十字形PTT与PET长丝的力学性能模型.pdf
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1、第2 8 卷第l o 期 2 0 0 7 年】O 月 纺织学报 J m l m 出0 fT b x l j l eR e s e B r c h V d2 8N o 1 0 0 c t2 0 0 7 文章编号:蝤3 ,9 7 2 11 2 。1 ) 7 ) 1 0 一0 4 一0 5 十字形P T T 与P E T 长丝的力学性能模型 刘保生,顾肇文,王其 ( 东华大学纺织学院,上海2 0 1 6 2 0 ) 摘要刘长筵之问的力学作用进行r 模型建啦和分析,利用四元件模型对十字形P r r 和P E T 长丝的蠕变行为分 别进行力学阐述,得出了长丝蛊 J 力学参数:弹性模量、黏滞系数。利用这些
2、微观参数验证l 乏丝的应力松弛 ,为,得 到与宏舰表现较为合理的相似性= 四元件模型从理论上对长丝的力学性能进行,表征,不仅n r 描述长丝的急弹 性、缓弹性变彤,迂可屙时验证长丝的塑性变形,更优于三元件模型。 关键词P r r 乏丝;城力松弛;蠕变;四元件模型 中图分类号:r s l 8 2 5文献标识码:A M o d e l so fm e c h a I l i c a lp r o p e r t i e so ft h ec r o s ss e c t i o n P T Tf i l a m 伽ta n dP E Tm 帅e n t u uB a o s h e “g ,G u
3、z h a o w e n ,w A N GQ i ( c o 犯掣矿z 硫如,m 哪E 心m 咖,舶蛆g k 2 0 1 6 2 0 ,“m ) A b s t r a c t Am o d e lw a sd e v e l o 口e dt oa f l a l y z e 山ei n t e r 一6 l a r n e n tm e c h a n i c a lf u n c “o n ,a I I dt h ec l e e po ft h e c r 0 8 ss e c t i o nP 丌盯dP E Tn l a m e n 怛w a se x p a t i a l e d
4、b yf o u re l e m e n tm o d e l s T h e l e c h 阴i c a lp a r a m e t e r s0 ft h e n l a m e r 曲s u c ha se l a s t i c i t vm o d u l e 明dv i s c o B i l yc o e m c i e n tw e r e 即t ,w h i c hw e mu s e dt ov “d a t et h es t r e s s s l a c ko ft h e6 l a m e n t s ,s b u w i n gi n 舻o da c c o
5、 f dw i t h 血em a e wp e 如m 1 8 n c eo ft h6 l a H l e m s hc a nb es e e nt l l a t t h ef b u re l e m e n tm o d e l sc a nb ea p p l i e dt oc h a m c t e re x a c t l yt l er n e c h a n i c a lp r o p e n i e so ft h e6 l a m e n t si n I h e a r y 1 tc a nd e s c d b et h er 叩| de 】a s t i c
6、i y a n ds l o we 1 船t i c i t y 横t h em a n 砖n t sa n dv e d f yn l e i rc r e 印,a n di s a d v a n t a g c o u so v e rt h et h r e ee l e m e n tm o d e l s K e yw o r d s P 】rf n a m e n t ;s t 他翳s l a e k ;e r e e p ;f o u re l e m e n m o d e l s P T T 纤维又名聚对苯二甲酸丙二醇酯 ( n l v 州m e t h v l e n e
7、T e l e p h 山a l a t e ) “。1 ,具有优良的拉伸 回弹性,良好的染色性和抗污性,良好的服用性能, 手感舒适,耐洗可穿性,悬垂性能好”l ,深受消费者 喜爱。m 纤维可用于制作缝纫线、地毯以及非织 造布等领域。 基于纤维截面形态差异而产生的性能变化,利 用化学或物理方法简单地改变合成纤维的截面形 态,可改变普通合成纤维的些基本性能。十字形 P r r 纤维与普通肿纤维虽然具有相同的化学组成 与结构,但在很多方面会表现出不同的性能。P r r 与P E T 同属聚酯纤维,二者的纤维结构具有明显的 差别;1 w 纤维分子结构中存在3 个亚甲基基团 一c H 2 ,在大分子构
