1、第七章 紡織材料的基本力學(xué)性質(zhì) 教學(xué)內(nèi)容：1、紡織材料的拉伸性能 2、紡織材料的蠕變、松弛和疲勞 3、紡織材料的彎曲、扭轉(zhuǎn)和壓縮 4、紡織材料的摩擦與抱合 教學(xué)重點(diǎn)：纖維和紗線的拉伸性能；蠕變、松弛 的基本概念,紡織材料的基本力學(xué)性質(zhì)是指纖維、紗線、織物等在外力作用時(shí)的性質(zhì)，總體包括了拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦、磨損、疲勞等各方面的作用。 如對(duì)紡織材料施加拉伸作用時(shí)，它們將出現(xiàn)伸長(zhǎng)、斷裂等現(xiàn)象。,第一節(jié) 纖維和紗線的拉伸性質(zhì) 一、紡織材料拉伸斷裂性質(zhì)的基本指標(biāo) 紡織材料在外力作用下破壞時(shí)，主要和基本的方式是被拉斷。表達(dá)紡織材料抵抗拉伸能力的指標(biāo)很多，主要有以下指標(biāo)。,（一）拉伸斷裂強(qiáng)力和拉伸

2、斷裂比強(qiáng)度 （第二章第六節(jié)） 1、拉伸斷裂強(qiáng)力：指紡織材料能夠承受的最大拉伸外力。單位：牛頓(牛頓是使1kg質(zhì)量的物體得到1m/s2加速度所需的力)，強(qiáng)力與纖維的粗細(xì)有關(guān)，所以對(duì)不同粗細(xì)的纖維、紗線沒(méi)有可比性。 2、斷裂比強(qiáng)度：為了便于比較不同粗細(xì)的纖維、紗線的拉伸斷裂性質(zhì)的指標(biāo)，將強(qiáng)力折合成規(guī)定粗細(xì)時(shí)的力。,電子纖維強(qiáng)力儀,束纖維強(qiáng)力儀,（二）拉伸變形曲線及有關(guān)指標(biāo),紡織材料在拉伸過(guò)程中，應(yīng)力和變形同時(shí)發(fā)展，發(fā)展過(guò)程的曲線圖叫“拉伸圖”。橫坐標(biāo)為伸長(zhǎng)率()，縱坐標(biāo)為拉伸應(yīng)力，拉伸曲線為應(yīng)力應(yīng)變曲線 （一）應(yīng)力應(yīng)變曲線（負(fù)荷伸長(zhǎng)曲線，拉伸圖） 纖維的種類(lèi)很多，實(shí)際得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線具有各種各樣

3、的形狀?；旧戏譃槿?lèi)：,常用紡織纖維的拉伸曲線,高強(qiáng)低伸型曲線： 棉、麻等拉伸曲線近似于直線，斜率很大，該類(lèi)纖維的聚合度、結(jié)晶度、取向度都比較高，大分子鏈屬剛性分子鏈之故。 低強(qiáng)高伸型曲線： 如羊毛、醋酯纖維，主要原因這些纖維大分子聚合度雖不低，但分子鏈柔曲性高，結(jié)晶度、取向度較低，分子間不能形成良好的排列，且分子間易產(chǎn)生滑脫。 高強(qiáng)高伸型曲線： 如滌綸、錦綸。,拉伸變形曲線有關(guān)指標(biāo)：1、初始模量：ob段斜率較大，斜率即拉伸模量E。在曲線ob段接近0點(diǎn)附近，模量較高，即為初始模量，它代表紡織纖維、紗線和織物在受拉伸力很小時(shí)抵抗變形的能力。 單位為cNtex或cNdtex.其大小與纖維材料的分

