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飒卓科纺: 化学纤维的品质指标(二)——物理性能指标

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2024/12/26 14:19:22

化学纤维的品质指标可以分为物理性能指标、机械性能指标、稳定性能指标、加工和使用性能指标。本节分享化学纤维的机械性能指标。



二、机械性能指标

1. 拉伸性能

(1) 断裂强度:

a:应力-应变曲线:纤维拉伸过程受力与变形的关系曲线 ( 图中t点对应的应力值σt  )。

纤维典型应力-应变曲线

b:断裂强力P (也称绝对强力或断裂负荷):是纤维抵抗拉伸力能力的量度,以试样拉伸至断裂时所能承受的最大负荷来表示(单位为N 或cN )。

断裂强度的三种表示方法:

   ① 相对强度(Pdt):单位线密度纤维或纱线的断裂强力,单位N/tex 或者cN/dtex:



   ② 断裂长度(Lp):以纤维自身重量使其断裂时的纤维的长度,单位为Km;

   ③ 强度极限(σ):试样单位面积上所能承受的最大强力,单位为N/mm2。

(2) 打结强度(结节强度):

将一根纤维在中央打结后测得的断裂强度。反应纤维耐弯曲、扭转的能力,用于特种制品,如渔网线的强度测试。

(3) 钩结强度:

将两根纤维互套成环后测得的断裂强度。与纤维抗弯性能有关,钩结强度高,加工成织物的耐折性和耐磨性较好。

(4) 断裂伸长:

是指试样在拉伸至断裂时产生的伸长。断裂伸长有两种表示方法:

① 绝对伸长:是指试样在拉伸至断裂时试样的长度与原长度之差,单位mm。



② 相对伸长(即断裂伸长率):是绝对伸长与试样长度之比,以百分率表示。


适用于纺织用的纤维断裂伸长率一般在10%-30%

(5) 模量:

纤维的模量定义为应力与应变的比值。

  • 初始模量:在弹性限度内,应力变化与应变变化的比值。单位N/tex 或cN/dtex 。

        纤维的初始模量是在小负荷下变形的难易程度,反应了纤维的刚性。普通纤维的初始模量一般通过测量其1%的负荷求出

  • 屈服:纤维受外力到一定程度时,即使不增加负荷,仍继续发生明显的塑性形变,这种现象称为屈服

     转折点 P称为屈服点,屈服点对应的应力应变分别称为屈服应力(屈服强度)σp 和屈服应变(屈服伸长) εp

  • 断裂功:纤维拉伸至断裂时外力所做的功。是负荷-伸长曲线下的面积。



  • 断裂比功:单位纤度的断裂功。是应力-应变曲线下的面积。


  • 功系数:负荷-伸长曲线下的面积与断裂强力和断裂伸长乘积之比称为功系数

     断裂功、断裂比功、功系数反映的时纤维的韧性,其他条件不变,断裂功、断裂比功越大,纤维的韧性及其制品的耐磨和耐冲击性越好。

纤维典型应力-应变曲线分析

纤维典型应力应变曲线

1.  横坐标是应变,纵坐标是应力,a点称为比例极限。

2. Oa 近乎一条直线,表示应力与应变的比值,直线的斜率即为纤维试样的弹性模量E(Modulus of elasticity)又称杨氏模量,它表示纤维材料伸长的难易程度

3. 直线越陡,斜率越大,则弹性模量越大,纤维越硬越难伸长;

4. Y点称为屈服点(yielding point),与该点对应的应力 σy 称为屈服强度(yield strength)或屈服应力(yield stress);对应的应变 εy 称为屈服强度(yield elongation);

5. t点称为断裂点(Breaking point), σt 称为拉伸强度(fracture strength)或断裂应力(break strength), εt 称为断裂伸长率(elongation rate at break)。

常用描述纤维力学性能(应力-应变曲线)的术语:

