纺织材料学 10 纤维力学性能
合集下载
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。
纺织物理 第三章 纤维的力学性质
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
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
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。
纺织材料学课件第十章 纺织材料的力学性质
15
(3) 断裂功和断裂比功 a.断裂功 拉伸纤维或纱线至断裂时外力所作的功，是材
料抵抗外力破坏所具有的能量，单位cN·mm。 意义：断裂功是强力和伸长的综合指标，它可
以有效地评定材料的坚牢度和耐用性能。大，韧 性好、耐磨损、坚牢度好。
16
b.功系数（充满系数） 断裂功/（强力×断裂伸长）。
c.断裂比功 拉断单位体积（折合成同样截面积，同样试
3
（二）相对强度
将强力折合成规定粗细时的力，用以比较不 同粗细的纤维或纱线拉伸断裂性质的指标。因折 合的细度标准不同，故相对强度指标有多种：
1.断裂应力σ 纤维或纱线单位截面上能承受的最大拉力。
σ=Pb / S
标准单位N/m2(帕)，常用N/mm2(兆帕，MPa) 。
因纤维或纱线的截面积难以测量，生产上应用 较少，多应用于理论研究中。
交错次数越多，强力越高。同条件下，平 纹的断裂强力和伸长率大于斜纹，斜纹又大于 缎纹。
43
（2）纱线的线密度（即特数）和结构 ①纱线特数大，强度高； ②线织物大于同特纱织物的强度（因线织物条干
好，捻度不匀小）。 ③捻度，在接近临界捻度时，织物强力开始下降； ④捻向的配置，同捻向，强力高（纱线交叉处纤
维相互啮合，交织阻力大）；
捻向 经 表观
相同
反向
纬
交织点
(a)
同向
经
捻向
表观
相反
同向
纬
交织点 反向
(b)
44
纱线捻向对织物性质的影响
（3）纤维品种与混纺比 ①纤维品种
是织物强伸性的决定因素。 ②混纺比
混纺纱中两种纤维的断裂伸长率不同时，混纺织 物的强力有时会比强力最差的纯纺织物的强力低；
(3) 断裂功和断裂比功 a.断裂功 拉伸纤维或纱线至断裂时外力所作的功，是材
料抵抗外力破坏所具有的能量，单位cN·mm。 意义：断裂功是强力和伸长的综合指标，它可
以有效地评定材料的坚牢度和耐用性能。大，韧 性好、耐磨损、坚牢度好。
16
b.功系数（充满系数） 断裂功/（强力×断裂伸长）。
c.断裂比功 拉断单位体积（折合成同样截面积，同样试
3
（二）相对强度
将强力折合成规定粗细时的力，用以比较不 同粗细的纤维或纱线拉伸断裂性质的指标。因折 合的细度标准不同，故相对强度指标有多种：
1.断裂应力σ 纤维或纱线单位截面上能承受的最大拉力。
σ=Pb / S
标准单位N/m2(帕)，常用N/mm2(兆帕，MPa) 。
因纤维或纱线的截面积难以测量，生产上应用 较少，多应用于理论研究中。
交错次数越多，强力越高。同条件下，平 纹的断裂强力和伸长率大于斜纹，斜纹又大于 缎纹。
43
（2）纱线的线密度（即特数）和结构 ①纱线特数大，强度高； ②线织物大于同特纱织物的强度（因线织物条干
好，捻度不匀小）。 ③捻度，在接近临界捻度时，织物强力开始下降； ④捻向的配置，同捻向，强力高（纱线交叉处纤
维相互啮合，交织阻力大）；
捻向 经 表观
相同
反向
纬
交织点
(a)
同向
经
捻向
表观
相反
同向
纬
交织点 反向
(b)
44
纱线捻向对织物性质的影响
（3）纤维品种与混纺比 ①纤维品种
是织物强伸性的决定因素。 ②混纺比
混纺纱中两种纤维的断裂伸长率不同时，混纺织 物的强力有时会比强力最差的纯纺织物的强力低；
《纺织材料学》-纤维力学性质
初始模量 （N/tex）
定伸长 回弹率（%） （伸长3%）
6.17-7.94
4.41- 6.17 0.71- 2.65 2.65- 5.29 2.21- 4.41 1.76- 4.85 1.32- 2.21 3.53- 5.29 7.06- 7.94 2.21- 3.53
6.00- 8.20
97
100 89- 95 70- 80 96- 100 70- 85 55- 80 60- 85 70- 90 74（伸长2%）
