第七章 纤维材料的机械性质

纤维材料有哪些
纤维材料是由纤维形成的材料，具有轻质、高强度、耐热、耐腐蚀等特点，广泛应用于航空航天、汽车、建筑、纺织等领域。

下面介绍一些常见的纤维材料。

1. 玻璃纤维：玻璃纤维是由玻璃材料熔制成纤维状后制成的材料，具有良好的电绝缘性能和机械性能，常用于制作绝缘件、阻燃材料、建筑材料等。

2. 碳纤维：碳纤维由含碳高达95%以上的聚丙烯腈纤维制成，具有很高的强度和刚度，优异的耐腐蚀性能和电导率，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。

3. 高分子纤维：高分子纤维可以分为天然纤维和合成纤维两类。

天然纤维包括棉花纤维、木纤维、麻纤维等，具有柔软舒适的性质，广泛应用于纺织、医疗、装饰等领域。

合成纤维包括聚酯纤维、尼龙纤维、聚丙烯纤维等，具有良好的拉伸性能和耐磨性能，广泛应用于纺织、土木工程等领域。

4. 陶瓷纤维：陶瓷纤维是由矿石矿渣等原料经高温熔融后拉拔而成，具有良好的耐高温性能和耐腐蚀性能，常用于隔热材料、耐火材料等。

5. 金属纤维：金属纤维由金属丝制成，具有良好的导电性和导热性，广泛应用于电子、通信、热技术等领域。

6. 聚酰胺纤维：聚酰胺纤维具有良好的力学性能、耐温性能和
化学稳定性，常用于制作高强度的绳索、钓线、缝纫线等。

7. 果胶纤维：果胶纤维是由果胶材料制成的纤维，具有优良的附着性和保水性，常用于制作面料、纸张、胶带等。

除上述纤维材料外，还有许多其他类型的纤维材料，如蓝藻纤维、纳米纤维、陶瓷纤维等，在不同领域都有着广泛的应用前景。

纤维材料的不同种类具有各自独特的优点和特点，可以根据具体的需求选择适合的纤维材料。

纤维材料的工艺语言纤维材料是一种具有高强度、轻质、柔韧性和良好的抗腐蚀性能的材料。

它们广泛应用于航空航天、汽车、建筑、生活用品等领域。

纤维材料的制作过程需要精湛的工艺技术和严格的质量控制。

以下将从纤维材料的种类、制作工艺以及应用领域等方面进行详细的介绍。

一、纤维材料的种类1. 碳纤维：碳纤维是一种具有高强度和低密度的材料，通常由聚丙烯或聚丙烯腈纤维制成。

碳纤维可以用于制作航空航天器件、汽车零部件、体育器材等。

2. 玻璃纤维：玻璃纤维是一种具有优良的机械性能和耐腐蚀性能的材料，通常由熔融的玻璃纤维束拉丝而成。

玻璃纤维可以用于制作建筑材料、船舶结构、电子产品外壳等。

3. 聚合物纤维：聚合物纤维是一种具有优良的柔韧性和耐磨性能的材料，通常由聚酯、聚酰胺或聚烯烃等高分子材料制成。

聚合物纤维可以用于制作服装、家具、车辆内饰等。

二、纤维材料的制作工艺1. 碳纤维制作工艺：碳纤维的制作工艺主要包括纤维原料的选取、纤维制备、预浸料的制备、层叠成型、热压成型等环节。

在制备碳纤维的过程中，需要严格控制原料的质量、温湿度和压力等参数，以保证碳纤维制品的质量和性能。

三、纤维材料的应用领域1. 航空航天领域：碳纤维是一种重要的航空航天材料，它可以用于制作飞机、导弹、航天器等。

碳纤维制品具有优良的耐腐蚀性能和高强度，可以大幅减轻航空航天器件的重量，提高其飞行性能。

2. 汽车领域：纤维材料在汽车领域的应用越来越广泛，特别是碳纤维和玻璃纤维。

