纤维的力学性质 (2).ppt

（2）多次循环弹性试验具有2个停顿（定长/定载停顿、回复停顿）时间的多次反复拉伸。ODC伸长负荷ABODCEA伸长负荷Bε1ε2ε3ε4ε5第95页,共100页，星期六，2024年，5月4、影响纤维回弹性的因素（1）纤维结构的影响纤维大分子间具有适当的结合点或交联点，结合点间的大分子具有较大的局部流动性，弹性就好。局部流动性取决于大分子链的柔曲性，适当的结合点取决于结晶度和极性基团。回弹性好应包含弹性回复率高和断裂伸长率大。例如羊毛大分子链呈α螺旋结构，并有二硫键作用使分子链间组成交联网络，不易产生塑性流动，且结晶度低，断裂伸长率较大；涤纶、锦纶纤维分子链柔曲性较好，弹性较好；纤维素纤维（棉、麻、粘胶）分子链刚性较大，回弹性差；氨纶具有硬链段和软链段嵌段共聚，类似具有微晶结合点的橡胶，弹性非常优良；玻纤虽然弹性回复率大于羊毛，但是断伸率较低，故感觉不到弹性。（2）测试条件的影响当初始拉伸应力较大或伸长率较大时，测定的弹性回复率较小；当负荷停顿时间较长，总变形量较大，塑性变形也有充分的时间发展，测定的弹性回复率也较小；卸载荷后停顿时间较长，缓弹性变形恢复的较充分，测定的弹性回复率就较大。（3）温度、湿度的影响实验表明，纤维的弹性回复率随温、湿度的升降变化规律是不一致的。第96页,共100页，星期六，2024年，5月第五节纤维的断裂与疲劳破坏一、纤维的强力和断裂特征1、纤维的理论强力和实际强力一定取向度的高聚物断裂可能存在两种机理：分子链断裂和分子链滑移。造成实际纤维的强度较理论强度低很多的原因有以下两点：（1）分子链间受力不均产生断裂不同时性；（2）纤维结构缺陷、孔洞和缝隙等引起应力集中效应。2、纤维断裂端面形态特征根据应力-应变曲线，脆性和弹性相应相关，脆性断裂试样不显出有明显的推迟形变，断裂应变低于5%，断裂所需能量不大。韧性通常有明显的形变，应力-应变关系是非线性的，断裂点前斜率接近0，甚至是负值，消耗的断裂能很大。脆性断面光滑，韧性断面粗糙呈颗粒状。恒定应变速率:断裂可以从低温的脆性断裂转变为高温的韧性断裂。恒定温度:断裂可以从高应变速率的脆性断裂转变为低应变速率的脆性断裂。第97页,共100页，星期六，2024年，5月二、纤维的疲劳破坏在小于一次拉伸破坏断裂强度的静载荷或动载荷长期作用下，纤维制品发生的破坏。1、疲劳试验方法和疲劳曲线动态疲劳试验类型有：（a）交变应力振幅一定；（b）交变应变振幅一定；（c）交变应力振幅一定，叠加一定静应力；（d）周期性变化的应力或应变，随时间增加而增大。疲劳曲线：动态交变应力作用下，材料达疲劳破坏的次数随最大应力幅值的增加而减少，其关系为疲劳曲线。当最大应力小于临界应力σc（疲劳极限）时，材料就不会被破坏，疲劳极限因材料不同而异，与材料结构有关，高聚物疲劳极限约为静态拉伸强度的20%-40%。疲劳次数最大应力0102103104105106107第98页,共100页，星期六，2024年，5月2、疲劳破坏机理早期：由于次价键的断裂和分子链的滑移，本质上是粘性流动的过程。疲劳寿命随温度、应力和振动频率增加而降低。近期：（1）纤维内部存在结构缺陷，即微观裂缝、孔洞，在应力集中的影响下，裂缝长度达到临界时，材料会突发断裂；（2）纤维材料的疲劳性能受力学衰减（tanδ）的影响，当损耗角正切大，疲劳过程材料由于内摩擦而引起发热量增加，温度上升，导致材料性能下降，疲劳寿命缩短。3、纤维疲劳寿命与其他力学性能的关系当纤维回弹性，断裂功和断裂伸长率较大时，疲劳性能也好。近似关系：N=W/[(1-γ)ω]，N为疲劳次数；W为断裂功；γ为功恢复系数；ω为每次振动能量。此外，疲劳破坏可看做塑性变形逐步积累并达到断裂伸长率而导致破坏的过程，若纤维弹性回复率较好，则每次负荷产生的均为弹性变形，则纤维伸长不可能累积到断裂伸长，即疲劳寿命为无穷大，等价于周期性外力在疲劳极限以下的状态。当外应力或应变超过屈服点，则容易产生塑性变形，回弹性差，故屈服应力高的材料，疲劳性能较好。第99页,共100页，星期六，2024年，5月感谢大家观看第100页,共100页，星期六，2024年，5月四、纤维的动态力学性质许多纺织品如帘子线、传动带、帐篷、降落伞、绳索等都是在动态交变应力作用下工作的。动态力学性质指标直接反映着这些材料的使用性能。纤维高聚物动态交变应力作用下，应变总落后应力相位角?，且0?π/2。虎克弹性体?=0，而牛顿流体?=π/2。s弹性响应e与s