第六章： 纤维材料的机械性质

1、第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系1第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系2内容提要：内容提要：描述纤维拉伸性质的指标；影响纤维断裂强伸度的测试条件；粘弹体的基本力学特征；纤维的表面力学性质；纤维弯曲、扭转、压缩破坏的形式及基本指标。重点难点：重点难点：影响拉伸、摩擦的因素，粘弹体的基本力学特征。难点是影响因素的分析和蠕变、应力松弛、疲劳解决方法：解决方法：注意深入浅出、启发式教学。多举例。 第六章：第

2、六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系3 纺织纤维的机械性质（或力学性质）是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。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系4第一节：第一节： 拉伸性质拉伸性质 第二节：第二节： 影响纤维断裂的外在因素影响纤维断裂的外在因素 第三节：第三节： 粘弹体力学特征粘弹体力学特

3、征第四节：第四节： 纤维表面的力学性质纤维表面的力学性质第五节：第五节： 纺织纤维的弯曲、扭转和压缩纺织纤维的弯曲、扭转和压缩 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系5第一节第一节 拉伸性质拉伸性质 各种材料都有自己所独有的拉伸性质，要表征这一客观变化规律，我们要借助于各种指标，这些指标可告诉我们这些变化规律的变化状况及特征，从而帮助我们了解拉伸断裂的本质、拉伸断裂的机理。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系6一、拉伸断裂指标：（对于各类指标大家应从以下几

4、个方面理解和记忆：（1）定义，（2）公式，（3）单位，（4）表示纺织材料的什么特征等）（一）绝对强力P 纤维材料受拉伸至断裂时，所能承受的最大负荷。单位：牛顿，厘牛顿。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系7（二）相对强力指标：1、断裂应力：，材料单位面积上承受的拉断力。单位：牛顿/毫米2 ，厘牛/毫米2。（在前面章节的学习中，大家一定知道了，我们的纺织纤维绝大多数，其横截面是不规则的，加上有的还有空隙、孔洞等，拉伸时还在不断变化，使得其面积很难求测，所以该指标在日常应用中多用于理论研究。实际生产中很少使用。）2、强度（比强

5、度）：P0，单位细度的材料断裂时所能承受的最大负荷。单位：牛顿/特克斯，厘牛/分特克斯 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系83、断裂长度：LR，纤维由自身重力将本身拉断时所具有的长度。单位：千米。 4、湿干强度比：，湿强度占干强度（标准大气下）的百分率。=湿强/干强100%了解材料吸湿后强度的变化状况，绝大多数纤维是100%，而棉麻等天然纤维素纤维则100%，希望大家能够解释。5、10%定伸长负荷专用于棉型化纤，为混纺时性能匹配时应用的指标。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-2

6、5纺织与材料学院纺织工程系9（三）断裂伸长率： 纤维材料拉伸至断裂时的伸长量占拉伸前原长的百分率。二、拉伸变形曲线及有关指标 以上指标只反映在断裂时的力学状况。材料在日常使用中耐破坏的能力与拉伸破坏的过程是密切相关的。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系10（一）应力应变曲线（负荷伸长曲线，拉伸图） 纤维的种类是非常多的，实际得到的应力应变曲线具有各种各样的形状。其典型形式如下。第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系11（二）拉伸图上的有关指标：1、断裂点

7、的指标（前面已经介绍）2、初始模量：纤维材料拉伸曲线的起始较直部分伸直延长线上的应力与应变之比。（画线作图，并定义公式，单位）3、屈服点f的应力、应变拉伸曲线由伸长较小部分转向伸长较大部分的转折点（产生明显塑性变形的最小应力点） 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系12屈服点所代表的物理概念是什么呢？ 从材料力学方面，对于金属材料；屈服点的概念是相当明确的，应变在屈服点以下，是完全可恢复的，而屈服点以上就要产生塑性变形（不可恢复的变形）是有一个点的界限的。 但对于我们的纺织材料则不然，屈服转变是一个区间而不是一个点，在屈服点