碳纤维可以用于制作汽车车身、底盘、发动机零部件等，而玻璃纤维可以用于制作汽车外壳、车窗等。

3. 建筑领域：玻璃纤维是一种重要的建筑材料，它可以用于制作建筑墙体、屋顶、地板、隔热材料等。

玻璃纤维制品具有优良的耐候性和抗腐蚀性能，可以有效延长建筑物的使用寿命。

4. 体育器材领域：碳纤维具有优良的柔韧性和抗冲击性能，因此在体育器材领域得到广泛应用。

滑雪板、高尔夫球杆、网球拍等都可以采用碳纤维材料制作，以提高其使用性能。

题型一：【名词解析】1.纤维: 通常是指长宽比在103倍以上、粗细为几微米到上百微米的柔软细长体。

2.化学纤维: 凡用天然的或合成的高聚物以及无机物为原料，经过人工加工制成的纤维状物体统称为化学纤维。

3.差别化纤维: 通常是指在原来纤维组成的基础上进行物理或化学改性处理，使性状上获得一定程度改善的纤维。

4.复合纤维: 是将两种或两种以上的高聚物或性能不同的同种聚合物通过一个喷丝孔纺成的纤维5.超细纤维: 细度<0.9dtex的纤维称为超细纤维6.高收缩纤维: 是指纤维在热或热湿作用下的长度有规律弯曲收缩或复合收缩的纤维7.吸水吸湿纤维: 是指具有吸收水分并将水分向临近纤维输送能力的纤维8.功能纤维: 是满足某种特殊要求和用途的纤维，即纤维具有某特定的物理和化学性质9.棉纤维成熟度: 即纤维胞壁的增厚的程度.10.原纤(fibril): 是一个统称，有时可代表由若干基原纤或含若干根微原纤，大致平行组合在一起的更为粗大的大分子束。

11.纤维结晶度: 是指纤维中结晶部分占纤维整体的比率.12.非晶区: 纤维大分子高聚物呈不规则聚集排列的区域称为非晶区，或无定形区13.取向度: 不管天然纤维还是化学纤维，其大分子的排列都会或多或少地与纤维轴向一致，这种大分子排列方向与纤维轴向吻合的程度称作取向度14.特克斯（tex）: 简称特，表示千米长的纤维或纱线在公定回潮率时的质量克数。

15.旦数即旦尼尔数（Denier）: 又称纤度。

是指9000m长的纤维在公定回潮率时的质量克数16.公制支数简称支数: 是指在公定回潮率时1g纤维或纱线所具有的长度米(m)数17.主体长度: 是指一批棉样中含量最多的纤维长度.18.品质长度: 是指比主体长度长的那一部分纤维的重量加权平均长度,又称右半部平均长度19.滑脱长度: 短纤纱拉断时,从纱的断面中抽拔出的纤维的最大长度. 20.吸湿性: 通常把纤维材料从气态环境中吸着水分的能力称为吸湿性21.平衡回潮率: 是指纤维材料在一定大气条件下，吸、放湿作用达到平衡稳态时的回潮率。

20101.分子的内旋转与分子构象：分子的内旋转：大分子链中的单键在能绕着它相邻的键按一定键角旋转。

分子构象：分子链由于围绕单键内旋转而产生的原子在空间的不同排列形式。

（？）2.相对湿度和预调湿：相对湿度：指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比。

预调湿：对纤维材料进行（45±2）℃的预烘，此烘干过程称为预调湿。

3.差微摩擦效应与毡缩性：差微摩擦效应：羊毛纤维特有的现象即顺鳞片摩擦的摩擦系数小于逆鳞片摩擦系数，△μ=μ逆-μ顺＞0，用δ表示：δ=2x（μ逆-μ顺）/（μ逆+μ顺）= △μ/。

