第三章 纤维的力学性质(原文)讲解
第三章纤维的力学性质
第一节纤维的拉伸性质
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，要求纺织纤维具有一定的抵抗外力作用的能力。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，因此，纤维的力学性质是最主要的性质，它具有重要的技术意义和实际意义。纺织纤维的长度比直径大1000倍以上，这种细长的柔性物体，轴向拉伸是受力的主要形式，其中，纤维的强伸性质是衡量其力学性能的重要指标。
一、拉伸曲线及拉伸性质指标
1．纤维的拉伸曲线特征
纤维的拉伸曲线由拉伸试验仪得到，图3-1是一试样长度为20cm，线密度为0.3 tex，密度为
1．5R/cm3的纤维在初始负荷为零开始一直拉伸至断裂时的一根典型的纤维拉伸曲线。它可以分成3个不同的区域：A为线性区(或近似线性区)；B为屈服区，在B区负荷上升缓慢，伸长变形增加较快；C为强化区，伸长变形增加较慢，负荷上升较快，直至纤维断裂。
图3-1 纤维的拉伸曲线
纤维的拉伸曲线可以是负荷-伸长曲线，也可以将它转换成应力-应变曲线，图形完全相同，仅坐标标尺不同而已。纤维拉伸曲线3个不同区域的变形机理是不同的。当较小的外力作用于纤维时，纤维产生的伸长是由于分子链本身的伸长和无定形区中缚结分子链伸展时，分子链间横向次价键产生变形的结果。所以，A区的变形是由于分子链键长(包括横向次价键)和键角的改变所致。变形的大小正比于外力的大小，即应力-应变关系是线性的，服从虎克定律。当外力除去，纤维的分子链和横向连接键将回复到原来位置，是完全弹性回复。由于键的变形速度与原子热振动速率相近，回复时间的数量级是10-13s，因此，变形的时间依赖性是可以忽略的，即变形是瞬时的。
当施加的外力增大时，无定形区中有些横向连接键因受到较大的变形而不能承受施加于它们的力而发生键的断裂。这样，允许卷曲分子链伸直，接着分子链之间进行应力再分配，使其他的横向连接键受力增加而断裂，分子链进一步伸展。在这一阶段，纤维伸长变得较容易，而应力上升很缓慢。应力-应变曲线具有较小的斜率，这是B区产生的屈服现象。当外力除去后，变形的回复是不完全的。因为许多横向连接键已经断裂不能回到原来的位置，或者在新的位置上已经重新形成新的横向次价键变成较稳定的结构状态。
当进一步增加外力时，由于纤维千讦多大分子链经过屈服流动后，分子链因充分伸直，进一步拉伸分子链比较困难。这时，拉伸曲线斜率增加，如C区，即为强化区，这时增加的变形主要是纤维大分子链键长和键角的改变所引起，最后直至纤维断裂。
不同纺织纤维由于内部结构不同，其拉伸曲线有很大差异，几种常见纺织纤维的应力-应变曲线如图3-2所示。天然纤维因品种不同，或生长、饲养条件的差异，化学纤维则由于大分子链结构以及纺丝工艺参数的差别，其拉伸性能也会有很大的差别。常见纺织纤维的有关拉伸性质指标列于表3-1。
图3-2 不同纤维的应力-应变曲线
2．拉伸性能指标
由纤维拉伸曲线可提取表征纤维拉伸性能的许多重要力学性能指标。
(1)断裂强力和断裂强度
纤维断裂强力表示纤维能承受拉伸负荷的最大能力，单位为牛顿(N)，或厘牛(cN)。单根纤维的断裂强力称绝对强力，它与纤维粗细有关，为了相互比较，通常采用断裂强度(或相对强度)来表征。表示纤维断裂强度常用以下3种指标：
①断裂应力：它是单位纤维横截面上纤维所能承受的最大拉力，单位为Pa(N/m2)或 cN/cm2，因Pa的单位很小，常用MPa，且1MPa＝106Pa。
②比应力：它是指单位线密度纤维所能承受的最大拉力，单位为N/tex。
③断裂长度：它是指纤维本身重力等于其断裂强力时的纤维长度，单位为千米(km)，即
(3-1)其中，P为纤维的强力(N)；若为重力加速度(9．8m/s2)；Nm为纤维的公制支数(m/g)。
纤维相对强度的3个指标间关系为
(3-2)
(3-3)式中，ζ为纤维断裂应力(N/mm2)；p t为纤维的比应力(N/tex)；g为重力加速度(9．8m/s2)；L 为纤维的断裂长度(km)；ν为纤维密度(g/cm3)。
(2)断裂伸长率
纤维拉伸断裂时产生的伸长占原来长度的百分率。它表示纤维承受最大负荷时的伸长变形能力。
(3)初始模量
它是纤维应力-应变曲线起始一段直线部分的斜率，其物理含义是表示当试样保持初始斜率不变时，拉伸试样至原来长度的两倍时所需的应力值。它表征在小变形条件下，纤维承受外力作用时抵抗变形能力的大小，是衡量纤维刚性的指标。
纺织纤维的初始模量与纺织制品的耐磨、耐疲劳、耐冲击、手感、悬垂性和起拱性能等关系密切。
许多纺织品多半是在小变形条件下工作的，因此，初始模量是纤维力学性能中的重要指标。
对于纺织纤维拉伸曲线的起始部分是否存在线性区是有争议的。前苏联学者库金和索洛维也夫认为，纺织纤维与金属材料不同，拉伸曲线的起始部分是凹向应变轴的，只能近似地接近直线。澳大利亚学者E．G．Bendit(1978)认为纺织纤维拉伸曲线的起始部分不存在“虎克区”，对粘弹性材料，在理论上其应力-应变曲线是凹向应变轴的。然而由于纤维截面的转曲和天然卷曲以及试样夹头夹持不当等影响，会使应力-应变曲线的起始部分凹向应力轴，由于这2个相反的弯曲，使应力-应变曲线在外表上似乎有一个不变斜率的“虎克区”。
当有些纤维拉伸曲线起始部分不成直线时，其初始模量常取伸长率为1％(或0．5％)时的应力值，按定义：初始模量＝应力/应变计算得到，也称为割线模量。
(4)屈服点
纤维拉伸曲线上“虎克区”和屈服区的转变点称为屈服点，所对应的应力和应变分别称为屈服应力和屈服应变。实验表明：当纤维超过屈服点后，将产生较高比例的塑性变形，纤维的力学性质将起较大的变化，所以在纺织加工和纺织品使用过程中，确定和掌握纤维的屈服点很重要。有数种确定纤
维屈服点的方法可供选择。
①曼列狄斯(Meredith)法
如图3-3(a)所示。连结应力-应变曲线原点O和断裂点A；平行于OA作平行线并与拉伸曲线相切，得切点Y；Y点所对应的应力为屈服应力(ζy)，对应的应变为屈服应变(εy)。
图3-3 屈服点的确定方法
②考泼伦(Coplan)方法：如图3-3(b)，作拉伸曲线在屈服点前后2个区域的近似直线部分的切线，交于K；过K点作平行于应变轴，交拉伸曲线于Y，Y则为屈服点。
③角平分线法：如图3-3(c)，作拉伸曲线在屈服点前后2个区域的近似直线部分的切线，交于K；作两切线的夹角平分线，交拉伸曲线于Y，Y即为屈服点。
④三阶导数法：这是1979年阿尔法(E1-Alfy)根据屈服点的定义提出的，应用对拉伸曲线求三阶导数的方法来确定纤维的屈服点，如图3-3(d)所示，三阶导数曲线与伸长轴的交点，即为屈服伸长率。
