纺织纤维的力学性质演示幻灯片.ppt

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1、第五章第五章纺织纤维纺织纤维的力学性质的力学性质1 纺织纤维的力学性质（或机械性质）是纺织纤维的力学性质（或机械性质）是纤维及其制品在使用过程中的重要性质之一。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。为最主要的破坏形式。2v第一节第一节纤维的拉伸性质纤维的拉伸性质v第二节第二

2、节纤维的蠕变、松弛和疲劳纤维的蠕变、松弛和疲劳v第三节第三节纤维的摩擦和抱合性质纤维的摩擦和抱合性质3第一节第一节纺织纤维的拉伸性质纺织纤维的拉伸性质v拉伸指标拉伸指标v拉伸曲线拉伸曲线v拉伸机理及影响拉伸的因素拉伸机理及影响拉伸的因素4一、表示纤维拉伸断裂的指标一、表示纤维拉伸断裂的指标指标有：断裂强力；断裂强度；断裂伸指标有：断裂强力；断裂强度；断裂伸长率长率51.断裂强力（绝对强力）断裂强力（绝对强力）定义：纤维能够承受的最大拉伸外力。定义：纤维能够承受的最大拉伸外力。单位：牛顿（单位：牛顿（N）；厘牛（）；厘牛（cN)。对不同粗细的纤维，强力没有可比性对不同粗细的纤维，强力没有可比性。

3、62.强度强度 拉伸强度是用以比较不同粗细纤维的拉伸拉伸强度是用以比较不同粗细纤维的拉伸断裂性质的指标。断裂性质的指标。根据采用细度指标不同，拉伸强度指标根据采用细度指标不同，拉伸强度指标有以下几种有以下几种:7(1)断裂应力断裂应力定义：指纤维定义：指纤维单位截面单位截面上能承受的最大拉力。上能承受的最大拉力。单位：单位：N/m2（帕）；（帕）；N/mm2（兆帕）。（兆帕）。其计算式为：其计算式为：=P/S式中：式中：纤维的断裂应力（纤维的断裂应力（MPa）P纤维的强力（纤维的强力（N）S纤维的截面积（纤维的截面积（mm2）8（2）断裂强度（比强度）断裂强度（比强度）定义：每特（或每旦）纤维

4、所能承受的最定义：每特（或每旦）纤维所能承受的最大拉力。大拉力。单位：单位：N/tex（cN/dtex）；）；N/den（cN/den)。其计算式为：其计算式为：Ptex=P/TtexPden=P/Nden9（3）断裂长度（）断裂长度（LR）定义：纤维的自身重量与其断裂强力相等时所定义：纤维的自身重量与其断裂强力相等时所具有的长度。具有的长度。即一定长度的纤维，其重量可将自身拉断，即一定长度的纤维，其重量可将自身拉断，该长度为断裂长度。该长度为断裂长度。其计算公式为：其计算公式为：LP=（P/g）*Nm式中：式中：LP纤维的断裂长度（纤维的断裂长度（km）P纤维的强力（纤维的强力（N）g重力加

5、速度（等于重力加速度（等于9.8m/s2）Nm纤维的公制支数。纤维的公制支数。10纤维强度三个指标之间的换算式为：纤维强度三个指标之间的换算式为：113.断裂伸长率断裂伸长率定义：纤维拉伸至断裂时的伸长率称为断裂伸长率。定义：纤维拉伸至断裂时的伸长率称为断裂伸长率。它表示纤维承受拉伸变形的能力。它表示纤维承受拉伸变形的能力。其计算公式为：其计算公式为：=（L-Lo）/Lo式中：式中：Lo纤维加预张力伸直后的长度（纤维加预张力伸直后的长度（mm）；）；L纤维断裂时的长度（纤维断裂时的长度（mm）；）；124.4.湿干强度比湿干强度比v纤维在完全润湿时的强力占干态（标准大气纤维在完全润湿时的强力占

6、干态（标准大气下）时强力的百分率。下）时强力的百分率。v材料吸湿后强度的变化状况，绝大多数纤维材料吸湿后强度的变化状况，绝大多数纤维100%100%，而棉麻等，而棉麻等100%100%。135.10%5.10%定伸长负荷定伸长负荷 v纤维拉伸纤维拉伸1010时所需要的负荷。时所需要的负荷。v专用于棉型化纤，为混纺进行性能匹配时应专用于棉型化纤，为混纺进行性能匹配时应用的指标。用的指标。14二、二、拉伸曲线及有关指标拉伸曲线及有关指标纺织纤维在拉伸外力作用下产生的应力应变关系称纺织纤维在拉伸外力作用下产生的应力应变关系称为拉伸性质。为拉伸性质。1、拉伸曲线定义拉伸曲线定义负荷负荷-伸长曲线伸长曲