0.22-0.35 0.35-0.43 0.40-0.62 0.22-0.35 0.11-0.16 0.25-0.29 0.07-0.09
棉
0.18-0.31 0.22-0.40
Байду номын сангаас钩接强度 （N/tex）
0.35-0.44
0.35-0.44 0.31-0.49 0.16-0.22 0.28-0.35 0.35-0.62 0.16-0.22 0.06-0.13 0.05-0.06 0.09-0.12
纶、蚕丝等纤维）。
1.6常见纤维的有关拉伸性质指标
纤维品种
断裂强度（N/tex）
高强低伸
涤
型
纶 普通型
干态 0.53-0.62 0.42-0.52
湿态 0.53-0.62 0.42-0.52
锦纶6 腈纶 维纶 丙纶 氯纶 粘纤 富纤 醋纤
0.38-0.62 0.33-0.53
0.25-0.40 0.44-0.51 0.40-0.62 0.22-0.35 0.18-0.26 0.31-0.40 0.11-0.14
位：牛顿（N）；厘牛（cN）；克力（gf）。 ❖ 对不同粗细的纤维，强力没有可比性。
纺织纤维的基本性能
纤维（fiber ）的定义纤维是纺织品的基本原料，是构成服装功能的基础。
纤维 1 具有足够的细度（直径≤100 um ）；2 足够的长径比（长度／直径＞500）；3 具有一定的柔韧性；纺织纤维 1 具有可纺性：长度＞10 mm ；2 具有服用性：强度、柔软性、吸湿性、抗皱性；纺织纤维的分类：天然纤维 化学纤维 合成纤维一、纤维的力学性质宏观上指在拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转等作用下所表现出的各种行为；微观上可视为在力场中分子运动的表现。
纤维的力学性质是纺织服装加工中选择纤维材料的主要依据之一。
1、断裂强度 是指纤维受力被拉伸至断裂时所能承受的最大外力。
常用单位有［N ／tex ］、［CN ／dtex ］。
2、断裂延伸度（断裂伸长率）是指断裂时的伸长与纤维原长之比的百分数即式中： L0－纤维的原长； L －纤维伸长至断裂时的长度；3、抗弯刚度 是指纤维抵抗弯曲变形的能力。
弯曲刚度小的纤维易于弯曲，形成的织物手感柔软，垂感好；4、弹性 是指纤维在外力作用下发生形变，撤消外力后，恢复形变的能力。
弹性好的织物做成的服装不易形成折皱，外观保型性好。
二纤维的吸湿性纺织纤维放置在大气中会不断和大气进行水分的交换，这种吸收和放出水分的性能称为纺织纤维的吸湿性（hygroscopicity ）。
1、回潮率（moisture regain ）G G W%100%G ⨯00－回潮率＝L L 100%L⨯00－断裂伸长率＝2、含水率（water content ）G G M%100%G0－含水率＝式中：G －表示纤维的湿重；G ｏ－表示纤维的干重；1）标准回潮率 指在规定的标准大气压下，温度为200C ，相对湿度为65%，将纤 维放置一定时间所测得的回潮率。
2）实际回潮率 纤维在实际所处环境条件下具有的回潮率。
其值和公定回潮率相近。
三、纤维的细度及其表征方法长度与细度是衡量纤维品质的重要指标，也是影响成纱质量和最终产品性能的重要因素。
[化学]10第10章 纤维的力学性质ppt课件
![[化学]10第10章 纤维的力学性质ppt课件](https://img.taocdn.com/s3/m/4826e8c0cfc789eb162dc814.png)
应力松弛(stress relaxation)
定义：在一定变形条件下，纤维内力随时间 添加而逐渐衰减的景象
图例
蠕变creep
定义：纤维在一定负荷作用下，变形随时间而逐 渐添加的景象
图例
ε1、ε3，急弹性变形，与时间无 关 ε2、ε4，缓弹性变形，与时间有 关 ε5， 塑性变形
纤维变形机理
Pb
600
0.4
0.12
b s
300
0.2
0.06
试样长度 20 mm
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(%)
纺织纤维的拉伸曲线〔 load - elongation curve 〕
σb－－断裂应力〔kgf/ mm2 〕； L p－－纤维的断裂长度〔km〕； Ptex－－特数制断裂强度〔gf/tex〕； Pden－－旦数制断裂强度〔gf/d〕； γ－－纤维的体积密度〔g/cm3〕 。
