棉纤维的强度指棉纤维抵抗拉伸破坏的强弱程度,是棉纤维的重要品质指标之一。它和棉纤维的成熟度、细度有紧密的关系,对纱布质量有着重大的影响。在其他条件相同的情况下,棉纤维的强度高,成纱强度高,织成的布强度也大;反之,纤维强度低,不仅成纱强度低,而且在整理过程中简单形成棉结、索丝,短纤维含量和落棉量也会增大。因此在纺纱配棉之前,必须对棉纤维的强度进行测定。
(一)基本指标
棉纤维在外力作用下被破坏时,主要的和基本的方式是纤维被拉断。表示棉纤维抵抗拉伸能力的术语很多,其含义不同,基本有以下几种常用术语。
1.断裂强力
断裂强力,指棉纤维受外力拉伸至断裂时所需的力,是表示拉伸力绝对值的一种指标。强力的法定计量单位是牛顿,过去习惯用千克力和克力表示。各种强力机上测得的直接读数是强力,单纤维强力用厘牛(cN)表示;束纤维强力用牛顿(N)表示。强力和纤维的粗细有关,不同粗细的棉纤维,其断裂强力是没有可比性的。通常所称的棉纤维单强,只是在纤维的成熟度、细度有紧密的关系,对纱布质量有着重大的影响。在其他条件相同的情况下,棉纤维的强度高,成纱强度高,织成的布强度也大;反之,纤维强度低,不仅成纱强度低,而且在整理过程中简单形成棉结、索丝,短纤维含量和落棉量也会增大。因此在纺纱配棉之前,必须对棉纤维的强度进行测定。
(一)基本指标
棉纤维在外力作用下被破坏时,主要的和基本的方式是纤维被拉断。表示棉纤维抵抗拉伸能力的术语很多,其含义不同,基本有以下几种常用术语。
1.断裂强力
断裂强力,指棉纤维受外力拉伸至断裂时所需的力,是表示拉伸力绝对值的一种指标。强力的法定计量单位是牛顿,过去习惯用千克力和克力表示。各种强力机上测得的直接读数是强力,单纤维强力用厘牛(cN)表示;束纤维强力用牛顿(N)表示。强力和纤维的粗细有关,不同粗细的棉纤维,其断裂强力是没有可比性的。通常所称的棉纤维单强,只是在 棉花品种相同或品种差异不很大的情况下,才有肯定的价值。
2.断裂强度
棉纤维的断裂强度,是指棉纤维单位细度所承受的断裂强力,是表示棉纤维强力和细度的综合指标。不同粗细的棉纤维,其断裂强度是无可比性的。表示棉纤维的断裂强度通常有以下几种:
(1)断裂比强度(P S ):它是指未应变的纤维试样,单位线密度(Tt)所承受的断裂强力(F),其公式为:
断裂应力是各种材料通用的可比性强度指标,单位为MPa。由于纤维的截面积很难测得,故生产上不采纳这一指标。棉纤维的断裂应力在商业上常用磅力/平方英寸或千磅力/平方英寸等单位表示,它是根据卜氏强力机的一个专用强度指标———卜氏指数(磅力/mg)求得的,在国际棉花贸易交往中应用得比较广泛。卜氏束纤维强力仪如图3-4所示。
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]]>棉纤维在整个拉伸过程中的具体情况是非常复杂的。从实质上说,纤维的断裂主要是由于非结晶区中大分子的断裂和大分子之间结合力的破坏而引起的。它受棉纤维内在因素和外界条件两方面的影响。
1.内在因素
影响棉纤维强度的内因主要是棉花类别、品种、成熟度以及纤维的内部结构。
由于棉花类别、品种、成熟度不同,其力学性质有明显的差别。通常细绒棉单纤维强力和断裂长度均小于长绒棉;同一类别不同品种的棉纤维强度也不同;同一品种棉纤维的单强随成熟程度的增加而增加。