4、子結(jié)構(gòu)及聚集狀態(tài)有關(guān)。,2、屈服應(yīng)力、應(yīng)變 曲線上的b點(diǎn)為屈服點(diǎn)，這一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的拉伸應(yīng)力為屈服應(yīng)力（b），對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)率就是屈服應(yīng)變（b）。屈服點(diǎn)所代表的物理概念是什么呢？,對(duì)于紡織材料來(lái)說(shuō)，在屈服點(diǎn)以下時(shí)，變形絕大部分是彈性變形（完全可恢復(fù))，而屈服點(diǎn)以上部分所產(chǎn)生的主要是塑性變形（不可恢復(fù)）。 屈服點(diǎn)高的纖維，其織物的保形性就好，不易起皺。,如圖所示，曲線oa下的面積即為材料抵抗外力破壞所具有的能量即拉伸斷裂功。,3、拉伸斷裂功,二、紡織材料斷裂機(jī)理及主要影響因素 （一）紡織纖維斷裂機(jī)理及主要影響因素 1. 紡織纖維的斷裂機(jī)理,纖維受力開(kāi)始時(shí)，首先是纖維中各結(jié)晶區(qū)之間的非晶區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度最短的大分子

5、鏈伸直，成為接近于與纖維軸線平行而且彎曲最小的大分子，其后這些大分子受力拉伸，使化學(xué)價(jià)鍵長(zhǎng)度拉長(zhǎng)、鍵角拉大，之后一部分最伸直、最緊張的大分子鏈或基原纖逐步地被從結(jié)晶區(qū)中抽拔出來(lái)，這時(shí)個(gè)別的大分子主鏈破拉斷，各結(jié)晶區(qū)逐步產(chǎn)生相對(duì)位移，使結(jié)晶區(qū)之間沿纖維軸向的距離拉大。大分子或基原纖在結(jié)晶區(qū)被抽拔移動(dòng)越來(lái)越多,被拉斷的大分子也逐步增多，結(jié)晶區(qū)中大分子之間或基原纖之間的結(jié)合力抵抗不住拉伸力的作用，從而產(chǎn)生明顯滑移，大批分子被抽拔，伸長(zhǎng)變形迅速斷開(kāi)，達(dá)到拉伸曲線的斷裂點(diǎn)。,2. 影響紡織纖維拉伸斷裂強(qiáng)度的主要因素 （1）纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 大分子的聚合度：聚合度愈大，分子結(jié)合力愈大，纖維強(qiáng)度愈高。 n小-

6、纖維的強(qiáng)度較低而伸長(zhǎng)率較大 n大-纖維的強(qiáng)度較高而伸長(zhǎng)率較小,纖維的取向度： 取向度-大分子較挺直， 分子間結(jié)合力 大，承擔(dān)斷裂 應(yīng)力的大分子 較多-纖維的 強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)小。,纖維的結(jié)晶度： 結(jié)晶度-大分子排列規(guī)整，縫隙孔洞較少，而且纖維的強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)小、屈服應(yīng)力和初始模量較高，但脆性可能也增加。,纖維形態(tài)結(jié)構(gòu): 纖維的裂縫孔洞等缺陷和形態(tài)結(jié)構(gòu)的不均一會(huì)使纖維的強(qiáng)度下降。,（2）溫濕度,溫度： 在回潮率一定時(shí)，溫度-大分子熱運(yùn)動(dòng)能高，大分子柔曲性提高，分子間結(jié)合力削弱-強(qiáng)度 伸長(zhǎng),相對(duì)濕度和纖維回潮率： 相對(duì)濕度-纖維回潮率-分子間結(jié)合力越弱，結(jié)晶區(qū)松散-強(qiáng)度伸長(zhǎng)初始模量。 棉、麻由于聚合度、

