第十二章纱线的力学性质 讨论纱线力学性质与纤维性能和纱线结构间关系,并分析影响纱线强伸性能的诸因素 第一节纱线的拉伸性能 纱线的一次拉伸断裂特性 12-1几种纤维和纱线一次拉伸断裂特性指标 纱线种类 线密度 断裂负荷 断裂应力断裂伸长 断裂功 (Pa×103) (J×107) 细绒棉0.16-02 3-4 19-20 24-36 长绒棉 0.12-0.14 4-5 32-36 7-8 28-40 普梳棉纱12-100 132-940 10-75 6-9 600-84.5×10 精梳棉纱 64-1340 10-21 320-10.7×103 亚麻单纤维0.17-0.33 10-20 45-75 20-60 亚麻干纺纱56-12007.7×102-22×10 6-12 5-63.85×103-13.2×10 亚麻湿纺纱34-2005.6×102-3.9×10314-20 4-52.24×103-1.95×104 大麻单纤维0.22-0.44 10-22 40-45 30-88 大麻纱280-500040×102-70×1038-14 4-516×10335×104 细羊毛 6-12 30- 粗羊毛 1.2-3 20-35 15-20 25-35 500-700 粗梳毛纱 60-2001.8×102-7.8 8-20 2-12 400-90×102 精梳毛纱25-125 100-350 600-70×10 蚕丝 0.220.33 40-45 14-15 生丝 1.5-4.7 440-1424 25-42 16-1770.4×102-24.2×102 粘胶短纤维 27×104 25×107 粘胶纤维纱 200 12 普通粘胶复丝 9 142 24×104 18 1530×107 玻璃长丝 220 80×10 1.5 1-玻璃纤维2-亚麻纤维(单纤维) 3-棉纤维4-涤纶单丝5-锦纶 6-单丝6-强力粘胶纤维(单丝) 7-腈纶8-茧丝9-普通粘胶纤 5维(单丝)10-醋酯纤维(单丝) 811-细羊毛12-酪素纤维(单丝) 7 12 20 50 60E(% 图12-1纤维的拉伸曲线
第十二章 纱线的力学性质 讨论纱线力学性质与纤维性能和纱线结构间关系，并分析影响纱线强伸性能的诸因素。 第一节 纱线的拉伸性能 一、纱线的一次拉伸断裂特性 12-1 几种纤维和纱线一次拉伸断裂特性指标 纱线种类 线密度 （tex） 断裂负荷 （cN） 断裂应力 （Pa×103） 断裂伸长 （%） 断裂功 （J×10-7） 细绒棉 0.16-0.2 3-4 19-20 8-9 24-36 长绒棉 0.12-0.14 4-5 32-36 7-8 28-40 普梳棉纱 12-100 132-940 10-75 6-9 600- 84.5×102 精梳棉纱 5-84 64-1340 10-21 5-8 320- 10.7×103 亚麻单纤维 0.17-0.33 10-20 45-75 2-3 20-60 亚麻干纺纱 56-1200 7.7×102 -22×103 6-12 5-6 3.85×103 - 13.2×104 亚麻湿纺纱 34-200 5.6×102 -3.9×103 14-20 4-5 2.24×103 - 1.95×104 大麻单纤维 0.22-0.44 10-22 40-45 3-4 30-88 大麻纱 280-5000 40×102 -70×103 8-14 4-5 16×103 - 35×104 细羊毛 0.3-1 6-12 20-25 30-40 180-480 粗羊毛 1.2-3 20-35 15-20 25-35 500-700 粗梳毛纱 60-200 1.8×102 -7.8×102 8-20 2-12 400- 90×102 精梳毛纱 25-12.5 100-350 4-14 6-20 600- 70×102 蚕丝 0.22-0.33 6-9 40-45 14-15 84-405 生丝 1.5-4.7 440-1424 25-42 16-17 70.4×102 - 24.2×102 粘胶短纤维 0.3 3 27×104 15 25×107 粘胶纤维纱 25 200 12×104 10 900×107 普通粘胶复丝 9 142 24×104 18 1530×107 玻璃长丝 68 220 80×104 1.5 1-玻璃纤维 2-亚麻纤维(单纤维) 3-棉纤维 4-涤纶单丝 5-锦 纶 6-单 丝 6-强力粘胶纤维(单 丝) 7-腈纶 8-茧丝 9-普通粘胶纤 维(单 丝) 10-醋酯纤维(单 丝) 11-细羊毛 12-酪素纤维(单丝) 图12-1 纤维的拉伸曲线
