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、高模、耐高溫性能，在軍事、航天、電子通訊、汽車制造業(yè)等領域得到廣泛應用。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。在實際工業(yè)應用中，纖維還會受到壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等作用。對纖維的彎曲和壓縮性能已有一些較為成熟的研究方法，對于纖維的扭轉(zhuǎn)性能的研究卻相對較少。但在實際應用時與纖維扭轉(zhuǎn)性能有關的破壞現(xiàn)象卻并不少見，如傳送帶中纖維在傳送帶連續(xù)運動時將

2、受到重復的拉、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扭轉(zhuǎn)作用。研究高性能纖維的扭轉(zhuǎn)疲勞對其力學性質(zhì)的完善與生產(chǎn)使用指導具有重要意義。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象，對它們在常態(tài)與熱濕狀態(tài)下的扭轉(zhuǎn)疲勞性能進行了表征，并對纖維扭轉(zhuǎn)疲勞的微觀破壞機理進行了討論和分析

3、。具體內(nèi)容如下:
　　 (1)在三種高性能纖維的一次扭轉(zhuǎn)斷裂實驗中可以發(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)周期的自然對數(shù)與預加張力之間存在較好的線性關系;在預加張力一定的條件下，纖維的疲勞壽

4、命隨著溫度和相對濕度的增大而減小，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)衰減關系;在預加張力、溫度和相對濕度三個條件中，預加張力對扭轉(zhuǎn)疲勞壽命的影響最大，濕度對扭轉(zhuǎn)疲勞壽命的影響最小。
　　 (3)在纖維直接扭斷及反復扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂的實驗中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)纖維在靠近纖維的主動扭轉(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扭轉(zhuǎn)端，纖維單位長度上分布的捻回數(shù)相對較為集中，纖維所受到的扭應力較大，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)從實驗中所得的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)，其剪切性能相當差，扭轉(zhuǎn)作用主要是剪切力的作用。當纖維扭轉(zhuǎn)時，首先發(fā)生原纖間分離，隨后個別原纖或原纖束先后斷裂，直至發(fā)生嚴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