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第三章纤维的力学性质第一节纤维的拉伸与疲劳性能一、拉伸曲线的基本特征表示纤维在拉伸过程中强力和伸长的关系曲线称为拉伸曲线(强力-伸长曲线、应力-应变曲线)。
纤维在拉伸过程中的行为表现和它的结构在拉伸过程中所发生的变化和破坏是有联系的，这样的本构关系可以通过对拉伸曲线的分析加以表述。
拉伸从O′点开始：（1）自O′至O——如果拉伸前纤维未完全伸直，纤维将通过O′O逐渐伸直。
（2）自O至M——曲线基本上是直线段，表示纤维发生的是导致强力与伸长间呈直线相关的虎克变形，纤维中主要是发生了分子内或分子间键角键长的变形。
（3）自M至Q——强力与伸长间关系进入非直线相关阶段，表明纤维中非晶区内大分子链开始发生构象的变化，链与链之间的关系改变。
（4）自Q至S——Q点可称为屈服点，但大多数纤维都没有明晰的屈服点，因为屈服点是结晶物质的特征点，而纤维只有部份结晶态（区）、甚至没有结晶态只有有序区。
自Q点开始，原存在于分子内或分子间的氢键等次价力联系开始破坏，首先是非晶区中大分子的错位滑移，所以，这一阶段，伸长增长快于强力。
（5）自S至A——随拉伸的进行，错位滑移的分子基本伸直平行，并可能在伸直的分子链间创造形成新次价力的机会，同时，纤维的结晶区也开始被破坏。
拉断结晶区与非晶区中分子间联系，需要较大的外力，所以这一阶段强力上升很快，到A点，纤维断裂。
纤维的应力-应变曲线和强力-伸长曲线的特征相似。
表3-1 常见纤维的拉伸性质指标二、表征纤维拉伸断裂特征的指标1．强力强力是指纤维能够承受的最大拉伸力，又名绝对强力、断裂强力。
2．相对强度相对强度是应力指标，简称为强度，用纤维被拉断时单位横截面上承受的拉伸力来表示。
根据采用的表征纤维截面积的指标不同，强度指标有以下几种：（1）断裂应力σ又名强度极限，它是指纤维单位截面积上所能承受的最大拉伸力，单位为N ／mm 2（即兆帕）。
（2）比强度tex P指每特纤维所能承受的最大拉伸力，又称断裂强度，单位为N ／tex 或cN/dtex 。
归纳纤维材料力学性质及其指标
一、纤维的拉伸与疲劳性能
（1）表征纤维拉伸断裂特征的指标
1.强力：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
v 所需要的力（单位：牛顿）
断裂应力：σ﹦P∕S(P-纤维的强力 S-纤维的截面积）
2.相对强度：断裂比强度：P tex﹦P/Tt(P-纤维的强力 Tt-纤维的线密度)
断裂长度：L=P/Tt(P-断裂强力Tt-纤维的线密度)
σ=Y×Pte x×1000 σ﹦L*γ*g
3.伸长率与断裂伸长率：ε=（L-L。
）/L。
ε。
=（L1-L。
）/L。
4.断裂功：是指拉伸纤维至断裂时外力所作的功 W﹦∫PdL
5.断裂比功：拉断单位线密度、单位长度纤维所需要的能量Wr﹦W/(Tt*L)
6.功系数: 指纤维的断裂功与断裂强力和断裂伸长的乘积之比We﹦W/Pa×La
7.柔顺性系数：C﹦2/σ10 -1/σ5
不同纤维的应力-应变曲线。
差别化纤维：在原来的纤维组成基础上进行物理或化学的改性处理，使性状上获得一定改善的纤维。
复合纤维：将两种或两种以上的高聚物或者性能不同的同种聚合物，通过一个喷丝孔纺成的纤维。
异形纤维：指纤维截面形状非实心圆形而具有某种特殊形状的纤维。
原纤：纤维是柔软细长物，其微细结构的基本组成单元大多为细长纤维状物质，统称原纤。
两相结构：纤维中存在明显边界的晶区与非晶区，大分子可以穿越几个晶区与非晶区，晶区的尺寸很小，为10nm数量级，分子链在晶区是规则排列的，在非晶区则为完全无序堆砌。
结晶度：纤维中结晶部分占纤维整体的比率。
取向度：大分子排列方向与纤维轴向吻合的程度。
聚合度：大分子中重复结构单元的数目。
成熟度：纤维胞壁的增厚的程度，胞壁越厚，成熟度越高。
纤维长度界限或称界限长度（mm）：是在某特定纤维含量值C（%）条件下的纤维长度Lc,即超出此长度Lc纤维的含量只有C。
特克斯Tex：1千米长的纤维或纱线在公定回潮率时的质量克数。
(Nt=1000Gk／L)旦尼尔ND：9000米长的纤维在公定回潮率时的质量克数。
(Nt=9000Gk／L)公制支数Nm：在公定回潮率时1g纤维或纱线所具有的长度米数。
(Nm=L／Gk)英制支数Ne：在英制公定回潮率下，1磅重的棉纱线所具有多少个840码长度的倍数，即多少英支。
（Ne=L′／840Gk′）公定重量：纺织材料在公定回潮率时的重量，也叫标准质量。