8、以下，变形绝大部分是弹性变形，有很少部分的变形是塑性，而屈服点以上部分所产生的塑性变形较多，但仍有弹性变形的存在。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系13 尽管纺织材料的屈服发生在一个区间上，但我们仍希望用一个点来表示，这样便于分析和解决问题。 屈服点高的纤维，其织造的织物的保形性就好，不易起拱，起皱，抗永久（塑性）变形的能力强。（介绍求取屈服点的作图方法） 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系144、断裂功（1）断裂功W（2）体积比功Wav 拉断单位体

9、积纤维所需要的功。（3）质量比功Wam拉断单位质量纤维所需要的功。（4）比功Wa 拉断单位细度单位长度纤维所需要的功。（5）功系数 曲线下面积/ (P0L0)所包的矩形面积。（上面5个指标定义式，单位，及关系，不规则面积的求法） 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系15第二节：影响纤维断裂的外在因素第二节：影响纤维断裂的外在因素一、 温、湿度 （再次强化、总结一次）二、 试样长度 试样愈长，强力愈低。因为沿纤维长度方向，强度是不均一的，纤维总是在最薄弱处断裂，试样愈长，出现最薄弱环节的概率越大，越容易发生断裂，强力下降弱环定

10、理（举例说明之） 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系16三、 纤维根数（再次强调）束纤维中的纤维根数愈多，由束纤维强力计算得的平均单纤维强力愈低，而且比单根测量时的平均强力低。（断裂的不同时性，亦举例说明）四、 拉伸速度（弱环定律）一般情况下，随拉伸速度增加，断裂强力，初始模量，屈服应力均会提高，而断裂伸长无一定规律。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系17五、 拉伸形式（或仪器类型）（1）等速牵引（CRT）（2）等加负荷（CRL）（3）等速伸长（CR

11、E），此方法现在为国际推广 方法。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系18第三节第三节 粘弹体力学特征粘弹体力学特征一、 粘弹性的概念： 粘弹性质也叫流变性质。物体（包括液态）在力的作用下，会发生形状尺寸的变化即形变（变形）常用应变来表示（变形量与原尺寸之比）。 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）。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系19这两种基本变形的应力应变关系如下：虎克变形： ；-应力，E-模量，-应变 ；

12、粘滞系数，t-时间牛顿变形：第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系20 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，从应力应变的变化特性方面看，可以将 “材料在外力作用下，应力应变的关系随时间而变的性能”叫做粘弹性。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系21二、 三种变形（一）、急弹性变形（二）、缓弹性变形（三）、塑性变形 虽然我们把纤维的变形分为三类逐一来说明，但实际上他们

13、之间是互相联系，互相制约的，使总变形是时间的条件值，在材料受外力时，它们同时出现，只是在不同时间，不同负荷或不同拉伸阶段时它们间的比例不同而己。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系22三、 蠕变与应力松驰蠕变：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。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。 蠕变和应力松弛实质上是一个问题的两个方面：都是反映大分子链不断作构象改变的运动 情况。（举一二个例子再说明之） 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质

14、返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系23四、 纤维的弹性与疲劳（一）、纤维的弹性： 纤维的弹性是指纤维承受负荷后产生变形，负荷取除后，具有恢复原来尺寸和形状的能力，它影响到纺织材料的：耐磨性，抗折皱性，手感，尺寸稳定性，耐冲击性，抗废劳性等许多性能。 纤维的弹性包含变形能力与变形的恢复能力两方面。通常只讲变形的恢复能力。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系24常用两类指标来表示：弹性恢复率= （根据恢复时间可分为急，缓两种弹性恢复，根据作用形式又可分为：定负荷弹性恢复和定伸长弹性恢复）（通过拉伸曲线获得，这

