《纺织材料学》课程教学资源（PPT课件）第五章 纤维力学性质

第五章纤维力学性质 第一节单纤维拉伸性质 >测试标准的重要性 标准测试条件举例 >指标体系 >典型拉伸曲线分析 >常见纺织纤维拉伸曲线 >常见纤维拉伸性质指标 >纤维拉伸机理及影响拉伸性的因素 >拉伸性能测试 纤维拉伸破坏形态

第五章 纤维力学性质 第一节 单纤维拉伸性质 ➢ 测试标准的重要性 ➢ 标准测试条件举例 ➢ 指标体系 ➢ 典型拉伸曲线分析 ➢ 常见纺织纤维拉伸曲线 ➢ 常见纤维拉伸性质指标 ➢ 纤维拉伸机理及影响拉伸性的因素 ➢ 拉伸性能测试 ➢ 纤维拉伸破坏形态

1.1测试标准的重要性 (1)材料力学性质取决于组成该材料的分子排列,在不 同纤维种类、同类纤维不同样本、或者同样本不同环境条 件都会引起被测力学性质指标的差异,必须标准化测试环 境 冷(2)不同横截面或不同长度纤维由于弱环(或称为缺陷) 存在的几率不一样,对于纤维材料在横截面不能标准化前 提下,必须标准化纤维待测区段长度 (3)纺织纤维是高分子粘弹性材料,受力变形曲线不是 严格的一一对应单质函数曲线,取决于加载历史和加载方 式,必须标准化加载条件; (4)纤维间性质差异性,要取得统计意义上的平均值, 必须有足够的纤维根数。 Back

❖ 1.1测试标准的重要性 ❖ （1）材料力学性质取决于组成该材料的分子排列，在不 同纤维种类、同类纤维不同样本、或者同样本不同环境条 件都会引起被测力学性质指标的差异，必须标准化测试环 境； ❖ （2）不同横截面或不同长度纤维由于弱环 (或称为缺陷) 存在的几率不一样，对于纤维材料在横截面不能标准化前 提下，必须标准化纤维待测区段长度； ❖ （3）纺织纤维是高分子粘弹性材料，受力变形曲线不是 严格的一一对应单质函数曲线，取决于加载历史和加载方 式，必须标准化加载条件； ❖ （4）纤维间性质差异性，要取得统计意义上的平均值， 必须有足够的纤维根数。 Back

1.2标准测试条件举例 冷环境条件: Temperature:20±3°c; Relative humidity(RH):65±5% Back

❖ 1.2标准测试条件举例 ❖ 环境条件：Temperature: 20±3℃; Relative humidity (R.H.): 65±5% ❖ ❖ Back

1.3指标体系 断裂强力;断裂强度;断裂伸长率 13.1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)。 冷对不同粗细的纤维,强力没有可比性

❖ 1.3指标体系 ❖ 断裂强力；断裂强度；断裂伸长率 ❖ 1.3.1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）。 ❖ 对不同粗细的纤维，强力没有可比性

1.3.2强度 用以比较不同粗细纤维的拉伸断裂性质的指标 令根据采用线密度指标不同,强度指标有以下几种: 冷(1)比强度(相对强度)( specific strength或 tenacity 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。 冷其计算式为:Pa=P/Na =P/N den d 式中:Ptex—特数制断裂强度(N/tex;cN/dtex; gf/dtex Pden—旦数制断裂强度(Nd:cNd;gfd); P——纤维的强力(N;cN;gf) NteX—纤维的特数(tex,dtex); Nden纤维的日数(d)

❖ 1.3.2强度 ❖ 用以比较不同粗细纤维的拉伸断裂性质的指标。 ❖ 根据采用线密度指标不同，强度指标有以下几种： ❖ （1）比强度（相对强度）(specific strength 或tenacity)— —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。 ❖ 其计算式为： ❖ 式中：Ptex——特数制断裂强度（N/tex；cN/dtex； gf/dtex）； Pden——旦数制断裂强度（N/d；cN/d；gf/d）； P——纤维的强力（N；cN；gf）； Ntex ——纤维的特数（tex，dtex）； Nden——纤维的旦数（d）。 den den tex tex P P N P P N / / = =