毡缩性：羊毛纤维在湿热或化学试剂作用下，经机械外力反复作用，纤维集合体逐渐收缩紧密并相互穿插纠缠，交编毡化的特性。

4.浸润的滞后性与平衡态浸润：浸润滞后性：指固体表面第一次浸润和第二次浸润间存在的差异，且第一次浸润角恒大于第二次浸润角。

平衡态浸润：纤维的浸润是指纤维与液体发生接触时的相互作用过程，这一过程中达到平衡不变的液体形状的浸润，称为平衡态浸润。

5.复合纺：利用两种或两种以上不同性状的单纱或长丝束加工成一根纱线。

6.织物结构相和织物组织：织物结构相：织物中经纬纱线相互交织呈屈曲状态的构相，一般由经纱屈曲波高与纬纱屈曲波高的比值来决定。

织物组织：机织物中经纬纱线相互交织的规律和形式。

7.织物的耐热性及热稳定性：在热作用下，织物形态稳定，无过大的变形或软化，强度和模量无明显下降，化学性能稳定，无明显分解和挥发；在低温环境下不脆化，不龟裂损伤，柔软可用。

附：纺织材料学------纺织基础知识第一章绪论第二章天然纤维素纤维第三章天然蛋白质纤维第四章化学纤维第五章纺织材料的吸湿性第六章纤维材料的机械性质第七章纤维材料的光学、电学性质第八章纱线结构与性能第九章织物的基本结构参数、基本性质第一章绪论1.1 特点 1.2 研究内容1.3纺织纤维的分类（普通纤维）1.4 纱线的分类 1.5 织物分类 1.6 纺织材料的发展内容提要：本课程的地位、性质、特点、基本内容，纺织材料的概念及简要分类。

20001、准结晶结构：腈纶在内部大分子结构上很独特，成不规则的螺旋形构象，且没有严格的结晶区，属准结晶结构。

2、纤维的流变性质：纤维在外力作用下，应力应变随时间而变化的性质。

3、多重加工变形丝:具有复合变形工序形成的外观特征，将其分解后可看到复合变形前两种纱线的外观特征。

20011、织物的舒适性：织物服用性能之一，是指人们在穿着时的感觉性能。

狭义的舒适性是指在环境-服装-人体系列中，通过服装织物的热湿传递作用，经常维持人体舒适满意的热湿传递性能。

隔热性、透气性、透湿性以及表面性能对舒适性影响很大。

广义的舒适性除了包括上述屋里因素外，还包括心理、生理因素。

2、机织物的紧度：紧度：纱线的投影面积占织物面积的百分比，本质是纱线的覆盖率或覆盖系数。

有经向紧度E T，纬向紧度E w和总紧度E z之分。

3、捻系数：表示纱线加捻程度的指标之一，可用来比较不同粗细纱线的加捻程度。

捻系数与纱线的捻回角及体积重量成函数关系。

特数制捻系数at=Tt Nt;Tt特数制捻度（捻回数/10cm）,Nt特(tex) 公制捻系数at=Tm/Nm；Tm公制捻度（捻回数/m）,Nm公制支数(公支)，捻系数越大，加捻程度越高。

4、高聚物热机械性能曲线：将非晶态高聚物在不同的温度作用下，测量纤维的伸长变形和弹性模量随温度的变化，可以分别得到变形-温度曲线和模量-温度曲线，也称热机械曲线。

20021、热定型：就是利用合纤的热塑性，将织物在一定张力下加热处理，使之固定于新的状态的工艺过程。

（如：蒸纱、熨烫）2、转移系数：衡量混纺纱中不同品种的纤维在截面上向外或向内分布程度指标M＞0 表示这种纤维向纱的外层转移，M↑表示向外转移程度越大，M=100% ，表示两种纤维在纱的断面内完全分离； M＝0 混纺纱中纤维呈均匀分布M＜0 纤维向内转移，M↑表示向内转移程度越大，M＝－100% 纤维集中分布在纱的内层。

