第六节 纤维的拉伸强度

纺织纤维在纺织加工和纺织品的使用过程中，会受到各种外力的作用，这样就要求纺织纤维必须具有一定的抵抗外力作用的能力，同时纤维的强度也是纤维制品其他物理性能得以充分发挥的必要基础。

纺织纤维是长径比很大的柔性物体，轴向拉伸是其受力的主要形式，纤维的弯曲性能也与它的拉伸性能有关，因此纤维的拉伸性能是衡量其力学性能的重要指标。纤维的拉伸性能包括强力和伸长两方面，主要是指纤维的断裂强力、相对强度、断裂伸长率及纤维拉伸的初始模量。

一、纤维拉伸断裂性能的基本指标

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。

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 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。

（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。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：

式中：σ——断裂应力或体积比强度，Pa；

P——断裂强力，N；

A——截面面积，m²。

（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：

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。

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

（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2-11。

二、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ε_a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。

式中：ε_a——拉伸断裂伸长率，%；

L₀——试样原长，mm；

L_a——试样拉断时的长度，mm。

三、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。