纺织纤维的力学性质

b. 弹性功率 We
图中：ec——急弹性变形； cd——缓弹性变形； do——塑性变形；
We =弹性恢复功/拉伸所作的功 = Acbe / Aoae
3.影响纤维弹性的因素：
（1）纤维的结构：分子链的柔曲性、分子间 力的大小 （2）相对湿度；P (a) CRE 等速伸长 a P (b) CRL 等加负荷 a b （3）测试条件；
W We O d b W We e △l
4 c 3
O d 4 c
3
e △l
纤维的弹性是织物获得好的尺寸稳定性与 抗皱性的主要因素。
二、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。 包括蠕变和应力松弛
1．蠕变 (1)定义：指一定温度下，纺织材料在一定 外力作用下，其变形随时间而变化的 现象。
４.应用
在纺织加工和使用过程中，必须注意不 使纤维材料长期处于紧张状态，以避免蠕变 或应力松弛现象发生。 如：布机长期停车时，须使之处于综平状态， 以避免经纱受力，产生应力松弛，纱线下垂， 再开车时由于开口不清而形成织疵。 各种卷装或机上的半制品储存太久，也会因应 力松弛而松烂。 提高温湿度可消除纤维材料的内应力，防止退 捻和达到定形的目的等。
纺织纤维在拉伸外力作用下产生的应力应变关系称 为拉伸性质。 1、 拉伸曲线定义 负荷-伸长曲线：表示纤维在拉伸过程中的负荷和伸 长的关系曲线。 应力-应变曲线：表示纤维在拉伸过程中的应力和应 变的关系曲线。 两个曲线所反映的纤维强伸关系规律是一致的， 不同的只是坐标的量纲。
Pb b 600 0.4 0.12 s 0.06 a Y (y,y) 试样长度 20 mm 线密度 0.3 tex 纤维密度 1.5 g/cm3 0 0 0 0 Δla 0.1 10 2 0.2 20 4 Δl 伸长(mm)
应力 σ (N/mm2=MPa)
300
比应力 p (N/tex)
0.2
Pa
0
负荷 P曲线★
2.拉伸曲线反映的指标
上图所能反映的指标有： 1.断裂强力（或断裂强度） 2.断裂伸长（或断裂伸长率）
3.初始模量E★
定义：纤维负荷-伸长曲线上起始一段直线部分 （或伸长率为1%时）的应力和应变比值。 纤维应力-应变曲线上起始段的斜率。 其大小表示纤维在小负荷作用下变形的难易程 度，它反映了纤维的刚性。 E越大表示纤维在小负荷作用下不易变形，刚性 较好，其制品比较挺括； E越小表示纤维在小负荷作用下容易变形，刚性 较差，其制品比较软。 天然纤维：麻>棉>丝>毛； 再生纤维：富纤>粘胶>醋纤； 合成纤维：涤纶>腈纶>维纶>锦纶
粘弹性——材料在外力作用下，应力～应 变的关系随时间而变的性能。
一、纤维的拉伸变形与弹性 1.纤维拉伸变形的组成★ 纤维变形包括：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。 键长、键角的变化。（一般5～15s） 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。大分 子链屈曲伸展、滑移错位。(一般2～5min) 塑性变形：纤维材料受力时产生变形，去除外 力，不回复的变形。链节、链段发生不可逆 移动（粘性流动），绝对值。
4.湿干强度比η
纤维在完全润湿时的强力占干态（标准大气 下）时强力的百分率。 材料吸湿后强度的变化状况，绝大多数纤维 η＜100%，而棉麻等η＞100%。

5.10%定伸长负荷
纤维拉伸10％时所需要的负荷。 专用于棉型化纤，为混纺进行性能匹配时应 用的指标。

二、 拉伸曲线及有关指标▲
（4）纤维柔顺性系数
C

2
10

1
5
C＝0，说明曲线是直线形的，柔顺性差，如 刚性纤维和低延性纤维（玻璃纤维、苎麻纤 维等） C＜0，曲线下凹，柔顺性好，如聚酰胺纤维； C＞0，曲线上凸，柔顺性较差，但可塑性可 能较好。
三、常用纺织纤维的拉伸曲线
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 (%)
外因： （1）温湿度 温度↑：强度↓，伸长↑，初始模量↓ 相对湿度↑：纤维回潮率↑（分子间结合力减小）， 所以强度↓，伸长↑，初始模量↓，棉麻例外（本身聚 合度高、分子链长、分子间结合力小，吸湿后大分子 张力均匀，受力大分子多），强度↑ 。 （2）试验条件 ①纤维根数：↑→换算后的单纤维强力下降 纤维断裂的不同时性（试样中各根纤维的强力、 伸长能力、伸直状态不同） ②试样长度：↑→测得的强力偏低 弱环定律： 单纤维测试：试样长度10mm或20mm；束纤维 测试：3mm
B
C B A A
C B A
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
纤维拉伸断裂时的裂缝和断裂面