7、线：表示纤维在拉伸过程中的负荷和伸：表示纤维在拉伸过程中的负荷和伸长的关系曲线。长的关系曲线。应力应力-应变曲线应变曲线：表示纤维在拉伸过程中的应力和应：表示纤维在拉伸过程中的应力和应变的关系曲线。变的关系曲线。两个曲线所反映的纤维强伸关系规律是一致的，两个曲线所反映的纤维强伸关系规律是一致的，不同的只是坐标的量纲。不同的只是坐标的量纲。1516一般纤维负荷一般纤维负荷-伸长曲线伸长曲线17上图所能反映的指标有：上图所能反映的指标有：1.断裂强力（或断裂强度）断裂强力（或断裂强度）2.断裂伸长（或断裂伸长率）断裂伸长（或断裂伸长率）2.拉伸曲线反映的指标拉伸曲线反映的指标183.初始模量初始模

8、量E定义：纤维负荷定义：纤维负荷-伸长曲线上起始一段直线部分伸长曲线上起始一段直线部分（或伸长率为（或伸长率为1%时）的应力和应变比值。时）的应力和应变比值。纤维应力纤维应力-应变曲线上起始段的斜率。应变曲线上起始段的斜率。其大小表示纤维在小负荷作用下变形的难易程其大小表示纤维在小负荷作用下变形的难易程度，它反映了纤维的刚性。度，它反映了纤维的刚性。E越大表示纤维在小负荷作用下不易变形，刚性越大表示纤维在小负荷作用下不易变形，刚性较好，其制品比较挺括；较好，其制品比较挺括；E越小表示纤维在小负荷作用下容易变形，刚性越小表示纤维在小负荷作用下容易变形，刚性较差，其制品比较软较差，其制品比较软。天

9、然纤维：麻天然纤维：麻棉棉丝丝毛；毛；再生纤维：富纤再生纤维：富纤粘胶粘胶醋纤；醋纤；合成纤维：涤纶合成纤维：涤纶腈纶腈纶维纶维纶锦纶锦纶194.屈服应力与屈服伸长率（屈服应变）屈服应力与屈服伸长率（屈服应变）屈服点：曲线坡度由较大转向较小（伸长由较屈服点：曲线坡度由较大转向较小（伸长由较小转向较大）部分的转折点。小转向较大）部分的转折点。屈服应力：屈服点处所对应的应力。屈服应力：屈服点处所对应的应力。屈服应变：屈服点处所对应的应变。屈服应变：屈服点处所对应的应变。2021v纤维在屈服以前产生的变形主要是纤维大分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子链本

10、身的键长、键角的伸长和分子链间次价键的剪切，所以价键的剪切，所以基本上是可恢复的急弹性基本上是可恢复的急弹性变形变形。而屈服点以后产生的变形中，有一部。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分是大分子链段间相互滑移而产生的不可恢复的复的塑性变形塑性变形。v屈服点高的纤维，不易产生塑性变形，拉伸屈服点高的纤维，不易产生塑性变形，拉伸弹性较好，其制品保形性好，不易起拱，起弹性较好，其制品保形性好，不易起拱，起皱。皱。225断裂功、断裂比功和功系数断裂功、断裂比功和功系数（1）断裂功）断裂功W定义：指拉断纤维过程中外力所作的功，或纤定义：指拉断纤维过程中外力所作的功，

11、或纤维受拉伸到断裂时所吸收的能量。维受拉伸到断裂时所吸收的能量。W是强力和伸长的综合指标，用来有效评价纤维是强力和伸长的综合指标，用来有效评价纤维的坚牢度与耐用性能。的坚牢度与耐用性能。W大，说明纤维的韧性好，耐疲劳性能强，能承大，说明纤维的韧性好，耐疲劳性能强，能承受较大的冲击。受较大的冲击。在负荷在负荷-伸长曲线上，断裂功就是曲线下所包含的伸长曲线上，断裂功就是曲线下所包含的面积。面积。对不同粗细和长度的纤维没有可比性。对不同粗细和长度的纤维没有可比性。23（2）断裂比功）断裂比功Wa 定义：拉断单位细度、单位长度纤维外力定义：拉断单位细度、单位长度纤维外力所作的功。所作的功。Wa=W/(

12、Ttex*L0)纤维密度相同时，它对不同粗细和不同试样长纤维密度相同时，它对不同粗细和不同试样长度的纤维材料具有可比性。度的纤维材料具有可比性。反映应力应变曲线下的面积。反映应力应变曲线下的面积。24（3）功系数）功系数We定义：实际所作功（即断裂功定义：实际所作功（即断裂功W，相当于，相当于拉伸曲线下的面积）与假定功拉伸曲线下的面积）与假定功（即断裂强力（即断裂强力*断裂伸长）之比。断裂伸长）之比。其计算式为：其计算式为：We=W/(Pa*L)We值越大表明这种材料抵抗拉伸断裂的能值越大表明这种材料抵抗拉伸断裂的能力越强。力越强。各种纤维的功系数大致在各种纤维的功系数大致在0.36-0.65

