【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ～ 麻 丙綸 測(cè)定纖維密度的方法很多，有液體浮力法、比重瓶法、氣體容積法、液體溫升懸浮法和密度梯度法等。其中密度梯度法精確度較高，也較簡(jiǎn)單。 四、拉伸性能 纖維材料在使用中會(huì)受到拉伸、彎曲、壓縮、摩 擦和扭轉(zhuǎn)作用，產(chǎn)生不同的變形?；瘜W(xué)纖維在使用過程中主要受到的外力是張力，纖維的彎曲性能也與其拉伸性能有關(guān)，因此拉伸性能是纖維最重要的機(jī)械性能。它包括強(qiáng)力和伸長(zhǎng)兩個(gè)方面，因此又稱強(qiáng)伸性能。表示材料拉伸過程受力與變形的關(guān)系曲線，稱為拉伸曲線。它可以用負(fù)荷－伸長(zhǎng)曲線表示，也可用應(yīng)力－應(yīng)變曲線（ Stress strain curve）表示。圖 13 為幾種常見纖維的應(yīng)力－應(yīng)變曲線。 應(yīng)力－應(yīng)變曲線初始階段為彈性區(qū)域，在這區(qū)域中纖維分子鏈產(chǎn)生彈性形變，相互間沒有大的變位。超過這一范圍后為延性區(qū)域，外力克服分子間引力，使分子鏈間產(chǎn)生滑移，纖維應(yīng)力較小的增加會(huì)產(chǎn)生較大的延伸，應(yīng)力去除后發(fā)生不可回復(fù)的剩余應(yīng)變，圖 14 中所示， （一）斷裂強(qiáng)度 斷裂強(qiáng)度是表征纖維品質(zhì)的主要指標(biāo)，提高纖維的斷裂強(qiáng)度可改善制品的使用性質(zhì)。纖維的斷裂強(qiáng)度，通常有以下幾種表示方法： 1．?dāng)嗔褟?qiáng)力 亦稱絕對(duì)強(qiáng)力或斷裂負(fù)荷，簡(jiǎn)稱強(qiáng)力。即纖維材料受外界直接拉伸到斷裂時(shí)所需的力，單位為牛頓（ N），衍生單位有厘牛頓 (cN)、毫牛頓 (mN)、千牛頓 (kN)等。各種強(qiáng)力機(jī)上測(cè)得的讀數(shù)都是強(qiáng)力。強(qiáng)力與纖維的粗細(xì)有關(guān)，所以對(duì)不同粗細(xì)的纖維，強(qiáng)力沒有可比性。 2．相對(duì)強(qiáng)度 拉斷單位細(xì)度纖維所需要的強(qiáng)力稱為相對(duì)強(qiáng)度，即纖維的斷裂強(qiáng)力與線密度之比，用以比較不同粗細(xì)的纖維拉伸斷裂性質(zhì)的指標(biāo)，單位為 N/tex。 3．強(qiáng)度極限 纖維單位截面積上能承受的最大強(qiáng)力，單位為帕斯卡（ Pa）。 4．?dāng)嗔验L(zhǎng)度 以自身重量拉斷纖維所具有的長(zhǎng)度，單位為千米（ km）。 纖維的斷裂強(qiáng)度通常用強(qiáng)力試驗(yàn)機(jī)測(cè)定。斷裂強(qiáng)度高，纖維在加工過程中不易斷頭、繞輥，最終制成的紗線和織物的牢度也高；但斷裂強(qiáng)度太高，纖維的剛性增加，手感變硬。 （二）斷裂伸長(zhǎng) 纖維拉伸時(shí)產(chǎn)生的伸長(zhǎng)占原來長(zhǎng)度的百分率稱為伸長(zhǎng)率。纖維拉伸至斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)率稱為斷裂伸長(zhǎng)率（ Elongation at break），它表示纖維承受拉伸變形的能力。 