上述几种方法所决定的屈服点位置略有差异，曼列狄斯法简单，容易求取。角平分线法较实用，但有时求取屈服点后拉伸曲线部分的切线较困难。三阶导数法，求取方法麻烦，但有利于计算机自动化。
(5)断裂功、断裂比功和充满系数
纤维的负荷-伸长曲线下的面积，表示拉断这根纤维时，外力对它所作的功，表示材料抵抗外力
破坏所具有的能量，叫做“断裂功”(W)。
在纤维粗细和试样长度不同时，断裂功不能反映纤维抵抗外力破坏的能力，所以要折算成拉断单位体积或单位纤维重量所需作功的大小，称为“断裂比功”。在实际应用中，断裂比功采用拉断一单位线密度、1cm长的纤维所需要的功(N·cm)来表示，即
断裂比功的单位为N/tex。断裂比功大的纤维材料能承受冲击破坏的能力强
二、纤维代表性拉伸曲线及其绘制
纤维性能是结构的反映，天然纤维受到品种、生长条件的影响，化学纤维的拉伸性能与大分子链结构和纺丝工艺的影响很大，使不同纤维在结构上存在着较大的差异，所以力学性能亦在一相当范围内变化。图3-4为几种主要化学纤维的拉伸曲线。图中表示出高强低伸型化纤与低强高伸型化纤的拉伸曲线有很大的不同。
图3-4 几种化学纤维的拉伸曲线
纺织纤维由于内部结构和外形尺寸的不均匀性，特别是天然纤维，使各根纤维的拉伸曲线存在较大的差异，如何从一批离散性较大的拉伸曲线中，选取一根代表性曲线，以代表这批试样的拉伸性能呢?通常采用下述两种方法。
①单根代表曲线法：根据实测试样所得的断裂强力，断裂伸长和初始模量(或屈服点)的平均值，在n(样本容量)根拉伸曲线中选取其中一根最接近上述指标的平均值的曲线，即为代表性曲线。这一方法较简单，所得曲线光滑、自然，但在任意拉伸阶段时曲线的平均代表性较差。
②5根曲线平均法：根据上述方法从n根拉伸曲线中选取5根最接近平均断裂强力、断裂伸长率和屈服点(屈服应力和应变)的曲线；将每根曲线等分断裂伸长为若干等分；求出各对应伸长分点的平均强力；以实测的平均断裂伸长为基准，作出各对应伸长分点的平均强力点，然后连接各点所得曲线即为纤维的代表性曲线。这一方法，绘制较麻烦。当分点较少时，曲线不光滑。当取较多分点时，绘制很费时。但它能较好地代表整个拉伸过程的变形特征，代表性好。
三、纤维结构对力学性能的影响
1．相对分子质量(或聚合度)
分子链的长短对纤维的力学性能影响很大。随着相对分子质量的增长，分子链间总的次价键力增大。分子链间不易滑移，其抗拉强度、断裂伸长、冲击韧性等都随之提高。当相对分子质量增加到一定程度时，它对力学性能的提高变得不明显，并趋于一极限值，这一临界相对分子质量M c，对于不同纤维聚合物有不同值。而同一纤维高聚物，对不同的力学性能指标也具有不同的M c值。
2．分子链的刚柔性和极性基团的数量
当分子链存在有刚性的基团时如涤纶中的苯环和纤维素纤维中的葡萄糖剩基等，使纤维的模量增加，刚性增大。分子链上极性基团多时，分子链间次价键力大，同样使纤维具有较高的模量和断裂强度。
3．分子链堆砌的紧密程度、结晶度
纤维中大分子链堆砌的紧密程度不同时，对纤维力学性质影响很大。紧密的堆砌，分子链间作用力大，纤维有较高的强度和屈服应力；反之，疏松的堆砌使纤维有较高的断裂伸长和冲击强度。一般
来说，随着纤维结晶度的增加，其屈服应力、强度、模量和硬度等均会提高，而断裂伸长和冲击韧性则相反。结晶使纤维高聚物变硬变脆。聚乙烯高聚物的某些力学性能与结晶度间的关系列于表3-2。
研究表明：结晶的结构常超过结晶度的影响，大的晶粒通常使纤维高聚物的断裂伸长和韧性降低。小晶粒高聚物的抗张强度、模量、断裂伸长和韧性较大晶粒结构纤维都要高，因为大晶粒内部的空隙和结晶界面的缺陷较多。
4．分子链的取向(取向度)
分子链取向使纤维力学性质产生各向异性，使取向方向的强度和模量增加。其原因主要是分子链
取向的结果使化学主价键力和氢键、范德华力的分布不均匀，在纤维轴向以主价键力为主，而在垂直方向上以次价键力为主。克服次价键力要比克服主价键力容易得多。其次是，在取向过程中能消除存在于未取向试样中的一些缺陷，或使某些应力集中部分的分子链同时顺力场方向取向。这样，应力集中效应在纤维轴平行方向上减弱，而在垂直方向上加强。因此，随着纤维分子链取向度增加，纤维轴向断裂强度、模量增加，而断裂伸长降低。图3-5为不同取向度的再生纤维素纤维的拉伸曲线。由伸直链组成纤维状晶体，其抗张性能较折叠链晶体优越得多，如液晶纺丝工艺制得的芳香聚酰胺纤维模量126X106kPa和强度为3X106kPa，是普通高强聚酰胺纤维的8倍和 2.5倍；采用冷冻纺丝工艺的聚乙烯纤维具有伸直链的结构，强度达2X106kPa，比普通乙纶纤维高4-5倍。
图3-5 不同取向度的粘胶纤维的拉伸曲线。
第三章 纤维的力学性质
第三章纤维的力学性质 第一节纤维的拉伸与疲劳性能 一、拉伸曲线的基本特征 表示纤维在拉伸过程中强力和伸长的关系曲线称为拉伸曲线(强力-伸长曲线、应力-应变曲线)。 纤维在拉伸过程中的行为表现和它的结构在拉伸过程中所发生的变化和破坏是有联系的，这样的本构关系可以通过对拉伸曲线的分析加以表述。拉伸从O′点开始： （1）自O′至O——如果拉伸前纤维未完全伸直，纤维将通过O′O逐渐伸直。 （2）自O至M——曲线基本上是直线段，表示纤维发生的是导致强力与伸长间呈直线相关的虎克变形，纤维中主要是发生了分子内或分子间键角键长的变形。 （3）自M至Q——强力与伸长间关系进入非直线相关阶段，表明纤维中非晶区内大分子链开始发生构象的变化，链与链之间的关系改变。 （4）自Q至S——Q点可称为屈服点，但大多数纤维都没有明晰的屈服点，因为屈服点是结晶物质的特征点，而纤维只有部份结晶态（区）、甚至没有结晶态只有有序区。自Q点开始，原存在于分子内或分子间的氢键等次价力联系开始破坏，首先是非晶区中大分子的错位滑移，所以，这一阶段，伸长增长快于强力。 （5）自S至A——随拉伸的进行，错位滑移的分子基本伸直平行，并可能在伸直的分子链间创造形成新次价力的机会，同时，纤维的结晶区也开始被破坏。拉断结晶区与非晶区中分子间联系，需要较大的外力，所以这一阶段强力上升很快，到A点，纤维断裂。 纤维的应力-应变曲线和强力-伸长曲线的特征相似。 表3-1 常见纤维的拉伸性质指标
二、表征纤维拉伸断裂特征的指标 1．强力 强力是指纤维能够承受的最大拉伸力，又名绝对强力、断裂强力。 2．相对强度 相对强度是应力指标，简称为强度，用纤维被拉断时单位横截面上承受的拉伸力来表示。根据采用的表征纤维截面积的指标不同，强度指标有以下几种： （1）断裂应力σ 又名强度极限，它是指纤维单位截面积上所能承受的最大拉伸力，单位为N ／mm 2（即兆帕）。 （2）比强度tex P 指每特纤维所能承受的最大拉伸力，又称断裂强度，单位为N ／tex 或cN/dtex 。 （3）断裂长度L 它是设想将纤维连续地悬吊起来，直到它因本身重力而断裂时的长度，也就是重力等于强力时的纤维长度，单位为千米。 3．伸长率与断裂伸长率 纤维拉伸时产生的伸长占原来长度的百分率称为伸长率或延伸率，拉伸至断裂时的伸长率称为断裂伸长率。它表示纤维承受拉伸变形的能力。其计算式为： (%)1000 0?-=L L L ε (%)1000 0?-=L L L p ε 式中的ε为纤维的伸长率（％），p ε为纤维的断裂仲长率（％），L 为拉伸后的纤维长度（mm ），L 0为拉伸前的纤维长度（mm ），L 0为断裂时的纤维长度（mm ）。 4．断裂功、断裂比功和功系数 （1）断裂功 它是指拉断纤维所作的功，也就是纤维受拉伸到断裂时所吸收的能量。在强力-伸长曲线上，断裂功就是曲线下所包含的面积（图3-3）。 （2）断裂比功