(2)断裂应力(强度极限)—指纤维单位截面 上能承受的最大拉力 单位为Nmm2(即MPa)。 其计算式为: P/S 式中:0—纤维的断裂应力(MPa); P——纤维的强力(N); S——纤维的截面积(mm2)

❖ （2）断裂应力（强度极限）——指纤维单位截面 上能承受的最大拉力。 ❖ 单位为N/mm2（即MPa）。 ❖ 其计算式为： ❖ 式中：σ——纤维的断裂应力（MPa）； P——纤维的强力（N）； S——纤维的截面积（mm2）。  = P S

(3)断裂长度(Lp)—是指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,其重量可将自身拉断,该长度即为断 裂长度 其计算公式为: g 冷式中:Lp纤维的断裂长度(km) P纤维的强力(N); —重力加速度(等于9.8m/s2) Nm—纤维的公制支数

❖ （3）断裂长度（Lp）——是指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，其重量可将自身拉断，该长度即为断 裂长度。 ❖ 其计算公式为： ❖ 式中：Lp——纤维的断裂长度（km）； P——纤维的强力（N）； g——重力加速度（等于9.8m/s2）； Nm——纤维的公制支数。 p Nm g P L = •

纤维强度的三个指标之间的换算式为: O-r y orden L,=Pe /g=pEn/g 今式中:y纤维的密度(gcm3);h GPa=g/dr/11.33=N/tex Ptex纤维的特数制断裂强度( gf/tex); Pden——纤维的旦数制断裂强度(gfd) g——重力加速度(等于9.8m/s2); LR纤维的断裂长度(km) 可以看出,相同的断裂长度和断裂强度,其断裂应力随纤 维的密度而异,只有当纤维密度相同时,断裂长度和断裂 强度才具有可比性

❖ 纤维强度的三个指标之间的换算式为： ❖ 式中：γ——纤维的密度（g/cm3）； Ptex——纤维的特数制断裂强度（gf/tex）； Pden——纤维的旦数制断裂强度（gf/d）； g——重力加速度（等于9.8m/s2）； LR——纤维的断裂长度（km）。 可以看出，相同的断裂长度和断裂强度，其断裂应力随纤 维的密度而异，只有当纤维密度相同时，断裂长度和断裂 强度才具有可比性。      = • = • = = = • = • = • • GP g d N tex L P g P g P P P P a p tex den tex den tex den 11.33 / 9 9 9

÷1.3.3断裂伸长率E L-l 1009 应变 0.1 伸长率(6) 10 Load-elongation curve for 20-cm specimen of0. 3-tex flament waith density of 1.5g/am

❖ 1.3.3断裂伸长率ε 100% 0 0 • − = L L L 

必13.4其他指标 (1)模量(刚度):材料在低载荷时抵抗变形的能 力,载荷一伸长曲线(或应力一应变曲线)起始直 线段斜率 量纲: CN/dtex,g/den,Pa(Mpa,GPa) P×L E 式中:E初始模L爬) P—M点的负荷(N); △LM点的伸长(mm); L—试样拉伸测试区段(mm); NteX试样线密度(tex)

❖ 1.3.4其他指标 （1）模量（刚度）：材料在低载荷时抵抗变形的能 力，载荷－伸长曲线(或应力－应变曲线)起始直 线段斜率。 量纲：cN/dtex，g/den，Pa(Mpa，GPa) ❖ 式中：E——初始模量（N/tex）； P——M点的负荷（N）； △L——M点的伸长（mm）； L——试样拉伸测试区段（mm）； Ntex——试样线密度（tex）。 L Ntex P L E    =