大学纺织材料学讲义第五章.ppt

大学纺织材料学讲义第五章 五、束纤维的拉伸性质 1．实验研究 束纤维强力总是小于各根单纤维强力之和。 k为修正系数，棉纤维＝1.412-1.481 苎麻＝1.582 蚕丝＝1.274 2. 理论表达 图5-14 平行纤维束的比应力-应变曲线 一般纤维束： 平行纤维束： 第二节 纤维力学性能的时间依赖性 纤维的流变性质（或粘弹性质） 定义：纤维在外力作用下，应力应变随时 间而变化的性质。 包括蠕变，应力松弛及在交变载荷作用下 应变落后应力的滞后性，即动态力学性质。 一、应力松弛和蠕变 1. 定义 纤维在拉伸变形恒定条件下，应力随时间的延长而逐渐减小的现象，称为应力松弛。 图5-15 纤维的应力松弛曲线 (1) 应力松弛 产生原因： ????? 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，形成新的结合点，从而使内应力逐渐减小。 图5-16 纤维的蠕变及蠕变回复曲线 纤维在一定拉伸外力作用下，变形随受力时间的延长而逐渐增加的现象，称为蠕变。 (2) 蠕变 产生原因： ??? 随着外力作用时间的延长，不断克服大 分子间的结合力，使大分子逐渐沿着外 力方向伸展排列，或产生相互滑移而导 致伸长增加，增加的伸长基本上都是缓 弹性和塑性变形。 　 影响纤维粘弹性的因素 ①纤维本身的结构： ?? 分子量增加，分子链的极性、交联和结晶增加，蠕变、松弛减少。 ②外界条件：如温度、湿度增加，蠕变、松弛也增加 2．三种形变 纤维拉伸变形的组成：可回复的弹性变形（急弹性+缓弹性）和不可复的塑性变形 急弹性变形：加（或去除）外力后能迅速变形。 ?? ? 缓弹性变形：加（或去除）外力后需经一定时间 后才能逐渐产生（或消失）的变形。 塑性变形：纤维材料受力时产生变形，去除外力后，不回复的变形。（绝对值） 纤维变形： l=l急+l缓+l塑（绝对值） ε=ε急+ε缓+ε塑 （相对值） 三种变形同时产生，所占比例受纤维的性质、加负荷的大小、负荷的作用时间的影响。一般认为，屈服点以前主要产生急弹性变形，屈服点以后出现明显的缓弹性变形和塑性变形。 3．对时间和温度的依赖性 松弛和蠕变的主要原因：在外力作用下纤维中大分子链的构象变化和大分子链之间的相互滑移，即大分子链的重新排列所引起。 当外力或变形大、温度高、空气相对湿度或纤维回潮率高时，应力松弛或蠕变的速度也较快。 图5-17 羊毛纤维在不同 负荷下的蠕变 图5-18 羊毛纤维在不同 温度下的蠕变 图5-19 羊毛在不同相对 湿度下的应力松弛 图5-20 涤纶在不同拉伸 速率下的应力松弛 二 、纤维的弹性 指纤维变形的恢复能力。 1．弹性的指标 (1)弹性回复率 指急弹性变形和一定时间内可恢复的缓弹性变形之和占总变形的百分率。 相同条件下测得的弹性回复率越大，表示弹性越好、变形回复好。 图5-21 等速伸长和等加负荷试验机拉伸图 (2)弹性功回复率（或功回复系数） 弹性恢复功与拉伸所作的功之比。 2．影响纤维弹性的因素 （1）纤维内部结构 分子柔曲性好，分子链间有适当的结合点，则纤维弹性高。 如：羊毛纤维 棉、麻、粘胶纤维 锦纶纤维 涤纶纤维 （2） 外部条件 与测试条件、环境湿度、定伸长或定负荷的大小、停顿时间等有关。 当定伸长或定负荷较大时，弹性回复性降低； 当定伸长或定负荷时的停顿时间较长，弹性回复降低； 当卸去负荷后的停顿时间较长，则弹性回复增加。 三、纤维的疲劳特性 1.定义：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。 疲劳破坏包括：分子滑移、分子断裂、裂缝的产 生与扩散、应力集中。 疲劳形式有：蠕变、重复伸长、重复压缩、重复 弯曲及重复扭曲。 2.指标和测定方法 ?? (1)纤维在一定条件下拉伸至断裂时，所经历的循环次数（耐久度或坚牢度）； ?? (2)经过一定负荷、一定次数的反复作用，测其剩余伸长的大小。 3.纤维结构和性能与疲劳的关系 ??? 纤维分子量增加，结晶度提高，耐疲劳性好； ??? 取向度增加，耐疲劳性差。 ?? 屈服强度高，屈服伸长大，