三组分复合纱线的拉伸断裂特征与力学模型.pdf
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1、第3 l 卷第3 期 2 0 1 0 年3 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 3 1 N o 3 M a r ,2 0 1 0 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 11 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 3 6 - 0 4 三组分复合纱线的拉伸断裂特征与力学模型 樊理山1 。,来侃3 ,孙润军3 ,姚穆3 ,钦佩1 ( 1 南京大学生命科学学院,江苏南京2 1 0 0 9 3 ;2 盐城纺织职业技术学院,江苏盐城2 2 4 0 0 5 ; 3 西安工程大学,陕西西安7 1 0 0 4 8 ;) 摘要为了分析研
2、究三组分长丝和短纤维复合纱线的拉伸性能与断裂特征,对不同捻度和不同组分线密度配置 的三组分复合纱线在单纱强力机上进行拉伸实验,并记录其拉伸曲线。实验表明:一般情况下三组分长丝和短纤 维复合纱线的拉伸曲线具有明显的多峰特征,这种拉伸断裂曲线形态随着纱线捻度的不同而存在差异。基于三组 分复合纱线的实际拉伸情况,建立了复合纱线拉仲的力学模型,并在此模型中引入了新颖的滑块杆件,其数学解较 好地说明了三组分复合纱线的拉伸力学性能。 关键词复合纱线;拉伸曲线;断裂特征;力学模型;滑块元件 中图分类号:T S1 0 4文献标志码:A T e n s i l es t r e n g t ho ft r i
3、- c o m p o n e n tc o m p o s i t e y a r na n di t sm e c h a n i c a lm o d e l F A NL i s h a n l ”,L A IK a n 3 ,S U NR u n j u n 3 ,Y A OM u 3 ,Q I NP e i l ( 1 S c h o o lo f L i f eS c i e n c e ,N a n j i n gU n i v e r s i t y ,N a n j i n g ,J i a n g s u2 1 0 0 9 3 ,C h i n a ;2 Y a n c
4、h e n gT e x t i l eV o c a t i o n a l C o l l e g e ,Y a n c h e n g ,J i a n g s u2 2 4 0 0 5 ,C h i n a ;3 X i a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y ,X i a n ,S h a a n x i7 1 0 0 4 8 ,C h i n a ) A b s t r a c tT oa n a l y z ea n ds t u d yt h et e n s i l ep r o p e r t i e sa n db r e
5、a k i n gf e a t u r e so ft h et r i c o m p o n e n tf i l a m e n t a n ds t a p l ef i b e rc o m p o s i t ey a r n s ,t h ey a r n sw i t hd i f f e r e n tt w i s t sa n dd i f f e r e n tl i n e a rd e n s i t i e so fe a c h c o m p o n e n tw e r et e s t e do nas i n g l ey a r nt e s t e
6、 r a n dt h et e n s i l e , c u r v e sw e r ep l o t t e dd o w n T h ee x p e r i m e n t s s h o w e dt h a tg e n e r a l l yt h e r ei saf e a t u r eo fm u l t i - p e a ko nt h et e n s i l ec u r v e so ft h et r i c o m p o n e n tc o m p o s i t e y a m s T h et e n s i l ec u r v e so ft
7、 h ec o m p o s i t ey a m sv a r yw i t ht h ey a r nt w i s t M o r e o v e r ,t h em e c h a n i c a l m o d e li ss e tu pb a s e do nt h ep r a c t i c eo ft h ey a r nt e n s i o na n dt h en o v e ls l i d e ru n i ti si n t r o d u c e di n t ot h e m o d e l I t sm a t h e m a t i cr e s o
8、l u t i o nc a nb e t t e re x p l a i nt h et e n s i l ep r o p e r t yo ft h ey a m K e yw o r d sc o m p o s i t ey a r n ;t e n s i l ec u r v e ;b r e a k i n gf e a t u r e s ;m e c h a n i c a lm o d e l ;s l i d e ru n i t 拉伸断裂性能是评价纱线的一项重要指标,直 接关系到纱线的用途和使用效果叫o 。本文讨论 的三组分复合纱线是由做交缠丝和芯丝的涤纶长丝 与
