14纤维生产原理5--第二篇第1章第二节 流变性质

图中，F为外部作用于整个液体的恒定的剪切力，A为 向两端无限延伸的液层的面积。液层上的剪应力为： τ=F/A （2-1） （单位：牛顿/米2，即N/m2）在恒定的应力作用下液 体的应变表现为液层以均匀的速度ν沿剪应力作用方 向移动。但液层间的粘性阻力和管壁的摩擦力使相邻 液层间在移动方向上存在速度差。管中心阻力最小， 液层移动速度最大。管壁附近液层同时受到液体粘性 阻力和管壁摩擦力作用，速度最小，在管壁上液层的 移动速度为零（假定不产生滑动时）。当液层间的径 向距离为dr的两液层的移动速度为ν和ν+dv时，则液层 间单位距离内的速度差就是速度梯度dv/dr。但液层移 动速度v等于单位时间dt内液层沿管轴x-x上移动的距 离dx，即v=dx/dt。故速度梯度又可表示为：

粘度计的几种主要类型： （1）旋转粘度计：它们通过浸入被测液中的转子的持续旋转 形成的扭矩来测量粘度值，扭矩与浸入样品中的转子被粘性 拖拉形成的阻力成比例，因而与粘度也成比例。1934年， Brookfield卖出了他的第一台表盘式粘度计，此后，他与父亲 和兄弟一起开办了一个公司并将表盘式粘度计投放市场，这 一产品后来成为世界粘度计的标准。许多协会及工业规范采 用了布氏粘度计，国内标准中的NDJ系列就是仿制它的,其中 NDJ-1相当于Brookfield的LVDV系列。 它测的是牛顿流体的绝对粘度和非牛顿流体的表观粘度，对 于有触变性的流体会出现读数先是很大，然后逐渐减小的现 象，使用不同的转子和转速得到的粘度值是不同的。所以对 我们测的象水煤浆只有固定转子、转速，稳定一段时间测定 的数值比较才有参考价值。 还有一种连续追踪淀粉糊化过程中粘度变化最常用的布拉班 德粘度计据说也是同样原理，但我没用过不敢评论。

（1）第一流动区 是聚合物液体在低剪切速率（或低应 力）范围流动时表现为牛顿型流动的区域。此时，一 种看法认为：在低剪切速率或低应力时，聚合物液体 的结构状态并未因流动而发生明显改变，流动过程中 大分子的构象分布，或大分子线团尺寸的分布以及大 分子束（网络结构）或晶粒的尺寸均与物料在静态时 相同，长链分子的缠结和分子间的范德华力使大分子 间形成了相当稳定的结合，因此粘度保持为常数。另 一种看法认为：在较低的剪切速率范围，虽然大分子 的构象变化和双重运动有足够时间使应变适应应力的 作用，但由于熔体中大分子的热运动十分强烈，因而 削弱或破坏了大分子应变对应力的依赖性，以致粘度 不发生改变。通常将聚合物流体在第一牛顿流动区所 对应的粘度称为零切粘度η。

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• 高强度高模量纤维-先进复合材料的基础
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纤维的发展趋势
• 功能纤维 – 丰富多彩的选择
• 抗静电、导电纤维（电子工业用） • 防止火灾而使用的阻燃纤维 • 运动服所用的防水透湿织物 • 体操、健美运动员使用的高弹性织物 • 内衣和医疗方面使用的高吸水纤维 • 加工袜类和医疗服装使用的防菌纤维 • 生物降解纤维 • 远红外纤维 • 抗紫外线纤维 • 分离膜用的中空纤维
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三、我国化学纤维工业的发展
• 历史短 • 20世纪50年代开始起步，以棉短绒为主要原料的粘胶纤维和以电石为 主要原料的维纶。自70年代开始，我国化学纤维工业发展的重点转向 以石油为基础原料的涤纶、锦纶、腈纶和丙纶，融入国际化学纤维发展 的主流之中。特别是70年代末，我国实行以经济建设为中心的历史性 转变，化学纤维工业进入高速度发展时期。
• 牵切纤维
• 丝束经拉伸而断裂成短纤维，纤维长度不等。
• 预取向丝
• 经高速纺制得的纤维，具有一定取向度，但仍需后处理加工。
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异型纤维
• 定义：在合成纤维成形过程中，采用异形喷丝孔纺制的具有非 圆形横截面的纤维或中空纤维，这种纤维称为异形截面纤维， 简称异形纤维。
几种非圆形喷丝孔形状及其相应纤维横截面形状 第35页/共69页
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纤维的发展趋势
• 智能纤维 – 能识别、响应、执行的高级纤维
• 智能纤维就是当纤维所处的环境发生变化时,其形状、温度、颜色和渗透速率等随之发生敏锐响应,即突 跃性变化的纤维。包括：
• pH响应纤维 • 温闽纤维 • 光敏纤维 • 形状记忆纤维
• 应用领域

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（2）断裂(duàn liè)比功Wa
定义：拉断单位(dānwèi)细度、单位(dānwèi) 长度纤维外力 所作的功。
Wa=W/(Ttex*L0)
纤维密度相同时，它对不同粗细和不同试样长 度的纤维材料具有可比性。 反映应力－应变曲线下的精品资料面积。
（3）功系数(xìshù)We
定义：实际所作功（即断裂功W，相当于 拉伸曲线下的面积）与假定功 （即断裂强力*断裂伸长）之比。
其计算式为： We=W/(Pa*△L)
We值越大表明(biǎomíng)这种材料抵抗拉 伸断裂的能力越强。 各种纤维的功系数大致在0.36-0.65间。
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（4）纤维(xiānwéi)柔顺性系数
21 C
10 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(yánxìng)纤维（玻璃纤维、 苎麻纤维等）
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五．影响纤维拉伸性能(xìngnéng)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(liè fèng)孔洞缺陷、形态结构、不均一性会 导致强度下降
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一般纤维负荷-伸长(shēn chánɡ)曲线 ★
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2.拉伸曲线反映的指标
上图所能反映(fǎnyìng)的指标有：
1.断裂强力(qiánɡ lì)（或断裂强度） 2.断裂伸长（或断裂伸长率）
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第五章 纤维的力学性质
• 常见纺织纤维拉伸曲线
比应力
亚 麻 苎麻 棉
涤纶
锦纶 锦纶 蚕丝
腈纶
粘胶 醋酯
醋酯 羊毛
应变 (%)
图5-3 不同纤维的应力-应变曲线
第五章 纤维的力学性质
• 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）——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）。
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）。
第五章 纤维的力学性质
这两种基本变形的应力应变关系如下： 虎克变形：
；σ -应力，E-模量，ε -应变
牛顿变形：
η—粘滞系数，t-时间
第五章 纤维的力学性质
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，从应力应变的变化特性方面看，可以将 “材料在外力作用下，应力～应变的关系随时间 而变的性能”叫做粘弹性。
第五章 纤维的力学性质
• 多数纤维随相对湿度的提 高，纤维中所含水分增 多，分子间结合力越弱，结晶区越松散，因此纤 维的强度降低，伸长增大、初始模量下降。但天 然纤维素棉、麻的断裂强度和断裂伸长却随相 对 湿度的提高而上升。化学纤维中，涤纶、丙纶基 本不吸湿，它们的强度和伸长率几乎不受相对湿 度的影响。相对湿度对纤维强度与伸长度的影响， 视各自吸湿性能 的强弱而不同，吸湿能力越大的， 影响较显著，吸湿能力小的，影响不大。