从纤维内部结构来看,纤维素大分子的聚合度、取向度和纤维的结晶度越大,纤维的强度也越大。这是因为纤维大分子的聚合度高,大分子链比较长,从结晶区中完全抽拔出来不太简单;大分子的取向度好,说明大分子沿纤维轴向排列的程度比较好,在拉伸中受力的大分子的根数多,纤维的强度好;当纤维的结晶度高时,纤维内大分子的排列比较规整,缝隙孔洞较少且较小,大分子间的结合力较大,所以纤维的强度较高。
2.外界因素
影响棉纤维强度的外因主要是外界温湿度和强力机上的测试条件。
随着外界温度的提高,棉纤维大分子的动能提高,大分子间的结合力减弱,纤维的强度有所下降。随着相对湿度的提高,纤维中所含水分增多,棉纤维的强度增大。这是因为,棉纤维的聚合度特别高,大分子链极长,当回潮率提高后,大分子链之间的氢键有所削弱,增强了大分子间的滑动能力,反而调整了大分子的张力均匀性,从而使受力大分子的根数增多,纤维强度有所提高。
强力机上的测试条件对纤维强度的影响是多方面的。这里主要商量试样长度、试样根数和拉伸速度的影响。
当试样长度长时,测得的强度较低。这是因为纤维各处的截面积和结构不均一,所以同一根纤维上各处的强力不完相同,断裂总是发生在弱环处,测试所得强力实际上是纤维弱环处的强力。当试样长度短时,弱的弱环被测到的机会就少,所以平均强度有所提高。被测试样的不均一性越大,试样长度对测试结果的影响也越大。
进行束纤维强力测试时,随着试样中纤维根数的增加,测得的单纤维强力会下降。这是由于试样中各根纤维的强力不一致,非常是伸长能力不一致,而且伸直状态也不一样。在外力作用下,伸长能力小、强力差、较伸直的纤维首先断裂,之后拉伸外力又为其他纤维所承受,即各根纤维不是同时断裂,这就称为断裂的不同时性或断裂不一致性。正因为如此,测得的束纤维强力必定小于单根纤维强力之和。
在其他条件肯定时,强力机上对试样的拉伸速度加快,测得的强力增大。这是由于面料纤维属于黏流体,其应力应变情况随拉伸作用时间长短有所不同,纤维在短时间拉伸作用下尚未大量消耗内能,因而呈现出较大的强力;若拉伸速度慢,作用时间长,纤维在小负荷下已经消耗内能,故断裂时所需的大负荷有所降低。
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]]> (三)测试棉纤维断裂比强度仪器的类型
(1)按仪器结构原理的不同可分为摆锤式强力仪、杠杆式强力仪和电子强力仪等。
(2)按试样被拉伸过程中受力情况不同可分为:等速牵引型(如Y162A型束纤维强力机)、等速加负荷型(如卜氏束纤维强力仪和斯特洛束纤维强伸度仪)、等速伸长型(如电子强力仪)。
卜氏束纤维强力仪的结构比较简单,由卜氏试样夹持器、夹持器台钳、折断器三部分组成。
其中卜氏试样夹持器、夹持器台钳和斯特洛束纤维强伸度仪相同。
斯特洛束纤维强伸度仪是国际标准ISO3060—1974所推举的仪器。HY—154型束纤维强伸度仪为国产仿斯特洛型,如图3-5所示。该仪器恒速加载(CRL)摆式强度试验仪。纤维断裂时过冲小(纤维断裂时,指针不会出现滑脱或超限休闲的现象),测试精确度高,和成纱强力相关高,可同时测得束纤维的断裂比强度和断裂伸长率两项指标。该仪器恒速加载(CRL)摆式强度试验仪。纤维断裂时过冲小,测试精确度高,和成纱强力相关高,可同时测得束纤维的断裂比强度和断裂伸长率两项指标。它一般用于测定棉纤维在3１2mm隔距时的强度和伸长率,或零隔距的强度;也可测定其他材料(毛纤维、纸张、塑料等)的强度和伸长率。是纤检、商业、纺纤、商检、农业科研等系统纤维试验室的必备仪器。
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