纤维的拉伸断裂的机理及影响因素

    纺织纤维在整个拉伸变形过程中的具体情况十分复杂。纤维受力开始时，首先是纤维中各结晶区之间的非结晶区内长度最短的大分子链伸直，即成为接近于与纤维轴线平行而且弯曲最小的大分子（甚至还有基原纤）伸直（这一段一般在拉伸预加张力范围内，在拉伸图中不显示）。其后，这些大分子受力拉伸，使化学价键长度增长、键角增大。在此过程中，一部分最伸展、最紧张的大分子链或基原纤逐步地被从结晶区中抽拔出来。此时，也可能有个别大分子主链被拉断，各结晶区逐步产生相对移动，结晶区之间沿纤维轴向的距离增大，在非结晶区中基原纤和大分子链段的平行度（取向度）提高，结晶区的排列方向也开始顺向纤维轴，而且部分最紧张的大分子由结晶区中抽拔后，非结晶区中大分子的长度差异减小，受力的大分子或基原纤的根数增多。

    1.拉伸断裂机理

    纤维开始受力时，其变形主要是纤维大分子链本身的拉伸，即键长、键角的变形。拉伸曲线接近直线，基本符合虎克定律。

    当外力进一步增加，无定型区中大分子链克服分子链间次价键力而进一步伸展和取向，这时一部分大分子链伸直，紧张的可能被拉断，也有可能从不规则的结晶部分中抽拔出来。次价键的断裂使非结晶区中的大分子逐渐产生错位滑移，纤维变形比较显著，模量相应逐渐减小，纤维进入屈服区。

    当错位滑移的纤维大分子链基本伸直平行时，大分子间距就靠近，分子链间可能形成新的次价键。这时继续拉伸纤维，产生的变形主要又是分子链的键长、键角的改变和次价键的破坏，进入强化区，表现为纤维模量再次提高，直至达到纤维大分子主链和大多次价键的断裂，致使纤维解体。

    纤维拉伸断裂时的裂缝和断裂面

    纤维断裂原因有：大分子主链的断裂；大分子之间的滑脱。

    纤维伸长原因有：大分子的伸直、伸长(键长、键角的变化)；取向度改善；大分子之间的滑移。

    2.影响纤维拉伸性能的因素

    ①内因

    a.大分子结构(大分子的柔曲性、大分子的聚合度)：纤维的断裂取决于大分子的相对滑移和分子链的断裂两个方面。

    大分子的平均聚合度越小，大分子结合力就越小，容易产生滑移，则纤维强度较低而伸度较大；反之，大分子的平均聚合度越大，大分子结合力就越大，不易产生滑移，所以纤维的强度就较高而伸度较小。

    b.超分子结构(取向度、结晶度)

    取向度越高，大分子排列越平行，在拉伸中受力的大分子根数越多，纤维的强度越大，断裂伸长率减少。

    c.形态结构

    纤维中的裂缝孔洞缺陷、形态结构、不均一性会导致强度下降。

    ②外因

    a.温湿度：空气的温湿度影响到纤维的温湿度和回潮率，从而影响纤维的强伸度。

    温度对各种纤维的影响虽然不一致，但都具有一般规律：在纤维回潮率一定的条件下，温度高，纤维大分子热动能高，大分子柔曲性提高，分子间结合力消弱，因此，纤维强度降低，断裂伸长率增大，拉伸模量下降。

    多数纤维随相对湿度的提高，纤维中所含水分增多，分子间结合力越弱，结晶区越松散，因此纤维的强度降低，伸长增大、初始模量下降。但天然纤维素棉、麻的断裂强度和断裂伸长却随相对湿度的提高而上升。化学纤维中，涤纶、丙纶基本不吸湿，它们的强度和伸长率几乎不受相对湿度的影响。相对湿度对纤维强度与伸长度的影响，视各自吸湿性能的强弱而不同，吸湿能力越大的，影响较显著，吸湿能力小的，影响不大。

    b.测试条件

    试样长度：长度越长，出现弱环的机会就越大，强力愈低。因为沿纤维长度方向，强度是不均一的，纤维总是在弱处断裂，试样愈长，出现弱环节的概率越大，越容易发生断裂，强力下降——弱环定理。

    试样根数：根数越多，折算成单纤维强度月低。因为束纤维中的纤维根数愈多，由束纤维强力计算得的平均单纤维强力愈低，而且比单根测量时的平均强力低。

    拉伸速度：速度越大，强力越大，初始模量也越大。一般情况下，随拉伸速度增加，断裂强力，初始模量，屈服应力均会提高，而断裂伸长无一定规律。

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