“软(柔)”和“硬(刚)”---形容模量的低或高。

“强”和“弱”---指强度的大小。

“脆”---无屈服现象而且断裂伸长很小。

“韧”---断裂伸长和断裂应力都较高。

2. 弯曲性能

  • 挠曲性:指纤维具有在不损伤情况下反复弯曲和回复的能力。挠曲性与纤维的刚性有关。

纺织纤维在同等条件下越细,纤维的柔曲性越好,因此对于高模量的纤维必须拉伸的足够细,柔曲性才能满足纺织的应用需求

  • 抗弯刚度:Rf 较大时,纤维受到横向力作用时产生的弯曲变形挠度较小。

  • 相对抗弯刚度:把抗弯刚度折合成相同线密度(1tex )时的抗弯刚度,叫做相对抗弯刚度。

3. 扭转和剪切性能

  • 抗扭刚度:纤维受到扭矩作用时,会产生扭变形。Rt 越大,越不易产生扭曲变形。

  • 相对抗扭刚度:将抗扭刚度折合成线密度为1tex 时的抗扭刚度,即为相对抗扭刚度。

随着扭转变形的增大,纤维中剪切应力增大,在倾斜螺旋面上相互滑移剪切,在纤维中,它造成结晶区破碎和非晶区大分子链被拉断,沿纵向劈裂。在纱线中,它会造成纤维的相互滑动。(剪切强度比拉伸强度小的多)

4. 压缩性能

  • 压缩性能:为了方便运输和存储,需要压缩纤维集合体的体积。承受外界压力时,纤维集合体中的纤维彼此交叉排列,往往会发生弯曲和剪切作用,但以压缩变形为主。

5. 回弹性

  • 回弹性:纤维在外力作用下伸长和释放外力后恢复到原始状态的能力称为回弹性。纤维回弹性的表示方法有两种。

① 一次负荷回弹性质---回弹率和弹性功



② 多次循环负荷回弹性质

  • 纤维在使用时不可能经过一次拉伸而断裂,因此循环负荷-伸长曲线更能比较真实的反应纤维在实际应用过程中的回弹性

  • 经过多次循环负荷后,剩余伸长值ORn 是回弹性的量度

  • 纤维的回弹性与其制品的尺寸稳定性和褶皱性密切相关

  • 回弹性高的纤维制成的服装不易起褶皱,具有挺括性好, 保形性好的特点

6. 摩擦性

  • 摩擦性能:当一个物体在另一个物体表面滑动时,会产生一个阻碍相对运动的力,称之为摩擦力



7. 卷曲性



(1) 卷曲数:纤维挂0.0018cN/dtex 轻负荷时,单位长度内的卷曲的个数被称为卷曲数。



(2) 卷曲率:表示卷曲程度的指标。与卷曲数和卷曲深度有关。



注:轻负荷为0.0018 cN/dtex,重负荷,维、锦、丙、氯纶0.05cN/dtex,涤、腈纶0.075cN/dtex

(3) 卷曲回复率:表示纤维受力后卷曲回复的能力,时反应卷曲牢度的指标。



(4) 卷曲弹性率:



(5) 卷缩伸长率:表示变形加弹丝弹性及卷缩程度指标,是变形丝加重负荷时的长度与加轻负荷时长度之差,与轻负荷时的长度之比。



(6) 卷缩弹性回复率:表示变形丝弹性及卷缩稳定性的指标,是变形丝加重负荷时的长度与去重负荷在加轻负荷下回复长度之差,对重负荷时长度与轻负荷时初始长度之差的百分率。



(7) 卷缩特性:表示变形丝卷缩收缩性能指标。

变形丝的卷缩性能对纤维制品的风格使用性能有较大影响,与织物或针织物加工时的工艺设计有密切关系。如用于袜类和内衣类变形丝要求织物尺寸伸缩余地大些,故卷曲率要高。

飒卓科纺: 化学纤维的品质指标(二)——物理性能指标



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