CH5纤维的力学性质

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1、第五章 纤维的力学性质第一节纤维的拉伸性质一、纺织纤维拉伸曲线与性能指标1.拉伸曲线表示纤维在拉伸过程中负荷和伸长的关系曲线称为拉伸曲线。负荷-伸长曲线、应力-应变曲线（1）自O′至O——纤维由卷曲逐渐伸直。（2）自O至M（虎克区）：——曲线基本上是直线段，应力应变关系基本符合虎克定律。纤维中主要发生了分子内或分子间键角键长的变形，外力去除变形可回复；类似弹簧。（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。Q点为屈服点，但大多数纤维都没有明晰的屈服点，因为屈服点是结晶

2、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。（5）自S至A（增强区）——随拉伸的进行，错位滑移的分子基本伸直平行，互相靠拢，使大分子间的横向结合力有所增加，并可能在伸直的分子链间形成新的次价力；同时，纤维晶区也开始被破坏。拉断结晶区与非晶区中分子间联系，需要较大的外力，故此阶段负荷上升很快。曲线斜率增大直至断裂。当拉伸到这些结合键断裂时，纤维便破坏，故称A点为断裂点。（4）自Q至S（屈服区）——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间的错位滑移，在新的位置上重建连接键，变形比

3、较显著且不易回复，模量相应也逐渐变小。2.拉伸性能指标常用指标：强伸性初始模量屈服点断裂功（1）强伸性能指标1）强力（断裂强力、绝对强力）：纤维能够承受的最大拉伸外力。N、cN2）相对强度：比强度、断裂应力、断裂长度断裂强度（比强度）：单位线密度纤维所能承受的最大拉力。N/tex（cN/dtex）；N/den（cN/den)断裂应力（强度极限）：指纤维单位截面上能承受的最大拉力。N/m2（帕）；N/mm2（兆帕）断裂长度（LR）：纤维的自身重量与其断裂强力相等时所具有的长度。即一定长度的纤维，其自身重量可将其拉断时的长度为断裂长度。km3）伸

4、长指标：绝对伸长、相对伸长率断裂伸长率（断裂应变）：纤维拉伸至断裂时的伸长率（应变）。它表示纤维承受拉伸变形的能力。其计算公式为：ε=（L-Lo）/Lo式中：Lo——纤维加预张力伸直后的长度（mm）；L——纤维断裂时的长度（mm）；（2）初始模量E纤维拉伸曲线上起始一段直线部分应力与应变的比值，即应力-应变曲线起始直线段的斜率。（3）屈服应力与屈服应变屈服点：曲线由伸长较小部分转向伸长较大部分的转折点。屈服应力：屈服点处所对应的应力。屈服应变：屈服点处所对应的应变。屈服点以下的变形：可回复的弹性变形。（4）断裂功、断裂比功和功系数1）断裂功W

5、指拉断纤维过程中外力所作的功，或纤维受拉伸到断裂时所吸收的能量。2）断裂比功：指拉断单位线密度（即ltex）、单位长度（即lcm）纤维所需的能量。3）功系数：指断裂功对断裂强力与断裂伸长乘积的比值。二、常用纺织纤维的拉伸曲线拉伸曲线可分为三类：（一）第一类：强力高、伸长率很小如棉、麻等天然纤维素纤维。原因：取向度、结晶度、聚合度高；大分子属刚性分子链。（二）第二类：强力不高、伸长率很大。模量较小，屈服点低如羊毛、醋酯。这类纤维的大分子柔曲性较高，结晶度与取向度较低；聚合度并不一定低，但因分子间不能形成良好的排列，过长的分子链反而会增加自身的卷

6、曲。（三）第三类：初始模量介于一、二类之间涤纶、锦纶、蚕丝等多数纤维的拉伸曲线属于这一种类型。三、纤维拉伸断裂机理纤维断裂原因有：大分子主链的断裂大分子之间的滑脱纤维的拉伸断裂机理：纤维在整个拉伸变形过程中的情况是很复杂的，受力前，纤维中分子状态如图（a）所示；纤维受力开始时，首先是结晶区之间的非晶区内长度最短的大分子伸直，并接近于与纤维轴线平行如图（b）。(O’-O)（a）（b）以后伸直大分子因受力而被拉伸，使键长与键角增大(O-M)。此过程中，最伸展、最紧张的大分子链或基原纤逐步被从结晶区抽拨出来，同时，也有可能有个别大分子主要链被拉断。

7、这样，在结晶区间将逐步产生相对移动而使相互间距离增加和沿纤维轴取向，因此这时不仅大分子间长度差异减小、受力大分子根数增加，而且非结晶区中大分子取向度也提高，如图（c）、（d）。晶区的排列方向亦逐渐顺向纤维轴。（c）（d）继之，大分子被抽拔得越来越多，拉断的大分子也逐步增加，受力到一定程度后，由于结晶区中大分子之间结构力受到破坏，便产生了大批分子抽拔，于是伸长变形迅速增加（相当于拉伸曲线中的Q—S段）。当纤维中大分子多数因抽伸滑移作用而沿轴向平行排列以后（如图（e）），随着结晶区的逐步松散，大分子之间的结合力可能又有所增加，这时拉伸曲线的斜率会

8、有所上升。(S-A)（e）再继续拉伸，结晶区将更加松散，许多大分子由于不断的抽拔，头端已逐渐被拔出结晶区而成为游离态，从而形成了这部分分子的拉断。当最后纤维在最薄弱