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《高等纺织材料学》 《高等纺织材料学》 第三章 纤维的力学性质 纺织纤维的力学性质是纺织加工和纺织品使用的必要条件之一，也是纤维制品其他物理性能充分发挥的必要基础，其中纤维受到的外力主要也是拉伸作用，所以纤维拉伸性能是其力学性质中最为重要的。 一、拉伸曲线及拉伸性质指标 在比较不同纤维的拉伸性能时，通常采用从拉伸曲线上求特性指标，常用的指标有强伸性、初始模量、屈服点和断裂功等四类指标。 1．拉伸曲线特征 断裂强力 断裂强度(相对强度) ：应力，比应力 断裂长度 断裂伸长率 初始模量 屈服点 断裂功 断裂比功 断裂功充满系数 a．断裂强力Pb： 又称绝对强力，为指纤维承受的最大拉伸外力，或纤维受外力拉伸到断裂时所需要的力，单位为牛顿(N)。纺织纤维的线密度较细，其强力单位通常用厘牛顿或厘牛(cN)，1 N=100 cN 。 b．断裂强度(相对强度) Pb：考虑纤维粗细不同，表示纤维抵抗外力破坏能力的指标，可用于比较不同粗细纤维的拉伸断裂性质，简称比强度或比应力，它是指每特(或每旦)纤维能承受的最大拉力，单位为N/tex，常用cN/dtex（或cN/d）。 c．断裂应力σb：为单位截面积上纤维能承受的最大拉力，标准单位为N/m2(即帕)常用N/mm2(即兆帕Mpa)表示。 d．断裂长度Lb：以长度形式表示的相对强度指标，其物理意义是设想将纤维连续地悬挂起来，直到其因自重而断裂时的长度，即纤维重力等于其断裂强力时的纤维长度，单位为km。 e．三类相对强度的表达式分别为： (5-3) 式中：σb为纤维的断裂应力(N/mm2或MPa)；Pb为纤维的断裂强力(N)；A为纤维的横截面积(mm2)；ptex为特数制断裂比强度(N/tex)；pden为旦数制断裂比强度(N/den)；Lb为纤维断裂长度(km)；g为重力加速度(9.80665m/s2)；Ntex、Nden和 Nm分别为纤维的特数、旦数和公制支数。 其间相互关系，可通过纤维质量表达式M＝ALγ，其中，M为纤维质量(g)；L为纤维长度(m)；γ为纤维密度(g/cm3)来转换。 (5-4) (5-5) (5-6) (5-7) 目前，尚有许多强力机采用工程单位制，强力读数单位为克力(gf)或公斤力(kgf)，当断裂比应力单位采用克力/特或克力/旦时，则断裂长度和断裂强度间的换算式应为： 或 f．断裂伸长率（应变）：纤维拉伸至断裂时的伸长率(或应变)称为断裂伸长率?b(%)(或断裂应变?b)，其表达式为： ，或 式中：l0为拉伸前的试样长度(mm)，又称隔距或夹持距；lb为拉伸断裂时的试样长度(mm)。 断裂伸长率或断裂应变表示纤维断裂时的伸长变形能力的大小。 （2）初始模量 初始模量是指纤维拉伸曲线的起始部分直线段的应力与应变的比值，即? - ? 曲线在起始段的斜率。 式中，E0为初始模量(N/tex，N/mm2，MPa，或N/den)。 如果拉伸曲线上起始段的直线不明显，可取伸长率为1%左右的一点来求初始模量，但纤维拉伸前，必须处于伸直状态，即有初张力。 初始模量的大小表示纤维在小负荷作用下变形的难易程度，纤维的初始模量大，其制品较挺括；反之，初始模量小，制品较柔软。 （3）屈服应力与屈服伸长率 在纤维的拉伸曲线上伸长变形突