13、间。间。25（4）纤维柔顺性系数）纤维柔顺性系数vC C0 0，说明曲线是直线形的，柔顺性差，如，说明曲线是直线形的，柔顺性差，如刚性纤维和低延性纤维（玻璃纤维、苎麻纤刚性纤维和低延性纤维（玻璃纤维、苎麻纤维等）维等）vC C0 0，曲线下凹，柔顺性好，如聚酰胺纤维；，曲线下凹，柔顺性好，如聚酰胺纤维；C C0 0，曲线上凸，柔顺性较差，但可塑性可，曲线上凸，柔顺性较差，但可塑性可能较好。能较好。26三、常用纺织纤维的拉伸曲线三、常用纺织纤维的拉伸曲线27拉伸曲线可分为三类：拉伸曲线可分为三类：（1）强力高，伸长率很小的拉伸曲线（棉、）强力高，伸长率很小的拉伸曲线（棉、麻等纤维素纤维），表现为

14、拉伸曲线近似直麻等纤维素纤维），表现为拉伸曲线近似直线，斜率较大（主要是纤维的取向度、结晶线，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）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）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，屈服毛、醋酯纤维等），表现为模量较小，屈服点低和强力不高点低和强力不高（3）初始模量介于）初始模量介于12之间的拉伸曲线（涤之间的拉伸曲线（涤纶、锦纶、蚕丝等纤维）纶、锦纶、蚕丝等纤维）28v纤维开始受力时，其变形主要是纤维大分子链本身纤维开始受力时，其变形主要是纤维大分子链本身的拉伸，即键长、键角的变形。拉伸曲

15、线接近直线，的拉伸，即键长、键角的变形。拉伸曲线接近直线，基本符合虎克定律。基本符合虎克定律。v当外力进一步增加，无定型区中大分子链克服分子当外力进一步增加，无定型区中大分子链克服分子链间次价键力而进一步伸展和取向，这时一部分大链间次价键力而进一步伸展和取向，这时一部分大分子链伸直，紧张的可能被拉断，也有可能从不规分子链伸直，紧张的可能被拉断，也有可能从不规则的结晶部分中抽拔出来。次价键的断裂使非结晶则的结晶部分中抽拔出来。次价键的断裂使非结晶区中的大分子逐渐产生错位滑移，纤维变形比较显区中的大分子逐渐产生错位滑移，纤维变形比较显著，模量相应逐渐减小，纤维进入屈服区。著，模量相应逐渐减小，纤维

16、进入屈服区。v当错位滑移的纤维大分子链基本伸直平行时，大分当错位滑移的纤维大分子链基本伸直平行时，大分子间距就靠近，分子链间可能形成新的次价键。这子间距就靠近，分子链间可能形成新的次价键。这时继续拉伸纤维，产生的变形主要又是分子链的键时继续拉伸纤维，产生的变形主要又是分子链的键长、键角的改变和次价键的破坏，进入强化区，表长、键角的改变和次价键的破坏，进入强化区，表现为纤维模量再次提高，直至达到纤维大分子主链现为纤维模量再次提高，直至达到纤维大分子主链和大多次价键的断裂，致使纤维解体。和大多次价键的断裂，致使纤维解体。四纤维拉伸断裂机理四纤维拉伸断裂机理29纤维拉伸断裂时的裂缝和断裂面纤维拉伸断

17、裂时的裂缝和断裂面30v纤维断裂原因有：纤维断裂原因有：大分子主链的断裂大分子主链的断裂 大分子之间的滑脱大分子之间的滑脱v纤维伸长原因有：纤维伸长原因有：大分子的伸直、伸长（键长、键角的变化）大分子的伸直、伸长（键长、键角的变化）取向度改善取向度改善 大分子之间的滑移大分子之间的滑移31五影响纤维拉伸性能的因素五影响纤维拉伸性能的因素内因内因：（1）大分子结构（大分子的柔曲性、聚合度）大分子结构（大分子的柔曲性、聚合度）大分子链的柔曲性大分子链的柔曲性纤维伸长纤维伸长聚合度聚合度：大分子间不易产生滑移，所以强度较高而伸：大分子间不易产生滑移，所以强度较高而伸长较小长较小（2）超分子结构（取向

18、度、结晶度）超分子结构（取向度、结晶度）取向度取向度：强度较大，伸长较小：强度较大，伸长较小结晶度结晶度：强度较高而伸长较小，但结晶度太大会使：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）纤维变脆（结晶区以颗粒较小，分布均匀为好）（3）形态结构）形态结构纤维中的裂缝孔洞缺陷、形态结构、不均一性会导致纤维中的裂缝孔洞缺陷、形态结构、不均一性会导致强度下降强度下降32外因外因：（1）温湿度）温湿度温度温度：强度：强度，伸长，伸长，初始模量，初始模量相对湿度相对湿度：纤维回潮率：纤维回潮率（分子间结合力减小），（分子间结合力减小），所以强度所以强度，伸长，伸长，初始