7、結(jié)晶度都較高，水分子進(jìn)入后大分子間的結(jié)合力減弱不顯著，同時(shí)可將一些大分子鏈上的纏結(jié)點(diǎn)拆開(kāi)，分子鏈?zhǔn)嬲购褪芰Ψ肿渔湹脑黾?，平均地承?dān)纖維上所受的力，所以吸濕后棉、麻纖維強(qiáng)力增加。,(3)試驗(yàn)條件 試樣長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，測(cè)得的強(qiáng)度較低、試樣越長(zhǎng)，可能出現(xiàn)的最薄弱環(huán)節(jié)的機(jī)會(huì)多，測(cè)得的強(qiáng)度就較低。 試樣根數(shù)多，由于斷裂的伸長(zhǎng)率不均勻，纖維斷裂不同時(shí)，故測(cè)得的平均強(qiáng)度越小，(根數(shù)-差異越大-強(qiáng)度) 拉伸速度越大，拉伸至斷裂的時(shí)間越短，測(cè)得的強(qiáng)力較大而伸長(zhǎng)較小。,1. 紗線拉伸斷機(jī)理 當(dāng)紗線開(kāi)始受到拉伸時(shí)，纖維本身的皺曲減少，伸直度提高，表現(xiàn)出初始階段的伸長(zhǎng)變形。這時(shí)紗線截面開(kāi)始收縮，增加了紗中外層纖維對(duì)內(nèi)層纖

8、維的壓力，繼續(xù)拉伸的過(guò)程中，紗中外層纖維、短的部分滑脫被抽拔，纖維受到最緊張的拉伸到一定程度后，即纖維受力達(dá)到拉斷強(qiáng)度時(shí)，外層纖維逐步斷裂，承受外力的纖維根數(shù)減少了，由外層向內(nèi)層逐漸斷裂或滑脫。 一般紗線斷裂的原因既有纖維的斷裂，又有纖維的滑脫，斷口是不整齊的。當(dāng)捻度較大時(shí)，纖維滑脫的可能性很小，纖維由外向內(nèi)逐層擴(kuò)展斷裂，此時(shí)紗線斷口比較整齊。,（二）紗線拉伸斷機(jī)理及主要影響因素,2.影響紗線一次拉伸斷裂的因素 （1）纖維的性能 纖維的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，細(xì)度較細(xì)時(shí)，纖維較柔軟，在紗中互相抱合就較緊貼，滑脫長(zhǎng)度縮短，紗截面中纖維根數(shù)可以較多，使纖維在紗內(nèi)外層轉(zhuǎn)移的機(jī)會(huì)增加，各根纖維受力比較均勻，因而成紗

9、強(qiáng)度較高。 纖維長(zhǎng)度整齊高好，纖維細(xì)而均勻，成紗條干好，成紗強(qiáng)力高。 纖維強(qiáng)度大，成紗強(qiáng)度大。,（2）紗線結(jié)構(gòu) 捻度： 單紗強(qiáng)度隨著捻度的增加，開(kāi)始上升，后來(lái)又下降，極大值處于臨界捻度。 在臨界捻系數(shù)以?xún)?nèi)，單紗捻度-紗線強(qiáng)度,股線捻向與單紗捻向相同時(shí)，股線加捻同單紗繼續(xù)加捻相似。股線捻向與單紗捻向相反時(shí)，開(kāi)始合股反向加捻使單紗退捻而結(jié)構(gòu)變松，強(qiáng)度下降，但繼續(xù)加捻時(shí)，紗線結(jié)構(gòu)又扭緊，股線強(qiáng)度增加，比合股中單紗強(qiáng)度之和還大，達(dá)到臨界時(shí)，甚至為單紗強(qiáng)度之和的1.4倍左右。,混紡比： A、當(dāng)混紡在一起的兩種纖維斷裂伸長(zhǎng)率相近時(shí), 隨著強(qiáng)度大的纖維的混紡比的增加,混紡紗的強(qiáng)度增加。 B、當(dāng)混紡在一起的兩

10、種纖維斷裂伸長(zhǎng)率差異大時(shí), 隨著強(qiáng)力大的纖維的混紡比的增加,開(kāi)始下降,以后上升。,三、紡織材料的蠕變、松馳 （一）蠕變、松馳的基本概念 紡織材料在一定拉伸外力作用下,它的變形量與拉伸力的某種關(guān)系。 1-ab為一加上外力立即產(chǎn)生的瞬時(shí)變形。 2-bc為保持外力不變,隨時(shí)間延長(zhǎng),伸長(zhǎng)逐漸增加的曲線。 3-cd去除外力立即恢復(fù)的變伸。 4-de去除外力逐漸恢復(fù)的變伸。 5-去除外力后不能恢復(fù)的變形。,蠕變：紡織材料在一定恒定拉伸外力的作用下,變形隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象稱(chēng)為蠕變。,松馳：紡織材料在拉伸變形一定條件下,內(nèi)部應(yīng)力隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減小的現(xiàn)象稱(chēng)松馳。,從圖中可以看出纖維和紗線的拉伸變形可分為以下