9、棉纤维组成。棉须条经过细纱机导条喂入装置进 入长短皮圈牵伸机构,按设定的牵伸倍数将其拉伸 变细。芯丝和交缠丝分别通过2 个路径和2 个张力 控制装置( 张力设置主要依据纱线规格、风格及用 途而定) ,从前罗拉钳口的后面喂入,其中芯丝位于 棉须条的中间,而交缠丝从前皮辊表面刻有的沟槽 处喂入,与短纤维须条之间有一定的间距。3 个组 分的纤维从前罗拉前钳口输出后,在加捻三角区力 的作用下汇合在一起,经过导纱钩后依靠钢丝圈的 回转而加捻成纱,并通过锭子和钢丝圈的转速差异 卷绕在筒管上“ 山J 。 三组分长丝与短纤维复合纱线在生产方法和纱 线结构上有别于现有的包芯纱、S i r o f i l 和P
10、a r d i 等纱 线,但又与他们有一定的关联性。由于该纱线具有 特殊的结构,因此其力学性能比较特殊。本文着重 收稿日期:2 0 0 9 0 3 3 1修回日期:2 0 0 9 0 9 2 4 作者简介:樊理山( 1 9 6 6 一) ,男,副教授,博士生。主要从事纺织材料与纺织品设计的教学与研究。E m a i l :f a n l i s h a n 2 0 0 5 1 2 6 c o r n o 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第3 期樊理
11、山等:三组分复合纱线的拉伸断裂特征与力学模型3 7 讨论其拉伸断裂特征及基于此特征的力学模型 分析。 1 实验部分 1 1 材料与仪器 所用纱线为三组分长丝和短纤维复合纱线,其 规格用( 芯丝规格+ 交缠丝规格+ 短纤须条规格) d t e x 来表示。拉伸实验采用Y G ( ”0 2 1 D 电子单纱 强力机测试。 1 2 测试方法 随机抽取试样3 0 个。测试条件为:温度( 2 0 - s - 3 ) o C ,相对湿度( 6 5 3 ) ;实验前将纤维预先在测 试环境平衡4 8h ;夹头距离:2 5 0m m ;预加张力为 ( 2 0 0 2 ) c N t e x ;拉伸速度为2 5
12、0m m m i n 。 2 三组分复合纱线的拉伸特征分析 2 1 三组分复合纱线的拉伸特征 图1 示出( 1 1 1 + 1 7 0 + C 3 4 5 ) d t e x 三组分复合 纱线拉伸曲线。可以看出:在拉伸的初始阶段,曲线 O A 段近似为直线,纱线在此伸长范围内可以认为是 完全弹性变形;随着伸长率的继续加大,曲线在A 点出现强力下降,曲线为A B 段;当强力下降到B 点 时,随着持续拉伸,强力出现反弹,曲线为B C 段;当 伸长率达到C 点时,纱线再次出现强力下降和上 升,即曲线C D 段;继续拉伸时,当伸长率达到最大 值时,纱线断裂,强力立即消失,曲线为D E 段。 12 0
13、0 lo o o 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 0 图1 ( 1 1 l + 1 7 0 + C 3 4 5 ) d t e x 三组分复合纱线拉伸曲线 F i g 1 T e n s i l ec u r v eo ft r i - c o m p o n e n tc o m p o s i t e y a r n ( 1 1 1 + 1 7 04 - C 3 4 5 ) d t e x 三组分复合纱线的拉伸曲线具有明显的多峰特 征。这主要是由于在开始拉伸时,复合纱线中首先 是芯丝在承受外力,而棉纤维和交缠丝几乎不承受 外力( 因芯丝处于伸直状态,而外层包缠纤维处于 螺旋
14、状态) ,随着伸长量的加大,纱线截面收缩,轴 向伸长,棉纤维和交缠丝先后开始对纱线的强力产 生贡献。当复合纱线继续拉伸,其拉伸伸长达到三 组分复合纱中某一组分的断裂伸长率时,该组分开 始发生断裂,此时,纱线拉伸曲线上出现强力波动。 由于其他2 个组分的作用,纱线继续拉伸时,纱线的 强力又开始上升,直到另外2 个组分分别发生断裂 或解体,最终纱线断裂,强力消失。 在三组分复合纱线中,芯丝、外包缠纤维、交缠 丝的断裂特性取决于各组分在纱线中的空间结构和 纤维的力学性能,是二者综合作用的结果。从结构 上看,在拉伸过程中,芯丝处于纱芯位置,最早承受 外力,其伸长与纱线的伸长一致。外包缠纤维和交 缠丝分
15、别以不同的捻回角进行包覆,只有当纱线拉 伸变形分别达到一定值时,兰者才开始伸长变形,因 此,这3 种纤维的拉伸伸长是不同的。另一方面,从 纤维的性能上看,各组分纤维的拉伸断裂伸长能力 的差异,也是影响纱线拉伸断裂特征的重要因素。 因此,复合纱线中各组分结构和性能的多元性决定 了其拉伸断裂性能的多峰特征。 图2 示出三组分复合纱线拉伸断裂过程特征。 可以发现,随着伸长量的加大,纱线开始收缩变细, 并且在断口处出现不同组分不同时断裂的特征。 图2 三组分复合纱线拉伸断裂过程中纱线形态 F i g 2M o r p h o l o g yo ft r i c o m p o n e n tc o m
16、 p o s i t e y a r nd u r i n gt e n s i o n 2 2 捻度对复合纱线拉伸断裂特征的影响 影响复合纱线拉伸性能的因素很多,纱线的结 构对拉伸特性的影响是很大的。除了纱线中纤维排 列的平行程度、伸直程度、内外层转移次数等,最重 要的影响因素是纱线的捻度。 不同捻度的( 1 1 1 + 1 7 0 + C 2 7 8 ) d t e x 三组分复 合纱线的拉伸特征曲线如图3 所示。可以看出,不 同捻度时复合纱线拉伸曲线的特征存在较大差异, 当捻度较大时( 正= 6 8 3 捻1 0e m ) ,其拉伸曲线具 有较长的屈服阶段( 或具有多次屈服的现象) ,表
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