纺织材料学课件第十章 纺织材料的力学性质

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(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。
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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
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（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。
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（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)
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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；
（见下表）
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聚合度
22
取向度
取向度
Flash文件\粘胶拉伸图_.exe
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2
模( N量/) c m
2
应( N力 (% )
聚丙烯纤维
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始
服
初
屈
（2）大气的温湿度
空气的温湿度高，则纤维的温湿度高。 ①温度
温度高，强力减小，伸长率增加。 温度升高，大分子热运动能高，柔曲性提高， 分子间结合力削弱，因此强力减小。
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拉伸力（P）
(2)拉伸断裂机理
①受拉系统纱线变直，非受拉系统纱线变得更为弯 曲。交织点作用力增加，切向阻力增加。
②拉伸初始织物伸长主要因纱线弯曲减小；后阶段 伸长主要因纤维和纱线的伸长与变细，且使织物 变薄。
③非受拉伸纱线弯曲增加，长度缩短，夹口处变形 较小，中间较大，试样逐渐收缩，出现束腰现象 。
纺织材料学课件第十章 纺织材料的力学性质
本章主要内容 第一节 纺织材料的拉伸性质 第二节 表面摩擦性质 第三节 拉伸疲劳
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第一节 纺织材料的拉伸性质
一、拉伸性能的基本指标 P51
（一）拉伸断裂强力 Pb
定义：将纤维或纱线拉伸至断裂时所需的力， 又称绝对强力、断裂强力。
单位：牛顿（N）、厘牛（cN）、克力（gf） 对不同粗细的纤维或纱线，没有可比性。
单纱强度 内外层纤维均匀受力，
强力最大；
合股反向加捻对股线强度的影响
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（三）织物拉伸测试方法、断裂机理及影响因素
1. 测试方法 ➢ 机织物、非织造布：扯边纱条样法、抓样法、 剪切条样法
上夹头
针织物 梯形样
缝边
织物
(a) 下夹头 (b) (c) (d)
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➢ 针织物：梯形试条、环形试条。因为矩形针织物 试样拉伸时，夹口处的应力特别集中而使试样在 钳口附近断裂。
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2.比强度P0（相对强度） 纤维或纱线1tex粗细时能承受的最大拉伸力。
p0 Pb / Ntex
单位为N/tex，常用cN/dtex
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3.断裂长度L
纤维或纱线的自身重量与其断裂强力相等 时所具有的长度。
L10P 00 g
P5公 2 2式 -4错 5 误
式中：L－断裂长度（Km）；
P0—断裂比强度（cN/dtex）； g－重力加速度。
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各指标间的换算关系见表2-11：
ptex103 9 pden103
ptex 9 pden
Lp
ptex 103 g
9
pden103 g
式中单位： σ－N/mm2;
－g/cm3;
Lp－km;
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（三）断裂伸长率(应变率，或应变)εa
材料拉伸时一般要伸长，纤维或纱线拉伸到断裂 时的伸长率，叫断裂伸长率εa。
滑脱。当纤维的长度小于2 Lc时，纱线拉伸断裂时 纤维必定滑脱。
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②断口形式 齐口式
纤维以断裂为主，如捻度很高的短纤纱。 毛笔头式
纤维以滑脱为主，如捻度很低的短纤纱和 无捻长丝纱。
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（2）混纺短纤纱
拉伸过程还受其它因素的影响。
① 当两种纤维断裂伸长率接近时，随强度大 的纤维含量↑，混纺纱的强度↑。图a。
部分纤维承担外力，其它纤维松弛，不同时 断裂导致膨体纱的强度比环锭纱小。
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（5）变形丝（纱）和弹力丝 纤维呈螺旋弹簧形的空间皱曲曲线，断裂伸