11、三種： 1、急彈性變形：加上外力，幾乎立即產(chǎn)生的伸長(zhǎng)變形，如ab段；外力去除后,鍵角和鍵長(zhǎng)立即復(fù)原，即立即產(chǎn)生回縮變形，如ce段。 2、緩彈性變形：拉伸力不變的情況下，伸長(zhǎng)變形或回縮變形隨著時(shí)間變化的變形稱(chēng)為緩彈性變形，如bc段、dc段。 3、塑性變形:外力去除后,不能恢復(fù)的這一部分變形稱(chēng)為塑性變形。這是因?yàn)橥饬ψ饔孟?大分子間產(chǎn)生相對(duì)滑移造成不可恢復(fù)的變形。,纖維的蠕變和松弛的原因： 纖維在一定恒定拉伸外力的作用下,纖維內(nèi)基原纖、大分子皺曲狀態(tài)的變化，特別是大分子鏈鍵長(zhǎng)的伸長(zhǎng)或縮短、鍵角的張開(kāi)或收合，只需要極短的時(shí)間完成，這是急彈性變形。隨著時(shí)間的延續(xù)，大分子主鏈局部旋轉(zhuǎn)，微原纖間位置的調(diào)整

12、和基原纖的取向度逐漸增加，特別是大分子在結(jié)晶區(qū)中被抽拔滑移，使纖維伸長(zhǎng)不斷變化，呈蠕變現(xiàn)象。 在恒定的拉伸變形一定時(shí),相鄰大分子相互滑移錯(cuò)位，各大分子逐漸自動(dòng)皺曲，張力逐漸減少，出現(xiàn)應(yīng)力松馳現(xiàn)象。,紗線的蠕變和松弛與纖維的蠕變和松弛基本相似. 原因： （1）纖維蠕變和松弛的存在。 （2）紗線內(nèi)纖維相互滑移和錯(cuò)位。,（二）紡織材料拉伸彈性回復(fù)率 1.彈性指標(biāo): 彈性回復(fù)率： R=(3+4)/a 100% 3-急彈性回縮率 4 -緩彈性回復(fù)率 a-拉伸變形總量(1+2),2.影響彈性回復(fù)率的因素: 影響纖維、紗線彈性的因素有纖維、紗線的結(jié)構(gòu)和材 料的溫度和回潮率。,第二節(jié) 壓縮性能 纖維和紗線的壓

13、縮主要表現(xiàn)在徑向受壓（橫向受壓）,如紡織加工中加壓是羅拉皮棍間，經(jīng)緯交織點(diǎn)處的受壓以及纖維及制品打包時(shí)的受壓等。受橫向壓縮后，纖維或紗線在受力方向被壓扁,而在受力垂直方向則變寬。 纖維一般在強(qiáng)壓縮條件下才會(huì)產(chǎn)生破壞，大多可能產(chǎn)生壓傷。單纖維的壓縮研究很困難，結(jié)論很少，大多數(shù)是研究集合體的壓縮特性。,第三節(jié) 彎曲性質(zhì) 紡織材料在紡織加工和使用過(guò)程中都會(huì)遇到彎曲力作用，產(chǎn)生彎曲變形。 一、紡織材料的抗彎剛度 紡織材料在受橫向力F的作用下產(chǎn)生彎曲變形撓度Y為：,當(dāng)紡織材料的EI值較大，Y值較小，表示紡織材料較剛硬，故EI值稱(chēng)為抗彎剛度： ：纖維和紗線的抗彎剛度（cN.cm2） E：彎曲作用下的彈性模