聚丙烯腈碳纤维性能表征规范
聚丙烯腈碳纤维性能表征规范 聚丙烯腈碳纤维的性能主要有力学性能、热物理性能和电学性能。对于碳纤维材料来说，拉伸力学性能，包括拉伸强度、拉伸模量以及断裂伸长率是其主要力学性能指标。由于纤维材料本身的特点，很难对其压缩力学性能进行有效的表征，因此基本不考虑纤维本身的压缩性能。碳纤维的热物理性能包括热容、导热系数、线膨胀系数等，也是材料应用的重要指标。电性能主要为体积电阻率以及电磁屏蔽方面的性能。对于碳纤维的拉伸力学性能测试，各国都已经基本形成了相应的测试标准系列，这些标准系列同时包括了在力学性能测试时需要的线密度、体密度、上浆量等相关的测试。对于热物理性能，相关的测试标准较少。 5.5.1 碳纤维性能测试标准 日本从1986年开始发布了其碳纤维力学性能测试标准，有关标准见表5.30，其中JIS R7601-1986《碳纤维试验方法》涵盖了碳纤维单丝、束丝的拉伸力学性能测试方法外，还包括以及密度、上浆剂含量、线密度等测试方法及规范。JIS R7601-2006《碳纤维试验方法（修正1）》是在国际对石棉制品应用规定严格的条件下，将JIS R7601-1986中拉伸性能测试中夹持用垫片的石棉材料进行了删除。相比于JIS R7601-1986，JIS R7608-2007《碳纤维-树脂浸渍丝拉伸性能测试方法》被广泛地用于碳纤维力学性能的测试，其可操作性和规范性也更强。 表5.30 日本碳纤维测试标准 序号标准号标准名称 1 JIS R7601-1986 碳纤维试验方法 2 JIS R7602-1995 碳纤维织物试验方法 3 JIS R7603-1999 碳纤维-密度的试验方法
第三章 纤维的力学性质(原文)讲解
第三章纤维的力学性质 第一节纤维的拉伸性质 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，要求纺织纤维具有一定的抵抗外力作用的能力。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，因此，纤维的力学性质是最主要的性质，它具有重要的技术意义和实际意义。纺织纤维的长度比直径大1000倍以上，这种细长的柔性物体，轴向拉伸是受力的主要形式，其中，纤维的强伸性质是衡量其力学性能的重要指标。 一、拉伸曲线及拉伸性质指标 1．纤维的拉伸曲线特征 纤维的拉伸曲线由拉伸试验仪得到，图3-1是一试样长度为20cm，线密度为0.3 tex，密度为
1．5R/cm3的纤维在初始负荷为零开始一直拉伸至断裂时的一根典型的纤维拉伸曲线。它可以分成3个不同的区域：A为线性区(或近似线性区)；B为屈服区，在B区负荷上升缓慢，伸长变形增加较快；C为强化区，伸长变形增加较慢，负荷上升较快，直至纤维断裂。
图3-1 纤维的拉伸曲线
纤维的拉伸曲线可以是负荷-伸长曲线，也可以将它转换成应力-应变曲线，图形完全相同，仅坐标标尺不同而已。纤维拉伸曲线3个不同区域的变形机理是不同的。当较小的外力作用于纤维时，纤维产生的伸长是由于分子链本身的伸长和无定形区中缚结分子链伸展时，分子链间横向次价键产生变形的结果。所以，A区的变形是由于分子链键长(包括横向次价键)和键角的改变所致。变形的大小正比于外力的大小，即应力-应变关系是线性的，服从虎克定律。当外力除去，纤维的分子链和横向连接键将回复到原来位置，是完全弹性回复。由于键的变形速度与原子热振动速率相近，回复时间的数量级是10-13s，因此，变形的时间依赖性是可以忽略的，即变形是瞬时的。 当施加的外力增大时，无定形区中有些横向连接键因受到较大的变形而不能承受施加于它们的力而发生键的断裂。这样，允许卷曲分子链伸直，接着分子链之间进行应力再分配，使其他的横向连接键受力增加而断裂，分子链进一步伸展。在这一阶段，纤维伸长变得较容易，而应力上升很缓慢。应力-应变曲线具有较小的斜率，这是B区产生的屈服现象。当外力除去后，变形的回复是不完全的。因为许多横向连接键已经断裂不能回到原来的位置，或者在新的位置上已经重新形成新的横向次价键变成较稳定的结构状态。
碳纤维是一种力学性能优异的新材料
碳纤维是一种力学性能优异的新材料。他的比重不到钢的1/4，比铝还要轻，比强度是铁的20倍。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。因此，可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、GOLF球棒等体育休闲领域。 由于使用碳纤维材料可以大幅降低结构重量，因而可显著提高燃料效率。采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的飞机以及卫星、火箭等宇宙飞行器，噪音小，而且因质量小而动力消耗少，可节约大量燃料。据报道，航天飞行器的质量每减少1kg，就可使运载火箭减轻500kg。 碳纤维除了具有一般碳素材料的特性：耐高温, 耐磨擦, 导电, 导热及耐腐蚀等, 其外形有显著的各向异性, 柔软, 可加工成各种织物, 又由于比重小, 沿纤维轴方向表现出很高的强度, 碳纤维增强环氧树脂复合材料, 其比强度、比模量综合指标, 在现有结构材料中是最高的。碳纤维还具有极好的纤度〔纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数〕，一般仅约为19克, 拉力高达300kg/mm2。目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能, 因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温，化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料具备不可替代的仇势。 碳纤维的物理性质如下： (1)碳纤维的密度在1.5—2.0g/cm3之间，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温(3000℃)石墨化处理，密度可达2.0g/cm3。 (2)碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。平行于纤维方向是负值(-0.72×10-6～-0.90×10-6 K-1)，而垂直于纤维方向是正值(32×10-6～22×10-6 K-1)。 (3)碳纤维的比热容一般为7.12×10-1KJ/(kg·K)。热导率随温度升高而下降。 (4)碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775ìù/cm，高强度碳纤维为1500ìù/cm。碳纤维的电动势为正值，而铝合金的电动势为负值。因此当碳纤维复合材料与铝合金组合应用时会发生化学腐蚀。 碳纤维的物理性质如下： 碳纤维的化学性质与碳相识，它除能被强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的。在空气中，温度高于400℃时则出现明显的氧化，生成CO与CO2。在不接触空气和氧化剂时，碳纤维具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化，它还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和减速中子等特性。 表1 不同种类碳纤维的力学性能
纺织材料学习题库
纺织材料学习题库 （注：部分习题有答案） 一．名词解释 聚集态结构链结构形态结构几何异构体交联高分子旋光异构大分子结构序列结构聚合度构型链段构象结晶态结构结晶度取向度非晶区非晶态结构两相结构高分子柔性晶格原纤原纤结构巨原纤再生有机纤维接枝共聚反应原棉皮辊棉锯齿棉黄棉细绒棉长绒棉粗绒棉棉短绒 原棉杂质手感目测配棉天然转曲成熟度成熟系数韧皮纤维叶鞘纤维 工艺纤维精干麻同质毛被毛毛丛细羊毛两型毛粗腔毛兔毛马海毛骆驼毛净毛率羊毛卷曲缩绒性品质支数双侧结构山羊绒蚕茧茧丝绢纺纱茧层率丝素丝胶丝鸣茧的解舒生丝精炼丝人造纤维合成纤维化学纤维差别化纤维无机纤维芳纶异型纤维超细纤维碳纤维金属纤维膜裂纤维中长纤维包覆溶融纺丝复合纤维改性纤维干法纺丝湿法纺丝熔体纺丝融液纺丝法成纤高聚物预取向丝（POY）平均长度品质长度手扯长度比表面积纤度特公制支数纤维密度吸湿性回潮率含水率实际回潮率平衡回潮率标准回潮率公定回潮率标准重量（公定重量）标准状态吸湿等温线吸湿等湿线吸湿滞后性直接吸着水间接吸着水吸湿膨胀吸湿放热吸湿微分热吸湿积分热吸湿平衡机械性质绝对强度相对强度断裂强度断裂应力断裂长度比强度勾接强度打结强度断裂伸长率预张力初始模量屈服点断裂功断裂比功功系数急弹性变形缓弹性变形塑性变形弹性恢复率弹性功率流变性蠕变松弛疲劳抗弯刚度抱合力抗
扭刚度摩擦力负荷—伸长曲线抱合长度动态机械性质初始模量屈服应力压缩弹性恢复率比热容导热系数绝热率玻璃化温度粘流温度熔点温度分解点温度热塑性热收缩耐热性热稳定性极限氧指数闪光效应耐光性闪色效应纤维色泽纤维光泽光致发光纤维介电系数纤维介电损耗纤维介质损耗因素微波加热纤维的比电阻纤维静电电位序列永久性抗静电纤维单纱股线混纺纱混纺比混合纱花色纱变形纱膨体纱弹力丝包缠纱自捻纱自由端纱公称特数与设计特数重量不匀率条干均匀度重量偏差支数偏差随机不匀率波长图不匀率指数牵伸波纱线结构纤维径向分布纱线体积重量捻向捻幅临界捻度捻回角捻系数捻缩滑脱长度纱线毛羽棉纱品质指标机织物织物组织交织织物织物经、纬纱密度织物经、纬向紧度织物重量纱线紧密系数织物结构相针织物经编针织物纬编针织物成形针织物线圈长度编织系数针织物的脱散性针织物的卷边性针织物的歪斜性非织造布纤维网织物撕破强力织物顶破强力织物风格手感免烫性防寒性褶裥保持性 舒适性热阻克罗值（CLO）抗熔孔性织物保暖性织物悬垂性 1. 吸湿平衡：具有一定回潮率的纤维，放在一个新的大气条件下，它将立刻放湿或吸湿，经过一定时间后，它的回潮率逐渐趋向于一个稳定的值，这种现象称为吸湿平衡。 2. 蠕变、松弛：蠕变是指在一定拉伸力作用下，变形随时间而变化的现象。松驰是指在拉伸变形（伸长）恒定的条件下，内部应力（张力）随时间的延续继续不断下降的现象。 3．极限氧指数：是材料点燃后在氧－氮大气里维持燃烧所需要的最低的含氧量的体积百分数。 4．断裂伸长度：纤维和纱线拉伸到断裂时的伸长率（应变率）叫断裂伸长率，或称断裂伸长度。
碳纤维板力学性能
碳纤维板力学性能 一、卡本碳纤维板加固技术优点 1、抗拉强度高，是同等截面钢材的7-10倍; 2、自重轻、易使用，作业轻松且不需大型机械设备; 3、在平板下端如有配管交错放置或受空间限制的情况，便于直接作业; 4、粘贴碳纤维板时，碳板胶不流淌，减少对作业周边环境的影响; 5、补强后基本不改变构件的形状及重量和使用空间; 6、粘贴1层碳纤维板的补强效果相当于4～8层碳纤维布，从而可以更大程度的提高结构性能; 7、在遇有中间梁或壁的平板时，只要能凿穿使碳纤维板能够通过的孔洞即可，无需截断，更加提高补强效果; 8、施工后很容易进行目视或锤击法检查。 二、卡本碳纤维板力学性能 1、碳纤维板原材料力学指标 纤维类别性能项目抗拉强度（MPa）弹性模量（GPa）伸长率（%） 碳纤维 高强度Ⅰ级≥4900≥240≥2.0 高强度Ⅱ级≥4100≥210≥1.8 2、碳纤维板性能指标 产品型号 纤维 方向 厚度 （mm） 幅宽 （mm） 长度 （m） 抗拉强度 （MPa） 弹性模量 （GPa） 纤维体 积含量 （%） 伸长率 （%） CFP-I-512/514 单向 1.2/1.4 50 50/100 ≥2400≥160≥65≥1.70 CFP-I-1012/1014 单向 1.2/1.4 100 50/100 ≥2400≥160≥65≥1.70 CFP-II-512/514 单向 1.2/1.4 50 50/100 ≥2000≥140≥55≥1.50 CFP-II-1012/1014 单向 1.2/1.4 100 50/100 ≥2000≥140≥55≥1.50 3、碳纤维板设计计算指标 性能项目单向织物（布）
碳纤维增强镁合金层合板及其基本力学性能