品质支数：在公定回潮率下，羊毛实际可纺的长度。
主体长度LM:一批棉样中含量最多的纤维的长度。
品质长度：比主体长度长的那部分纤维的重量加权平均长度，又称右半部平均长度。
滑脱长度Lc：短纤纱受力断裂时，从断面中抽出的最长纤维的长度。
马克隆值:棉纤维在规定仪器和条件的流量大小,用国际认可的马克隆刻度表示;它是棉纤维成熟度和细度的综合反映.吸湿性：纤维材料从气态环境中吸着水分的能力。
纤维的浸润：纤维与液体发生接触时的相互作用的过程。
芯吸：纤维集合体内（纤维间）或单纤维体内（孔洞）对液体的毛细吸水的现象。
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。
√ √一名词解释 06级纺织工程 纺织材料学（B ） 2008.06.10上午 一、 名词解释（3×10=30分） 1、品质长度 2、滑脱长度 3、327B 4、极限氧指数 5、热定型 6、回潮率 7、吸湿微分热 8、松弛 9、结晶度 10、纬密 二、简答题（5×6=30分，任选6题） 1、纺织纤维是如何分类的？ 2、纤维的长度和细度对纱线性能有何影响？ 3、试述影响纤维吸湿的机制及理由。
4、不同吸湿性的纤维吸湿后力学性质有何变化？并解释。
5、讨论加捻对纱线结构和性能的影响。
6、画出纱线变异——长度曲线，并作说明。
7、织物的透通性包含什么方面内容？ 8、介绍织物起毛起球的过程。
三、问答题（4×10=40分，任选4题） 1、试比较常见纤维素纤维在结构和性能上的异同点。
2、何谓羊毛的缩绒性？分析其产生的机理，防止缩绒性有何方法？ 3、纤维受热时，力学状态发生变化或转变的基本机理及解释。
4、纺织纤维在加工和使用过程中为何会产生静电现象？说明纤维带静电的危害。
减少和防止静电的方法有哪些？ 5、试述织物的拉伸断裂机理，分析影响织物拉伸强力大小的诸因素。
6、试定义非织造布，从结构和特性方面介绍非织造布。
1、品质长度:试样中长度超过主体长度的那部分纤维的重量加权平均长度；2、滑脱长度：纱线受力断裂，从断面中抽出的最长纤维的长度；3、327B：指3指锯齿白棉，手扯长度为27mm，马克隆直B级；4、极限氧指数：氧气体积/（氧气体积+氮气体积）；5、热定型：温度大于玻璃化温度，外力作用下变形，保型冷却，变形固定；6、回潮率：水重/干重，百分率；7、吸湿微分热：纤维吸着一克水，放出热量；8、松弛：受力恒定，变形随时间延长的现象；9、结晶度：结晶区占整个材料的体积，百分比；10、纬密：经向，单位长度纬纱根数。
二、简答题1、纺织纤维是如何分类的？天然，化学纤维，略向下展开；2、纤维的长度和细度对纱线性能有何影响？越长越细→纱线强力，高细度小，均匀度好；3、试述影响纤维吸湿的机制及理由。
第三章纤维的力学性质第一节纤维的拉伸性质纺织纤维在纺织加工和纺织品的使用过程中，会受到各种外力的作用，要求纺织纤维具有一定的抵抗外力作用的能力。
纤维的强度也是纤维制品其他物理性能得以充分发挥的必要基础，因此，纤维的力学性质是最主要的性质，它具有重要的技术意义和实际意义。
纺织纤维的长度比直径大1000倍以上，这种细长的柔性物体，轴向拉伸是受力的主要形式，其中，纤维的强伸性质是衡量其力学性能的重要指标。
一、拉伸曲线及拉伸性质指标1．纤维的拉伸曲线特征纤维的拉伸曲线由拉伸试验仪得到，图3-1是一试样长度为20cm，线密度为0.3 tex，密度为1．5R/cm3的纤维在初始负荷为零开始一直拉伸至断裂时的一根典型的纤维拉伸曲线。
它可以分成3个不同的区域：A为线性区(或近似线性区)；B为屈服区，在B区负荷上升缓慢，伸长变形增加较快；C为强化区，伸长变形增加较慢，负荷上升较快，直至纤维断裂。
图3-1 纤维的拉伸曲线纤维的拉伸曲线可以是负荷-伸长曲线，也可以将它转换成应力-应变曲线，图形完全相同，仅坐标标尺不同而已。
纤维拉伸曲线3个不同区域的变形机理是不同的。
当较小的外力作用于纤维时，纤维产生的伸长是由于分子链本身的伸长和无定形区中缚结分子链伸展时，分子链间横向次价键产生变形的结果。
所以，A区的变形是由于分子链键长(包括横向次价键)和键角的改变所致。
变形的大小正比于外力的大小，即应力-应变关系是线性的，服从虎克定律。
当外力除去，纤维的分子链和横向连接键将回复到原来位置，是完全弹性回复。
由于键的变形速度与原子热振动速率相近，回复时间的数量级是10-13s，因此，变形的时间依赖性是可以忽略的，即变形是瞬时的。
当施加的外力增大时，无定形区中有些横向连接键因受到较大的变形而不能承受施加于它们的力而发生键的断裂。
