织制品的手感、悬垂、起拱性能等关系密切，毛织 物的手感较柔软。
一、拉伸断裂性能的基本指标
2. 屈服应力和应变 图10-1中曲线上的b点为屈服点（yield point），这一点
区内长度最短的大分子链伸直，即成为接近于与纤维轴线 平行而且弯曲最小的大分子（甚至还有基原纤）伸直（这 一段一般在拉伸预加张力范围内，在拉伸图中不显示）。
其后，这些大分子受力拉伸，使化学价键长度增长、键角 增大。在此过程中，一部分最伸展、最紧张的大分子链或 基原纤逐步地从结晶区中抽拔出来。此时，也可能有个别 大分子主链被拉断。