3、随机不匀：纱条中纤维根数及分布不匀，称随机不匀或极限不匀。

1.什么是纤维？什么是纺织纤维？2. 纺织纤维分为哪些种类？试举例说明。

再生纤维和合成纤维所使用的原料有何不同？3. 有关纱线的基本概念：长丝纱短纤纱股线混纺纱混纤丝变形纱花式纱4.由各种纱线制成的织物，按其基本结构的构成方法可分为哪些种类？第一章纤维结构基本知识2. 1. 纤维的结构分为哪些层次？各自研究的对象是什么？2. 纺织纤维的近程结构（一次结构）有何特点？3. 纺织纤维的聚集态结构大致可分为哪些微观结构层次？各级微观结构层次有何特点？4. 基本概念：单基构型构象内旋转多重能量最小值聚合度5. 纤维聚集态结构的理论模型主要有哪几种？什么是缨状胶束结构？缨状原纤结构模型与缨状胶束结构模型的主要异同点是什么？6.基本概念：晶胞晶格结晶度取向度第三章纤维的力学性质3.1．分析纤维的拉伸断裂过程，说明拉伸曲线的特征。

2．纤维的拉伸曲线可分为哪几类？各自的特征如何？并分析形成原因。

3．表征拉伸性能的指标有哪些？各自的物理含义如何？怎样从拉伸曲线上取得这些指标？4．影响纤维拉伸性质的因素有哪些？并加以说明。

5．测试条件和纤维强伸性的关系如何？加以分析。

6.纤维的变形有哪几部分组成？其形成机理如何？4.第四章纤维的物理性质5.1．何为导热性（保暖性）？表征导热性的指标有哪些？各自的物理含义如何？2．分析影响导热性能的因素。

3．如何评价纤维材料的燃烧性能？4．分析合成纤维热收缩的形成机理，如何表征热收缩的程度？5．纤维的物理状态和温度间的关系如何？6．试述热塑性纤维的定型机理。

7．试述静电产生的机理。

8．纤维光泽的形成机理如何？光泽由哪几部分反射光组成？9．影响纤维光泽的因素有哪些？并加以分析。

10．吸湿等温线的特征如何？分析形成机理。

11．吸着水分的种类有哪些？各有何特征？12．何为平衡回潮率？为什么要引入？13．吸湿保守性的含义？分析形成原因。

第五章天然长丝纤维6.1．蚕丝的几何形态有何特征？2．蚕丝的物质组成和化学组成是什么？3．蚕丝中氨基酸的组成有何特点？4．蚕丝成纤前后多肽长链分子的构象有哪些种类？各存在于成纤的哪个阶段？5．蚕丝的主要性能有哪些？6．与桑蚕丝相比，柞蚕丝的主要性状和氨基酸组成有何特点？7．什么是柞蚕丝水迹？其产生原因是什么？有何防范措施？7.第六章天然短纤维8.1．棉纤维的形态结构有何特点？2．什么是棉纤维的成熟度？表示成熟度的指标有哪些？成熟度与棉纤维的性能有何关系？3．试述棉纤维的主要性能特点。

纺织材料学习题库纺织材料学习题库绪论1、名词解释：纺织材料、纺织材料学、纤维、纺织纤维、单基、聚合度、结晶度、取向度、两相结构、特克斯、旦尼尔、公制支数、产业用纺织品2、纺织材料学是研究内容是什么？3、纺织工业在政治、经济、生活中的地位和作用如何？4、列表对纺织纤维做一简要分类。

5、纺织纤维应具备什么条件？6、构成纺织纤维的大分子一般具有什么条件？7、结晶度与纤维结构及性能有何关系？8、取向度与纤维结构及性能有何关系？9、天然纤维与化学纤维的形态结构分别由什么因素决定的？10、说出纤维的六级微观结构的名称。

第一章天然纤维素纤维1.名词解释：原棉、细绒棉、长绒棉、锯齿棉、皮辊棉、白棉、黄棉、灰棉、成熟度、成熟度系数、天然转曲、双边结构、手扯长度、主体长度、品质长度、短绒率、基数、长度均匀度、跨距长度、马克隆值、精干麻、工艺纤维2、试述棉纤维的品种、初加工方式、生长发育特点及形态特征。