斷裂伸長(zhǎng)率大的纖維手感比較柔軟，在紡織加工時(shí)，可以緩沖所受到的力，毛絲、斷頭 較少；但斷裂伸長(zhǎng)率也不宜過大，否則織物容易變形。普通紡織纖維的斷裂伸長(zhǎng)率在 10% ～ 30%范圍內(nèi)比較合適。但對(duì)于工業(yè)用強(qiáng)力絲，則一般要求斷裂強(qiáng)度高、斷裂伸長(zhǎng)率低，使其產(chǎn)品不易變形。 （三）初始模量 初始模量（ Initial modulus）亦稱彈性模量或楊氏（ Young s）模量，為纖維受拉伸而當(dāng)伸長(zhǎng)為原長(zhǎng)的 1%時(shí)所受的應(yīng)力，即應(yīng)力－應(yīng)變曲線（或稱負(fù)荷 —伸長(zhǎng)曲線）起始一段直線部分的斜率，單位為 N/tex，如圖 15 中直線 OY 的斜率。初始模量表示試樣在小負(fù)荷下變形的難易程度，反映了材料的剛性。 纖維的初始模量取決于高聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及分子間相互作用力的大小。大分子柔性越強(qiáng)，纖維的初始模量就越小，也就容易發(fā)生形變。對(duì)于由同一種高聚物制得的纖維，若分子間的作用力愈大，取向度或結(jié)晶度越高，則纖維的初始模量就越大。 在主要的化學(xué)纖維品種中 ，以滌綸的初始模量最大，錦綸則較小，因而滌綸織物挺括，不易起皺；而錦綸則易起皺，保形性差。 （四）屈服應(yīng)力與屈服應(yīng)變 在拉伸曲線上，圖線的坡度由較大轉(zhuǎn)向較小時(shí)，表示材料對(duì)于變形的抵抗能力逐漸減弱，這一轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為屈服點(diǎn)（ Yield point），如圖 15 種的 P 點(diǎn)。屈服點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力和伸長(zhǎng)就是它的屈服應(yīng)力和屈服應(yīng)變。屈服點(diǎn)是纖維開始明顯產(chǎn)生塑性變形的轉(zhuǎn)變點(diǎn)。一般而言，屈服點(diǎn)高的纖維，不易產(chǎn)生塑性變形，拉伸彈性較好，其制品的抗皺性較好。 （五）斷裂功、斷裂比功和功系數(shù) 斷裂功（ Work of rupture）是指拉斷纖維時(shí)外力所作的功，也就是纖維受拉伸到斷裂時(shí)所吸收的能量。如圖 16 可知，斷裂功就是曲線下所包含的面積（陰影部分）。目前的電子強(qiáng)力儀已經(jīng)根據(jù)上述積分原理計(jì)算出了斷裂功。斷裂功的大小與試樣的粗細(xì)和長(zhǎng)度有關(guān)，所以對(duì)不同粗細(xì)和長(zhǎng)度的纖維，沒有可比性。為了能相互比較，常采用斷裂比功。 斷裂比功（ Specific work of rupture）是指拉斷單位線密度、單位長(zhǎng)度纖維材料所需的能量，單位常用 N/tex 來表示。 負(fù)荷－伸長(zhǎng)曲線下面積與斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)乘積之比稱為功 系數(shù)。功系數(shù)越大，外力拉伸纖維所做的功越多，表明這種材料抵抗拉伸斷裂的能力越強(qiáng)，其制品的使用壽命也就越長(zhǎng)。各種纖維的功系數(shù)大致在 ～ 之間。 斷裂功、斷裂比功和功系數(shù)反映纖維的韌性，可用來表征纖維及其制品耐沖擊和耐磨的能力。