碳纤维增强镁合金层合板及其基本力学性能 Investigat ion into the T ension Propert ies of Carbon Fiber Reinforced M agnesium A lloy Lam inates 郑长良1,朱公志1,刘文博2,王荣国2, (1大连海事大学机电与材料工程学院,辽宁大连116026; 2哈尔滨工业大学复合材料研究所,150001) ZH ENG Chang liang1,ZH U Gong zhi1,LIU Wen bo2,WANG Ro ng g uo2 (1Electro mechanics and Mater ials Engineering Co lleg e, Dalian M aritime Univ er sity,DaLian116026,China;2Center fo r Co mposite M aterials,H arbin Institute of T echnolog y,H ar bin150001,China) 摘要:对碳纤维增强镁合金金属层合板FM L(F iber M etal L aminates)进行了初步的探索和研究。在几种不同层数和体分比下,制备了碳环氧/镁合金层合板这种轻型结构材料,通过对这种新材料的初步力学性能的试验测试,给出了碳纤维增强镁合金金属层合板的应力 应变曲线,以及强度极限、弹性模量与纤维/环氧复合材料百分含量的关系。 关键词:碳纤维;层合板;镁合金;拉伸 文献标识码:A 文章编号:1001 4381(2007)Suppl 0148 03 Abstract:T he Fiber reinforced mag nesium alloy laminates are investigated Some laminates w ith dif ferent m unber of layer and different vo lum e ratio of composite are fabricated The basic m echanics pro perties such as limite streng th,mo duls and stress strain curves are tested and discussed Key words:carbon fiber;lam inate;mag nesium alloy;tensio n 近些年来,FM L(Fibre M etal Laminates,纤维增 强金属层合板)因其具有高比强度、高比模量及优良的耐疲劳等良好的特性而越来越受到关注[1],开始应用于航空结构中,并有越来越多的趋势,由于潜力巨大,有望成为 下一代飞机结构材料[3-5]。目前,开发研制纤维增强金属层合板有ARA LL(aramid fiber/alu m inium,芳纶纤维增强铝合金层合板)、GLARE (glass fiber/alum inium玻璃纤维增强铝合金层合板)等。其中GLARE已在空中客车结构中得到应用,表明这种结构材料在性能上具有强大的竞争力和优势。目前我国已将 大飞机研制列入 十一五规划,使得FM L研发的重要性和紧迫性大幅度提高。 目前,纤维增强金属层合板,多数采用铝、锂合金。相比之下,镁合金的密度更低,只有铝合金的三分之二,是当前最轻的金属材料[2]。因此,在重量方面更具有优势,更适于FM L结构材料的开发,有望制造出比强度、比刚度更高的纤维增强金属层合板。而镁合金金属层合板的研究还很少见。 本工作将就碳纤维增强镁合金层合板及其基本力学性能进行初步探索和研究。1 材料及试件制作 图1展示了由两层碳纤维/环氧树脂铺层与三层镁合金板交替铺设的纤维增强镁合金金属层合板的结构形式。本研究制备了三种不同铺层的层合板,碳纤维/环氧复合材料铺层体积百分比变化的实现是通过增加复合材料的厚度和层数来实现的。经测定,三种层板的纤维复合材料的体分比分别为:26%,42%, 55%。文中用v f来表示复合材料占整个试件的体积百分比。试验所用镁板的厚度为0 3m m,是营口银河镁合金有限公司生产的。所用纤维为T800,胶粘剂是环氧树脂。从室温加热至120!,保温4h,再在炉内冷却至室温进行固化。 2 性能测试 每种体分比的金属层合板,我们制备了五个等截面矩形试件,试件的宽度是15mm,长度是300mm。在试件的两端粘接四个垫片,材料为铝板。试件及垫片的结构及尺寸如图2所示。 148 材料工程/2007年增刊1(China SA M P E2007)
PAN基碳纤维综述
PAN基碳纤维综述 专业纺织工程学号 0843093070 学生林华萍指导老师傅师申 摘要:聚丙烯晴基碳纤维是一种力学性能优异的新材料，具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。本综述简要介绍了其结构，制备方法，性能，应用领域及前景。 关键词：PAN基碳纤维，制备，结构，性能，应用，前景 1碳纤维结构 碳纤维属于聚合的碳，它是由有机物经固相反应转化为三维碳化合物，碳化历程不同，形成的产物结构也不同。 碳纤维和石墨纤维在强度和弹性模量上有很大差别，这主要是由于其结构不同，碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳量约75%~95%；石墨纤维的结构与石墨相似，含碳量可达98-99%，杂质少。碳纤维的含碳量与制造纤维过程中碳化和石墨化过程有关。 2PAN基碳纤维的制备 图1 从原料丙烯晴到聚丙烯晴基碳纤维的制备过程中可以看出四个关键步骤：PAN 的聚合，原丝的制备，原丝的预氧化以及预氧化丝的炭化和石墨化。 2.1 PAN的聚合 由于PAN分子结构的特性，纯聚体PAN不适宜作为碳纤维前驱体。工业生产中，往往采用
共聚PAN来制备PAN原丝。引入共聚单体可以起到如下作用：减少聚合物原液中凝胶的产生；增加聚合物的溶解性和可纺性；降低原丝环化温度及变宽放热峰。但也可能带来一些副作用：降低原丝的结构规整性和结晶度；增加大分子链结构的不均匀性；引入更多的无机和有机杂质等。 2.2 原丝的制备 PAN在熔点（317°C）以下就开始分解，因此形成纤维主要通过湿法或干湿法进行纺丝。 干湿法纺丝由于将挤出膨化与表皮凝固进行了隔离，纤维的成形机理有所改变，因此湿法纺丝凝固过程中皮层破裂或径向大孔及表皮褶皱等现象基本消失，干湿法纺丝的原丝表面及内部的缺陷减少、致密性提高。干湿法纺丝还具有高倍的喷丝头拉伸（3-10mm的空气层是有效拉伸区），纺丝速度高（为湿法纺丝的5-10倍），容易得到高强度、高取向度的纤维等特点，从而保证了碳纤维有足够的强度，是当前碳纤维原丝生产的发展方向。 2.3 原丝的预氧化 预氧化过程中原丝的颜色由白色向黄、棕、黑过渡，主要发生的反应为脱氢、环化及氧化反应，其中环化反应是预氧化过程中最关键的一步。 环化反应：PAN热处理时，分子间相邻氰基的加成反应，形成稳定性较高的梯形结构。 脱氢反应：为环化的聚合物或环化的杂环均可由于氧的作用发生脱氢反应，产生大量的水。脱氢反应是预氧化过程中主要反应之一，其结果导致主链上双键的形成，赋予主链更高的稳定性，使预氧化丝具有耐燃性。 氧化反应：预氧化开始时，氧化脱氢为氧化反应的主要部分。除此之外，氧同时还直接与预氧化丝结合，主要生成羟基、羰基、羧基等。若PAN原纤被充分预氧化，在预氧化丝中的含氧量甚至课高达16-23%。 影响PAN原丝预氧化的因素只要有：纤维的张力，热处理温度和介质的影响。 2.4 预氧化丝的碳化及石墨化 为避免高温下碳的氧化，碳化必须在惰性气氛的保护下进行。通常采用N 2、Ar 2 或其他非氧 化性介质如HCl等气体。 碳化是纤维仍会发生物理收缩和化学收缩，因此要对纤维施加张力进行拉伸以得到优质碳纤维。 碳化阶段以多段式的升温速率进行。低于600°C的温区，需低升温速率，升温速率需严格控制在小于5℃/min的范围内。因为这一温区包含大部分的化学反应及挥发性物质的逸出，提高升温速率的话，纤维表面会形成气孔或不规则的形态。600℃以上的温区，可以以较快的升温速率进行，此加热段仍有挥发性产物的逸出，同时形成分子链聚合物之间的交联。经600℃左右的低温碳化处理后，碳纤维的强度为1.5-2.0GPa，模量约120GPa。从900℃升温到1350℃，可制取强度为3-4GPa，模量约220GPa的碳纤维；升温到1500℃，可制取强度为4-5GPa,模量约
