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第9章纺织材料的基本力学性质.ppt
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1、第九第九章章 纺织纺织材料的基本力学材料的基本力学性质性质 纺织材料的基本力学性质是指纤维、纱线、织物等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。如对纺织材料施加拉伸作用时,它们将出现伸长、断裂等现象。第一节第一节 纤维和纱线的拉伸性质纤维和纱线的拉伸性质一、纺织材料拉伸断裂性质的基本指标 纺织材料在外力作用下破坏时,主要和基本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。的方式是被拉断。表达纺织材料抵抗拉伸能力的指标很多,主要有以下指标。(一)(一)拉伸断裂强力和拉伸断裂比强度拉伸断裂强力和拉伸断裂比强度(第二章第六节)1 1、拉伸断裂强力
2、:指纺织材料能够承受的最大拉、拉伸断裂强力:指纺织材料能够承受的最大拉伸外力。伸外力。单位:牛顿(牛顿是使1kg质量的物体得到1m/s2加速度所需的力),强力与纤维的粗细有关,所以对不同粗细的纤维、纱线没有可比性。2 2、断裂比强度:、断裂比强度:为了便于比较不同粗细的纤维、纱线的拉伸断裂性质的指标,将强力折合成规定将强力折合成规定粗细时的力。粗细时的力。电子纤维强力仪电子纤维强力仪束纤维强力仪束纤维强力仪(二)拉伸变形曲线及有关指标(二)拉伸变形曲线及有关指标 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程的曲线图叫“拉伸图拉伸
3、图”。横坐标为伸长率横坐标为伸长率(),纵坐标,纵坐标为拉伸应力为拉伸应力,拉伸曲线为拉伸曲线为应力应力应变曲线应变曲线n(一)应力(一)应力应变曲线(负荷应变曲线(负荷伸长曲线,拉伸图)伸长曲线,拉伸图)n 纤维的种类很多,实际得到的应力纤维的种类很多,实际得到的应力应变曲线具有各应变曲线具有各种各样的形状。基本上分为三类:种各样的形状。基本上分为三类:常用纺织纤维的拉伸曲线 高强低伸型曲线:高强低伸型曲线:棉、麻等拉伸曲线近似于直线,斜率很大,该类纤维的聚合度、结晶度、取向度都比较高,大分子链属刚性分子链之故。低强高伸型曲线:低强高伸型曲线:如羊毛、醋酯纤维,主要原因这些纤维大分子聚合度虽
4、不低,但分子链柔曲性高,结晶度、取向度较低,分子间不能形成良好的排列,且分子间易产生滑脱。高强高伸型曲线:高强高伸型曲线:如涤纶、锦纶。拉伸变形曲线有关指标:拉伸变形曲线有关指标:1 1、初始模量、初始模量:obob段斜率较大,斜率即拉伸模段斜率较大,斜率即拉伸模量量E E。在曲线。在曲线obob段接近段接近0 0点附近,模量较高,点附近,模量较高,即为初始模量,即为初始模量,它代表纺织纤维、纱线和织它代表纺织纤维、纱线和织物在受拉伸力很小时抵抗变形的能力。物在受拉伸力很小时抵抗变形的能力。单位为单位为cNcNtextex或或cNcNdtex.dtex.其大小与纤维材其大小与纤维材料的分子结构
5、及聚集状态有关。料的分子结构及聚集状态有关。2 2、屈服应力、应变、屈服应力、应变 曲线上的曲线上的b b点为屈服点,这一点对应的拉点为屈服点,这一点对应的拉伸应力为屈服应力(伸应力为屈服应力(b b),对应的伸长率就),对应的伸长率就是屈服应变(是屈服应变(b b)。)。屈服点所代表的物理概念是什么呢?屈服点所代表的物理概念是什么呢?对于纺织材料来说,在屈服点以下时,变形绝大对于纺织材料来说,在屈服点以下时,变形绝大部分是弹性变形(完全可恢复部分是弹性变形(完全可恢复),而屈服点以上部分,而屈服点以上部分所产生的主要是塑性变形(不可恢复)。所产生的主要是塑性变形(不可恢复)。屈服点高的纤维,