3、试述细绒棉与长绒棉、锯齿棉与皮辊棉的特点。

4、为什么成熟度是棉纤维的特征性质？5、试述棉纤维的结构层次和各层次的结构特点。

6、棉纤维的组成是什么？具有何化学特性？7、何谓丝光处理？丝光处理后棉纤维的结构与性能有何变化？8、试述纤维长度与纺纱加工及成纱质量的关系。

9、常用的测定纤维长度的方法有哪些？各适合于测哪些纤维？10、试述纤维细度与纺纱加工及成纱质量的关系。

11、常用的测定纤维细度的方法有哪些？各适合于测哪些纤维？12、原棉检验通常有哪些方法和项目？13、何谓棉纤维成熟度，其与纺纱加工及成纱质量有何关系？14、作出棉纤维的自然排列图、长度-重量分布曲线、照影仪曲线，说明它们的关系。

15、试述原棉标志的含义。

16、简述常用麻纤维的基本品质特征、形态特征。

17、何谓工艺纤维？为什么苎麻可用单纤维纺纱，而亚麻、黄麻等却不可以？18、试介绍不同类别麻纤维的应用。

19、列表比较棉与苎麻的结构与性能异同点。

20、亚麻在产业用纺织品领域有何应用？第二章天然蛋白质纤维1、名词解释：同质毛、异质毛、支数毛、级数毛、两型毛、卷曲、品质支数、摩擦效应、鳞片度、茧丝、丝素、生丝、精炼丝、丝鸣1.单根羊毛的宏观形态特征是怎样的？羊毛纤维从外向里由哪几层组成？2.概述羊毛的细度特点及指标。

纤维材料的机械性质1 拉伸性质2 影响纤维断裂的外在因素3粘弹体力学特征4纤维的表面力学性质5纺织纤维的弯曲、扭转和压缩内容提要：描述纤维拉伸性质的指标；影响纤维断裂强伸度的测试条件；粘弹体的基本力学特征；纤维的表面力学性质；纤维弯曲、扭转、压缩破坏的形式及基本指标。

重点难点：影响拉伸、摩擦的因素，粘弹体的基本力学特征。

难点是影响因素的分析和蠕变、应力松弛、疲劳解决方法：注意深入浅出、启发式教学。

多举例。

纺织纤维的机械性质（或力学性质）是纤维及其制品在使用过程中的重要性质之一。

纤维材料的力学性质的好与坏（优与劣）是根据它在受外力作用时，所表现的耐破坏性能（不一定拉断）来评价的。

纤维在外力作用下遭到破坏的形式很多，其中以拉伸断裂为最主要的破坏形式。

第一节拉伸性质各种材料都有自己所独有的拉伸性质，要表征这一客观变化规律，我们要借助于各种指标，这些指标可告诉我们这些变化规律的变化状况及特征，从而帮助我们了解拉伸断裂的本质、拉伸断裂的机理。

一、拉伸断裂指标：（对于各类指标大家应从以下几个方面理解和记忆：（1）定义，（2）公式，（3）单位，（4）表示纺织材料的什么特征等）（一）绝对强力P纤维材料受拉伸至断裂时，所能承受的最大负荷。

单位：牛顿，厘牛顿。

（二）相对强力指标：1、断裂应力：σ，材料单位面积上承受的拉断力。

单位：牛顿/毫米2 ，厘牛/毫米2。

（在前面章节的学习中，大家一定知道了，我们的纺织纤维绝大多数，其横截面是不规则的，加上有的还有空隙、孔洞等，拉伸时还在不断变化，使得其面积很难求测，所以该指标在日常应用中多用于理论研究。

实际生产中很少使用。

）2、强度（比强度）：P0，单位细度的材料断裂时所能承受的最大负荷。

单位：牛顿/特克斯，厘牛/分特克斯3、断裂长度：LR，纤维由自身重力将本身拉断时所具有的长度。

单位：千米。

4、湿干强度比：η，湿强度占干强度（标准大气下）的百分率。

η=湿强/干强×100%了解材料吸湿后强度的变化状况，绝大多数纤维是η＜100%，而棉麻等天然纤维素纤维则＞100%，希望大家能够解释。