纖維的拉伸斷裂的機理及影響因素

    紡織纖維在整個拉伸變形過程中的具體情況十分復(fù)雜。纖維受力開始時，首先是纖維中各結(jié)晶區(qū)之間的非結(jié)晶區(qū)內(nèi)長度最短的大分子鏈伸直，即成為接近于與纖維軸線平行而且彎曲最小的大分子（甚至還有基原纖）伸直（這一段一般在拉伸預(yù)加張力范圍內(nèi)，在拉伸圖中不顯示）。其后，這些大分子受力拉伸，使化學價鍵長度增長、鍵角增大。在此過程中，一部分最伸展、最緊張的大分子鏈或基原纖逐步地被從結(jié)晶區(qū)中抽拔出來。此時，也可能有個別大分子主鏈被拉斷，各結(jié)晶區(qū)逐步產(chǎn)生相對移動，結(jié)晶區(qū)之間沿纖維軸向的距離增大，在非結(jié)晶區(qū)中基原纖和大分子鏈段的平行度（取向度）提高，結(jié)晶區(qū)的排列方向也開始順向纖維軸，而且部分最緊張的大分子由結(jié)晶區(qū)中抽拔后，非結(jié)晶區(qū)中大分子的長度差異減小，受力的大分子或基原纖的根數(shù)增多。

    1.拉伸斷裂機理

    纖維開始受力時，其變形主要是纖維大分子鏈本身的拉伸，即鍵長、鍵角的變形。拉伸曲線接近直線，基本符合虎克定律。

    當外力進一步增加，無定型區(qū)中大分子鏈克服分子鏈間次價鍵力而進一步伸展和取向，這時一部分大分子鏈伸直，緊張的可能被拉斷，也有可能從不規(guī)則的結(jié)晶部分中抽拔出來。次價鍵的斷裂使非結(jié)晶區(qū)中的大分子逐漸產(chǎn)生錯位滑移，纖維變形比較顯著，模量相應(yīng)逐漸減小，纖維進入屈服區(qū)。

    當錯位滑移的纖維大分子鏈基本伸直平行時，大分子間距就靠近，分子鏈間可能形成新的次價鍵。這時繼續(xù)拉伸纖維，產(chǎn)生的變形主要又是分子鏈的鍵長、鍵角的改變和次價鍵的破壞，進入強化區(qū)，表現(xiàn)為纖維模量再次提高，直至達到纖維大分子主鏈和大多次價鍵的斷裂，致使纖維解體。

    纖維拉伸斷裂時的裂縫和斷裂面

    纖維斷裂原因有：大分子主鏈的斷裂；大分子之間的滑脫。

    纖維伸長原因有：大分子的伸直、伸長(鍵長、鍵角的變化)；取向度改善；大分子之間的滑移。

    2.影響纖維拉伸性能的因素

    ①內(nèi)因

    a.大分子結(jié)構(gòu)(大分子的柔曲性、大分子的聚合度)：纖維的斷裂取決于大分子的相對滑移和分子鏈的斷裂兩個方面。

    大分子的平均聚合度越小，大分子結(jié)合力就越小，容易產(chǎn)生滑移，則纖維強度較低而伸度較大；反之，大分子的平均聚合度越大，大分子結(jié)合力就越大，不易產(chǎn)生滑移，所以纖維的強度就較高而伸度較小。

    b.超分子結(jié)構(gòu)(取向度、結(jié)晶度)

    取向度越高，大分子排列越平行，在拉伸中受力的大分子根數(shù)越多，纖維的強度越大，斷裂伸長率減少。

    c.形態(tài)結(jié)構(gòu)

    纖維中的裂縫孔洞缺陷、形態(tài)結(jié)構(gòu)、不均一性會導(dǎo)致強度下降。

    ②外因

    a.溫濕度：空氣的溫濕度影響到纖維的溫濕度和回潮率，從而影響纖維的強伸度。

    溫度對各種纖維的影響雖然不一致，但都具有一般規(guī)律：在纖維回潮率一定的條件下，溫度高，纖維大分子熱動能高，大分子柔曲性提高，分子間結(jié)合力消弱，因此，纖維強度降低，斷裂伸長率增大，拉伸模量下降。

    多數(shù)纖維隨相對濕度的提高，纖維中所含水分增多，分子間結(jié)合力越弱，結(jié)晶區(qū)越松散，因此纖維的強度降低，伸長增大、初始模量下降。但天然纖維素棉、麻的斷裂強度和斷裂伸長卻隨相對濕度的提高而上升。化學纖維中，滌綸、丙綸基本不吸濕，它們的強度和伸長率幾乎不受相對濕度的影響。相對濕度對纖維強度與伸長度的影響，視各自吸濕性能的強弱而不同，吸濕能力越大的，影響較顯著，吸濕能力小的，影響不大。

    b.測試條件

    試樣長度：長度越長，出現(xiàn)弱環(huán)的機會就越大，強力愈低。因為沿纖維長度方向，強度是不均一的，纖維總是在弱處斷裂，試樣愈長，出現(xiàn)弱環(huán)節(jié)的概率越大，越容易發(fā)生斷裂，強力下降——弱環(huán)定理。

    試樣根數(shù)：根數(shù)越多，折算成單纖維強度月低。因為束纖維中的纖維根數(shù)愈多，由束纖維強力計算得的平均單纖維強力愈低，而且比單根測量時的平均強力低。

    拉伸速度：速度越大，強力越大，初始模量也越大。一般情況下，隨拉伸速度增加，斷裂強力，初始模量，屈服應(yīng)力均會提高，而斷裂伸長無一定規(guī)律。

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