紡織材料拉伸變形曲線(xiàn)和有關(guān)指標

紡織材料在拉伸過(guò)程中，應力和變形同時(shí)發(fā)展，發(fā)展過(guò)程的曲線(xiàn)圖叫“拉伸圖”。當橫坐標為伸長(cháng)率ε（％），縱坐標為拉伸應力（σ、ｐ０或Ｌ）時(shí)，拉伸曲線(xiàn)稱(chēng)為應力應變曲線(xiàn)。典型曲線(xiàn)如下圖所示，斷裂點(diǎn)（ｂｒｅａｋｉｎｇｐｏｉｎｔ）ａ對應的拉伸應力σ_ａ就是斷裂應力，對應的伸長(cháng)率ε_ａ就是斷裂伸長(cháng)率。

圖1  拉伸應力曲線(xiàn)伸長(cháng)率曲線(xiàn)圖

４．斷裂功（ｂｒｅａｋｉｎｇｗｏｒｋ）和斷裂比功　
7 J9 B$ C7 X& x/ I! ]在直接測定中，所得的拉伸曲線(xiàn)如圖４所示。曲線(xiàn)Ｏａ下的面積就是拉斷纖維、紗線(xiàn)或織物過(guò)程中外力對它作的功，也就是材料抵抗外力破壞具有的能量即“拉伸斷裂功”。因此，有時(shí)將拉伸圖稱(chēng)為示功圖。

直接記錄的拉伸圖

' x3 |; j; a' }Ｗ ＝∫ｌａ０ｐｄｌ
0 {5 j* Y& e$ k  u- z3 ~! b5 U式中：Ｗ———拉伸斷裂功，１０－５Ｊ（或ｃＮ·ｍｍ）。
' ^7 r1 W4 Q9 x, `( K* [$ b圖4中，曲線(xiàn)Ｏａ下的面積占矩形Ｏｐａａｌａ的面積的比例為η，稱(chēng)為充滿(mǎn)系數，斷裂功的計算式如下。
. d8 ]# b7 r* B5 }7 TＷ＝ｐａｌａη
8 _# P" n. T6 P2 i式中：ｐａ———拉伸斷裂強力，ｃＮ；
& f/ q& Y4 R- y+ h- R' ?ｌａ———斷裂伸長(cháng)量，ｍｍ；
η———充滿(mǎn)系數。
' y0 m5 R7 F7 a- M纖維或紗線(xiàn)的粗細不同時(shí)，拉伸斷裂功不能反映材料的相對強弱，故為比較起見(jiàn)，要取它的相對值，即折合成單位體積（ｍｍ３）時(shí)拉斷纖維或紗線(xiàn)所需作的功（即折合成同樣截面積、同樣試樣長(cháng)度時(shí)的斷裂功），稱(chēng)為拉伸斷裂比功。
Ｗｄ＝ Ｗ/(Ｓ·Ｌ０)
& b! t: d. N0 [; X9 }4 c式中：Ｗｄ———拉伸斷裂比功，１０－５Ｊ／ｍｍ３；
1 B! n: h' e4 h: @2 GＳ———試樣實(shí)際截面積，ｍｍ２；
Ｌ０———試樣拉伸時(shí)的名義隔距長(cháng)度，ｍｍ。
當斷裂點(diǎn)之后有斷脫點(diǎn)時(shí)，也有斷脫功和斷脫比功。

1 Q) c/ h& m9 c3 s３．斷脫強度和斷脫伸長(cháng)率　
7 R/ f, D' E: G) A/ T) g8 `) e5 M材料拉伸中，一部分材料在拉伸過(guò)程中達到最大力點(diǎn)（圖１中ａ）之后，并未直接斷脫，而緩慢下降一段之后應力才急劇下降并斷脫，因此在斷裂點(diǎn)ａ之外，還有一個(gè)斷脫點(diǎn)ｄ（ｒｕｐｔｕｒｅｐｏｉｎｔ）。這點(diǎn)的強度稱(chēng)為斷脫強度（ｒｕｐｔｕｒｅｔｅｎａｃｉｔｙ），其伸長(cháng)率稱(chēng)斷脫伸長(cháng)率（ｒｕｐｔｕｒｅｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）。

２．屈服應力和應變　
圖１中曲線(xiàn)上的ｂ點(diǎn)為屈服點(diǎn)（ｙｉｅｌｄｐｏｉｎｔ），這一點(diǎn)對應的拉伸應力為屈服應力（σ_ｂ），對應的伸長(cháng)率就是屈服應變（ε_ｂ）。屈服點(diǎn)是在拉伸變形曲線(xiàn)上，由斜率較大轉向斜率較小時(shí)的轉折點(diǎn)，或者說(shuō)紡織材料經(jīng)過(guò)彈性變形區后進(jìn)入到黏彈性區域（在此區域變形迅速增加），從彈性變形到黏彈性變形的轉折點(diǎn)。
% _+ j  h  W2 w- e2 s" I( F! v8 G$ |纖維材料的屈服點(diǎn)不明顯，往往表現為一區段，由作圖法定出，常見(jiàn)有三種方法。
" F2 m9 o) e( l& I5 b- D* E（１）角平分線(xiàn)法：如圖３所示，拉伸曲線(xiàn)在屈服點(diǎn)前后二個(gè)區域的切線(xiàn)交于一點(diǎn)，過(guò)這點(diǎn)作兩切線(xiàn)的角平分線(xiàn)，交拉伸曲線(xiàn)于Ｙ，則Ｙ為屈服點(diǎn)。

