理论教育 纤维的力学性能及弹性特性分析

纤维的力学性能及弹性特性分析

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:纤维在拉伸、弯曲、扭转、摩擦、压缩、剪切等各种外力的作用下,产生各种变形的性能称为力学性能。断裂伸长率可以客观地反映纤维的变形能力。纤维的这一性能常用弹性模量E来衡量。(二)纤维的弹性纤维在一个大小不变的拉伸外力作用下,变形随时间的延长而逐渐增加的现象称为蠕变。表1-6为几种常见纤维的弹性回复率。服装等纤维制品在实际使用中,会承受各种强度不大、但反复多次的作用力。

纤维的力学性能及弹性特性分析

纤维在拉伸、弯曲、扭转、摩擦、压缩、剪切等各种外力的作用下,产生各种变形的性能称为力学性能。在服装加工和使用中,纤维主要受到沿着轴向(即长度方向)的外力(称拉伸力)作用,在拉伸外力作用下,纤维的伸长称为拉伸变形。以下着重讨论拉伸作用下纤维的变形。

(一)拉伸指标

1.纤维强度

纤维受拉伸而断裂所需的力称为绝对强力。单位为牛顿(N)或厘牛顿(cN)。为了比较粗细不同的纤维的强度,也采用相对强度来表示纤维强度的大小。相对强度是指每分特克斯纤维能承受的最大拉力,单位为厘牛/分特(cN/dtex)。纤维强度的大小还可用断裂长度[单位为千米(km)]来表示,即将这种长度的纤维悬空挂起,纤维自身的重量刚好使其断裂。纺织品和服装的耐用程度,很大程度上取决于纤维本身的强度。

2.断裂伸长ΔL和断裂伸长率ε(%)

纤维(原长以L表示)被拉伸到断裂时,所产生的伸长值称为断裂伸长,常用ΔL表示,也称绝对伸长。绝对伸长占原长的百分比即为断裂伸长率ε(%)。

纤维长度不同,绝对伸长也不同。断裂伸长率可以客观地反映纤维的变形能力。各种纤维的强度和断裂伸长率如表1-5所示。

表1-5 各种纤维的强度和断裂伸长率

续表

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3.纤维的弹性模量

纤维在拉伸力的作用下会产生变形,随着作用力的增大,伸长变形也逐渐增加。记录纤维在拉伸过程中拉伸力与伸长变形之间关系的曲线,称为拉伸曲线,如图1-3所示(纵坐标为拉伸应力,横坐标为伸长率)。

图1-3 纤维拉伸曲线

纤维拉伸曲线的终点a称为断裂点,该点的纵坐标为断裂强度,横坐标为断裂伸长率。拉伸曲线的起始部分近似为直线,拉伸到一定程度,曲线有一转折,其转折点b为屈服点。屈服点之前的直线部分和横坐标轴的夹角越小,说明纤维越易变形,即纤维在较小的作用力下也能产生较大的变形。纤维的这一性能常用弹性模量E(也称初始模量)来衡量。从拉伸曲线原点向该曲线作切线,此切线的斜率即为该纤维的弹性模量,E值越大,纤维越不容易变形,对应的织物手感越硬。

(二)纤维的弹性

纤维在一个大小不变的拉伸外力作用下,变形随时间的延长而逐渐增加的现象称为蠕变。在纤维受到外力作用一段时间后去除外力,纤维产生的部分伸长变形(称为急弹性变形)会立即回复,随着去除外力后时间的延续,又有部分伸长变形(称为缓弹性变形)继续回复,但最终仍有部分伸长变形(称为塑性变形)不能回复。在所有伸长变形中(急弹性变形、缓弹性变形、塑性变形)可回复部分(急弹性变形和缓弹性变形)所占的比例,称为弹性回复率。弹性回复率可以衡量纤维的变形回复程度,衡量纤维的弹性好坏。弹性回复率数值越大,纤维的弹性越好,变形回复能力越强;反之则越差。弹性好的纤维通常较为耐磨,也耐疲劳,服装制品也较为耐穿且抗皱。表1-6为几种常见纤维的弹性回复率。

表1-6 常见纤维的弹性回复率

(三)纤维的疲劳

纤维因蠕变也会逐渐损伤,以致断裂,这种现象称为“疲劳”。即使是很小的拉伸力,如果长期或反复作用,纤维内部的大分子也会伸直,逐渐被抽拔、滑移,而最终解体。

服装等纤维制品在实际使用中,会承受各种强度不大、但反复多次的作用力。若能创造不受力或受力之间停顿间隔的条件,就能延长使用寿命。衣服勤换,创造了不受力停顿条件;而洗涤又加速了缓弹性变形的回复,因此勤换勤洗服装更耐穿。

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