纤维相对强度目的间的关系
Lp 10100PNm
Lp
P N tex
L p P te x 9 P d e n
p Y
(a)
考泼伦法
(b)
曼列狄斯法
6、功〔work〕 断裂功〔work of rupture 〕W〔cN·mm〕：
指拉伸纤维至断裂时外力所作的功，是纤维 资料抵抗外力破坏所具有的能量。
Pa
W la Pdl 0
dl
La
断裂功的大小与试样粗细和长度有关
断裂比功〔 specific work of rupture 〕 拉断单位体积纤维所需作的功，单位为N/mm2，
纤维的力学性质
强力(cN)
5.6 4.2 268.8 7.5 17 16.8 22.2
第二十九页，共51页。
作业
• 3、应力一应变曲线与拉伸一变形曲线(负荷伸长曲线)有何 异同?如何由拉伸一变形曲线转换成应力一应变曲线?在应力 一应变曲线上可计算出哪些指标?如何计算？与纤维能有什 么关系?
• 4、试述纤维的断裂机理，并对影响纤维强度的内、外因 素作分析。
–断裂比功:σ-ε图中，拉伸曲线下的面积。
» Wv：拉断单位体积纤维所需作的功 » Ww：拉断单位线密度和长度纤维所
需作的功
Wv
W A l0
b d
0
Ww
W Ntex l0
b pd
0
第十七页，共51页。
第一节 纤维的拉伸性质
二、拉伸曲线及其指标
–3、指标
• （4）功指标
–功系数η：又称“功充满系数” 。指断裂功与断
应力应变曲线是以被测试样的伸长率即应 变为横坐标、试样每单位细度所承受的 拉伸力即应力为纵坐标所作的曲线，它 可由负荷伸长曲线、被测试样拉伸前长 度、细度计算后得到。
第十页，共51页。
应力 σ (N/mm2=MPa) 比应力 p (N/tex) 负荷 P(N)
纤维的拉伸曲线
Pb
600
0.4
0.12
g
第八页，共51页。
第一节 纤维的拉伸性质
• 二、拉伸曲线及其指标
–1、定义：是指在拉伸过程中拉伸力与纺织 材料的伸长变形之间的关系曲线。
–2、类型
• (1)负荷伸长曲线(P-ΔL)
• (2)应力应变曲线(σ-ε)
第九页，共51页。
第一节 纤维的拉伸性质
负荷伸长曲线是以被测试样的伸长长度为 横坐标、拉伸力为纵坐标所作的曲线， 它可由带有绘图装置的强力仪直接得到。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
力增大，造成结晶区的破碎和非晶区中大分 子链被拉断，沿纵向碎裂，最后断裂破坏。 一般来说，纤维的剪切强度小于拉伸强度。
表示纤维抵抗扭转破坏能力的指标是捻 断纤维时的加捻角。见表10-3
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
25
表 10-3 各种纤维的断裂捻角
纤维
断裂捻角 (度)
种类
短纤维
长丝
棉
34~37
c.大分子的结晶度： 纤维的结晶度愈高，纤维的断裂 强度、屈服应力和初始模量表现得较高。 (2)温湿度
a.温度：在纤维回潮率一定的条件下，温度高，大分子 热运动提高，大分子柔曲性提高，分子间结合力削弱。 拉伸强度下降，断裂伸长率增大。初始模量下降。
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
9
第一节 拉伸性质(续)
料屈服流动。两物体间的接触面不断增大。
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
28
第五节 表面摩擦与抱合性质（续）
三、纤维抱合性能的表征指标
1．抱合系数
可用单位长度纤维的抽出阻力来表征这一集束 能力，并定义该比值为抱合系数h(cN/mm):
除压后剩余变 637 形(%)② 65.1 48.5 56.2 35.2 66.4 33.1 62.4 47.2 66.2 55.6 55十章 纤维的力学性质
12
第二节 压缩性能（续）
纤维集合体在压缩时，压力与纤维集合体密度关系如 图10-3纤维集合体的压力与密度间关系所示。当纤维集 合体密度很小，或纤维间空隙率很大时，压力稍有增大， 纤维间空隙缩小，密度增加极快。当压力很大，纤维间 空隙很小时，再增大压力，集合体密度增加极微。
第十章 纤维的力学性质
3
应力 σ (N/mm2=MPa) 比应力 p (N/tex) 负荷 P(N)
Pb b
600
0.4
0.12
s
300
0.2
