第九章纱线的力学性质

1第九章纱线的力学性质引言纤维集合体结构力学的分析方法集合体类型：平行纤维束，长丝纱，短纤纱，混纺纱，机织物，针织物和非织造布等。性能间关系：纤维性能纱线结构纱线性能织物结构织物性能后整理加工纺织成品解题步骤：集合体几何结构纤维的性质集合体几何结构参考文献：平行纤维束J.T.I.1926，T355-368T.R.J.1980，No.10，p639-640T.R.J.1984，No.8，p549-551长丝纱结构力学J.T.I.1958，T389-408J.T.I.1960，T197-220J.T.I.1963，T156短纤维纱J.T.I.1954，T499-514T.R.J.1965，No.12，p1060-1071混纺纱J.T.I.1949，T700AppliedPolymerSymposium，1975，p295-316假设纤维的变形纤维上产生的力试样上的外力试样的变形2分析方法1．应力分析法2．能量分析法第一节平行纤维束的力学性质一、Peirce理论（1926年）假设：纤维性能符合虎克定律，拉伸曲线为直线；各单纤维的弹性常数不变；断裂伸长和断裂强度符合泊松分布iiieKP所以，平行纤维束拉伸曲线为e(e)i(e)d(e)φNkeekFPe(x)对上式求导，令0/d(e)dF(e)FelFmax可得平行纤维束强力Fmaxl二、印度学者NachaneandKrishnaIyer(1980)认为棉纤维的断裂强力和断裂伸长是相互独立的，并不成正相关，导出了平行纤维束的拉伸曲线和束纤维强力的表达式（教材式（9-4）和式（9-5））三、Platt(1952)的工作教材P317，图9-4的物理含义或概念很重要。1．束纤维中纤维强力利用率Q随纤维断裂伸长率的CV值增大而增大而降低。2．Q值随a/b比值增加而增加。3．Q值随纤维平均断裂伸长率变化规律与a/b比值有关。a/b为正时，当me↑，Q↓；a/b为负时，当me↑，Q↑；a/b=0时，Q与me无关。四、1984年印度学者提出了由束纤维拉伸曲线求单纤维的平3均强力和断裂伸长率及其变异系数（CV）值。令)()(eeexQdeP残留函数（残存函数）eFNkQee)()(1当l→0时，)(eQ=1∴NkeFellim0作eFe)(~e曲线，eeeeeedePdePdePQ0)(0)()()()()(0eePQdePQdee)()()(maxminmaxmin)()(eeeeeQeddeeP分步积分：ev，dedv)(Qddu，Qu∴deeFNkdeQdeeeeeeeeeeeemaxminmaxminmaxmin)()()(1*……P318(9-9)第二节长丝纱的力学性质关于纱线拉伸时，纤维的断裂模型或纱线中最先断裂的是中心部分还是外层纤维的问题，存在两种截然不同的观点：l．前苏联学者外层纤维先断2．英、美学者中心层纤维先断一、应力分析法1．简单应力分析法假设：纱线呈圆柱形螺旋线结构；纱线拉伸时纤维只受拉伸力的作用；纱线直径不变；纤维服从虎克定律等。2cosyf纱线比应力2cosyfE纱线模量2cosfE2．考虑纱线直径收缩和纤维横向压应力时的应力分析法4二、能量分析法1．原理：外力作功=变形能2．计算步骤：在大变形中，定义应变指标为伸长比0/ll，导出纤维变形r和y间关系；计算单位长度纱线中纤维的变形能W；假设拉伸时无能量损耗，由上述原理yFdW，或ydWF/，可得到长丝纱线拉伸曲线的理论表达式。3．长丝纱线拉伸曲线的理论表达式（9-35）的应用。4．当小变形时，表达式（9-35）的结果与应力分析法完全一致。三、长丝纱的断裂过程特征长丝纱的理论拉伸曲线图9-15长丝纱的实际拉伸曲线图9-16，图9-17，图9-18第三节短纤纱的力学性质一、分析方法：1．统计相关分析法多元线性回归（多元非线性回归未有人做过）2．半经验半理论方法（索洛维也夫棉纱强力公式）3．理论分析方法二、纯纺短纤纱的理论分析要点1．滑脱长度的概念短纤纱强力=断裂部分纤维强力+滑脱部分纤维的摩擦阻力决定滑脱长度的因素，就是影响短纤纱强力的因素。2．滑脱长度（cl）的计算简易算法bcrqrl22，∴qrlbc2/考虑滑脱机率时滑脱长度（cl）的计算方法：见教材P334。3．考虑纤维转移时的滑脱长度（cl）的计算和短纱的模量和比应力的理论计算54．从理论公式中可反映影响短纤纱强度的诸因素纤维长度；纤维线密度；纤维表面摩擦系数；纤维强度；纱线捻度；纱线线密度；纺纱方法和纤维在纱中的排列形态等。三、混纺纱的力学性质由纤维拉伸曲线可预测混纺纱强度（分析方祛与复合材料相同），但预测的混纺纱强度偏高。如果用两种纤维的纯纺纱拉伸曲线来预测混纺纱强度，则与实测值较接近。第四节纱线的弯曲性能一、纱线的理论弯曲刚度根据弯曲具有捻度的纱线时，纱中按螺旋线排列的纤维将受到弯曲和扭转的组合变形，应用能量法可解出纱线的最小理论弯曲刚度式（9-66）。详见参考文献36，J.Text.Inst.1964，T516-530二、弯曲滞后矩（矫顽力矩CoerciveCouple）纱线的弯曲滞后矩是由于纤维间的摩擦和纤维本身的力学滞后引起的。三、纱线弯曲刚度的测定方法重点讨论内容：－、平行纤维束强力和由平行纤维束拉伸曲线求单纤维拉伸性能。二、考虑纤维间压缩应力和纱线直径收缩时的长丝纱力学分析。三、应用能量法解长丝纱的拉伸性质。四、短纤纱力学的理论分析