纤维断裂原因有： 大分子主链的断裂
大分子之间的滑脱

纤维伸长原因有： 大分子的伸直、伸长（键长、键角的变化） 取向度改善 大分子之间的滑移
五．影响纤维拉伸性能的因素▲
内因： （1）大分子结构（大分子的柔曲性、聚合度） 大分子链的柔曲性↑→纤维伸长↑ 聚合度↑：大分子间不易产生滑移，所以强度较高而 伸长较小 （2）超分子结构（取向度、结晶度） 取向度↑：强度较大，伸长较小 结晶度↑：强度较高而伸长较小，但结晶度太大会使 纤维变脆（结晶区以颗粒较小，分布均匀为好） （3）形态结构 纤维中的裂缝孔洞缺陷、形态结构、不均一性会导致 强度下降
4.屈服应力与屈服伸长率（屈服应变）
屈服点：曲线坡度由较大转向较小（伸长由 较小转向较大）部分的转折点。 屈服应力：屈服点处所对应的应力。 屈服应变：屈服点处所对应的应变。
p 1 2 Y Yc
p Y


(a)
(b)
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。 屈服点高的纤维，不易产生塑性变形，拉伸 弹性较好，其制品保形性好，不易起拱，起 皱。
醋酯
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），表现为拉伸曲线近似直 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）
③拉伸速度：↑→测得的强力较大而伸长较小 通常：100％隔距长度/min ④其他： 加负荷的方式：等速拉伸型（摆锤式强力仪） 等加负荷型（斜面式强力仪） 等速伸长型（电子式强力仪，现 在为国际推广方法） 强力仪的量程： 夹持器的夹持情况： 预加张力的大小：
第二节 纤维的蠕变、松弛和疲劳
最单纯的形变形式有两种：理想弹性变形 （虎克变形）；纯粘性流动（牛顿变形）。 虎克变形： E d 牛顿变形： dt 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。

第一节 纺织纤维的拉伸性质
拉伸指标 拉伸曲线 拉伸机理及影响拉伸的因素

一、表示纤维拉伸断裂的指标★
指标有：断裂强力；断裂强度；断裂伸 长率
1. 断裂强力（绝对强力）
定义：纤维能够承受的最大拉伸外力。
单位：牛顿（N）；厘牛（cN) 。
对不同粗细的纤维，强力没有可比性。
2. 强度
拉伸强度是用以比较不同粗细纤维的拉伸 断裂性质的指标。 根据采用细度指标不同，拉伸强度指标 有以下几种:
四．纤维拉伸断裂机理



纤维开始受力时，其变形主要是纤维大分子链本身 的拉伸，即键长、键角的变形。拉伸曲线接近直线， 基本符合虎克定律。 当外力进一步增加，无定型区中大分子链克服分子 链间次价键力而进一步伸展和取向，这时一部分大 分子链伸直，紧张的可能被拉断，也有可能从不规 则的结晶部分中抽拔出来。次价键的断裂使非结晶 区中的大分子逐渐产生错位滑移，纤维变形比较显 著，模量相应逐渐减小，纤维进入屈服区。 当错位滑移的纤维大分子链基本伸直平行时，大分 子间距就靠近，分子链间可能形成新的次价键。这 时继续拉伸纤维，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，进入强化区，表 现为纤维模量再次提高，直至达到纤维大分子主链 和大多次价键的断裂，致使纤维解体。
（3）断裂长度（LR）
定义：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， 该长度为断裂长度。 其计算公式为： LP=（P/g）*Nm 式中：LP——纤维的断裂长度（km） P ——纤维的强力（N） g ——重力加速度（等于9.8m/s2） Nm——纤维的公制支数。

5．断裂功、断裂比功和功系数
（1）断裂功W 定义：指拉断纤维过程中外力所作的功，或纤 维受拉伸到断裂时所吸收的能量。 W是强力和伸长的综合指标，用来有效评价纤维 的坚牢度与耐用性能。 W大，说明纤维的韧性好，耐疲劳性能强，能承 受较大的冲击。 在负荷-伸长曲线上，断裂功就是曲线下所包含的 面积。
(1)断裂应力
定义：指纤维单位截面上能承受的最大拉力。 单位：N/m2（帕）；N/mm2（兆帕）。 其计算式为： σ = 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）
（2）断裂强度（比强度）
定义：每特（或每旦）纤维所能承受的最 大拉力。 单位：N/tex（cN/dtex）；N/den（cN/den)。 其计算式为： Ptex=P/Ttex Pden=P/Nden
纤维强度三个指标之间的换算式为：