其他條件不變時(shí)，斷裂功或斷裂比功愈大，纖維的韌性及其制品的耐磨和耐沖擊的能力愈好。當(dāng)斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)相同時(shí)，功系數(shù)大表示拉斷時(shí)外力做功大，纖維堅(jiān)韌。 幾種常見化學(xué)纖維的拉伸指標(biāo)見表 16。 表 16? 幾種常見化學(xué)纖維的拉伸指標(biāo) 纖維品種 斷裂強(qiáng) 度 /N/tex 鉤接強(qiáng)度/N/tex 斷裂伸長(zhǎng)率 /% 初始模量/N/tex 定伸長(zhǎng)回彈率/% （伸長(zhǎng)3%） 干態(tài) 濕態(tài) 干態(tài) 濕態(tài) 滌綸 高強(qiáng)低伸型 ～ ～ ～ 18～28 18～28 ～ 97 普通型 ～ ～ ～ 30～45 30～45 ～ 錦綸 6 ～ ～ ～ 25～55 27～58 ～ 100 腈綸 ～ ～ ～ 25～50 25～60 ～ 89～ 95 維綸 ～ ～ ～ 15～20 17～23 ～ 70～ 80 丙綸 ～ ～ ～ 30～60 30～60 ～ 96～ 100 氯綸 ～ ～ ～ 20～40 20～40 ～ 70～ 85 粘膠纖維 ～ ～ ～ 16～22 21～29 ～ 55～ 80 富強(qiáng)纖維 ～ ～ ～ 9～10 11～13 ～ 60～ 85 醋酯纖維 ～ ～ ～ 25～35 35～50 ～ 70～ 90 （六）回彈性 材料在外力作用下（拉伸或壓縮）產(chǎn)生的形變，在外力除去后，恢復(fù)原來狀態(tài)的能力稱為回彈性（ Elastic recovery）。纖維在負(fù)荷作用下，所發(fā)生的形變包括三部分：普彈形變、高彈形變和塑性形變。這三種形變，不是逐個(gè)依次出現(xiàn)而是同時(shí)發(fā)展的，只是各自的速度不同。因此，當(dāng)外力撤除后，可回復(fù)的普彈形變和松弛時(shí)間較短的那一部分高彈形變（急回彈形變）將很快回縮，并留下一部分形變，即剩余形變，其中包括松弛時(shí)間長(zhǎng)的高彈形變（緩回彈形變）和不可復(fù)的塑性形變。剩余形變值越小，纖維的回彈性越好。 表征纖維回彈性的方法一般有兩種： 1．一次負(fù)荷回彈性質(zhì) —— 回彈率和彈性功 測(cè)定的方法是先施加一定的負(fù) 荷（或使產(chǎn)生一定的伸長(zhǎng)），然后撤去負(fù)荷，經(jīng)松弛一定時(shí)間（ 30s 或 60s，視測(cè)定儀器和方法而定）后，測(cè)定剩余伸長(zhǎng)。則回彈率可表示如下式及見圖 17。 式中： ——可回復(fù)的彈性伸長(zhǎng)； ——不能回復(fù)的塑性伸長(zhǎng)或剩余伸長(zhǎng)； ——總伸長(zhǎng)。 彈性功可表示如下： 回彈率又有兩種不同的測(cè)定方法：一種叫定負(fù)荷回彈率，另一種叫定伸長(zhǎng)回彈率。 2．多次循環(huán)負(fù)荷回彈性質(zhì) 纖維在實(shí)際使用中不會(huì)只受一次拉伸而斷裂，而是經(jīng)受反復(fù)多次微弱而方向和頻率經(jīng)常變化的負(fù)荷作用，因此需要相應(yīng)的纖維耐多次循環(huán)負(fù)荷的測(cè)定方法，才能夠正確地反映使用過程中的性能。在測(cè)定負(fù)荷－延伸性質(zhì)時(shí)，如果在達(dá)到斷裂負(fù)荷以前就停止增加負(fù)荷，并逐漸減小， 以致完全撤去負(fù)荷，這種增加和撤去負(fù)荷的過程可以循環(huán)重復(fù)很多次，就得到多次循環(huán)負(fù)荷－延伸曲線，見圖 18。 