0.06
试样长度 20 mm
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
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
17
第三节 弯曲性能（续）
二、 纤维弯曲时的破坏
1．最小曲率半径 纤维弯曲时，截面上各部位的变形不同，如图10-4(a) 所示，中性面oo’以上受拉伸，中性面以下受压缩。曲率 过大时将发生外层破裂，内层挤压塑变直至断裂。如图 10-4（b）所示。 弯曲刚度小的纤维制成的织物柔软贴身，但弯曲刚度 小的纤维制成的织物易起球，在受到摩擦时，伸出的纤 维就容易弯曲纠缠而成毛球。
14
第二节 压缩性能（续）
二、纤维及其集合体在压缩中的破坏
纤维集合体在受强压缩条件下，纤维相互接 触出现明显的压痕。压力严重时，开始出现纵向 劈裂。例如，棉纤维集合体压缩后的密度达 1.00g/cm3以上，恢复后的纤维出现纵向劈裂的 条纹。因此原棉棉包密度最好控制在0.40— 0.65g/cm3之间，不超过0.8g/cm3。否则会影响 开清棉效果并易损伤纤维。
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
11
纤维种类
粘胶纤维 羊毛 锦纶 涤纶 晴纶
蛋白质纤维 玻璃纤维
表 10-1 几种纤维的横向压缩性能 各种加压(cN)下的直径变化(%)① 49 98 196 294 392 490 17.5 26.5 39.0 47.7 53.5 58.0 16.0 24.5 35.0 42.7 47.5 51.0 12.5 21.5 37.0 48.4 55.5 60.5 7.5 15.0 29.0 41.0 49.0 55.5 16.5 27.5 41.0 49.6 55.5 60.0 10.5 17.5 29.0 38.8 46.0 50.5 1.5 3.0 5.0 6.4 8.0 9.0
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
10
第二节 压缩性能
一、纤维及其集合体的压缩性能
纤维受横向压缩后，在压缩方向被压扁，而在受 力垂直方向上则变宽。具体情况可以参见
表10-1几种纤维的横向压缩性能 其中①（d0-d）/d0
②（d0-dn ）/do 其中：d0为原始直径，d为压缩后的直径，
dn为压缩恢复后的直径
—
羊毛
38.5~41.5
—
蚕丝
—
39
亚麻
21.5~29.5
—
普通粘胶
35.5~39.5
35.5~39.5
强力粘胶
31.5~33.5
31.5~33.5
铜氨纤维
40~42
33.5~35
醋酯纤维
40.5~46
40.5~46
涤纶
59
42~50
锦纶
56~63
47.5~55.5
腈纶
33~34.5
—
酪素纤维
58．5~62
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
7
第一节 拉伸性质(续)
第三步：当错位滑移的纤维大分子链基本 伸直平行时， 大分子间距就会靠近，分子链间可能形成新的次价键，这 时候继续拉伸纤维，产生的变形主要又是分子链的键长、 键角的改变和次价键的破坏，由此进入强化区。 2.影响纤维拉伸断裂强度的主要因素 (1)纤维的内部结构
下，都会产生扭变形，如图10-7 所示。当一 个圆柱体在扭矩T作用下，上端面对下端面 产生扭变形时，则有公式:
θ=T.l/Et.Ip
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
23
T
l
r
图10-7 扭变形示意图
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
24
第四节 剪切性能（续）
二、纤维扭转时的破坏 随着扭转变形的增大，纤维中的剪切应
对纤维集合体加压再去除压力后，纤维集合体体积逐 渐膨胀，但一般不能恢复到原来的体积。压缩后的体积 回复率表示了纤维集合体被压缩后的回弹性能。纤维集 合体加压过程中的变形，也与拉伸相似。
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
13
图10-3 纤维集合体的压力与密度间关系