19、模量，初始模量，棉麻例外（本身聚，棉麻例外（本身聚合度高、分子链长、分子间结合力小，吸湿后大分子合度高、分子链长、分子间结合力小，吸湿后大分子张力均匀，受力大分子多），强度张力均匀，受力大分子多），强度。（2）试验条件）试验条件纤维根数：纤维根数：换算后的单纤维强力下降换算后的单纤维强力下降纤维断裂的不同时性（试样中各根纤维的强力、纤维断裂的不同时性（试样中各根纤维的强力、伸长能力、伸直状态不同）伸长能力、伸直状态不同）试样长度：试样长度：测得的强力偏低测得的强力偏低弱环定律：弱环定律：单纤维测试：试样长度单纤维测试：试样长度10mm或或20mm；束纤维；束纤维测试：测试：3mm33拉伸速度拉

20、伸速度：测得的强力较大而伸长较小测得的强力较大而伸长较小通常：通常：100隔距长度隔距长度/min其他：其他：加负荷的方式：等速拉伸型（摆锤式强力仪）加负荷的方式：等速拉伸型（摆锤式强力仪）等加负荷型（斜面式强力仪）等加负荷型（斜面式强力仪）等速伸长型（电子式强力仪，现等速伸长型（电子式强力仪，现在为国际推广方法）在为国际推广方法）强力仪的量程：强力仪的量程：夹持器的夹持情况：夹持器的夹持情况：预加张力的大小：预加张力的大小：34最单纯的形变形式有两种：理想弹性变形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）。（虎克变形）；纯粘性流动（牛顿变形）。虎克变形：虎克变形

21、：牛顿变形：牛顿变形：对以高分子为主要组成物质的纤维来讲，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。物体即为粘弹体。第二节第二节 纤维的蠕变、松弛和疲劳纤维的蠕变、松弛和疲劳35粘弹性粘弹性材料在外力作用下，应力应材料在外力作用下，应力应变的关系随时间而变的性能。变的关系随时间而变的性能。36一、纤维的拉伸变形与弹性一、纤维的拉伸变形与弹性1.纤维拉伸变形的组成纤维拉伸变形的组成纤维变形包括：可回复的弹性变形（急弹性纤维变形包括：可回

22、复的弹性变形（急弹性+缓弹性）和不可复的塑性变形缓弹性）和不可复的塑性变形急弹性变形急弹性变形：加（或去除）外力后能迅速变形。：加（或去除）外力后能迅速变形。键长、键角的变化键长、键角的变化。（一般。（一般515s）缓弹性变形缓弹性变形：加（或去除）外力后需经一定时：加（或去除）外力后需经一定时间后才能逐渐产生（或消失）的变形。间后才能逐渐产生（或消失）的变形。大分大分子链屈曲伸展、滑移错位子链屈曲伸展、滑移错位。(一般一般25min)塑性变形塑性变形：纤维材料受力时产生变形，去除外：纤维材料受力时产生变形，去除外力，不回复的变形。力，不回复的变形。链节、链段发生不可逆链节、链段发生不可逆移动

23、（粘性流动），绝对值移动（粘性流动），绝对值。372.纤维的弹性纤维的弹性（1）定义：指纤维变形的恢复能力。）定义：指纤维变形的恢复能力。（2）常用指标：）常用指标：a.弹性回复率弹性回复率Re（或称回弹率）（或称回弹率）Re=（l急急+l缓缓）/（l急急+l缓缓+l塑塑）=（L1-L2）/（L1-L0）式中：式中：L0纤维加预加张力使之伸直但不伸长时纤维加预加张力使之伸直但不伸长时的长度（的长度（mm）L1纤维加负荷伸长的长（纤维加负荷伸长的长（mm）L2纤维去负荷再加预张力后的长度（纤维去负荷再加预张力后的长度（mm）38b.弹性功率弹性功率We图中：图中：ec急弹性变形；急弹性变形；cd

24、缓弹性变形；缓弹性变形；do塑性变形；塑性变形；We=弹性恢复功弹性恢复功/拉伸所作的功拉伸所作的功=Acbe/Aoae393.影响纤维弹性的因素：影响纤维弹性的因素：（1）纤维的结构：分子链的柔曲性、分子间）纤维的结构：分子链的柔曲性、分子间力的大小力的大小（2）相对湿度；）相对湿度；（3）测试条件；）测试条件；纤维的弹性是织物获得好的尺寸稳定性与纤维的弹性是织物获得好的尺寸稳定性与抗皱性的主要因素。抗皱性的主要因素。40二、纤维的流变性质（或粘弹性质）二、纤维的流变性质（或粘弹性质）定义：纤维在外力作用下，应力应变随时定义：纤维在外力作用下，应力应变随时间而变化的性质。间而变化的性质。包括