纖維的回彈性與其制品的尺寸穩(wěn)定性和折皺性有密切關(guān)系?；貜椥愿叩睦w維（例如滌綸）制成的服裝不易起皺，具有挺括等特性。 五、耐疲勞性 耐疲勞性通常是指纖維在反復(fù)負(fù)荷作用下，或在靜負(fù)荷的長(zhǎng)時(shí)間作用下引起的損傷或破壞。 疲勞破壞的機(jī)理從能量學(xué)角度，可以認(rèn)為是外界作用所消耗的功達(dá)到了材料內(nèi)部的結(jié)合能（斷裂功）使材料發(fā)生疲勞；也可以從形變學(xué)角度認(rèn)為是外力作用產(chǎn)生的變形和塑性變形的積累達(dá)到了材 料的斷裂伸長(zhǎng)，使材料發(fā)生疲勞。 疲勞破壞有兩種形式。一種是纖維材料在一不大的恒定拉伸力作用下，開始纖維迅速拉長(zhǎng)，然后逐步緩行，最后趨于不明顯，到達(dá)一定時(shí)間后，纖維在最薄弱的地方發(fā)生斷裂，稱為靜態(tài)疲勞。另一種是纖維經(jīng)受多次加、減負(fù)荷的反復(fù)作用，塑性變形的逐漸積累，纖維內(nèi)部逐漸形成裂痕，最后被破壞的現(xiàn)象，叫動(dòng)態(tài)疲勞。 可采用單纖維強(qiáng)力儀來測(cè)定耐疲勞性。一般說來，回彈性較好的纖維，其耐疲勞性就高，如錦綸的回彈性較好，它的耐疲勞性最好，在最大應(yīng)力 103N/tex時(shí)的循環(huán)次數(shù)大于 5000 次。 六、耐磨性 所謂磨損，一般指材料由于機(jī)械作用從固體表面不斷失去少量物質(zhì)的現(xiàn)象，即兩個(gè)固體表面接觸作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，伴隨著摩擦引起的減量過程。 影響纖維耐磨損性能的因素非常復(fù)雜。首先是纖維的分子結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。一般情況下，分子主鏈鍵能強(qiáng)，分子鏈柔曲性好，聚合度好，取向高度、結(jié)晶度適當(dāng)，結(jié)晶顆粒較細(xì)較勻，纖維的玻璃化溫度在使用溫度附近時(shí)，耐磨損性能較好。從纖維性能方面看，纖維表層硬度高，拉伸急彈性恢復(fù)率高，拉伸斷裂比功大，恢復(fù)功系數(shù)高時(shí)，耐磨損性能較好。另外，溫濕度、試樣張力、磨料的種類 、形狀、硬度等都對(duì)耐磨損性能有影響。 纖維耐磨性的測(cè)定方法有很多，一般以纖維在耐磨試驗(yàn)儀器上所測(cè)得的斷裂強(qiáng)度的降低或質(zhì)量的損失程度來表征纖維耐磨性的好壞。 七、耐熱性和熱穩(wěn)定性 纖維及其制品在加工過程中要經(jīng)受高溫的作用（如染整、烘干等），在使用過程中也常常要接觸到高溫（如洗滌和熨燙），工業(yè)和技術(shù)用纖維則更要受到高溫的長(zhǎng)時(shí)間作用，因此對(duì)高溫作用的穩(wěn)定性，是材料穩(wěn)定性能指標(biāo)之一。 耐熱性表征纖維在升高溫度下測(cè)得的機(jī)械性能的變化，這種變化在回復(fù)至常溫時(shí)往往能夠恢復(fù)（屬于可復(fù)變化），因 此亦稱物理耐熱性。 熱穩(wěn)定性（ Thermal stability）表征纖維受熱后，機(jī)械性能的不可復(fù)變化，這種變化是將纖維加熱并冷卻至常溫后測(cè)得的，系聚合物發(fā)生了降解或化學(xué)變化所致，因此亦稱化學(xué)耐熱性。 