纖維拉伸斷裂性能的基本指標

纖維拉伸斷裂性能的基本指標

紡織纖維在外力作用下破壞時，主要的基本方式是纖維被拉斷。表達纖維抵抗拉伸的能力的指標很多，但通常采用以下兩類。

１．拉伸斷裂強力

即纖維受外力直接拉伸到斷裂時所需要的力，是表示纖維能承受最大拉伸外力的絕對值的一種指標，又稱絕對強力、斷裂強力。強力的法定計量單位是牛頓（Ｎ），纖維以往曾用的單位是公斤力（ｋｇｆ）和克力（ｇｆ）。

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２．相對強度

纖維粗細不同時，強力也不同，因而對于不同粗細的纖維，強力指標無可比性。為了便于比較，可以將強力折合成規定粗細時的力，這就是相對強度。纖維的相對強度因折合的細度標準不同而有很多種，最常用的有以下三種。

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（１）斷裂應力σ：為纖維單位截面積上能承受的最大拉伸力，這是各種材料通用的表示材料相對強度的指標，一般用σ表示，標準單位為Ｎ／ｍ２（帕，Ｐａ），但常用Ｎ／ｍｍ２（兆帕，ＭＰａ）表示。

由于紡織纖維的截面形狀的不規則性，真正的截面面積很難求測，故實際應用中很少使用斷裂應力指標，但在理論研究時，常用其進行分析，亦稱為體積比強度（在相同體積下比較材料之間強度的差異）。計算式為：

σ＝Ｐ/Ａ

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式中：σ——— 斷裂應力或體積比強度，Ｐａ；

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Ｐ——— 斷裂強力，Ｎ；

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Ａ——— 截面面積，ｍ２。

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（２）斷裂比強度Ｐ０

紡織纖維（紗線）的粗細，標準規定用特克斯作為單位，因而比強度常是指纖維１ｔｅｘ粗細時能承受的拉伸力，單位為Ｎ／ｔｅｘ，常用ｃＮ／ｄｔｅｘ，簡稱比強度或重量比強度（相同重量材料的強度）。

當單根纖維的線密度是Ｔｔ（ｄｔｅｘ），強力是Ｐ（ｃＮ）時，則其計算式為：

Ｐ０＝Ｐ/Ｔｔ

式中：Ｐ０ ——— 斷裂比強度，ｃＮ／ｄｔｅｘ。

（３）斷裂長度Ｌ：單根纖維懸掛重力等于其斷裂強力時的長度（ｋｍ）。生產實踐中測定時不是用懸掛法，而是按強力折算出來的。

Ｌ＝Ｐ０×ｇ/１０

式中：ｇ——— 重力加速度，ｍ／ｓ２，在海平面處為９．８０６６５；

Ｐ０ ——— 斷裂比強度，ｃＮ／ｄｔｅｘ。

即Ｌ＝Ｐ０×０．９８０６６５

（４）強度指標之間的換算：法定計量單位和非法定計量單位之間的換算關系見表。

相對強度指標換算表

注γ為材料的密度，單位為ｇ／ｍ３。

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斷裂伸長率

任何材料受力作用和產生變形，這兩者總是同時存在、同時發展的。在拉伸力作用下，材料一般要伸長。纖維拉伸到斷裂時的伸長率（應變率），叫斷裂伸長率，用εａ表示，單位為百分數（％）。斷裂伸長率可表示纖維承受最大負荷時的伸長變形能力。

εａ＝(Ｌａ－Ｌ０) ×１００ /Ｌ０（２－４７）

式中：εａ——— 拉伸斷裂伸長率，％；

Ｌ０ ——— 試樣原長，ｍｍ；

Ｌａ ——— 試樣拉斷時的長度，ｍｍ。

纖維拉伸的初始模量

紡織纖維拉伸初始模量一般定義為拉伸伸長率為１％時應力的１００倍。單位與應力相同，且一般為ｃＮ／ｔｅｘ或ｃＮ／ｄｔｅｘ。拉伸初始模量是反映纖維在小應力條件下的彈性或剛性。