材料力学性能考试答案
《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章 单向静拉伸力学性能 1、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？ 2、 决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素：温度、应变速率和应力状态。 3、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 4、 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？【P23】 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 5、 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 6、 论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。 【P32】 答： 212?? ? ??=a E s c πγσ，只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词： （1）应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力τmax 和最大正应力σmax 比值，即： () 32131max max 5.02σσσσσστα+--== 【新书P39 旧书P46】 （2）缺口效应—— 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。【P44 P53】 （3）缺口敏感度——缺口试样的抗拉强度σbn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb 的比值，称为缺口敏感度，即： 【P47 P55 】 （4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。【P49 P58】 （5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度【P51 P60】。 （6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承
碳纤维力学性能论文
本科毕业论文 论文题目：PAN基碳纤维碳酸氢铵电解氧化表面处理研究 姓名：翟姣姣 学号：20140073110 院（系、部）：化学工程与生物技术学院 专业：化学 班级：2014级化接本 指导教师：臧红霞副教授 完成时间：2016 年 4 月
摘要 PAN基碳纤维是指化学组成中碳元素质量分数在90%以上的纤维材料，是利用各种有机纤维在惰性气体中，经过低温氧化、低温碳化及高温碳化而制的。为了得到高性能碳纤维需进行表面处理，表面处理是高性能碳纤维制备的重要环节之一。本文主要以5%的碳酸氢铵溶液为电解液，采用阳极氧化对PAN基碳纤维表面进行氧化处理，通过对碳纤维改性前后层间剪切强度、拉伸强度等力学性能进行对比分析，分别探讨了在恒流模式下调节电解电压和恒压模式下调节电解温度对PAN基碳纤维力学性能的影响。结果表明：在阳极氧化过程中随着电压强度的提高，碳纤维的拉伸强度、层间剪切强度呈现先上升后下降的趋势。随着温度的不断提高，碳纤维的拉伸强度呈现先下降后上升再下降的趋势、层间剪切强度呈逐步增大的趋势。 关键词：PAN基碳纤维；表面处理；电化学氧化；力学分析
Abstract PAN based carbon fiber is a fiber material in more than 90% of the mass fraction of carbon in the chemical composition,it is the use of various kind of organic fibers in an inert gas, after oxidation at low temperature, low temperature and high temperature carbonization and system.In order to get high-performance carbon fiber need to surface treatment, surface treatment is one of the important links of the preparation of high carbon fiber. In this paper, with5% of the ammonium bicarbonate solution as the electrolyte,oxidation on the surface of PAN based carbon fibers and oxidation treatment, through carries on the contrast analysis of carbon fiber before and after modification interlaminar shear strength, tensile strength and other mechanical properties were analyzed,in the constant, discussed under the mode of constant current and constant voltage electrolysis voltage mode electrolytic temperature on mechanical properties