1-2sex粗梳棉纱2-70tex干纺亚麻 3-40tex精梳毛纱4-25tex生丝 5-25tex普通粘胶长丝6-9tex强力粘 胶长丝7-25ex粘胶短纤纱8-5tex 锦纶6复丝9-7tex玻璃复丝 E(%) 图12-2纱线和长丝的拉伸性能 二、纱线的弹性 表12-2几种纤维和纱线拉伸变形组分的典型数据 纤维或纱线 线密度施加负荷终了时的 各种变形组分占总应变的比例 应变(%) 急弹性变形 塑性变形 帛纤维 0.23 0.21 0.56 普梳棉纱 0. 亚麻工艺纤维 干纺亚麻纱 0.67 细羊毛纤维 4.5 0. 0.16 精梳毛纱 0.22 0.30 0.39 普通粘胶复丝 0.11 0.19 强力粘胶复丝 0.12 0.20 锦纶6短纤维 6.3 0.76 0.03 涤纶短纤维 0.49 涤纶废纺纱 0.22 腈纶短纤维 0.45 图 急弹性变形率 缓弹性变形率 塑性变形率 自目自 五易五磊面 (a)棉纱 图12-3在不同介质中纱线变形组分的变化
1 1-25tex 粗梳棉纱 2-70tex 干纺亚麻 纱 3-40tex 精梳毛纱 4-2.5tex 生丝 5-25tex 普通粘胶长丝 6-9tex 强力粘 胶长丝 7-25tex 粘胶短纤纱 8-5tex 锦纶 6 复丝 9-7tex 玻璃复丝 图12-2 纱线和长丝的拉伸性能 二、纱线的弹性 表12-2 几种纤维和纱线拉伸变形组分的典型数据 纤维或纱线 线密度 （tex） 施加负荷终了时的 应变（%） 各种变形组分占总应变的比例 急弹性变形 缓弹性变形 塑性变形 棉纤维 0.2 4 0.23 0.21 0.56 普梳棉纱 25 3.7 0.22 0.14 0.64 亚麻工艺纤维 5 1.1 0.51 0.04 0.45 干纺亚麻纱 42 1.8 0.22 0.11 0.67 细羊毛纤维 0.4 4.5 0.71 0.16 0.13 精梳毛纱 42 3.7 0.60 0.22 0.18 生丝 2.5 3.3 0.30 0.31 0.39 普通粘胶复丝 9 6.4 0.11 0.19 0.70 强力粘胶复丝 9 4.9 0.12 0.20 0.68 锦纶6短纤维 5 6.3 0.76 0.21 0.03 涤纶短纤维 0.3 16.2 0.49 0.24 0.27 涤纶废纺纱 36 10 0.29 0.22 0.49 腈纶短纤维 0.6 8.6 0.45 0.26 0.29 急弹性变形率 缓弹性变形率 塑性变形率 (a)棉纱 (b)毛纱 (c)涤纶纱 图12-3 在不同介质中纱线变形组分的变化
第二节纱线的断裂机理 、纱线的断裂过程 由于加捻的作用,纱中纤维相互紧密抱合,纱线的断裂过程就是纱中纤维的断裂和相互滑移的过 程 对于正常的环锭纺纱线来说,纱断裂时,纤维的断裂是主要的。关于纱中纤维断裂破坏的过程, 不同学者有不同的看法。目前存在着绝然相反的两种不同观点。 观点之一是:在细纱拉伸过程中伸长大的外层纤维先被拉断,然后逐渐向内层纤维断裂扩展 另一种观点则认为:纱线断裂时,中心即内层的纤维先断,然后纤维的断裂向外层扩展 试样长度粘胶长丝纱 100 2.5cm 断裂不同时 结果 图12-4试样夹持长度对负荷-伸长曲线的影响 捻系数ex捻/cm) 粘胶 丝纱 断裂 不同时 1620 图12-5不同捻系数对负荷一伸长曲线的影响
2 第二节 纱线的断裂机理 一、纱线的断裂过程 由于加捻的作用，纱中纤维相互紧密抱合，纱线的断裂过程就是纱中纤维的断裂和相互滑移的过 程。 对于正常的环锭纺纱线来说，纱断裂时，纤维的断裂是主要的。关于纱中纤维断裂破坏的过程， 不同学者有不同的看法。目前存在着绝然相反的两种不同观点。 观点之一是：在细纱拉伸过程中伸长大的外层纤维先被拉断，然后逐渐向内层纤维断裂扩展。 另一种观点则认为：纱线断裂时，中心即内层的纤维先断，然后纤维的断裂向外层扩展。 断裂不同时 结果 粘胶长丝纱 图12-4 试样夹持长度对负荷-伸长曲线的影响 粘胶 长丝纱 断裂 不同时 捻系数(tex1/2·捻/cm) 图12-5 不同捻系数对负荷—伸长曲线的影响