15、一指标与织物的抗折皱性，耐疲劳破坏关系密切。）第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系25(二)、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。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（4）温湿度 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系26第四节第四节 纤维的表面力学性质纤维的表面力学性质一、 基本指标：（一

16、）、摩擦力 cN（二）、摩擦系数 f（三）、抱合力 F抱（四）、切向阻抗系数（五）、抱合系数h（六）、抱合长度Ln第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系27二、 影响摩擦的因素：（一）法向压力（或张力）切向阻力的增加率不随正压力上升成等比例增加，但切向阻力是增加的。切向阻抗系数随法向压力的增加而下降，逐渐趋于一定值。见教材第425页图7-58、7-59。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系28（二）温、湿度 在通常情况下切向阻抗系数随温度的上升而降低，但在

17、90以上的高温情况下切向阻抗系数却上升。切向阻抗系数随相对湿度的增加而增加，出现液态水时有一个下跳。见教材第426页图7-60、7-61，第428页图7-66。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系29（三）表面润滑剂状况： 纤维表而后润滑情况对摩擦力影响很大，为了减少摩擦纤维表面常涂一些润滑剂（毛有和毛油，化纤有化纤油剂，棉有天然棉腊等）。润滑剂的粘滞系数和滑动速度构成对摩擦力的影响（举例画图）。（四）表面粗糙度 物理表面的粗糙程度对摩擦性状影响很大，因为摩擦力是由于两物体间接触产生的，所以摩擦力的大小与接触表面的情况有关

18、。规律：见教材第428页图7-64。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系30（四）滑动速度： 滑动速度对切向阻力的影响规律如教材第427页图7-62，7-63。 在低速区切向阻力是一个在一定范围内波动的变值，我们把这种现象叫“粘滑现象”，粘滑现象发生在滑动速度很小的区域。“粘滑现象”还有下列现象：切向阻力值的波动范围随速度增加而缩小即粘 滑现象变小纤维受的张力（正压力）越大粘滑现象越严重。纤维动、静摩擦系数差异越大，粘滑现象越大。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料

19、学院纺织工程系31三、 摩擦抱合的测定方法具体的测量方法很多，大致可分为三类。（一）测量无粘纤维条拉断时所需的力。可测量纤维的抱合力。若在纤维束侧向加一压力，则可测纤维的切向阻力。（二）测量单纤维在纤维或其他物体（如金属的，陶瓷的，橡胶）上产生相对运动（刚开始运动时，即静摩擦，或保持恒定速度运动时，即动摩擦）所需的力。这类方法中最常用的是绞盘法，用欧拉公式可计算出摩擦系数。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系32（三）测量两个纤维片发生对滑动时所需的力这一类方法中常用的有斜面法，牵伸法。这也是传统方法。四、 纤维的磨损 （

20、这部分内容为可选部分）（一）概念：互相接触并滑移的两物体，在接触面上所产生的破坏磨损。广义概念：在非表面接触的其它作用下引起的表面破坏也称为磨损。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系33（二）造成磨损的主要客观因素1.力学作用：（1）犁耕（纵向划槽）；（2）刮削；（3）切割（横向划槽）；（4）咬啮剪切；（5）撕剥；（6）疲劳性脱落（疲劳龟裂，脱下局部颗粒）等2.热学作用：表面热熔（从高温体擦过）而被揩拭落下。（局部过热）3.化学作用：在化学试剂等作用的同时，受力摩擦使表面局部被揩掉。磨损使纤维的尺寸、体积、重量、强度、刚性、外形（观）乃至结构发生改变（变化）。 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-25纺织与材料学院纺织工程系34（三）描述（衡量）磨损程度的指标1.因磨损某些性能的绝对损失量。如直径或线密度，重量，强伸性能，光泽等2. 因磨损某些性能的损失率。（或变化率） 第六章：第六章： 纤维材料的机械性质纤维材料的机械性质返回主菜单2022-6-2