25、蠕变和应力松弛包括蠕变和应力松弛1蠕变蠕变(1)定义：指一定温度下，纺织材料在一定定义：指一定温度下，纺织材料在一定外力作用下，其变形随时间而变化的外力作用下，其变形随时间而变化的现象。现象。41（2）曲线：）曲线：42（3）产生原因：）产生原因：随着外力作用时间的延长，不断克服大随着外力作用时间的延长，不断克服大分子间的结合力，使大分子逐渐沿着外分子间的结合力，使大分子逐渐沿着外力方向伸展排列，或产生相互滑移而导力方向伸展排列，或产生相互滑移而导致伸长增加，增加的伸长基本上都是缓致伸长增加，增加的伸长基本上都是缓弹性和塑性变形。弹性和塑性变形。432应力松弛（变形一定，应力松弛（变形一定，F

26、-t关系）关系）（1）定义：在一定温度下，拉伸变形保持）定义：在一定温度下，拉伸变形保持一定，纺织材料内的应力随时间的延续一定，纺织材料内的应力随时间的延续而逐渐减小的现象称为应力松弛。而逐渐减小的现象称为应力松弛。44（2）曲线：）曲线：45（3）产生原因：）产生原因：由于纤维发生变形时具有内应力，使大分由于纤维发生变形时具有内应力，使大分子逐渐重新排列，在此过程中部分大分子链子逐渐重新排列，在此过程中部分大分子链段间发生相对滑移，逐渐达到新的平衡，形段间发生相对滑移，逐渐达到新的平衡，形成新的结合点，从而使内应力逐渐减小。成新的结合点，从而使内应力逐渐减小。463影响纤维流变性质的因素影响

27、纤维流变性质的因素纤维本身的结构：纤维本身的结构：分子量增加，分子链的极性、交联和结晶增分子量增加，分子链的极性、交联和结晶增加，蠕变松弛减少。加，蠕变松弛减少。外界条件：如温度、湿度增加，蠕变、松弛外界条件：如温度、湿度增加，蠕变、松弛也增加也增加47.应用应用在纺织加工和使用过程中，必须注意不在纺织加工和使用过程中，必须注意不使纤维材料长期处于紧张状态，以避免蠕变使纤维材料长期处于紧张状态，以避免蠕变或应力松弛现象发生。或应力松弛现象发生。如：布机长期停车时，须使之处于综平状态，如：布机长期停车时，须使之处于综平状态，以避免经纱受力，产生应力松弛，纱线下垂，以避免经纱受力，产生应力松弛，纱

28、线下垂，再开车时由于开口不清而形成织疵。再开车时由于开口不清而形成织疵。各种卷装或机上的半制品储存太久，也会因应各种卷装或机上的半制品储存太久，也会因应力松弛而松烂。力松弛而松烂。提高温湿度可消除纤维材料的内应力，防止退提高温湿度可消除纤维材料的内应力，防止退捻和达到定形的目的等。捻和达到定形的目的等。48三、纤维的疲劳特性三、纤维的疲劳特性1.定义：纺织材料在较小外力、长时间反复作定义：纺织材料在较小外力、长时间反复作用下，塑性变形不断积累，当积累的塑性用下，塑性变形不断积累，当积累的塑性变形值达到断裂伸长时，材料最后出现变形值达到断裂伸长时，材料最后出现整体破坏的现象。整体破坏的现象。疲劳

29、破坏包括：分子滑移、分子断裂、裂缝的疲劳破坏包括：分子滑移、分子断裂、裂缝的产生与扩散、应力集中。产生与扩散、应力集中。49v疲劳破坏有疲劳破坏有两种两种。v一种一种是指纤维材料在一不大的恒定拉伸力作用下，开是指纤维材料在一不大的恒定拉伸力作用下，开始时纤维材料迅速伸长，然后伸长逐步缓慢，最后趋始时纤维材料迅速伸长，然后伸长逐步缓慢，最后趋于不明显，到达一定时间后，材料在最虚弱的地方发于不明显，到达一定时间后，材料在最虚弱的地方发生断裂。这是由于蠕变过程中，外力对材料不断作功，生断裂。这是由于蠕变过程中，外力对材料不断作功，直至材料被破坏，也称为静态疲劳或蠕变疲劳。直至材料被破坏，也称为静态疲

30、劳或蠕变疲劳。v另一种另一种是多次拉伸是多次拉伸(或动态或动态)疲劳，它是指纤维材料经疲劳，它是指纤维材料经受多次加负荷、减负荷的反复循环作用，因为塑性变受多次加负荷、减负荷的反复循环作用，因为塑性变形的逐渐积累，纤维内部的局部损伤，形成裂痕，最形的逐渐积累，纤维内部的局部损伤，形成裂痕，最后被破坏的现象。后被破坏的现象。疲劳形式有：蠕变（静止疲劳）疲劳形式有：蠕变（静止疲劳）、重复伸长、重、重复伸长、重复压缩、重复弯曲及重复扭曲（动态疲劳）复压缩、重复弯曲及重复扭曲（动态疲劳）。50纤维的多次拉伸循环纤维的多次拉伸循环51纤维的重复拉伸疲劳图纤维的重复拉伸疲劳图522.指标指标(1)纤维在一