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
20
图10-5 勾接强度和打结强度试验原理
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
21
纤 维 勾 接 强 (度% )
断 裂 伸 长 率 (% )
图10-6 不同断裂增长率纤维的勾结强度率
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
22
第四节 剪切性能
一、纤维的抗扭刚度 纤维与任何物体一样，在受到扭矩作用
0
10
20 ε=应变率(%)
图10-1 纺织纤维的拉伸曲线
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
4
第一节 拉伸性质(续)
（2）相关指标 a.屈服点 b.初始模量：指纤维拉伸曲线的起始部分直线段的应力与
应变的比值 c.断裂功W：是指拉伸纤维至断裂时外力所作的功 d.断裂比功：一是体积断裂比功，另一定义是重量断裂比
1.51
877.1
0.70
1.50
653.7
0.88
1.31
220.5
0.75
1.29
265.6
0.59
1.32
741.9
0.80
1.52
2224.6
0.87
1.51
1166.2
0.75
1.52
515.5
0.77
1.52
774.2
0.78
1.52
1419.0
0.91
1.38
1107.4
0.80
1.17
670.3
0.78
1.28
596.8
0.92
1.14
205.8
0.92
1.14
214.6
1.00
2.52
2704.8
0.87
2.48
1979.6
相对抗弯刚度 Rfr (cN·cm2)/tex2
3.66 10-4 2.46 10-4 1.18 10-4 1.23 10-4 2.65 10-4 9.32 10-4 4.96 10-4 2.03 10-4 3.12 10-4 5.8 10-4 5.82 10-4 3.65 10-4 2.94 10-4 1.32 10-4 1.38 10-4 8.54 10-4 5.54 10-4
2
第一节 拉伸性质(续)
（2）断裂强度(相对强度) 指每特(或每旦)纤维能承受的最大拉力
（3）断裂长度 纤维重力等于其断裂强力时的纤维长度
3．断裂伸长 纤维拉伸到断裂时的伸长率（应变率），叫断裂伸长率
4．拉伸变形曲线和相关指标
（1）拉伸变形曲线 如图10-1 纺织纤维的拉伸曲线
2020/4/25
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
15
第三节 弯曲性能
一、纤维的弯曲刚度
材料的弯曲刚度决定材料抵抗为扭曲变形的 能力。纤维的弯曲刚度大，则不易产生弯曲变形， 手感较刚硬。
为了在纤维间相互比较，常采用单位粗细条 件下的纤维弯曲刚度，称为纤维的相对弯曲刚度 或比弯曲刚度。几种纤维的弯曲截面形状系数和 相对弯曲刚度值可以参见表10-2 纤维的抗弯性能
b.相对湿度和纤维回潮率：纤维回潮率越大，大分子之间结 合力越弱，结晶区越松散。纤维强度越低、伸长率增大、初始 模量下降。 （3）实验条件 a．试样长度：试样越长，弱环出现的概率越大，测得的断裂 强度越低。 b．试样根数：由束纤维试验所得的平均单纤维强力比单纤维 试验时的平均强力为低。 c．拉伸速度：拉伸速度对纤维断裂强力与伸长率的影响较大。 d．拉伸试验机类型
表示纤维抵抗扭转破坏能力的指标是捻 断纤维时的加捻角。见表10-3
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
25
表 10-3 各种纤维的断裂捻角
纤维
断裂捻角 (度)
种类
短纤维
长丝
棉
34~37
c.大分子的结晶度： 纤维的结晶度愈高，纤维的断裂 强度、屈服应力和初始模量表现得较高。 (2)温湿度
a.温度：在纤维回潮率一定的条件下，温度高，大分子 热运动提高，大分子柔曲性提高，分子间结合力削弱。 拉伸强度下降，断裂伸长率增大。初始模量下降。
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
9
第一节 拉伸性质(续)
料屈服流动。两物体间的接触面不断增大。
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