6、其织物的保形性就好,不易起皱。屈服点高的纤维,其织物的保形性就好,不易起皱。如图所示,曲如图所示,曲线线oaoa下的面积下的面积即为材料抵抗即为材料抵抗外力破坏所具外力破坏所具有的能量即拉有的能量即拉伸断裂功。伸断裂功。3 3、拉伸断裂功、拉伸断裂功二、纺织材料断裂机理及主要影响因素(一)纺织纤维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,首先首先是纤维中各结晶区之间的非晶区内长度最短的大分子链伸直,成为接近于与纤维轴线平行而且弯曲最小的大分子,其后其后这些大分子受力拉伸,使化学价键长度拉长、键角拉大,之后之后一部分最伸直、最紧张的大分子链或基原纤逐步地被从结晶区中抽拔出来
7、,这时个别的大分子主链破拉断,各结晶区逐步产生相对位移,使结晶区之间沿纤维轴向的距离拉大。大分子或基原纤在结晶区被抽拔移动越来越多,被拉断的大分子也逐步增多,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,从而产生明显滑移,大批分子被抽拔,伸长变形迅速断开,达到拉伸曲线的断裂点。2.2.影响纺织纤维拉伸断裂强度的主要因素影响纺织纤维拉伸断裂强度的主要因素 (1 1)纤维的内部结构)纤维的内部结构 大分子的聚合度:大分子的聚合度:聚合度愈大,分子结合力愈大,纤维强度愈高。n小-纤维的强度较低而伸长率较大n大-纤维的强度较高而伸长率较小纤维的取向度纤维的取向度:取向度取向度-大分子较挺
8、直,分子间结合力大,承担断裂应力的大分子较多-纤维的纤维的强度高、伸长小。强度高、伸长小。纤维的结纤维的结晶度:晶度:结晶度结晶度-大分子排列规大分子排列规整,缝隙孔洞整,缝隙孔洞较少,而且较少,而且纤纤维的强度高、维的强度高、伸长小、屈服伸长小、屈服应力和初始模应力和初始模量较高,量较高,但脆但脆性可能也增加。性可能也增加。纤维形态结构纤维形态结构:纤维的裂缝孔洞裂缝孔洞等缺陷和形态结构的不均一会使纤维的强度下降。使纤维的强度下降。(2 2)温湿度)温湿度 温度:温度:在回潮率一定时,温度温度-大分子热运动能高,大分子柔曲性提高,分子间结合力削弱-强度强度 伸长伸长 相对湿度和纤维回潮率:相
9、对湿度和纤维回潮率:相对湿度相对湿度-纤维回潮率-分子间结合力越弱,结晶区松散-强度强度伸长伸长初始模量初始模量。棉、麻由于聚合度、结晶度都较高,水分子进入后大分子间的结合力减弱不显著,同时可将一些大分子链上的缠结点拆开,分子链舒展和受力分子链的增加,平均地承担纤维上所受的力,所以吸湿后棉、麻纤维强力增加。(3)(3)试验条件试验条件 试样长度试样长度较长时,测得的强度较低、试样越长试样越长,可能出现的最薄弱环节的机会多,测得的强度就较低。强度就较低。试样根数多试样根数多,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,(根数根数-差异越大差异越大-强度强度)拉伸速度越大,拉伸速
10、度越大,拉伸至断裂的时间越短,测得的强力较大测得的强力较大而伸长较小。而伸长较小。1.纱线拉伸断机理 当纱线开始受到拉伸时,当纱线开始受到拉伸时,纤维本身的皱曲减少,伸直度提高,表现出初始阶段的伸长变形。表现出初始阶段的伸长变形。这时纱线截面开始收缩,增加了纱中外层纤维对内层纤维的压力,继继续拉伸的过程中,纱中外层纤维、短的部分滑脱被抽拔,续拉伸的过程中,纱中外层纤维、短的部分滑脱被抽拔,纤维受到最紧张的拉伸到一定程度后到一定程度后,即纤维受力达到拉断强度时,外层纤维逐步断裂,外层纤维逐步断裂,承受外力的纤维根数减少了,由外层向内层逐渐断裂或滑脱。由外层向内层逐渐断裂或滑脱。一般纱线断裂的原因
11、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。(二)纱线拉伸断机理及主要影响因素 2.2.影响纱线一次拉伸断裂的因素影响纱线一次拉伸断裂的因素(1 1)纤维的性能)纤维的性能 纤维的长度较长,细度较细时,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。成纱强度较高。纤维长度整齐高好纤维长度整齐高好,纤维细而均匀,成纱条干好,成纱强力高成纱强力高。纤维强度大,成纱强度大。纤维强度大,成
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