纤维拉伸断裂性能的基本指标

纤维拉伸断裂性能的基本指标

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纺织纤维在外力作用下破坏时，主要的基本方式是纤维被拉断。表达纤维抵抗拉伸的能力的指标很多，但通常采用以下两类。

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１．拉伸断裂强力

即纤维受外力直接拉伸到断裂时所需要的力，是表示纤维能承受最大拉伸外力的绝对值的一种指标，又称绝对强力、断裂强力。强力的法定计量单位是牛顿（Ｎ），纤维以往曾用的单位是公斤力（ｋｇｆ）和克力（ｇｆ）。

２．相对强度

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纤维粗细不同时，强力也不同，因而对于不同粗细的纤维，强力指标无可比性。为了便于比较，可以将强力折合成规定粗细时的力，这就是相对强度。纤维的相对强度因折合的细度标准不同而有很多种，最常用的有以下三种。

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（１）断裂应力σ：为纤维单位截面积上能承受的最大拉伸力，这是各种材料通用的表示材料相对强度的指标，一般用σ表示，标准单位为Ｎ／ｍ２（帕，Ｐａ），但常用Ｎ／ｍｍ２（兆帕，ＭＰａ）表示。

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由于纺织纤维的截面形状的不规则性，真正的截面面积很难求测，故实际应用中很少使用断裂应力指标，但在理论研究时，常用其进行分析，亦称为体积比强度（在相同体积下比较材料之间强度的差异）。计算式为：

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σ＝Ｐ/Ａ

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式中：σ——— 断裂应力或体积比强度，Ｐａ；

Ｐ——— 断裂强力，Ｎ；

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Ａ——— 截面面积，ｍ２。

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（２）断裂比强度Ｐ０

纺织纤维（纱线）的粗细，标准规定用特克斯作为单位，因而比强度常是指纤维１ｔｅｘ粗细时能承受的拉伸力，单位为Ｎ／ｔｅｘ，常用ｃＮ／ｄｔｅｘ，简称比强度或重量比强度（相同重量材料的强度）。

当单根纤维的线密度是Ｔｔ（ｄｔｅｘ），强力是Ｐ（ｃＮ）时，则其计算式为：

Ｐ０＝Ｐ/Ｔｔ

式中：Ｐ０ ——— 断裂比强度，ｃＮ／ｄｔｅｘ。

（３）断裂长度Ｌ：单根纤维悬挂重力等于其断裂强力时的长度（ｋｍ）。生产实践中测定时不是用悬挂法，而是按强力折算出来的。

Ｌ＝Ｐ０×ｇ/１０

式中：ｇ——— 重力加速度，ｍ／ｓ２，在海平面处为９．８０６６５；

Ｐ０ ——— 断裂比强度，ｃＮ／ｄｔｅｘ。

即Ｌ＝Ｐ０×０．９８０６６５

（４）强度指标之间的换算：法定计量单位和非法定计量单位之间的换算关系见表。

相对强度指标换算表

注γ为材料的密度，单位为ｇ／ｍ３。

断裂伸长率

任何材料受力作用和产生变形，这两者总是同时存在、同时发展的。在拉伸力作用下，材料一般要伸长。纤维拉伸到断裂时的伸长率（应变率），叫断裂伸长率，用εａ表示，单位为百分数（％）。断裂伸长率可表示纤维承受最大负荷时的伸长变形能力。

εａ＝(Ｌａ－Ｌ０) ×１００ /Ｌ０（２－４７）

式中：εａ——— 拉伸断裂伸长率，％；

Ｌ０ ——— 试样原长，ｍｍ；

Ｌａ ——— 试样拉断时的长度，ｍｍ。

纤维拉伸的初始模量

纺织纤维拉伸初始模量一般定义为拉伸伸长率为１％时应力的１００倍。单位与应力相同，且一般为ｃＮ／ｔｅｘ或ｃＮ／ｄｔｅｘ。拉伸初始模量是反映纤维在小应力条件下的弹性或刚性。