of PAN based carbon fiber effect.The results showed that with the increase of the voltage in the process of anodic oxidation,carbon fiber tensile strength,shear strength between the layers of first after rising downward trend.With the constant improvement of the temperature,the tensile strength of carbon fiber,showed a trend of rise and fall after the first drop,interlayer shear strength have been gradually increasing trend.With the increase of temperature,the tensile strength of carbon fibers showed a trend solid content properly. Keywords: pan-based carbon fiber；surface treatment；electrochemical oxidation；Mechanics analysis
纺织纤维的力学性质
第四章纺织纤维的力学性质 ●一、名词解释 1. 断裂强力 2. 断裂强度 3. 断裂长度 4. 断裂伸长率 5. 初始模量 6. 弹性 7. 急弹性变形 8. 缓弹性变形 9. 塑性变形10. 蠕变11. 松弛12. 疲劳 ●二、填空题 1. 纺织纤维的力学性质包 括①、②、③、④、⑤、⑥、⑦等。 2. 纺织纤维初始模量小，表示纤维在小负荷作用下具有①等性能。 3. 影响纤维强伸度的因素分①、②两大类。 4. 纺织纤维受到拉伸力的作用后，其变形有①、② 和③三种。 5. 纺织工艺对纤维的摩擦抱合的要求是① 。 问答题 1. 影响纤维强伸度的内因是什么？ 2. 影响纤维强伸度的外因是什么？ 3. 测试束纤维强力时，修正系数0．675表示什么意思？为什么要修正？ 4. 试述对纤维弯曲性能的要求。 答案： 第四章纺织纤维的力学性质 一、名词解释 1. 纺织材料断裂时，所能承受的最大外力，又称绝对强力。 2. 是指单位线密度纤维或纱线所能承受的绝对强力。 3. 重力等于强力时的纤维长度。 4. 伸长的长度占原来长度的百分率。 5. 表示纺织材料拉伸曲线起始段直线部分的斜率，用来描述纺织材料在较小外力作用下变形难易程度的指标。 6. 指纤维变形的恢复能力。 7. 加上拉伸力，几乎立即产生的伸长变形；除去拉伸力，几乎立即产生的回缩变形。 8. 是在拉伸力不变的情况下，纺织材料缓慢产生的伸长或回缩变形。 9. 材料受力时产生变形，除去外力后，材料的变形不能恢复的部分。
10. 纺织材料在一定拉伸条件下，变形随时间而变化的现象。 11. 拉伸变形保持一定，材料内应力随时间延续而减小的现象。 12. 纺织材料在较小外力长时间反复作用下，塑性变形不断积累，当积累的塑性变形值达到断裂伸长时，材料最后出现整体破坏的现象。 二、填空题 1. ①拉伸②压缩③弯曲④扭转⑤摩擦⑥磨损⑦疲劳 2. ①容易变形，刚性较差，其制品比较柔软。 3. ①内因②外因 4. ①急弹性变形②缓弹性变形③塑性变形 5. ①纤维相互间抱合性能要好，但摩擦系数不能太大。 三、问答题 1. ⑴大分子结构：当聚合度高，纤维强度高伸长小⑵超分子结构：当结晶度、取向度高，纤维强度高伸长小⑶纤维形态结构：大分子内裂缝和孔洞多，纤维强度下降。 2. ⑴温湿度高，大分子热动能增加，分子间结合力下降，纤维强度降低，伸长增加。 ⑵试验条件有：试样长度、束纤维根数、拉伸速度。 3. 束纤维强力换算成单纤维强力的修正系数，用束纤维法测强力由于纤维断裂的不一致性和测定时的其它因素，束纤维强力小于单纤维强力总和，使求得的单纤维强力偏小。 4. 要求纤维具有良好的弯曲性能，一方面要耐弯曲而不被破坏；另一方面要求具有一定的抗弯钢度。弯曲钢度小的纤维制成的织物柔软贴身，软糯舒适，但织物容易起球；抗弯钢度大的纤维制成的织物比较挺爽。
碳纤维材料特性
碳纤维材料特性 碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征,是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理，密度可达2.0克每立方厘。再加上它的重量很轻，它的比重比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。碳纤维的比热容一般为7.12。热导率随温度升高而下降平行于纤维方向是负值（0.72到0.90），而垂直于纤维方向是正值（32到22）。碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775，高强度碳纤维为每厘米1500。这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。 碳纤维除了具有一般碳素材料的特性外，其外形有显著的各向异性柔软，可加工成各种织物，又由于比重小，沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。[11]碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500兆帕以上，是钢的7到9倍，抗拉弹性模量为230到430G帕亦高于钢；因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000兆帕以上，而A3钢的比强度仅为59兆帕左右，其比模量也比钢高。与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量（指表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量）是玻璃纤维的3倍多；与凯芙拉纤维相比，不仅杨氏模量是其的2倍左右。碳纤维环氧树脂层压板的试验表明，随着孔隙率的增加，强度和模量均下降。孔隙率对层间剪切强度、弯曲强度、弯曲模量的影响非常大；拉伸强度随着孔隙率的增加下降的相对慢一些；拉伸模量受孔隙率影响较小。 碳纤维还具有极好的纤度（纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数），一般仅约为19克，拉力高达300kg每微米。几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能，因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域。在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力（即不能打结）而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。