28
第五节 表面摩擦与抱合性质（续）
三、纤维抱合性能的表征指标
1．抱合系数
可用单位长度纤维的抽出阻力来表征这一集束 能力，并定义该比值为抱合系数h(cN/mm):
除压后剩余变 637 形(%)② 65.1 48.5 56.2 35.2 66.4 33.1 62.4 47.2 66.2 55.6 55十章 纤维的力学性质
12
第二节 压缩性能（续）
纤维集合体在压缩时，压力与纤维集合体密度关系如 图10-3纤维集合体的压力与密度间关系所示。当纤维集 合体密度很小，或纤维间空隙率很大时，压力稍有增大， 纤维间空隙缩小，密度增加极快。当压力很大，纤维间 空隙很小时，再增大压力，集合体密度增加极微。
第十章 纤维的力学性质
3
应力 σ (N/mm2=MPa) 比应力 p (N/tex) 负荷 P(N)
Pb b
600
0.4
0.12
s
300
0.2
0.06
试样长度 20 mm
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
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
17
第三节 弯曲性能（续）
二、 纤维弯曲时的破坏
1．最小曲率半径 纤维弯曲时，截面上各部位的变形不同，如图10-4(a) 所示，中性面oo’以上受拉伸，中性面以下受压缩。曲率 过大时将发生外层破裂，内层挤压塑变直至断裂。如图 10-4（b）所示。 弯曲刚度小的纤维制成的织物柔软贴身，但弯曲刚度 小的纤维制成的织物易起球，在受到摩擦时，伸出的纤 维就容易弯曲纠缠而成毛球。
14
第二节 压缩性能（续）
二、纤维及其集合体在压缩中的破坏
纤维集合体在受强压缩条件下，纤维相互接 触出现明显的压痕。压力严重时，开始出现纵向 劈裂。例如，棉纤维集合体压缩后的密度达 1.00g/cm3以上，恢复后的纤维出现纵向劈裂的 条纹。因此原棉棉包密度最好控制在0.40— 0.65g/cm3之间，不超过0.8g/cm3。否则会影响 开清棉效果并易损伤纤维。
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
11
纤维种类
粘胶纤维 羊毛 锦纶 涤纶 晴纶
蛋白质纤维 玻璃纤维
表 10-1 几种纤维的横向压缩性能 各种加压(cN)下的直径变化(%)① 49 98 196 294 392 490 17.5 26.5 39.0 47.7 53.5 58.0 16.0 24.5 35.0 42.7 47.5 51.0 12.5 21.5 37.0 48.4 55.5 60.5 7.5 15.0 29.0 41.0 49.0 55.5 16.5 27.5 41.0 49.6 55.5 60.0 10.5 17.5 29.0 38.8 46.0 50.5 1.5 3.0 5.0 6.4 8.0 9.0
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
10
第二节 压缩性能
一、纤维及其集合体的压缩性能
纤维受横向压缩后，在压缩方向被压扁，而在受 力垂直方向上则变宽。具体情况可以参见
表10-1几种纤维的横向压缩性能 其中①（d0-d）/d0
②（d0-dn ）/do 其中：d0为原始直径，d为压缩后的直径，
dn为压缩恢复后的直径
—
羊毛
38.5~41.5
—
蚕丝
—
39
亚麻
21.5~29.5
—
普通粘胶
35.5~39.5
35.5~39.5
强力粘胶
31.5~33.5
31.5~33.5
铜氨纤维
40~42
33.5~35
醋酯纤维
40.5~46
40.5~46
涤纶
59
42~50
锦纶
56~63
47.5~55.5
腈纶
33~34.5
—
酪素纤维
58．5~62
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
7
第一节 拉伸性质(续)
第三步：当错位滑移的纤维大分子链基本 伸直平行时， 大分子间距就会靠近，分子链间可能形成新的次价键，这 时候继续拉伸纤维，产生的变形主要又是分子链的键长、 键角的改变和次价键的破坏，由此进入强化区。 2.影响纤维拉伸断裂强度的主要因素 (1)纤维的内部结构
