第三章-纤维力学性质.pptVIP

*第三章纤维力学性质1.纤维的拉伸曲线特征一、拉伸性能当较小的外力作用时,纤维产生的伸长是由于分子链本身的伸长和无定形区中缚结分子链伸展时,分子链间横向次价键产生变形的结果。当施加外力增大时,无定形区中有些横向连接键因受到较大的变形而不能承受施加于它的力而断裂,分子链进一步伸展。当进一步增加外力时,由于纤维中许多大分子链经过屈服流动后,分子链因充分伸直,进一步拉伸比较困难,这时主要是纤维大分子链键长和键角的改变而引起。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。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)（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。（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（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。3.常见纤维的拉伸曲线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（如涤纶中的苯环和纤维素纤维中的葡萄糖剩基）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).交联交联使高聚物弹性回复性能增加,例如纤维的树脂整理,羊毛的高弹性。提高纤维强伸性能的途径（1）制备高强度高模量纤维（2）提高分子链的取向度和改善结晶结构（适中的结晶度,且结晶颗粒小而均匀分布于无定形结构的纤维基体中的纺织纤维能表现出良好的机械性质。5.纤维的结构不匀对拉伸性能的影响纺织纤维存在不均匀性,如纤维与纤维之间,以及在同一纤维的长度方向上,其大分子链排列的聚集态结构和横截面面积的变异很大,纤维内部的结晶和无定形区的尺寸大小,结晶的完整程度千差万别。单纤维的断裂强力是由这根纤维的最弱截面处的强力决定的,试样长度越长,最弱截面（弱环）出现的概率越大,纤维的强力也越低。二、纺织纤维的粘弹力学性质由长链分子聚集起来的纤维,在变形时除了分子链主价键的变形（键长和键角的改变）外,还有次价键逐渐断裂而分子链的逐步伸展、纤维结构重排的过程,这一过程使纤维的变形具有时间效应或时间依赖性。纺织纤维是一种粘弹体,兼具弹性固体和粘性流体的变形特征。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。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。3.描述纤维粘弹性的几个力学模型对上述粘弹性现象的定量描述常采用力学模型模拟。线性粘弹性力学模型是指用虎克弹簧和服从牛顿粘滞定律得粘壶组成的力学模型，它能直观、形象地描述高聚物的粘弹性现象，并有利于深入研究和理解粘弹性的本质。(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:(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)。