纤维集合体压缩性能的研究及展望

针对纺织材料及纺织制品的主要物理机械性能之一——压缩性能，介绍了研究纤维集合体压缩性能的各种经典理论、测试方法及试验评价，并展望了纤维集合体压缩性能的研究前景。     

低密度山羊绒纤维集合体的压缩性能

采用变密度纤维集合体力学和传导性原位综合测量系统,测试低密度山羊绒纤维集合体在压缩及回复过程中的受力情况,通过计算特征值对集合体的压缩性能进行表征。结果表明:低密度的山羊绒纤维集合体在压缩的初始阶段,空隙率为主导因素,力-位移曲线和模量曲线均比较平缓;压缩结束阶段,集合体内纤维间的挤压占主导因素,挤压变形为主,特征曲线斜率表现为急剧增大;回复曲线表现出明显的滞后性,表明一次压缩回复过程中存在能量损耗。另外分别对压缩、回复曲线积分可计算一次循环过程中的压缩功、回复功以及能量损耗。     

潮湿环境和外力作用后木棉纤维集合体的压缩性能测试

为了探明不同环境湿度和外加压力作用后木棉纤维的中空压缩状态,采用KES(Kawabata Evaluation Systems)压缩仪分析测试干处理和湿处理以及外力联合作用后木棉纤维集合体的压缩性能.结果表明:干燥木棉纤维集合体的压缩弹性优于潮湿木棉纤维集合体;经外力作用后干燥和潮湿木棉纤维集合体蓬松度均有所下降,但干燥木棉纤维集合体的内部空隙和纤维圆中空结构的损失要小于潮湿木棉纤维集合体.压缩性能试验可用于间接评价木棉产品中木棉纤维的中空状态及制造技术.     

纤维集合体的分形结构与其吸声性能的关系

分形学是描述无序系统结构特征的有效方法,可以将纤维集合体的结构与性能联系起来.使用X射线断层扫描法分别探测了腈纶短纤和鹅绒纤维集合体的结构,利用扫描得到的纤维集合体内部截面的二维图像,计算孔洞面积分形维数;同时测量了纤维集合体的吸声性能.研究了分形维数与纤维集合体的质量、孔隙率以及吸声性能的关系,结果表明,纤维集合体的分形维数与纤维的质量呈线性正相关,而与孔隙率呈负相关关系.对腈纶短纤集合体,最大吸声系数随着分形维数的增大而增大;对于鹅绒纤维集合体,存在一个临界维数,使最大吸声系数达到最大.两种纤维集合体的吸声临界频率都随着分形维数的增大而降低.     

双锥构型三维点阵材料压缩特性

对空心杆双锥构型点阵材料的压缩性能进行研究,对比了点阵材料与均质材料的压缩性能.点阵材料及均质材料的试件都采用多喷头光固化树脂增材制造技术制备,通过试验测试了均质材料件及2种元胞尺寸点阵材料件的压缩性能,获得了不同应变率载荷下的压缩应力-应变曲线,探索了元胞尺寸、加载应变率对材料压缩性能的影响,得到了材料破坏前的应力-应变关系预测表达式,应力预测结果与试验结果相吻合.研究结果表明:点阵材料的元胞尺寸对材料压缩性能影响显著;不同应变率下点阵材料的屈服应变变化不大,屈服强度差异相对较大;制备的点阵材料屈服应变大于均质材料屈服应变,但屈服强度不具备优势.     

水泥-聚苯乙烯轻质材料的准静态压缩力学行为

根据Gibson-Ashby模型中的多孔材料力学行为理论,对水泥-聚苯乙烯轻质材料的准静态压缩应力-应变曲线进行了预测,并通过试验对其进行验证,分析了纤维、乳胶粉、压缩比及养护方式对应力-应变曲线的影响.讨论了脆性抗压强度的变化规律,根据Gibson模型的强度理论拟合、分析了抗压强度与密度的关系.结果表明:材料的压缩应力-应变曲线可根据Gibson理论中弹性多孔材料和弹脆性多孔材料的应力-应变曲线进行复合,预测结果与实验结果基本一致;纤维、乳胶粉、压缩比和养护方式对曲线的线弹性、平台、密实化三个阶段均有一定的影响,也影响材料的脆性抗压强度;纯水泥组、加纤维组和高压缩比组脆性抗压强度的拟合相关性较高,而由于乳胶粉和蒸汽养护影响了孔壁的破坏强度,所以该两组的拟合相关性较低.     