31、定条件下拉伸至断裂时，所经历的纤维在一定条件下拉伸至断裂时，所经历的循环次数（耐久度或坚牢度）；循环次数（耐久度或坚牢度）；(2)经过一定负荷、一定次数的反复作用，测其经过一定负荷、一定次数的反复作用，测其剩余伸长的大小。剩余伸长的大小。3.纤维结构和性能与疲劳的关系纤维结构和性能与疲劳的关系(1)纤维材料纤维材料拉伸断裂功大，弹性回复性好，耐拉伸断裂功大，弹性回复性好，耐疲劳；纤维的结构缺陷少，耐疲劳；材料的内疲劳；纤维的结构缺陷少，耐疲劳；材料的内耗越小，不易老化，耐疲劳。耗越小，不易老化，耐疲劳。(2)试验条件试验条件反复加减小负荷，停顿时间短，卸反复加减小负荷，停顿时间短，卸负荷停顿时

32、间长，耐久度提高。负荷停顿时间长，耐久度提高。53第三节第三节纤维的摩擦性质纤维的摩擦性质*纤维的摩擦抱合性质与可纺性、织物的手感、起毛起球、纤维的摩擦抱合性质与可纺性、织物的手感、起毛起球、耐磨和抗皱等有关耐磨和抗皱等有关v与纺纱工艺的关系：摩擦现象贯穿于整个纺纱过程；与纺纱工艺的关系：摩擦现象贯穿于整个纺纱过程；v与纱、布关系：有了摩擦力，纱、布才具有一定价值；与纱、布关系：有了摩擦力，纱、布才具有一定价值；v与磨损的关系：纤维、机件被磨损，降低了使用价值；与磨损的关系：纤维、机件被磨损，降低了使用价值；v与发热的关系：高速缝纫可能达与发热的关系：高速缝纫可能达300C，使缝针弯曲，使缝针

33、弯曲，缝线熔融；缝线熔融；v与静电的关系：摩擦起静电，静电聚集，干扰纺纱工与静电的关系：摩擦起静电，静电聚集，干扰纺纱工艺正常进行，特别是化纤。艺正常进行，特别是化纤。54一纤维的摩擦、抱合和切向阻力一纤维的摩擦、抱合和切向阻力 1.摩擦力摩擦力F2 定义：纤维之间或纤维与机件之间，在一定义：纤维之间或纤维与机件之间，在一定定正压力作用正压力作用下，作相对滑动时所产生的下，作相对滑动时所产生的阻力。阻力。552.抱合力抱合力F1定义：纤维间在定义：纤维间在法向压力为零时法向压力为零时，做相对滑，做相对滑动时产生的切向阻力。（因为纤维具有卷动时产生的切向阻力。（因为纤维具有卷曲、曲、转曲、鳞片、

34、表面粗糙凹凸不平，转曲、鳞片、表面粗糙凹凸不平，且细长且细长柔软；纤维必须具有一定的抱合柔软；纤维必须具有一定的抱合力，棉卷、棉条才具有一定强力，纺纱工力，棉卷、棉条才具有一定强力，纺纱工艺才能顺利进行）艺才能顺利进行）56纤维的切向阻力：纤维的切向阻力：切向阻力切向阻力F=抱合力抱合力F1+摩擦力摩擦力F2N=F1+fN切向阻抗系数切向阻抗系数=F1/N+f57二纤维摩擦抱合性质的指标与测试二纤维摩擦抱合性质的指标与测试 1.抱合力的指标与测定抱合力的指标与测定（1）抱合系数）抱合系数h(cN/cm)定义：单位长度纤维上的抱合力。定义：单位长度纤维上的抱合力。测试方法：从没有法向压力的纤维条

35、中夹取一根测试方法：从没有法向压力的纤维条中夹取一根纤维，测定出这根纤维所需的力纤维，测定出这根纤维所需的力F1（cN，即抱合力）和纤维的长，即抱合力）和纤维的长l（cm）的比值。的比值。h=F1/L582）抱合长度）抱合长度Lh(m)定义：纤维条的自身重力等于其强力（即抱合力）定义：纤维条的自身重力等于其强力（即抱合力）时所具有的长度。时所具有的长度。方法：将纤维制成一定规格的没有法向压力的纤方法：将纤维制成一定规格的没有法向压力的纤维维条，在强力仪上以大于纤维长度的适当上下夹持条，在强力仪上以大于纤维长度的适当上下夹持距离拉断，测得它的强力和纤维条的特数距离拉断，测得它的强力和纤维条的特数