这样，允许卷曲分子链伸直，接着分子链之间进行应力再分配，使其他的横向连接键受力增加而断裂，分子链进一步伸展。
在这一阶段，纤维伸长变得较容易，而应力上升很缓慢。
纤维力学性质1.3指标体系断裂强力；断裂强度；断裂伸长率1.3.1断裂强力（绝对强力）P——是纤维能够承受的最大拉伸外力。
单位：牛顿（N）；厘牛（cN）；克力（gf）。
对不同粗细的纤维，强力没有可比性。
1.3.2强度用以比较不同粗细纤维的拉伸断裂性质的指标。
根据采用线密度指标不同，强度指标有以下几种：（1）比强度（相对强度）(specific strength 或tenacity)——是指每特（或每旦）纤维所能承受的最大拉力。
单位为：N/tex（cN/dtex）；N/d（cN/d）；gf/dtex。
其计算式为：式中：Ptex——特数制断裂强度（N/tex；cN/dtex；gf/dtex）；Pden——旦数制断裂强度（N/d；cN/d；gf/d）；P——纤维的强力（N；cN；gf）；Ntex ——纤维的特数（tex，dtex）；Nden——纤维的旦数（d）。
（2）断裂应力（强度极限）——指纤维单位截面上能承受的最大拉力。
单位为N/mm2（即MPa）。
其计算式为：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）。
（3）断裂长度（Lp）——是指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，该长度即为断裂长度。
其计算公式为：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。
纤维强度的三个指标之间的换算式为：式中：γ——纤维的密度（g/cm3）；Ptex——纤维的特数制断裂强度（gf/tex）；Pden——纤维的旦数制断裂强度（gf/d）；g——重力加速度（等于9.8m/s2）；LR——纤维的断裂长度（km）。
可以看出，相同的断裂长度和断裂强度，其断裂应力随纤维的密度而异，只有当纤维密度相同时，断裂长度和断裂强度才具有可比性。
1.3.3断裂伸长率ε1.3.4其他指标（1）模量（刚度）：材料在低载荷时抵抗变形的能力，载荷－伸长曲线(或应力－应变曲线)起始直线段斜率。
第7章纤维的力学性质教学内容： 拉伸指标及性能 粘弹性能 弹性性能 疲劳破坏 弯曲性能（了解）第1节纤维的拉伸性质1. 拉伸曲线负荷p —伸长△ I 曲线 应力匚-应变曲线2. 拉伸性能指标 2.1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。
（1） 强力P b ：又称绝对强力、断裂强力。
――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 ）。
纤维常用cN 强度指标（2） 比强度（相对强度）p b ：或称比应力――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 ）。
（3） 断裂应力（T b ：为单位截面积上纤维能承受的最大拉力，标准单 位为帕Pa （N/m 2），常用兆帕MPa （N/mm 2）表示。
（4） 断裂长度L b ：纤维重力等于其断裂强力时的纤维长度，单位为 km 。
三类相对强度的表达式分别为：)_M_=mNpb力应 力应比R P d =-^ P b 单位为N P t 单位为N/tex N tex N denPb hiL b N mg-b=Pb-b = P 103A(5)断裂伸长率纤维拉伸至断裂时的伸长率(或应变) ，；,100%L0表示纤维断裂时的伸长变形能力的大小2.2 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，即二-;曲线在起始段的斜率。
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。
小变形情况下(<1 %),晶区大分子基本不发生形变，只有非晶区分子链发生形变——主要取决于非晶区分子链的取向度。
影响材料的保形、弹性及刚度：大，制品挺括；小，柔软2.3屈服应力与屈服伸长率屈服点：在纤维拉伸曲线上伸长变形随应力增大突然变大时的转折点。
对应屈服点处的应力或伸长率就是屈服应力和屈服伸长率屈服点前后变形情况对比：(1)之前：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一一基本上是可恢复的急弹性变形。