14、量（cN/cm2） I：纖維和紗線的斷面慣性距（cm4）,彎曲變形撓度：,抗彎剛度是指在外力作用下抵抗彎曲變形的能力?？箯潉偠染痛?，纖維、紗線的彎曲變形就小。 1、抗彎剛度小的纖維和紗線制成的織物柔軟貼身,軟糯舒適，但易起球。 2、抗彎剛度大的纖維或紗線制成的織物比較挺爽。,纖維和紗線的彎曲性能常用勾接強(qiáng)度或打結(jié)強(qiáng)度來(lái)反映,勾接強(qiáng)度或打結(jié)強(qiáng)度大,則彎曲性能就好,不易彎折損壞。,第四節(jié) 剪切性質(zhì) 纖維和紗線在垂直于其軸線的平面內(nèi)受到外力矩的作用就產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形和剪切應(yīng)力，紗線的加捻就是扭轉(zhuǎn)。 （一）指標(biāo) 扭轉(zhuǎn)角 L:長(zhǎng)度 Et:剪切彈性模量(cN/cm2) Ip:截面的極斷面慣性矩(cm4) T:

15、扭矩(cN.cm) :扭轉(zhuǎn)角,（二）纖維和紗線的扭轉(zhuǎn)破壞 T為外力矩,Q為扭轉(zhuǎn)角。當(dāng)外力矩很大時(shí),纖維和紗線產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角和剪切應(yīng)力就大,從而纖維中的大分子或紗線中纖維因剪切產(chǎn)生滑移而被破壞。纖維和紗線的剪切強(qiáng)度比拉伸強(qiáng)度小得多。常用斷裂捻角來(lái)表示纖維或紗線的耐扭而不被破壞的性能，斷裂捻角就是指纖維或紗線扭轉(zhuǎn)到破壞時(shí)所轉(zhuǎn)過(guò)的螺旋角角度。滌綸、錦綸、羊毛的斷裂捻角較大,故耐扭；麻的斷裂捻角較小,玻璃的斷裂捻角的極小。,第六節(jié) 表面磨擦性質(zhì) 紡織材料在紡織加工和使用過(guò)程中都會(huì)遇到摩擦作用,纖維和紗線的磨擦性質(zhì)具有兩重性,一方面要利用它,如是拉牽伸過(guò)程中要利用纖維間的磨擦力來(lái)良好地控制牽伸區(qū)中纖維的運(yùn)

16、動(dòng)；另一方面要避免紗線在加工過(guò)程中的磨擦阻力,易產(chǎn)生斷頭,增加斷頭率。,一、摩擦性質(zhì)的指標(biāo)與測(cè)試 1、摩擦系數(shù)。,纖維的摩擦系數(shù)也有靜、動(dòng)之分,使相互接觸的兩物體開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)所需的切向力與正壓力的比值稱(chēng)為靜磨擦系數(shù)s表示。 纖維相互接觸的兩物體滑動(dòng)時(shí)所需的切向力與正壓力的比值稱(chēng)為動(dòng)摩擦系數(shù)d表示。 一般靜磨擦系數(shù)sd動(dòng)磨擦系數(shù) 靜磨擦系數(shù)大,且與動(dòng)磨擦系數(shù)差值也大的纖維,手感硬而澀 靜磨擦系數(shù)小,且與動(dòng)磨擦系數(shù)差值也小的纖維,手感柔軟,二、纖維摩擦性質(zhì)與可紡性 纖維摩擦性質(zhì)與可紡性關(guān)系很大。紡紗各工序?qū)δΣ帘Ш闲阅芤蟛⒉灰恢?，從開(kāi)松性來(lái)看,纖維的動(dòng)摩擦系數(shù)要小些；但從纖維成卷性來(lái)看,希望纖維抱合性能要好些；梳理工程,為使纖維成條優(yōu)良,不蓬松,不堵塞喇叭口,希望纖維抱合力要好些,并條,粗紗,細(xì)紗中,牽伸時(shí)要纖維平滑些,但也不可太小,否則影響成紗強(qiáng)力。 總之,為使纖維可紡性?xún)?yōu)良,必須有良好的抱合性,但又要比較平滑,摩擦系數(shù)不能太大,并且靜摩擦系數(shù)比動(dòng)摩擦系數(shù)適當(dāng)大些。