基于W-W算法的须丛曲线准确度考察

基于纤维集合体的结构特征和纤维对光的反射、散射和吸收特性,前期已推导出由透光信号计算纤维集合体的光学面密度新算法,被称为Wu-Wang算法或W-W算法.利用此算法由试样各点的透光强度计算纤维堆砌的面密度,进而获取随机须丛的线密度曲线,即须丛曲线.5种羊毛条子的试验结果证明:基于此算法获取的须丛曲线与单根长度测量法、Almeter法测得数据换算的须丛曲线非常一致,可进一步精确测量羊毛和其他纤维的长度分布;由于手工制样和纤维条的随机波动,目前随机须丛的随机波动明显,一种毛条试样需要测量5个不同横截面的须丛,5个须丛的平均须丛曲线非常稳定;与单根长度测量法、Almeter法的测量结果对比,发现随机须丛中纤维的伸直度偏低,需对须丛曲线进行卷曲修正.     

定向纤维集合体压缩性能的研究

研究了腈纶、羊毛条纵向，横向和随机排列纤维集合体的压缩性能，发现压缩性与纤维取向有一定关系，横向排列集合体开始时抗压缩性较差，而后来抗压缩性比纵向高，松散，定向排列的纤维集休整 体，Van Wyk's压积关系式仍然适合，但毛涤混纺织物的压缩除了初始段外不符合Van Wyk's压积关系。     

动物绒絮片保暖性能及其随压力、风速的变化

利用自主研发的技术制作了4种动物绒纤维絮片和3种动物绒与鸭绒的混纤絮片,对絮片进行传导、压缩、透风、变风速保温性能测试.研究结果表明:影响高蓬松性絮片传导散热性能的主要因素是絮片厚度,且在温差一定时,絮片保暖能力饱和值对应一个最小厚度值;牦牛绒絮片的蓬松度最高、抗压缩能力最强、阻热性最好;混入羽绒纤维后,动物绒系列絮片的蓬松度提高、对流散热量降低.     

纺织物理

本书由东华大学纺织学院于卫东、储才元教授编写 ,东华大学出版社出版。全书系统地介绍了纺织纤维的微细结构及其理论 ,纤维的吸放湿、力学、电学、光学、声学、热学和表面性质及其与纤维结构间的关系 ,纱线的几何结构 ,纤维集合体的结构理论及其力学行为 ,织物结构与性能 ,织物风格和舒适性的基本概念与表征方法。全书共分十二章 ,内容不仅涉及纺织材料科学和技术领域中的经典理论与阐述 ,而且引入了许多近代和现代的观点和应用实例。本书为纺织科学与工程学科硕士研究生教材 ,并可作为纤维科学和高分子材料专业的参考用书 ,亦可供本学科和…     

纺织材料压缩弹性仪的研究及其应用

本文全面地阐明了一种纺织材料压缩弹性仪的研制及其应用,并系统介绍五种测试纤维及其制品的功能与特性的计算方法。仪器的研制,为研究材料的压缩性能提供了有力的工具。     

双轴向增强纬编间隔织物复合材料的加工制造及力学性能

利用玻璃纤维编织一种新型双轴向增强纬编间隔织物,采用轻质树脂传递模塑工艺(LRTM)制作了该新型结构织物增强复合材料,并对复合材料在经纬向的拉伸性能、弯曲性能和压缩性能进行了测试与分析.研究表明:制作双轴向增强纬编间隔针织复合材料的关键是织物在厚度方向上不被压扁;复合材料的拉伸性能和弯曲性能主要取决于两个面层衬经衬纬纱的拉、弯性能.压缩性能不仅与纤维束的压剪组合破坏有关,还与纤维束与基体的界面黏结性能有关.     