二、长丝纱条的初始模量和断裂强度 ac=ab/cose EFgcos0 Pty=Picos0.. At=//cos0 图12-6加捻长丝纱中倾斜纤维的受力分析 yamax 理论强度 曲线 虽度 实际强 曲线Ga 图12-7长丝纱的强度与捻回角余弦的关系 117.6 锦纶长丝 捻系数 1-13.6;2-0.5 3-27.6:4-42.5 5-579:6-83.0 7-113.9 图12-8有捻锦纶长丝纱的拉伸曲线 三、短纤维纱的强力分析 图12-9短纤维纱中纤维的轴向张力分布
3 二、长丝纱条的初始模量和断裂强度 h 2r Pfy Pf θ l (b) (c) l θ (a) θ b a c f=ycos 2 Pfy=Pfcos 2 ∵ac=ab/cos ∴Afy=r 2 /cos 图12-6 加捻长丝纱中倾斜纤维的受力分析 纱线的强度 实际强度 曲线ya 理论强度 曲线y yamax cos 图12-7 长丝纱的强度与捻回角余弦的关系 117.6 锦纶长丝 捻系数 1-13.6；2-0.5 3-27.6；4-42.5 5-57.9；6-83.0 7-113.9 图12-8 有捻锦纶长丝纱的拉伸曲线 三、短纤维纱的强力分析 纤维张力 L lc lc 图12-9 短纤维纱中纤维的轴向张力分布
B 图12-10短纤纱中纤维断裂和滑脱示意图 四、影响短纤维纱强伸度的因素 1.纤维的性能 纤维的长度:特别是长度短于2l(滑脱长度)的纤维含量,对纱线强度影响很大,因为这些纤维在 纱中总是滑脱的,没有断裂的机会。 2.纱线的结构 纱线的捻度是纱线结构的重要内容。纱线捻度对纱线的强伸度有重要影响,短纤维纱的强度与捻 系数间关系如图12-11所示。 断裂阻抗 摩擦滑移阻抗 实际全部断 只有滑移 捻度临界值 图12-11短纤纱强度与捻度间的关系 精撼毛妙 棉 一粗梳毛纱 亚麻纱 600特数抢系数 200公制抢系数 图12-12细纱捻系数对断裂伸长的影响
4 B B′ N L l c C l c C′ L l N c ) 2 (1 c b L l N = N − 图12-10 短纤纱中纤维断裂和滑脱示意图 四、影响短纤维纱强伸度的因素 1．纤维的性能 纤维的长度：特别是长度短于2lc(滑脱长度)的纤维含量，对纱线强度影响很大，因为这些纤维在 纱中总是滑脱的，没有断裂的机会。 2．纱线的结构 纱线的捻度是纱线结构的重要内容。纱线捻度对纱线的强伸度有重要影响，短纤维纱的强度与捻 系数间关系如图12-11所示。 只有滑移 全部断裂 实际 断裂阻抗 摩擦滑移阻抗 捻度 临界值 强力 图12-11 短纤纱强度与捻度间的关系 图12-12 细纱捻系数对断裂伸长的影响
图12-13合股反向加捻对股线强度的影响 61,6 刀边变形纱 2.507 e(% 图12-14变形纱和弹力丝的拉伸特性
5 图12-13 合股反向加捻对股线强度的影响 图12-14 变形纱和弹力丝的拉伸特性
第三节混纺紗的拉伸性质 S O S个SA>SB SAN (b) O 100 比应力应变曲线比应力混合比曲线 图12-15混合纱强度的作用求解示意图 锦/棉 涤/棉 纶含量(%) 涤纶含量(%) 锦/毛 涤/毛 0 锦纶含量(% 锦纶含量 涤纶含量 图12-16不同混纺纱的拉伸性能
6 第三节 混纺纱的拉伸性质 O S A SASB (b) SA SB O b→ 100 A B SAB 比应力-应变曲线 比应力-混合比曲线 图12-15 混合纱强度的作用求解示意图 锦/棉 锦/毛 涤/棉 涤/毛 锦纶含量 涤纶含量 图12-16 不同混纺纱的拉伸性能
第四节纱线的弯曲、扭转与压绵性质 、纱线的弯曲特性 纱线的抗弯曲能力较小,具有非常突出的柔顺性,实际上纱线较少发生弯曲破坏 二、纱线的扭转特性 纱线受到扭转力矩作用后,在垂直其轴线的平面内就产生扭转变形和剪切应力。 n形支架 纱钩 纱线试样 夹持器 轻质盘 图12-17测定纱线的旋转摆仪 表12-3几种纱线的抗扭刚度 纱线种类线密度(tex)抗扭刚度(gcm2) 普梳棉纱 2.27×108 干纺亚麻线 72 12.4×10-8 精梳毛纱 6.42×108 生丝 2.5 0.05×108 粘胶复丝 0.07×108 三、纱线的压缩特性
