高性能纖維扭轉(zhuǎn)疲勞性能的表征.pdf

1、本課題以PBO、Nomex<'<○R>>和高模聚乙烯三種高性能纖維作為研究對象，對它們的扭轉(zhuǎn)疲勞性能進(jìn)行了表征，并對纖維扭轉(zhuǎn)疲勞的微觀破壞的機(jī)理進(jìn)行了討論和分析。具體內(nèi)容如下： (1)在對三種高性能纖維的結(jié)構(gòu)研究中發(fā)現(xiàn)：PBO纖維由直徑約為10nm-50nm的微原纖組成，并含有毛細(xì)狀的微孔存在于微原纖之間。微孔通過微原纖之間的裂紋或空隙相互連接在一起。Nomex<'<○R>>纖維也是由微原纖組成，微原纖再結(jié)合構(gòu)成原纖，微原纖之間

2、的孔洞沒有PBO那樣明顯。高模聚乙烯纖維是高度結(jié)晶的，帶有少量單斜的晶體區(qū)域在纖維方向高度伸展。晶體區(qū)域結(jié)構(gòu)被組織在納米級原纖或微米級原纖中，它們轉(zhuǎn)而形成大原纖。 (2)在幾種高性能纖維的一次扭轉(zhuǎn)斷裂實驗中可以發(fā)現(xiàn)：作為柔性鏈的HMPE纖維和DyneemaSK65纖維斷裂扭轉(zhuǎn)角較大，抗扭轉(zhuǎn)性能較好。同為剛性鏈纖維，芳香族聚酰胺纖維的扭轉(zhuǎn)斷裂角比雜芳環(huán)類纖維的扭轉(zhuǎn)斷裂角要大，三種對位芳綸纖維的扭轉(zhuǎn)斷裂角相差不大。同時還對幾種高性能

3、纖維的一次扭轉(zhuǎn)斷裂端進(jìn)行了觀察，剖析了纖維的扭轉(zhuǎn)斷裂破壞的機(jī)理。 (3)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；在預(yù)加張力一定的條件下，纖維的疲勞壽命隨著捻角的增大而減小，但扭轉(zhuǎn)角度對纖維疲勞壽命的影響比預(yù)加張力的影響要大。 (4)在纖維直接扭斷及反復(fù)扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂的實驗中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)纖維在靠近主動扭轉(zhuǎn)端發(fā)生斷裂，約占實驗纖維總數(shù)的62﹪。這是由于靠近纖維的主動扭轉(zhuǎn)

4、端，纖維單位長度上分布的捻回數(shù)相對集中，纖維所受到的扭應(yīng)力較大，從而產(chǎn)生纖維結(jié)構(gòu)的破壞較為劇烈，致使纖維發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。 (5)PBO纖維的扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂均呈現(xiàn)出明顯的原纖劈裂特征，這是由于PBO纖維所具有的高各向異性結(jié)構(gòu)，其剪切性能相當(dāng)差，而Nomex 纖維的扭轉(zhuǎn)斷裂端口的原纖劈裂沒有PBO纖維和高模聚乙烯纖維那樣明顯，且斷裂端口中大多數(shù)為帶收縮型斷口。高模聚乙烯纖維的扭轉(zhuǎn)疲勞端口的典型特征表現(xiàn)為皮層的韌性及其塑形蠕變特征，而芯層