棉纖維的強(qiáng)度指棉纖維抵抗拉伸破壞的強(qiáng)弱程度,是棉纖維的重要品質(zhì)指標(biāo)之一。它和棉纖維的成熟度、細(xì)度有緊密的關(guān)系,對(duì)紗布質(zhì)量有著重大的影響。在其他條件相同的情況下,棉纖維的強(qiáng)度高,成紗強(qiáng)度高,織成的布強(qiáng)度也大;反之,纖維強(qiáng)度低,不僅成紗強(qiáng)度低,而且在整理過程中簡(jiǎn)單形成棉結(jié)、索絲,短纖維含量和落棉量也會(huì)增大。因此在紡紗配棉之前,必須對(duì)棉纖維的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。
(一)基本指標(biāo)
棉纖維在外力作用下被破壞時(shí),主要的和基本的方式是纖維被拉斷。表示棉纖維抵抗拉伸能力的術(shù)語很多,其含義不同,基本有以下幾種常用術(shù)語。
1.斷裂強(qiáng)力
斷裂強(qiáng)力,指棉纖維受外力拉伸至斷裂時(shí)所需的力,是表示拉伸力絕對(duì)值的一種指標(biāo)。強(qiáng)力的法定計(jì)量單位是牛頓,過去習(xí)慣用千克力和克力表示。各種強(qiáng)力機(jī)上測(cè)得的直接讀數(shù)是強(qiáng)力,單纖維強(qiáng)力用厘牛(cN)表示;束纖維強(qiáng)力用牛頓(N)表示。強(qiáng)力和纖維的粗細(xì)有關(guān),不同粗細(xì)的棉纖維,其斷裂強(qiáng)力是沒有可比性的。通常所稱的棉纖維單強(qiáng),只是在纖維的成熟度、細(xì)度有緊密的關(guān)系,對(duì)紗布質(zhì)量有著重大的影響。在其他條件相同的情況下,棉纖維的強(qiáng)度高,成紗強(qiáng)度高,織成的布強(qiáng)度也大;反之,纖維強(qiáng)度低,不僅成紗強(qiáng)度低,而且在整理過程中簡(jiǎn)單形成棉結(jié)、索絲,短纖維含量和落棉量也會(huì)增大。因此在紡紗配棉之前,必須對(duì)棉纖維的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。
(一)基本指標(biāo)
棉纖維在外力作用下被破壞時(shí),主要的和基本的方式是纖維被拉斷。表示棉纖維抵抗拉伸能力的術(shù)語很多,其含義不同,基本有以下幾種常用術(shù)語。
1.斷裂強(qiáng)力
斷裂強(qiáng)力,指棉纖維受外力拉伸至斷裂時(shí)所需的力,是表示拉伸力絕對(duì)值的一種指標(biāo)。強(qiáng)力的法定計(jì)量單位是牛頓,過去習(xí)慣用千克力和克力表示。各種強(qiáng)力機(jī)上測(cè)得的直接讀數(shù)是強(qiáng)力,單纖維強(qiáng)力用厘牛(cN)表示;束纖維強(qiáng)力用牛頓(N)表示。強(qiáng)力和纖維的粗細(xì)有關(guān),不同粗細(xì)的棉纖維,其斷裂強(qiáng)力是沒有可比性的。通常所稱的棉纖維單強(qiáng),只是在 棉花品種相同或品種差異不很大的情況下,才有肯定的價(jià)值。
2.斷裂強(qiáng)度
棉纖維的斷裂強(qiáng)度,是指棉纖維單位細(xì)度所承受的斷裂強(qiáng)力,是表示棉纖維強(qiáng)力和細(xì)度的綜合指標(biāo)。不同粗細(xì)的棉纖維,其斷裂強(qiáng)度是無可比性的。表示棉纖維的斷裂強(qiáng)度通常有以下幾種:
(1)斷裂比強(qiáng)度(P S ):它是指未應(yīng)變的纖維試樣,單位線密度(Tt)所承受的斷裂強(qiáng)力(F),其公式為:
斷裂應(yīng)力是各種材料通用的可比性強(qiáng)度指標(biāo),單位為MPa。由于纖維的截面積很難測(cè)得,故生產(chǎn)上不采納這一指標(biāo)。棉纖維的斷裂應(yīng)力在商業(yè)上常用磅力/平方英寸或千磅力/平方英寸等單位表示,它是根據(jù)卜氏強(qiáng)力機(jī)的一個(gè)專用強(qiáng)度指標(biāo)———卜氏指數(shù)(磅力/mg)求得的,在國際棉花貿(mào)易交往中應(yīng)用得比較廣泛。卜氏束纖維強(qiáng)力儀如圖3-4所示。
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]]>棉纖維在整個(gè)拉伸過程中的具體情況是非常復(fù)雜的。從實(shí)質(zhì)上說,纖維的斷裂主要是由于非結(jié)晶區(qū)中大分子的斷裂和大分子之間結(jié)合力的破壞而引起的。它受棉纖維內(nèi)在因素和外界條件兩方面的影響。
1.內(nèi)在因素
影響棉纖維強(qiáng)度的內(nèi)因主要是棉花類別、品種、成熟度以及纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
由于棉花類別、品種、成熟度不同,其力學(xué)性質(zhì)有明顯的差別。通常細(xì)絨棉單纖維強(qiáng)力和斷裂長(zhǎng)度均小于長(zhǎng)絨棉;同一類別不同品種的棉纖維強(qiáng)度也不同;同一品種棉纖維的單強(qiáng)隨成熟程度的增加而增加。
從纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看,纖維素大分子的聚合度、取向度和纖維的結(jié)晶度越大,纖維的強(qiáng)度也越大。這是因?yàn)槔w維大分子的聚合度高,大分子鏈比較長(zhǎng),從結(jié)晶區(qū)中完全抽拔出來不太簡(jiǎn)單;大分子的取向度好,說明大分子沿纖維軸向排列的程度比較好,在拉伸中受力的大分子的根數(shù)多,纖維的強(qiáng)度好;當(dāng)纖維的結(jié)晶度高時(shí),纖維內(nèi)大分子的排列比較規(guī)整,縫隙孔洞較少且較小,大分子間的結(jié)合力較大,所以纖維的強(qiáng)度較高。
2.外界因素
影響棉纖維強(qiáng)度的外因主要是外界溫濕度和強(qiáng)力機(jī)上的測(cè)試條件。
隨著外界溫度的提高,棉纖維大分子的動(dòng)能提高,大分子間的結(jié)合力減弱,纖維的強(qiáng)度有所下降。隨著相對(duì)濕度的提高,纖維中所含水分增多,棉纖維的強(qiáng)度增大。這是因?yàn)?棉纖維的聚合度特別高,大分子鏈極長(zhǎng),當(dāng)回潮率提高后,大分子鏈之間的氫鍵有所削弱,增強(qiáng)了大分子間的滑動(dòng)能力,反而調(diào)整了大分子的張力均勻性,從而使受力大分子的根數(shù)增多,纖維強(qiáng)度有所提高。
強(qiáng)力機(jī)上的測(cè)試條件對(duì)纖維強(qiáng)度的影響是多方面的。這里主要商量試樣長(zhǎng)度、試樣根數(shù)和拉伸速度的影響。
當(dāng)試樣長(zhǎng)度長(zhǎng)時(shí),測(cè)得的強(qiáng)度較低。這是因?yàn)槔w維各處的截面積和結(jié)構(gòu)不均一,所以同一根纖維上各處的強(qiáng)力不完相同,斷裂總是發(fā)生在弱環(huán)處,測(cè)試所得強(qiáng)力實(shí)際上是纖維弱環(huán)處的強(qiáng)力。當(dāng)試樣長(zhǎng)度短時(shí),弱的弱環(huán)被測(cè)到的機(jī)會(huì)就少,所以平均強(qiáng)度有所提高。被測(cè)試樣的不均一性越大,試樣長(zhǎng)度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響也越大。