下，都会产生扭变形，如图10-7 所示。当一 个圆柱体在扭矩T作用下，上端面对下端面 产生扭变形时，则有公式:
θ=T.l/Et.Ip
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
23
T
l
r
图10-7 扭变形示意图
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
24
第四节 剪切性能（续）
二、纤维扭转时的破坏 随着扭转变形的增大，纤维中的剪切应
对纤维集合体加压再去除压力后，纤维集合体体积逐 渐膨胀，但一般不能恢复到原来的体积。压缩后的体积 回复率表示了纤维集合体被压缩后的回弹性能。纤维集 合体加压过程中的变形，也与拉伸相似。
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
13
图10-3 纤维集合体的压力与密度间关系
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
20
图10-5 勾接强度和打结强度试验原理
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
21
纤 维 勾 接 强 (度% )
断 裂 伸 长 率 (% )
图10-6 不同断裂增长率纤维的勾结强度率
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
22
第四节 剪切性能
一、纤维的抗扭刚度 纤维与任何物体一样，在受到扭矩作用
0
10
20 ε=应变率(%)
图10-1 纺织纤维的拉伸曲线
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
4
第一节 拉伸性质(续)
（2）相关指标 a.屈服点 b.初始模量：指纤维拉伸曲线的起始部分直线段的应力与
应变的比值 c.断裂功W：是指拉伸纤维至断裂时外力所作的功 d.断裂比功：一是体积断裂比功，另一定义是重量断裂比
1.51
877.1
0.70
1.50
653.7
0.88
1.31
220.5
0.75
1.29
265.6
0.59
1.32
741.9
0.80
1.52
2224.6
0.87
1.51
1166.2
0.75
1.52
515.5
0.77
1.52
774.2
0.78
1.52
1419.0
0.91
1.38
1107.4
0.80
1.17
670.3
0.78
1.28
596.8
0.92
1.14
205.8
0.92
1.14
214.6
1.00
2.52
2704.8
0.87
2.48
1979.6
相对抗弯刚度 Rfr (cN·cm2)/tex2
3.66 10-4 2.46 10-4 1.18 10-4 1.23 10-4 2.65 10-4 9.32 10-4 4.96 10-4 2.03 10-4 3.12 10-4 5.8 10-4 5.82 10-4 3.65 10-4 2.94 10-4 1.32 10-4 1.38 10-4 8.54 10-4 5.54 10-4
2
第一节 拉伸性质(续)
（2）断裂强度(相对强度) 指每特(或每旦)纤维能承受的最大拉力
（3）断裂长度 纤维重力等于其断裂强力时的纤维长度
3．断裂伸长 纤维拉伸到断裂时的伸长率（应变率），叫断裂伸长率
4．拉伸变形曲线和相关指标
（1）拉伸变形曲线 如图10-1 纺织纤维的拉伸曲线
2020/4/25
2020/4/25
第十章 纤维的力学性质
15
第三节 弯曲性能
一、纤维的弯曲刚度
材料的弯曲刚度决定材料抵抗为扭曲变形的 能力。纤维的弯曲刚度大，则不易产生弯曲变形， 手感较刚硬。
为了在纤维间相互比较，常采用单位粗细条 件下的纤维弯曲刚度，称为纤维的相对弯曲刚度 或比弯曲刚度。几种纤维的弯曲截面形状系数和 相对弯曲刚度值可以参见表10-2 纤维的抗弯性能
b.相对湿度和纤维回潮率：纤维回潮率越大，大分子之间结 合力越弱，结晶区越松散。纤维强度越低、伸长率增大、初始 模量下降。 （3）实验条件 a．试样长度：试样越长，弱环出现的概率越大，测得的断裂 强度越低。 b．试样根数：由束纤维试验所得的平均单纤维强力比单纤维 试验时的平均强力为低。 c．拉伸速度：拉伸速度对纤维断裂强力与伸长率的影响较大。 d．拉伸试验机类型