36、Lh=F1/Ntex式中：式中：F1纤维条的强力纤维条的强力(gf)Ntex纤维条的特数纤维条的特数59影响纤维抱合力的因素：影响纤维抱合力的因素：v纤维的几何形态（表面结构、纤维长度、纤维的几何形态（表面结构、纤维长度、卷曲度）；卷曲度）；v排列形状；刚柔性；表面油剂；排列形状；刚柔性；表面油剂；v温湿度；温湿度；v纤维卷曲或转曲多，细长而较柔软纤维卷曲或转曲多，细长而较柔软抱合力较大抱合力较大60几种纤维的抱合性能几种纤维的抱合性能 纤维种类纤维种类 纤维线密纤维线密度度(dtex)(dtex)纤维长度纤维长度(mm)(mm)20C20C时的时的抱合长度抱合长度(mgf/tex)(mgf/

37、tex)羊毛羊毛直径直径23m23m55 55 3030涤纶涤纶 4.4 4.4 70 70 6565腈纶腈纶 3.85 3.85 90904747锦纶锦纶3.3 3.3 70709595612切向阻抗系数的测定切向阻抗系数的测定绞盘法绞盘法测定纤维与纤维，纤维与金属、测定纤维与纤维，纤维与金属、陶瓷等其它材料间摩擦的切向陶瓷等其它材料间摩擦的切向阻抗系数阻抗系数。62Y151型摩擦系数测定仪型摩擦系数测定仪 63影响切向阻抗系数的因素影响切向阻抗系数的因素 1.纤维表面的性质纤维表面的性质*截面为非圆形的纤维的截面为非圆形的纤维的不易变形纤维的不易变形纤维的642.化纤油剂的影响化纤油剂的影

38、响化纤不上油，干摩擦时化纤不上油，干摩擦时切向阻抗系数切向阻抗系数大大上油少上油少（油膜在纤维表面形成单分子层（油膜在纤维表面形成单分子层)上油多上油多（属液体摩擦，与油的粘度有关）（属液体摩擦，与油的粘度有关）因为因为与上油量有关与上油量有关在一定范围内，上油量在一定范围内，上油量，；超过一定量后，上油量；超过一定量后，上油量，。油剂不仅可降低纤维比电阻，改善抗静电性能，油剂不仅可降低纤维比电阻，改善抗静电性能，还能增进纤维间抱合，增加平滑，降低纤维表面还能增进纤维间抱合，增加平滑，降低纤维表面的的。653.法向压力的影响法向压力的影响主体趋势下降主体趋势下降4.滑动速度的影响滑动速度的影响

39、由静到动，由静到动，不稳定，而后随滑动速度不稳定，而后随滑动速度，到一定的，到一定的v时时稳定。稳定。合纤在低速时，存在合纤在低速时，存在粘滑现象粘滑现象，变化较大。变化较大。一般测一般测动，动，希望希望3m/min以上。以上。66675.温湿度的影响温湿度的影响温度：温度：T变化引起油剂变化纤维性能变化变化引起油剂变化纤维性能变化随着随着T，；合纤到一定温度数值时，随着；合纤到一定温度数值时，随着T，（油剂挥发）。（油剂挥发）。湿度：湿度：RH%，则，则（v，E）当当RH%=100%时，时，最大。（接触面积最大。（接触面积）加工中加工中RH%必须加以控制，太湿，必须加以控制，太湿，加工困，加

40、工困难；太干，发脆难；太干，发脆68第四节第四节纤维的弯曲、扭转与压缩特性纤维的弯曲、扭转与压缩特性 一、纤维的弯曲纤维弯曲时的变形与破坏纤维弯曲时的变形与破坏691.纤维弯曲时受力情况纤维弯曲时受力情况：外侧外侧受拉，伸长受拉，伸长内侧内侧受压，压缩受压，压缩702.纤维抗弯刚度纤维抗弯刚度Rf定义：纤维抵抗其形状发生弯曲变形的能力。定义：纤维抵抗其形状发生弯曲变形的能力。公式：公式：Rf=Er2f/4式中：式中：r实际截面积折算成正圆形时的实际截面积折算成正圆形时的半径（半径（mm）E纤维的弯曲弹性模量（纤维的弯曲弹性模量（cN/cm2）f截面性状系数（它等于实际的惯性截面性状系数（它等于

41、实际的惯性矩与正圆形截面惯性矩之比）矩与正圆形截面惯性矩之比）71Rf大大纤维不易弯曲，不易成圈编织，耐磨性纤维不易弯曲，不易成圈编织，耐磨性差，特别是曲磨，其织物较挺爽，有身骨。差，特别是曲磨，其织物较挺爽，有身骨。Rf小小纤维易产生弯曲，易于成圈编织，其织纤维易产生弯曲，易于成圈编织，其织物较软糯。物较软糯。常用纤维常用纤维Rf由大到小的次序为：由大到小的次序为：苎麻苎麻玻纤玻纤涤纶涤纶富纤富纤腈纶腈纶维纶维纶蚕丝蚕丝棉棉锦纶锦纶羊毛羊毛72纤维种类纤维种类截面形状系数截面形状系数 f f密度（密度（g/cmg/cm3 3）初始模量初始模量E E（cN/texcN/tex）相对抗弯刚度相对