進(jìn)行束纖維強(qiáng)力測(cè)試時(shí),隨著試樣中纖維根數(shù)的增加,測(cè)得的單纖維強(qiáng)力會(huì)下降。這是由于試樣中各根纖維的強(qiáng)力不一致,非常是伸長(zhǎng)能力不一致,而且伸直狀態(tài)也不一樣。在外力作用下,伸長(zhǎng)能力小、強(qiáng)力差、較伸直的纖維首先斷裂,之后拉伸外力又為其他纖維所承受,即各根纖維不是同時(shí)斷裂,這就稱為斷裂的不同時(shí)性或斷裂不一致性。正因?yàn)槿绱?測(cè)得的束纖維強(qiáng)力必定小于單根纖維強(qiáng)力之和。
在其他條件肯定時(shí),強(qiáng)力機(jī)上對(duì)試樣的拉伸速度加快,測(cè)得的強(qiáng)力增大。這是由于面料纖維屬于黏流體,其應(yīng)力應(yīng)變情況隨拉伸作用時(shí)間長(zhǎng)短有所不同,纖維在短時(shí)間拉伸作用下尚未大量消耗內(nèi)能,因而呈現(xiàn)出較大的強(qiáng)力;若拉伸速度慢,作用時(shí)間長(zhǎng),纖維在小負(fù)荷下已經(jīng)消耗內(nèi)能,故斷裂時(shí)所需的大負(fù)荷有所降低。
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]]> (三)測(cè)試棉纖維斷裂比強(qiáng)度儀器的類型
(1)按儀器結(jié)構(gòu)原理的不同可分為擺錘式強(qiáng)力儀、杠桿式強(qiáng)力儀和電子強(qiáng)力儀等。
(2)按試樣被拉伸過程中受力情況不同可分為:等速牽引型(如Y162A型束纖維強(qiáng)力機(jī))、等速加負(fù)荷型(如卜氏束纖維強(qiáng)力儀和斯特洛束纖維強(qiáng)伸度儀)、等速伸長(zhǎng)型(如電子強(qiáng)力儀)。
卜氏束纖維強(qiáng)力儀的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,由卜氏試樣夾持器、夾持器臺(tái)鉗、折斷器三部分組成。
其中卜氏試樣夾持器、夾持器臺(tái)鉗和斯特洛束纖維強(qiáng)伸度儀相同。
斯特洛束纖維強(qiáng)伸度儀是國際標(biāo)準(zhǔn)ISO3060—1974所推舉的儀器。HY—154型束纖維強(qiáng)伸度儀為國產(chǎn)仿斯特洛型,如圖3-5所示。該儀器恒速加載(CRL)擺式強(qiáng)度試驗(yàn)儀。纖維斷裂時(shí)過沖小(纖維斷裂時(shí),指針不會(huì)出現(xiàn)滑脫或超限休閑的現(xiàn)象),測(cè)試精確度高,和成紗強(qiáng)力相關(guān)高,可同時(shí)測(cè)得束纖維的斷裂比強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率兩項(xiàng)指標(biāo)。該儀器恒速加載(CRL)擺式強(qiáng)度試驗(yàn)儀。纖維斷裂時(shí)過沖小,測(cè)試精確度高,和成紗強(qiáng)力相關(guān)高,可同時(shí)測(cè)得束纖維的斷裂比強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率兩項(xiàng)指標(biāo)。它一般用于測(cè)定棉纖維在3１2mm隔距時(shí)的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率,或零隔距的強(qiáng)度;也可測(cè)定其他材料(毛纖維、紙張、塑料等)的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。是纖檢、商業(yè)、紡纖、商檢、農(nóng)業(yè)科研等系統(tǒng)纖維試驗(yàn)室的必備儀器。
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