长率很高。开始时拉伸力小，变形大。各拉伸曲 线如下图。
弹和纱形变图伸拉丝力
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2. 影响纱线拉伸断裂的因素
（1）纤维的性能 ➢纤维长度：其它条件相同时，纤维长度越长， 成纱强力越大； ➢纤维强度：其它条件相同时，纤维强力越大， 成纱强力越大； ➢纤维细度：其它条件相同时，纤维越细，成纱 强力越大。
求法：应变1％处应力的100倍）
拉伸应力伸长率曲线
物理意义：表示材料在小负荷下变形的难易程度， 即材料的刚性。E小，材料柔软，如羊毛、粘胶等； 涤纶的E高，故织物挺括；E的大小与分子结构及聚 集状态有关。
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(2) 屈服应力和应变 屈服点：拉伸曲线图上斜率由较大转向较小时
的转折点。屈服点所对应的应力和伸长率为屈服应 力和屈服应变(伸长率)。
的改善以及大分子的滑移等引起。
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2.影响纤维强伸性的因素
（1） 纤维的内部结构 ➢ 聚合度n：随n↑而↑ （大分子不易抽拔出，且横 向结合力更大），但增加到一定值再继续↑，强度 不再↑ 。 ➢ 取向度：取向度增大（受力的大分子数增多）强 度增加，但大分子滑移量减少使得断裂伸长率降 低。如麻的取向度大，强度高。 ➢ 结晶度：结晶度愈高（缝隙孔洞少，分子结合力 大），断裂强度、屈服应力和初始模量较高，伸 长小，脆性大。
样长度）的纤维或纱线所需作的功，单位N/mm2 。
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二、纺织材料的拉伸断裂机理及影响因素 （一）纤维拉伸断裂机理及影响因素 1.断裂机理 受力开始，非结晶区内最短的大分子链伸直； 继续拉伸，受拉大分子的键长、键角增加，部分 最伸展的大分子从结晶区抽拔出，个别被拉断，结 晶区间的距离增大，非结晶区中大分子的平行度提 高；
拉力的根数多，所以强力高。
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（二）纱线的断裂机理及影响因素
1.纱线断裂机理 （1）传统环锭纱
外层纤维螺旋倾角大，纤维伸长大，张力大； 内层纤维张力小；中心纤维皱曲状态；故拉伸时受 力不匀，外层纤维受力大，先断裂。
拉力由更少的纤维承担，且外层对内层的压力 解除，内层纤维很快滑脱或被拉断。
纱线拉伸断裂时，纤维的断裂与滑移并存。
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继续进行，分子间的横向联系破坏，大批分子 抽拔，伸长迅速增大； 继续拉伸，大分子基本沿纤维轴向排列，结晶 区松散，分子间结合力可能又会增加； 再继续拉伸，结晶区更松散，部分大分子被拉 断或抽拔，最后在整根纤维最薄弱的截面上断开。
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综上： 纤维的断裂：大分子的断裂和大分子间结合
力的破坏而引起； 纤维的伸长：大分子的伸直、伸长、取向度
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①纤维断裂和滑脱的判别 取决于断裂截面两端周围的纤维对该纤维的摩
擦力（F1，F2）。P为纤维的断裂强力。 F1>P 且F2>P，纤维断裂； F1<P 或F2<P，纤维滑脱； F1和F2与纤维伸出断裂截面的长度有关，开始
被抽拔出的长度Lc，称为“滑脱长度” 。 纤维伸出断裂截面一端的长度小于Lc时，纤维
a
l L0
LaL010% 0 L0
式中：L0－试样原长； La－试样拉断时的长度。
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（四）拉伸变形曲线和有关指标 1. 拉伸变形曲线 （1）负荷—伸长曲线(P —△l )：
负荷为纵坐标，伸长为横坐标。 对不同粗细和不同试样长度的材料没有可比 性。
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（2）应力-应变曲线( - )
相对负荷（应力、比强度等）为纵坐标，伸长 率为横坐标。
合成纤维与羊毛混纺的织物， 随合成纤维的增加，混纺织物 的强力增加。（右图）
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三、纺织材料的蠕变和松弛
纺织材料突然加力、力保持、力卸载、再力 保持（P=0）所对应的变形如下图所示。
（一）蠕变
保持拉伸力不变，材料的变形随时间而变化 的现象。
蠕 变 图
P
P0
O
t
t1
2
O
P
P0
1
t1
O
t1
t
2
1
O
t1
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断裂应力σa ：断裂点a对应的拉伸应力。 断裂伸长率εa：断裂时的伸长率。
拉伸应力伸长率曲线
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不同的材料拉伸曲线形状不同，如图。分三类：
①高强低伸型：如麻、棉 ②高强高伸型：如锦纶、涤纶 ③低强高伸型：如羊毛
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2. 有关指标
（1）初始模量
Et g /
应力-应变曲线上初始一段直
线部分的应力应变比值。（简便
天然纤维织物的负荷伸长曲线
伸长 (cm)
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②断裂功与断裂比功 断裂功：拉伸断裂时外力对织物所做的功，即织