影響纖維對(duì)高溫作用的穩(wěn)定性的因素如下： (1)高聚物分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu) (2)大分子之間是否存在交聯(lián) (3)分子問相互作用的強(qiáng)弱 (4)纖維受熱時(shí)所處的介質(zhì) (是否有氧和水分存在 ) (5)抗氧劑和熱穩(wěn)定劑的性質(zhì)和含量 高聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)是影響纖維耐熱性 (包括熱穩(wěn)定性 )的主要因素 之一。天然的纖維素纖維和再生的水化纖維素纖維耐熱性很高，這類纖維不是熱塑性的，因而在升溫下它們不會(huì)軟化或發(fā)生粘結(jié)。合成纖維在升溫下強(qiáng)度的降低程度比水化纖維索纖維為高。主要化學(xué)纖維品種中，粘膠纖維耐熱性最好，而滌綸的熱穩(wěn)定性最好。 高聚物分子中形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)可以提高纖維的耐熱性，如聚乙烯醇的縮醛化。 借助于加入少量抗氧劑或鏈裂解過程的阻滯劑，可使纖維的熱裂解和熱氧化裂解程度大為減小，可提高纖維熱穩(wěn)定性，但不能提高纖維的耐熱性。 八、熱收縮 熱收縮是纖維熱性能之一，指受熱條件下纖維 形態(tài)尺寸收縮，溫度降低后不可逆 [5]。纖維產(chǎn)生熱收縮是由于纖維存在內(nèi)應(yīng)力，熱收縮的大小用熱收縮率（ Heatshrinkage）表示，它是指加熱后纖維縮短的長(zhǎng)度占原長(zhǎng)度的百分率。 根據(jù)加熱介質(zhì)不同，有沸水收縮率、熱空氣收縮率和飽和蒸汽收縮率等。對(duì)纖維熱收縮處理，品種不同采取的熱處理?xiàng)l件也不同，見表 17： 表 17 纖維熱收縮處理?xiàng)l件 滌綸、錦綸 180℃ 干熱空氣 處理 30min 腈綸 沸水或 120℃ 蒸汽 處理 30min 維綸 沸水 處理 30min 用纖維熱收縮測(cè)定儀測(cè)量纖 維熱收縮率前后的長(zhǎng)度。纖維熱收縮率的大小，與熱處理的方式、處理溫度和時(shí)間等因素有關(guān)，一般情況下，纖維的收縮在飽和蒸汽中最大，在沸水中次之，在熱空氣中最小。氯綸在 100℃ 熱氣中收縮率達(dá) 50%以上，維綸的沸水收縮率約為 5%，正常加工滌綸短纖維的沸水收縮率約為 1%。 九、阻燃性 纖維燃燒是纖維物質(zhì)在遇到明火高溫時(shí)的快速熱降解和劇烈化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。阻燃性是纖維的穩(wěn)定性能指標(biāo)之一，亦稱防燃性。描述纖維燃燒性能的指標(biāo)有極限氧指數(shù) LOI、著火點(diǎn)溫度 T、燃燒時(shí)間 t、火焰溫度 TB 等指標(biāo)。其中應(yīng)用較為廣泛的為極限氧 指數(shù)。 表示紡織材料的可燃性，通常采用極限氧指數(shù) LOI（ Limiting Oxygen Index）來定量區(qū)分纖維的燃燒性，簡(jiǎn)稱限氧指數(shù)或氧指數(shù)。所謂極限氧指數(shù)，是指試樣在氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚庵?，維持完全燃燒所需的最低氧氣體積分?jǐn)?shù)： 式中： VO2 和 VN2 分別為氧氣或氮?dú)獾捏w積。 限氧指數(shù)愈高，說明燃燒時(shí)所需氧氣的