纺织材料学教案10纤维的力学性质

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1、第十章纤维的力学性质教学目标：1、使学生了解纤维的基本力学性质。2、使学生掌握纤维力学性质的表征指标及其表征方法。3、使学生掌握纤维力学性质的诸多影响因素。教学重点与难点：教学重点：1、纤维各种力学现象形成机理、力学性能指标及影响因素。2、基本力学模型3、纤维的力学性质特征曲线及表征。教学难点：纤维的拉伸变形曲线、纤维蠕变及蠕变回复曲线的理解和掌握教学与学习建议：1、教学建议授课形式：讲解与讨论，实验理论讲解织物的多种力学现象形成机理、力学性能指标及影响因素；通过举例详细讲解纤维的力学性质特征曲线及其表

2、征；充分做好实验准备。2、学习建议通过实验室力学实验掌握纤维力学现象形成机理；通过记忆和理解，掌握纤维的力学性能指标及其影响因素；通过实验与理论的结合掌握纤维的力学性质特征曲线及其表征。第十章纤维的力学性质第一节拉伸性质一、纤维拉伸断裂性能的基本指标：1．拉伸断裂强力断裂强力：又称绝对强力。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)。2．相对强度纤维粗细不同时，强力也不同，因而对于不同粗细的纤维，强力没有可比性。为了便于比较，可以将强力拆合成规定粗细时的力，

3、这就是相对强度。常用的有三种：（1）断裂应力：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)表示。（2）断裂强度(相对强度)：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）。（3）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。（4）以上三类相对强度的表达式分别为3．断裂伸长任何材料在受力作用的同时一般都会产生变形，这两者总是同时存在、同时发展的。在拉伸力的作用下，材料一般要伸长。纤维

4、拉伸到断裂时的伸长率（应变率），叫断裂伸长率，或者断裂伸长度，用表示，单位为百分数。4．拉伸变形曲线和相关指标（1）拉伸变形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s－应变e曲线。如图5-1所示：（2）相关指标a．屈服点：图10-1中曲线上的Y点叫屈服点，这一点对应的拉伸应力叫屈服应力。b.初始模量：指纤维拉伸曲线的起始部分直线段的应力与应变的比值，即曲线在起始段的斜率。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。c.断裂功W：是指拉伸纤维至断裂时外力所作的功，是

5、纤维材料抵抗外力破坏所具有的能量。d．断裂比功：一是拉断单位体积纤维所需作的功，单位为N/mm2。另一定义是重量断裂比功，是指拉断单位线密度与单位长度纤维材料所需做的功。e．功系数η：指纤维的断裂功与断裂强力()和断裂伸长()的乘积之比。其中c、d、e都属于断裂功指标，断裂功是强力和伸长的综合指标，它可以有效地评定纤维材料的坚牢度和耐用性能。图10-1纺织纤维的拉伸曲线(3)常见纤维的拉伸曲线图10-2不同纤维的应力-应变曲线二、纤维的拉伸破坏机理及影响因素1．纤维的拉伸破坏机理第一步：纤维开始受力，变

6、形主要是纤维大分子链本身的拉伸，即键长、键角的变形，拉伸曲线接近直线，这一点从拉伸曲线上也可以看出来。这种形变基本上是可恢复的急弹性变形，基本符合虎克定律，所以这个区域又叫做虎克区。在图10-1上为OY段。第二步：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，这时一部分大分子链伸直，而且可能被拉断，也可能从不规则的结晶部分中抽拔出来，分子链之间的次价键断裂使非结晶区中的大分子逐渐产生错位滑移，纤维变形显著，模量相对逐渐减小，纤维进入屈服区。在此过程中，有一部分是大分子链段间

7、相互滑移产生不可恢复的塑性变形。在图10-1上为YS段。虎克区和强化区的分界点叫屈服点，即Y点。第三步：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，这时候继续拉伸纤维，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，由此进入强化区，纤维的模量再次提高，直至达到纤维大分子主链和大多数次价键的断裂，直到纤维解体。在图10-1上为sb段。强化区和屈服区的分界点叫强化点，即s点。2.影响纤维拉伸断裂强度的主要因素(1)纤维的内部结构a．大分子的聚合度：提高聚合

8、度是保证高强度的首要条件,一般大分子聚合度越高,大分子从结晶区中完全抽拔出来就不太容易,大分子之间横向结合力也更大,所以强度越高.。b．大分子的取向度：取向度越高，也就是大分子或基原纤排列越平行,大分子或基原纤长度方向与纤维轴向越平行,在拉伸中受力的基原纤和大分子根数越多,纤维断裂强度增加，断裂伸长率降低。c．大分子的结晶度：纤维的结晶度愈高，纤维的断裂强度、屈服应力和初始模量表现得较高。(2)温湿度a.温度：在纤维回潮率一定的条件下，温度