1 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
2 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／mm2（即兆帕）。
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：Ptex﹦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×Ptex×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
名词解释1.等电点： 调节溶液 pH 值， 使蛋白质分子上正、 负离子数目相等，
此溶液的 pH 值， 即为该蛋白质的等电点。
2. 羊毛的缩绒性：羊毛在湿、 热条件下经外力的反复作用， 纤维之间互相穿插纠缠，纤维集合体逐渐收缩变得紧密，这种性能称为羊毛的缩绒性。
3. 回潮率：回潮率系指纺织纤维内水分质量与绝对干燥纤维质量之比的百分数。
4．碘值：是指 1g 干燥纤维素能还原 c(1/2I2)=0.1mol/l 的碘溶液的毫升数.
5. 聚集态结构： 聚集成一定规则排列 聚集态结构 指具有一定构象的高分子链通过范德华力或氢键的作用的情况。
6. 过缩：将受到拉伸应力的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理很短时间，然后除去外力 并在蒸汽中任其收缩，纤维能够收缩到比原来的长度还短，这种现象称为“过缩”
7.竞聚率:共聚反应中自聚能力与共聚能力的比值。
8.力学松弛现象:聚合物的力学性质随时间而变化的现象总称为力学松弛现象。
9.溶胀:纤维在吸湿的同时伴随着体积的增大，这种现象称为溶胀。
10.纤维素分子:纤维素是β-D-葡萄糖剩基以1-4苷键链接而成的线性大分子。
11.丝光:在常温下以浓烧碱溶液处理棉织物，然后再对织物施加张力的条件下，洗除织物上的碱液，从而改善棉纤维的性能，这一过程在染整工艺中称为丝光。
12.盐缩:蚕丝纤维在氯化钙、硝酸钙等中性盐类的浓溶液中处理，会发生显著膨润、收缩的现象，称为盐缩。
13.吸湿平衡：放置于某一温度和湿度下的纤维，其回潮率逐渐趋于一个稳定值，这种现象称为吸湿平衡。 14．β-分裂：当强吸电子基的α-碳原子上的醚键变得不稳定，在碱的作用下容易发生断裂。
15.链段：主链上能独立运动的最小单元
16.结晶度：结晶高分子中，晶相部分所占的百分率。
17.Tg：非晶态高分子的玻璃态和高弹态相互转化温度。
18.铜值：100g干燥纤维能使二价铜还原成一价铜的克数。
19.极限氧指数：纤维材料点燃后在氧—氮混合气体中维持燃烧所需的最低含氧量的体积分数。
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Pb：又称绝对强力、断裂强力。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。
d．断裂长度Lb：纤维重力等于其断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。