改性聚酯纤维在混凝土中的分散性及对耐久性的影响

制备了不同纤维掺量的改性聚酯纤维混凝土,通过纤维分散的图像处理方法研究五种不同搅拌方式对改性聚酯纤维在混凝土中分散性能的影响,并通过耐久性试验研究改性聚酯纤维混凝土的抗碳化、抗氯盐侵蚀和抗冻性能.结果表明,图像处理方法能够较好地评价改性聚酯纤维混凝土中的纤维分散性,认为“砂石胶材60 s+水60 s+纤维60 s”的搅拌方式得到的纤维分散性最好,与肉眼观察的效果一致.掺加改性聚酯纤维能够提高混凝土的抗压强度,掺量为1.1 kg·m-3时提高强度14%左右,继续增大纤维掺量不能持续提升强度.改性聚酯纤维在混凝土中的密集分布能够削弱CO2的扩散,降低混凝土的碳化速率12.6%~18.9%,纤维掺量越多,抗碳化能力越好.掺加改性聚酯纤维能够降低混凝土的氯离子扩散系数,提高其抗氯离子侵蚀能力.改性聚酯纤维还能有效减少冻融循环过程中表层材料的剥落,大大改善混凝土的抗冻性.     

钢纤维高强混凝土单轴受压本构方程

采用微机控制电液伺服万能试验机,对纤维体积分数Vf为0～3％的钢纤维高强混凝土(SFRHSC)进行了单轴压缩试验,根据卖测的应力-应变曲线的特点提出了含2个参数A和B的单轴受压本构方程．A,B均随Vf的增大而增大,分别明确地反映了钢纤维对混凝土基体的增强和增韧能力．A越大,材料抗压强度fe与弹性极限应力的差值越大;B越大,曲线下降段越平缓．本文还给出了A,B与Vf,fe之间的关系式．     

介质阻挡放电氩等离子体处理超高相对分子质量聚乙烯纤维

利用介质阻挡放电氩等离子体方法对超高分子量聚乙烯纤维进行表面处理，从而研究纤维处理前后纤维束的机械力学性能的变化、纤维束与树脂粘合性能的改善情况。通过优化的方法，找出合理的工艺参变数，为工业化应用奠定基础。     

钢筋钢纤维砼受弯构件正截面界限配筋率分析

讨论了钢纤维的掺入对砼受压本构关系的影响，确立了常用范围内简化的钢纤维砼受压力－应变关系数学表达式以及相应的等效应力图形，进一步分析了钢纤维的掺入对钢筋砼受弯构件界限相对受压区高度、最大配筋率和最小配筋率的影响。     

混杂纤维掺量对再生混凝土力学性能的影响研究

试验研究了钢纤维和聚丙烯纤维单一掺入,以及混合掺入时对再生混凝土力学性能的影响。结果表明:在再生混凝土中掺入钢纤维后,其各项力学性能都有所提高;单掺入聚丙烯纤维后其抗压强度有所降低,但显著提高了其劈裂抗拉强度和弹性模量;掺入混杂纤维后其抗压强度介于单掺钢纤维和单掺聚丙烯纤维之间,弹性模量受钢纤维掺量的影响较大,劈裂抗拉强度有显著提高,最高增强率达53.8%。加入纤维后,再生混凝土由脆性破坏变成塑性破坏。     

循环负荷处理对纤维力学性能的影响

本文对循环负荷处理前后的锦纶、丙纶和粘胶长丝的力学性能进行了测定,并讨论了纤维应力松弛和弹性回复性能间关系。试验分析表明:不同类型纤维经处理后,由于纤维内部结构变化不同,引起的力学性能改变也有着明显的差别。     

轻骨料纤维喷射混凝土动态力学特性试验

为提高轻骨料喷射混凝土喷层支护承受动态抗压强度能力,以普通C20喷射混凝土配比为基准,将3种不同掺量的陶粒与聚丙烯纤维进行组合,配制出了9组轻骨料纤维喷射混凝土(lightweight aggregate fiber shotcrete,LAFS),进行了一维分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击及扫描电镜(SEM)试验,同时借助MATLAB数值计算软件,拟合出陶粒-聚丙烯纤维掺量与LAFS动态抗压强度预测模型.研究表明:陶粒掺量与聚丙烯纤维掺量对LAFS动态抗压强度的影响是交互的,同陶粒掺量下,不同的聚丙烯纤维掺量,对LAFS动态压缩性能有很大差异,反之亦然;混凝土基体中均匀分布的陶粒与乱向分布的聚丙烯纤维网,与混凝土基体共同受力,使得LAFS应力-应变曲线屈服平台明显、韧性增强;本试验条件下陶粒与聚丙烯纤维掺量较好的组合为:49.81 kg/m3 +0.91 kg/m3、99.67 kg/m3+ 1.82 kg/m3.拟合得到的LAFS动态抗压强度模型与研究成果可为LAFS推广及配合比确定起到参考.