圖３　纖維屈服點(diǎn)的確定

（２）考泊蘭（Ｃｏｐｌａｎ）法：按上述方法，過(guò)兩切線(xiàn)交點(diǎn)，作平行于應變軸的直線(xiàn)，交拉伸曲線(xiàn)于Ｙ_ｃ，則Ｙ_ｃ為屈服點(diǎn)。
（３）梅列狄斯（Ｍｅｒｅｄｉｔｈ）法：如圖３所示，從原點(diǎn)到拉伸曲線(xiàn)斷裂點(diǎn)連一直線(xiàn)，作與此直線(xiàn)平行線(xiàn)切于曲線(xiàn)，以此切點(diǎn)Ｙ_ｍ 為屈服點(diǎn)。
4 e. o% b: a0 R  `# U過(guò)屈服點(diǎn)后，紡織材料伸長(cháng)率明顯增加，其中不可回復的伸長(cháng)量和回復緩慢的伸長(cháng)量占較大的比例，因此，在其他指標相同的情況下，屈服點(diǎn)高的纖維不易產(chǎn)生塑性變形，織成的織物尺寸穩定性較好。
7 }" H. Z5 }3 [+ a# _有些纖維（如錦綸）在拉伸過(guò)程中會(huì )出現第二個(gè)屈服點(diǎn)，如圖２中錦綸的二次屈服點(diǎn)，為了考核這一性能，引入強伸余效（強力余效和伸長(cháng)余效的總稱(chēng)）的指標，強伸余效是拉伸斷裂強伸值與第二個(gè)屈服點(diǎn)強伸值之差對拉伸斷裂強伸值的百分數。
強力余效＝［（σ_ａ－σ_１）／σ_ａ］×１００
伸長(cháng)余效＝［（ε_ａ－ε_１）／ε_ａ］×１００
式中：σ_ａ———拉伸斷裂強度；
. z/ S; W. m+ Hε_ａ———拉伸斷裂伸長(cháng)率，％；
σ_１———第二個(gè)屈服點(diǎn)強度；
! J, D5 z& }# j- k. {ε_１———第二個(gè)屈服點(diǎn)伸長(cháng)率，％。
  m% z: C, h9 n4 }. t第二個(gè)屈服點(diǎn)強伸余效與服用性能密切相關(guān)，強伸余效愈高，服用性能愈好。如某些化學(xué)纖維中低強高伸型的強伸余效較高，服用性能較好。

拉伸變形曲線(xiàn)有關(guān)指標如下。
１．初始模量　
" V5 ?3 N- m( y* Z+ g* g拉伸應力曲線(xiàn)伸長(cháng)率曲線(xiàn)圖1中Ｏｂ線(xiàn)段斜率較大，斜率即拉伸模量Ｅ。
4 _' S& `: w% x8 v; uＥ＝ｄσ/ｄε
# l& i+ n4 }+ H* m1 H$ _. S( @4 V1 J  E因此，在曲線(xiàn)Ｏｂ段接近Ｏ點(diǎn)附近，模量較高，即為初始模量，它代表紡織纖維、紗線(xiàn)和織物在受拉伸力很小時(shí)抵抗變形的能力。初始模量的簡(jiǎn)便求法是：伸長(cháng)率為１％時(shí)的纖維應力的１００倍，即為初始模量，單位為ｃＮ／ｔｅｘ或ｃＮ／ｄｔｅｘ，一般用Ｅ_０表示。它的大小與纖維材料的分子結構及聚集狀態(tài)有關(guān)，如苧麻纖維Ｅ０為１７６～２２０ｃＮ／ｄｔｅｘ，棉纖維Ｅ_０為６０～８２ｃＮ／ｄｔｅｘ，綿羊毛纖維Ｅ_０為８．５～２２ｃＮ／ｄｔｅｘ，這是由于麻纖維聚合度高（約為３萬(wàn)）；而棉纖維聚合度略低（１～１．５萬(wàn)），分子鏈伸展并且氧六環(huán)剛硬；毛纖維分子鏈柔軟，且有α螺旋，聚合度也低（１００～３００），毛織物的手感較柔軟，與紡織制品的手感、懸垂、起拱性能等關(guān)系密切。
9 J# t( H1 R8 g; h

& \( n$ C3 \# c7 N; z3 V" m+ ]
不同材料的拉伸變形曲線(xiàn)形狀不同，如下圖所示，基本上分為三類(lèi)。
（１）高強低伸型：如麻、棉纖維表現出脆性特征。
（２）高強高伸型：如錦綸、滌綸表現出延展性特征。
, _- ~; T% i3 N, L0 L1 U) M+ ]（３）低強高伸型：如羊毛纖維表現出彈性特征。
當然上述分類(lèi)并不很?chē)栏?，化學(xué)纖維的加工工藝、加工條件不同，它的拉伸變形曲線(xiàn)也會(huì )不同，如滌綸短纖維可以有高強低伸（棉型）、低強高伸（毛型）等。
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圖2   不同纖維應力應變曲線(xiàn)圖