8、型上呈“z ”字型”。1 。这种构型 使得纤维像弹簧一样具有良好的弹性和弹性回复 性。“。m 纤维和P E T 纤维同属高分子材料,其拉 伸变形符合高分子材料黏弹性形变的变形机制。通 过对十字形P I T r 纤维和十字形P E T 纤维的拉伸、蠕 变和应力松弛进行测试,可根据高聚物的拉伸力学 性能来描述2 种长丝的拉伸行为,同时确定他们受 外力拉伸时表现出的不同力学性能。 1 实验部分 1 1 试样 十字形P I T FD T Y 长丝,1 1 1 l e “4 8f ;十字形 收稿日期:2 0 0 6 0 5 2 3修回日期:2 0 0 7 0 5 1 6 作者简介:刘保生( 1 9 8
9、l 一) ,男,硕士生。主要研究方向功能性针织面料的开发。硕肇文通讯作者,E m a d :铲w d h u e d u c n 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第l O 期刘保生等:十字形P T T 与P E T 长丝的力学性能模型 P 汀D T Y 长丝,1 1 1 e x 4 8 f o 1 2 拉伸性能测试 用x L 一1 纱线强度仪进行拉伸性能测试。隔距 2 5 0m m ,拉伸速度2 5 0m m m i n ,预加张力0 5c N
10、 ,t e x , 试样根数2 0 根。 1 3 蠕变实验 用Y G 0 6 1 F Q 电子单纱强力仪进行测试。隔距 2 5 0m m ,预加张力O 5c N ,t e x ,拉伸应力1 0 0c N ,试样 根数1 0 根。在预加张力作用下,将纱线固定于两夹 头之间,根据设定的拉伸应力对纱线进行拉伸,每隔 2s 取纱线的伸长值,得出时间一伸长曲线。 1 4 应力松弛实验 用Y c 0 6 l F o 电子单纱强力仪进行测试。隔距 2 5 0m m ,预加张力O 5c N ,t e x ,拉伸速度5 0m H l ,m i n ,试 样根数l o 根。在预加张力作用下,将纱线固定于两 夹头之
11、间,纱线拉伸到定伸长率1 0 时进行应力松 弛,每隔2s 取纱线的应力值,得出时间应力曲线。 2 模型分析 2 1 拉伸断裂结果分析 2 种异形截面长丝的常规力学性能见表l ,强 力一伸长曲线见图l 。 表12 种异形截面长丝的常规力学性能 T a b 1T w o 向a 枷目舯m 帕哪e d 删l k mp 阳p e n i e 5 图l 强力一伸长陆线 n g j S h a s l I e s sc u H e 拉伸测试表明,十字形哪长丝的初始模量和 断裂强度均比十字形P E T 长丝低。在拉伸初始阶 段,十字形哪长丝受到小负荷作用时发生变形,这 是由于P 丌的大分子结构中比P E T
12、多一个亚甲基 基团,使得分子与分子之问的柑互作用力较低,凼面 在受外加负荷作用时更易发生分了的运动,变形更 大。从表l 和图l 还可发现,十字形m 的断裂仲 长率明显人于十字形P E T 长丝,即F r 丌长丝比P E T 长丝的延伸性更好,这上要归功于H 丁长丝大分子 结构中所谓的“奇碳效应”,呈现明显的“z ”字形, 具有较好的弹性和回弹性。 P r r 纤维和P E T 纤维在受到拉伸作用时除分子 链主价键发生变形外,次价键也逐步断裂和分子链 逐步伸展,纤维之间发生大分子的重排,因此高聚物 的拉伸断裂都具有对时间的依赖性,同时也具有类 似弹簧一样的拉伸性能,所以其力学性能兼有弹性 固体和
13、黏性流体的变形特征。模型分析假设条件: 1 ) 纱线符合四元件模烈,由2 个虎克弹簧和2 个牛 顿黏壶组成;2 ) 纱线视为一个整体,纱线中各单丝的 拉伸或收缩具有同一性;3 ) 纱线的捻度为O 。图2 为四元件模型图o7 。 图2 四兀件模型图 F 1 9 2 F o u r e l e m e n tm o d e l s 四元件模型的本构方程为 即+ 警+ 篆( ,+ 鲁+ 抄+ 嚣一7 2可2 也l 甲3 ,叩2 叩3 ( 1 ) 式中:E ,、E :为虎克弹簧的弹性模量( c N ,l e x ) ;口:、珊 为牛顿黏壶的黏滞系数( c N s t e x ) ;、d 分别为纱线 的
14、应变和应力,是时间f 的函数。 2 2 蠕变作用模型分析 2 2 1 本构方程 在恒定应力拉伸作用下,即a 为常数时,式( 1 ) 简化为 r 。+ = 旦( 2 ) 玑 式中“= q 2 E 2 ,式( 2 ) 的通解为 e ( ) = 导+ c Ie “、+ c 2 由边界条件f = o 时,e ( o ) = a ,E - ;( o ) = 昙+ 昙解得 每 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报 印一每牛手+ 考 所以四元件模型的蠕变方程
15、为”J e ( ) = 毒+ 毒( 1 一e “t ) + 丢 ( 3 ) 2 2 2 蠕变模型的力学模拟 依据长丝的强力一伸长曲线,蠕变实验选择 1 0 0c N 作为定负荷。一方面该负荷在断裂强力范围 内,另一方面在拉伸时,该负荷值处于2 种纱线的屈 服区,蠕变实验对应力应变的描述较为准确。 将实验所得数据代入式( 3 ) ,利用M a t I a b 软件中 的非线性函数最小二乘法拟合程序L s q n 。n l i n 分别 对2 种纱线的蠕变进行拟合,得出蠕变所对应的力 学拟合方程。 卜字彤肿: e ( ) = 2 5 2 4 46 3 1 4 24 e 1 1 46 ”“+ O 1
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