42、抗弯刚度R Rf f(10(104 4.cN.cm.cN.cm2 2）长绒棉长绒棉0.790.791.511.51872.1872.13.663.66细绒棉细绒棉0.700.701.501.50353.1353.12.462.46苎麻苎麻0.800.801.521.522224.62224.69.329.32亚麻亚麻0.870.871.511.511166.21166.24.964.96细羊毛细羊毛0.880.881.311.31220.5220.51.181.18粗羊毛粗羊毛0.750.751.291.29265.6265.61.231.23桑蚕丝桑蚕丝0.590.591.321.32141

43、.9141.92.652.65粘胶纤维粘胶纤维0.750.751.521.52515.5515.52.032.03涤纶涤纶0.910.911.381.381107.41107.45.825.82锦纶锦纶6 60.920.921.141.14205.8205.81.321.32锦纶锦纶66660.920.921.141.14214.6214.61.381.38腈纶腈纶0.800.801.171.17670.3670.33.653.65维纶维纶0.780.781.281.28596.8596.82.942.94玻璃纤维玻璃纤维1.001.002.522.522704.82704.88.548.54

44、733.纤维的钩接和打结强度纤维的钩接和打结强度纤维的断裂伸长率越大，其钩接和打结纤维的断裂伸长率越大，其钩接和打结强度越大。强度越大。74二、纤维的扭转 75抗扭刚度抗扭刚度Rt：纤维抵抗扭转变形的能力。：纤维抵抗扭转变形的能力。Rt=Et*Ip式中：式中：Et剪切弹性模量；剪切弹性模量；Ip截面极惯性矩。截面极惯性矩。Rt大大加捻时阻力较大，易遭到破坏或加捻时阻力较大，易遭到破坏或产生塑性变形，且有较强的退捻趋势产生塑性变形，且有较强的退捻趋势。76各种纤维的扭转性能各种纤维的扭转性能纤维种类纤维种类扭转截面形状系数扭转截面形状系数t t相对剪切弹性模量相对剪切弹性模量E Etltl(gf

45、/tex)(gf/tex)相对抗扭刚度相对抗扭刚度R Rf f(10(10-4 4gfcmgfcm2 2/tex)/tex)棉棉0.710.711651657.97.9羊毛羊毛0.980.9885856.76.7桑蚕丝桑蚕丝0.840.8416816810.210.2柞蚕丝柞蚕丝0.350.352302306.06.0苎麻苎麻0.770.771091095.65.6亚麻亚麻0.940.9487875.85.8普通粘胶纤维普通粘胶纤维0.930.9374744.74.7涤纶涤纶0.990.9965654.74.7锦纶锦纶0.990.9945454.04.0腈纶腈纶0.570.5799995.25

46、.2维纶维纶0.670.6775753.63.6玻璃纤维玻璃纤维1.001.0016401640646477三、纤维的压缩三、纤维的压缩单根纤维沿轴向的压缩性能，由于测量方面的困难，单根纤维沿轴向的压缩性能，由于测量方面的困难，至今研究不多。至今研究不多。纤维集合体的压缩主要表现在横向的受压。例如：在纤维集合体的压缩主要表现在横向的受压。例如：在纺织加工中加压罗拉间的受压，经纬纱交织点处的纺织加工中加压罗拉间的受压，经纬纱交织点处的受压，纺织制品打包时的受压。受压，纺织制品打包时的受压。纤维受横向压缩后，在压缩方向被压扁，在受力垂直纤维受横向压缩后，在压缩方向被压扁，在受力垂直方向上则变宽。方

47、向上则变宽。7879v纤维集合体在受强压缩条件下，纤维相互接纤维集合体在受强压缩条件下，纤维相互接触出现明显的压痕，压力严重时出现纵向劈触出现明显的压痕，压力严重时出现纵向劈裂。裂。v纤维集合体加压再去除压力后，纤维集合体纤维集合体加压再去除压力后，纤维集合体体积逐渐膨胀，但一般不能恢复到原来的体体积逐渐膨胀，但一般不能恢复到原来的体积。积。因此棉花打包有密度限制。因此棉花打包有密度限制。80总结总结v纤维拉伸指标纤维拉伸指标v纤维拉伸机理及影响因素纤维拉伸机理及影响因素v纤维的力学性质纤维的力学性质v作业作业81作业：作业：1.名词解释名词解释应力松弛、疲劳应力松弛、疲劳2.试分析影响纤维拉伸断裂的因素。试分析影响纤维拉伸断裂的因素。3.纤维被拉伸后会产生哪三种变纤维被拉伸后会产生哪三种变形？其特征如何？形？其特征如何？82试试样样VP（%）E高高强强锦锦纶纶1/600.5516.7350000.6714.75强强力力粘粘胶胶1/600.565.41420000.805.222玻玻璃璃纤纤维维1/600.421.82210000.541.828低速和高速之比低速和高速之比返回83