熱濕作用下高性能纖維扭轉(zhuǎn)疲勞性能的表征.pdf

1、高性能纖維(Highperformancefibers)因其高強(qiáng)、高模、耐高溫性能，在軍事、航天、電子通訊、汽車制造業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但這種高性能多是指在靜態(tài)拉伸作用或沖擊作用條件下，或是在不變的環(huán)境條件下。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，纖維還會(huì)受到壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等作用。對(duì)纖維的彎曲和壓縮性能已有一些較為成熟的研究方法，對(duì)于纖維的扭轉(zhuǎn)性能的研究卻相對(duì)較少。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)與纖維扭轉(zhuǎn)性能有關(guān)的破壞現(xiàn)象卻并不少見，如傳送帶中纖維在傳送帶連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)將

2、受到重復(fù)的拉、壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)作用;短纖維在加捻成紗的過程中受到了重復(fù)扭轉(zhuǎn)作用。研究高性能纖維的扭轉(zhuǎn)疲勞對(duì)其力學(xué)性質(zhì)的完善與生產(chǎn)使用指導(dǎo)具有重要意義。而現(xiàn)有的高性能纖維扭轉(zhuǎn)疲勞研究僅局限于在常溫常濕的環(huán)境條件，而對(duì)熱濕作用下扭轉(zhuǎn)疲勞性能研究較少。
　　 本課題以PBO、Nomex(R)和Kevlar49(R)三種高性能纖維作為研究對(duì)象，對(duì)它們?cè)诔B(tài)與熱濕狀態(tài)下的扭轉(zhuǎn)疲勞性能進(jìn)行了表征，并對(duì)纖維扭轉(zhuǎn)疲勞的微觀破壞機(jī)理進(jìn)行了討論和分析

3、。具體內(nèi)容如下:
　　 (1)在三種高性能纖維的一次扭轉(zhuǎn)斷裂實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn):分子鏈柔性最好的Nomex(R)纖維斷裂扭轉(zhuǎn)角較大，抗扭轉(zhuǎn)性能較好;Kevlar49(R)纖維的斷裂扭轉(zhuǎn)角大于PBO纖維的斷裂扭轉(zhuǎn)角。
　　 (2)纖維疲勞壽命的離散性很大，從不足10到幾百;在相同條件下，隨著預(yù)加張力的增加，纖維的疲勞壽命縮短，其扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂循環(huán)周期的自然對(duì)數(shù)與預(yù)加張力之間存在較好的線性關(guān)系;在預(yù)加張力一定的條件下，纖維的疲勞壽

4、命隨著溫度和相對(duì)濕度的增大而減小，且纖維扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂循環(huán)周期與溫度之間存在較好的指數(shù)衰減關(guān)系;在預(yù)加張力、溫度和相對(duì)濕度三個(gè)條件中，預(yù)加張力對(duì)扭轉(zhuǎn)疲勞壽命的影響最大，濕度對(duì)扭轉(zhuǎn)疲勞壽命的影響最小。
　　 (3)在纖維直接扭斷及反復(fù)扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)纖維在靠近纖維的主動(dòng)扭轉(zhuǎn)端發(fā)生斷裂，約占纖維總數(shù)的56％，這是由于靠近纖維的主動(dòng)扭轉(zhuǎn)端，纖維單位長度上分布的捻回?cái)?shù)相對(duì)較為集中，纖維所受到的扭應(yīng)力較大，從而產(chǎn)生纖維結(jié)構(gòu)

5、的破壞較為劇烈，致使纖維發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。
　　 (4)從實(shí)驗(yàn)中所得的SEM照片可以看出:PBO纖維和Kevlar49(R)纖維的直接扭轉(zhuǎn)斷裂與扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂均呈現(xiàn)出明顯的原纖劈裂特征，這是由于PBO纖維和Kevlar49(R)纖維所具有高各向異性結(jié)構(gòu)，其剪切性能相當(dāng)差，扭轉(zhuǎn)作用主要是剪切力的作用。當(dāng)纖維扭轉(zhuǎn)時(shí)，首先發(fā)生原纖間分離，隨后個(gè)別原纖或原纖束先后斷裂，直至發(fā)生嚴(yán)重的縱向劈裂原纖化;Nomex(R)纖維的扭轉(zhuǎn)斷裂端口的原纖劈裂