7 第四节 纱线的弯曲、扭转与压缩性质 一、纱线的弯曲特性 纱线的抗弯曲能力较小，具有非常突出的柔顺性，实际上纱线较少发生弯曲破坏。 二、纱线的扭转特性 纱线受到扭转力矩作用后，在垂直其轴线的平面内就产生扭转变形和剪切应力。 纱线试样 夹持器 轻质盘 纱钩 n 形支架 D h l 图12-17 测定纱线的旋转摆仪 表12-3 几种纱线的抗扭刚度 纱线种类 线密度(tex) 抗扭刚度(g-cm2 ) 普梳棉纱 25 2.27×10-8 干纺亚麻线 72 12.4×10-8 精梳毛纱 42 6.42×10-8 生丝 2.5 0.05×10-8 粘胶复丝 9 0.07×10-8 三、 纱线的压缩特性
第五节纱线的耐久性能 耐久性是指材料抵抗在各种因素作用下结构逐渐破坏和引起性能恶化最后导致材料破坏或解体 的性能 纺织材料的耐久性能有时也称为损耗性能,根据材料使用的特点和承受作用的形式不同可分为 疲劳、磨损和老化三种类型 、纱线的拉伸疲劳 结构不良的纱线 第3相 8用长屎 结构良好纱 第1相 第2相 第3相 图12-18多次作用后纱线剩余变形增长曲线 在第一阶段,大多数纤维和纱线以结构单元的取向排列为主要特征,结构得到改善。 第二阶段开始结构将不再继续改善。 第三阶段开始时,材料的结构以比较快的速度破坏瓦解。 a)作用前的结构 作用后的结构 图12-19棉纱经过多次拉伸后结构的变化 二、纱线的弯曲疲劳 无拉伸 (c)有弯有摩有拉伸 (b)有弯拉伸 图12-20多次弯曲变形试验方法
8 第五节 纱线的耐久性能 耐久性是指材料抵抗在各种因素作用下结构逐渐破坏和引起性能恶化最后导致材料破坏或解体 的性能。 纺织材料的耐久性能有时也称为损耗性能，根据材料使用的特点和承受作用的形式不同可分为 疲劳、磨损和老化三种类型。 一、纱线的拉伸疲劳 第 1 相 第 2 相 第 3 相 第 3 相 结构良好纱线 结构不良的纱线 剩余循环变形(%) n 图12-18 多次作用后纱线剩余变形增长曲线 在第一阶段，大多数纤维和纱线以结构单元的取向排列为主要特征，结构得到改善。 第二阶段开始结构将不再继续改善。 第三阶段开始时，材料的结构以比较快的速度破坏瓦解。 (a)作用前的结构 (b)作用后的结构 图12-19 棉纱经过多次拉伸后结构的变化 二、纱线的弯曲疲劳 (a) 单弯无拉伸 (c) 有弯有摩有拉伸 (b) 有弯拉伸 图12-20 多次弯曲变形试验方法
表12-4几种纱线多次双面弯曲的耐久性 纱线种类线密度(tex)循环次数) 普梳棉纱 3793 干纺亚麻纱 精梳毛纱 粘胶复丝 l183 粘胶短纤纱 锦纶6复丝 >50000 表12-5纤维的重复弯曲疲劳 纤维种类 重复弯曲到断裂的循环数 锦纶 250000以上 羊毛 150000 蚕丝 76000 棉 64000 粘胶纤维 6800 纤维拉伸张力(N/mm2) 图12-21拉伸张力和重复弯曲疲劳间关系 纱线的磨损性 纱线的磨损性也称耐磨性,它与纺织制品的耐用性能密切相关。当磨料在纱线表面往复摩擦时, 磨料与纱线表面纤维直接接触,使纤维表面磨损,当磨料深入纱线表层时,对纤维产生切割作用及引 起纤维从纱线中抽拔或拉断,致使纱线结构解体而破坏
9 表12-4 几种纱线多次双面弯曲的耐久性 纱线种类 线密度（tex） 循环次数） 普梳棉纱 25 3793 干纺亚麻纱 68 336 精梳毛纱 42 20610 粘胶复丝 13 1183 粘胶短纤纱 25 1273 锦纶6复丝 5 >50000 表12-5 纤维的重复弯曲疲劳 纤维种类 重复弯曲到断裂的循环数 锦纶 250000以上 羊毛 150000 蚕丝 76000 棉 64000 粘胶纤维 6800 图12-21 拉伸张力和重复弯曲疲劳间关系 三、纱线的磨损性 纱线的磨损性也称耐磨性，它与纺织制品的耐用性能密切相关。当磨料在纱线表面往复摩擦时， 磨料与纱线表面纤维直接接触，使纤维表面磨损，当磨料深入纱线表层时，对纤维产生切割作用及引 起纤维从纱线中抽拔或拉断，致使纱线结构解体而破坏