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[綜合] 紡織材料拉伸變形曲線(xiàn)和有關(guān)指標

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樓主
發(fā)表于 2015-8-22 21:11:01 | 只看該作者 |只看大圖 |倒序瀏覽 |閱讀模式
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就是斷裂應力,對應的伸長(cháng)率ε就是斷裂伸長(cháng)率。- f( _: P1 H3 ]. ]
圖1  拉伸應力曲線(xiàn)伸長(cháng)率曲線(xiàn)圖
2 #
 樓主| 發(fā)表于 2015-8-22 21:12:38 | 只看該作者
本帖最后由 紡織檢測 于 2015-8-22 21:16 編輯
- D$ P# S! w7 g. u  B
* {, @9 I! ^, y) G* j2 [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)。
9 a. U3 o' ]/ O5 K! m% r3 g" I! g(1)高強低伸型:如麻、棉纖維表現出脆性特征。
5 E5 k% G0 t, S! O9 b. V, w9 E(2)高強高伸型:如錦綸、滌綸表現出延展性特征。* a2 ^- @! \3 c, F& U0 n: @* ?) M
(3)低強高伸型:如羊毛纖維表現出彈性特征。1 ~- q: l$ K+ P, T) d5 _
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。
3 Y: A! |! l) x1 T
圖2   不同纖維應力應變曲線(xiàn)圖
3 #
 樓主| 發(fā)表于 2015-8-22 21:14:44 | 只看該作者
拉伸變形曲線(xiàn)有關(guān)指標如下。/ X6 q8 @0 L+ _  w# {
1.初始模量 
  P# }8 ]- c6 v( H; ?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。
( w5 ?- a& g, J0 Z' E3 wE=dσ/dε : A% Z& Z+ `# w; {
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為60~82cN/dtex,綿羊毛纖維E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。
4 ?2 x2 g/ Y: g0 W
4 #
 樓主| 發(fā)表于 2015-8-22 21:19:49 | 只看該作者
2.屈服應力和應變 
4 Y0 i8 P% ^2 @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),對應的伸長(cháng)率就是屈服應變(ε)。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)。
* B) b1 w! [" U0 }6 }$ F2 o3 c' z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。
+ ~6 t$ k; x* U1 G$ Q, r(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)。" {% F8 Q$ W- [  L) F
圖3 纖維屈服點(diǎn)的確定
1 ~: n8 {( }8 J' [
(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,則Y為屈服點(diǎn)。# A! K9 _. E* k
(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 為屈服點(diǎn)。
8 U/ i! s/ x$ k, u0 j% 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 _3 G0 K* L* q! {* W4 @
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。8 J3 @& A  m8 x, q
強力余效=[(σ-σ)/σ]×100
1 s0 f  P, m6 {- x伸長(cháng)余效=[(ε-ε)/ε]×100 2 Z" p% h" ?# x) ?) N7 f9 K9 A
式中:σ———拉伸斷裂強度;
+ R4 b5 f. |  ?; ~ε———拉伸斷裂伸長(cháng)率,%;, a1 B' [3 m  L3 I* M
σ———第二個(gè)屈服點(diǎn)強度;
4 O4 d- h7 e3 v& m  R& Wε———第二個(gè)屈服點(diǎn)伸長(cháng)率,%。9 j; |+ m4 J* ~/ v
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。
5#
 樓主| 發(fā)表于 2015-8-22 21:21:07 | 只看該作者

) I! [5 n) U% ]+ P) Z. M/ Q3.斷脫強度和斷脫伸長(cháng)率 ) V3 A: L! D2 Q' @. W2 J
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)。" k# D* r6 W5 Q# C1 Z* f7 Z

) t9 N8 `1 Y7 a% B/ h/ ?
6#
 樓主| 發(fā)表于 2015-8-22 21:25:07 | 只看該作者

  ?6 N, W3 I' N5 O4.斷裂功(breakingwork)和斷裂比功 8 v0 s8 G4 Y+ u6 |: U2 t) U
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。
6 w) i, Z% \( r! @5 m
直接記錄的拉伸圖

7 x' F6 z5 ]1 k! a5 }# _W =∫la0pdl 4 {  c4 ~1 M8 s: [8 \
式中:W———拉伸斷裂功,10-5J(或cN·mm)。) [1 W5 ?! T* j
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。
) g7 s( B+ F' ]* p5 ^* k# VW=palaη
8 o' G8 g3 Q4 C0 Y& Z式中:pa———拉伸斷裂強力,cN;( M% G2 H! y8 p
la———斷裂伸長(cháng)量,mm;" Z1 f- p+ E* R! b# W
η———充滿(mǎn)系數。
0 q/ Q1 {1 |3 {" e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。
) X8 s4 }2 _' z' I" q- MWd= W/(S·L0)8 S/ Q5 ]) }# u1 T! L1 z& t) y
式中:Wd———拉伸斷裂比功,10-5J/mm3;6 \5 p4 X! {" r' x8 Q
S———試樣實(shí)際截面積,mm2;" q" f7 H' t" N4 u  I
L0———試樣拉伸時(shí)的名義隔距長(cháng)度,mm。. G' U# M; X- B5 d5 H/ g, ?
當斷裂點(diǎn)之后有斷脫點(diǎn)時(shí),也有斷脫功和斷脫比功。
, \) Y3 \% Z, G
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