材料力学性能课后习题答案
材料力学性能课后答案(整理版) 1、解释下列名词。 1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。 沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等决定金属屈服强度的因素有哪些？ 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。外在因素：温度、应变速率和应力状态。 2、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？ 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 3、剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？ 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 4、何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。5、论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论 的局限性。
PP／碳纤维复合材料力学性能的研究
PP／碳纤维复合材料力学性能的研究 徐久升 摘要：综合考虑碳纤维材料的加工适应性以及对基体力学性能改善的能力，分别选取了短切碳纤维和碳纤维粉末作为增强相，比较了它们对于PP的增强效果以及加工的难易，通过测定拉伸性能和冲击韧性考察了短切碳纤维的含量以及碳纤维粉末的含量对各自复合材料力学性能的影响。结果表明，随着碳纤维含量的增加，两种复合材料的冲击韧性以及拉伸性能都呈先增加后减小的趋势，短切碳纤维作为增强相对于基体树脂的力学性能增强效果更为显著，碳纤维粉末作为增强相的复合材料加工适应性强，性能更加稳定，该研究对碳纤维制品的实际注塑生产具有十分重要的意义。 关键词：PP／碳纤维复合材料；拉伸强度；冲击韧性 Research on Mechanical Properties of Carbon Fiber Reinforced PP Composites Xu Jiusheng Abstract：In consideration of the difficulty of producing and the ability of property improving，short carbon fiber and carbon fiber powder were selected as reinforced phase to compare the improving effect and producing difficulty of them，the influences of short carbon fiber／carbon fiber powder on the mechanical properties of these two composite materials were discussed by determining tensile property and impact toughness.The results show that with the content of carbon fiber increase，the impact toughness and the tensile property of these two composite materials increase first and then reduce，the reinforce effect of mechanical property are more obvious if short carbon fiber is chosen as the reinforced phase，on the contrary，when carbon fiber powder is chosen to be reinforced phase，a composite material with more stable property and easier producing adaptability is acquired，which is instructive to the actualinjection production of carbon fiber products. Keywords：PP／CF composite；tensile strength；impact toughness 碳纤维是含碳量高于90％的无机高分子纤维，按其原料可分为3类：聚丙烯腈基(PAN)碳纤维、石油沥青基碳纤维和人造丝碳纤维，其中聚丙烯腈基碳纤维用途最广，需求量也最大，碳纤维是通过有机母体纤维(聚丙烯睛、粘胶丝或沥青等)高温(1000～3000℃，惰性气体环境)分解，碳化制成的，碳纤维增强复合材料(CFRP)是以碳纤维作为增强体的复合材料，与传统材料相比，它具有高比强度、高比模量、质量轻等优越性能，密度不到钢的1／4，能像铜那样导电，比不锈钢还耐腐蚀，拉伸强度一般都在3500MPa以上，是钢的7～9倍，拉伸弹性模量为23000～43000MPa，也高于钢，在新型民用超音速飞机、水下核潜艇、高速列车等尖端科学技术领域以及建筑、机械、化工等领域得到愈来愈广泛的应用，并且在某些领域有逐步取代传统金属材料的趋势。碳纤维的加入大大改善材料的力学性能，目前市场上的碳纤维主要有纤维态、粉末态两种，对于纤维态碳纤维，由于本身纤维的形态可以承受高强度的力学性能，但对于大型复合制品，由于纤维表面的静电吸引作用，导致纤维和基体很难均匀混合所以加工成型的难度大、成本高，而对于粉末态碳纤维的复合制品，其力学性能略逊，但是加工成型则较容易，笔者通过测定短切碳纤维增强PP复合材料以及碳纤维粉末增强PP复合材料的力学性能，考察了短切碳纤维以及碳纤维粉末的含量对各自复合材 料力学性能的影响，最后比较了两者对于基体树脂(PP)的增强效果以及加工的难易，这为生产实际中使用碳纤维的形态选择提供了参考。 1实验部分 1．1实验原材料