一、拉伸性能 1. 纤维的拉伸曲线特征 纺织物理.

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1 一、拉伸性能 1. 纤维的拉伸曲线特征 纺织物理

2 2.拉伸性能指标 （1）强伸性能指标 a. 断裂强力（绝对强力）P——是纤维能够承受的最大拉伸外力。单位：牛顿（N）；厘牛（cN）；克力（gf）。 b. 断裂强度（相对强度pt ）——是指每特（或每旦）纤维所能承受的最大拉力。单位为：N/tex（cN/dtex）；N/d（cN/d）；gf/dtex。 c. 断裂应力（σb ）——指纤维单位截面上能承受的最大拉力。单位为N/mm2（即MPa）。 d. 断裂长度（Lb ）——是指纤维的自身重量与其断裂强力相等时所具有的长度。单位为km。 纺织物理

3 三类相对强度的相互关系： e．断裂伸长率（应变）：纤维拉伸至断裂时的伸长率(或应变)称为断裂伸长率b(%)(或断裂应变b) 纺织物理

4 纺织物理 （2）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 -  曲线在起始段的斜率。
——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 -  曲线在起始段的斜率。 （3）屈服应力与屈服伸长率 ——在纤维的拉伸曲线上伸长变形突然变得较容易时的转折点称为屈服点。对应屈服点处的应力和伸长率(或应变)就是屈服应力和屈服伸长率(或应变)。 角平分线法 考泊兰(Coplan)法 曼列叠斯(Meredith)法 纺织物理

5 纺织物理

6 a． 断裂功W：是指拉伸纤维至断裂时外力所作的功 。 b．断裂比功：是指拉断单位体积纤维或段位重量纤维所需作的功。
（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 。 b．断裂比功：是指拉断单位体积纤维或段位重量纤维所需作的功。 纺织物理

7 3、常见纤维的拉伸曲线 纺织物理

8 纺织物理 4、纤维结构对力学性能的影响 (1). 聚合度
聚合度越大，分子链间总的次价键力增大，分子链间不易移动，其抗拉强度、断裂伸长、冲击韧性等都随之增加。 (2). 分子链的刚柔性和极性基团的数量 分子链存在刚性基团时，纤维模量增加，刚性增加。分子链上有较多极性基团时，分子链间的次价键力增大，纤维会具有较高的模量和断裂强度。 (3).分子链堆砌的紧密程度、结晶度 紧密的堆砌，分子链作用力大，纤维有较高的强度和屈服应力。结晶度增加，其屈服应力、强度、模量和硬度等均会提高，而断裂伸长和冲击韧性下降。 (4). 取向度 纤维分子链取向度增加，纤维轴向断裂强度、模量增加而断裂伸长降低。 (5). 交联 纺织物理

9 二、 纺织纤维的粘弹力学性质 1. 蠕变：在一定（固定）的拉伸（负荷）条件下，纤维的变形随时间逐渐增加的现象。 纺织物理

10 2. 应力松驰：当纤维被拉伸到一定变形值，保持恒定时，其内应力随时间逐渐减小的现象。
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11 3．描述纤维粘弹性的几个力学模型 纺织物理 (1) 马克思威尔(Maxwell)模型 将虎克弹簧和牛顿粘壶串联，可以用来模拟应力松弛现象。
当应力松弛时，即=c=常数： 纺织物理

12 (2) 伏欧脱(Voigt)模型 虎克弹簧和牛顿粘壶并联就是伏欧脱模型，它可以用来描述纤维高聚物的蠕变和蠕变回复性能(即缓弹性变形)。 当蠕变，应力常数时： 蠕变回复： 纺织物理

13 纺织物理 (3) 标准线性固体力学模型(三元件模型) 三元件模型由两个虎克弹簧和一个牛顿粘壶组成，有两种排列方式，但它们是互为等效的。
(3) 标准线性固体力学模型(三元件模型) 三元件模型由两个虎克弹簧和一个牛顿粘壶组成，有两种排列方式，但它们是互为等效的。 以图5-27(a)模型为例，由其变形特点，可以得到其本构关系式为： 纺织物理

14 由应力松弛和蠕变变形的条件，代入式中可求得其蠕变方程式为：
应力松弛方程： 纺织物理

15 纺织物理 (4) 四元件模型 由两个弹簧和两个粘壶的四元件模型 。 该四元件模型的本构关系式是一个二阶微分方程，其蠕变方程式为：
(4) 四元件模型 由两个弹簧和两个粘壶的四元件模型 。 该四元件模型的本构关系式是一个二阶微分方程，其蠕变方程式为： 式中，0为常数， =/E2。 (5) 多元件模型 纺织物理

16 4. 玻尔兹曼叠加原理（线性粘弹性行为的积分表达式）
4. 玻尔兹曼叠加原理（线性粘弹性行为的积分表达式） 提出：一物体在任何一瞬间所具有的形变不仅与在这瞬间所加于物体上的负荷有关，而且与整个负荷的历史有关； 每个阶段所施加的负荷对最终形变的贡献是独立的，因此最终的形变是各阶段负荷所贡献形变的简单加和。 纺织物理

17 5、纤维的动态力学性质 将在一定振幅的变形0 (或负荷0)以正弦波 = 0 sint形作用于纤维，其中为角频率，且纤维始终处于拉伸状态。这时，纤维上的应力亦是正弦交变的，但超前应变一相位角，即=0sin(t+), 式中0为应力的幅值。 将式展开可得： 纺织物理

18 式中E’为动态弹性模量；E’’ 为动态损耗模量。 外力消耗的功为：
令 有 式中E’为动态弹性模量；E’’ 为动态损耗模量。 外力消耗的功为： 纺织物理

19 三元件模型的动态力学性质 纺织物理

20 6、纤维粘弹性测量的应用 1). 时-温等效原理 2). 应力松弛实验 3). 蠕变实验 4). 纤维热机械性质的分析 纺织物理

21 常用两类指标来表示： 弹性回复率 弹性功回复率 纺织物理

22 纺织物理 疲劳 小应力长期作用下发生的破坏，就叫疲劳。这是一种最普遍的破坏形式。 图5-28 纤维的多次拉伸循环
疲劳 小应力长期作用下发生的破坏，就叫疲劳。这是一种最普遍的破坏形式。 图5-28 纤维的多次拉伸循环 图5-29 纤维的重复拉伸疲劳图 纺织物理

23 影响疲劳的因素主要有： （1）纤维的结构与性能（分子链的变形能力及变形后的恢复能力大，则耐疲劳） （2）负荷大小 （3）作用方式 （引出：疲劳耐久限）：作用时间，恢复时间，频率等
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