3 Прочность волокон на разрыв
Прочность материалов на разрыв (к растяжению) определяется как:
Pp - абсолютная прочность к растяжению (разрывная нагрузка): гс, кгс, Н.
Величина Рр соответствует наибольшей нагрузке, которую выдерживает волокно или нить к моменту разрыва при данной температуре и при определенной скорости растяжения.
Обычно принимаются следующие обозначения характеристик прочности:
σр- условное напряжение – напряжение, равное отношению приложенной нагрузки к исходной площади поперечного сечения испытуемого образца, Fн.
σр0 - истинное напряжение – напряжение, равное отношению приложеной нагрузки к изменяющейся во время испытаний площади поперечного сечения волокна, Fк.
Применяется также термин:
- временное сопротивление равно условному напряжению, т.е.
σр
=
.
Размерность
прочностных характеристик | σр
| =
Аналогичную размерность имеет модуль
упругости (модуль Юнга).
Характеристика прочностных и упругих свойств волокон и нитей дается также в следующих специфических единицах: гс/текс; гс/денье; «разрывная длина в км» (ркм); Н/текс; сН/текс (сантиньютон на текс); мН/текс (миллиньютон на текс); сН/дтекс (сантиньютон на децитекс).
Отношение абсолютной прочности (разрывной нагрузки) волокна или нити к массовой характеристике толщины нити, выраженной в тексах или денье, называется относительной прочностью, Р0. Размерность этих значений:
.
«Разрывная длина в км» равна Lp = Pp · Nm. Это условная характеристика относительной прочности, представляющая собой такую длину волокна, при которой ее масса равна прочности на разрыв.
Зависимость между Lр, ркм, и временным сопротивлением, σр, описывается соотношением σр = Lp · ρ, так как масса волокна
m = Fн · L · ρ · Nm.
Пересчетные коэффициенты для перевода значений прочности из одних единиц в другие приведены в табл. 8.
Таблица 8 - Перевод значений относительной прочности из
одних единиц в другие
|
МПа |
|
|
|
|
ркм |
МПа |
|
100/ρ |
102/ρ |
0,102 |
|
|
|
|
|
1,02 |
1,02 ·10-3ρ |
0,113 |
1,02 |
|
9,81·10-3ρ |
0,981 |
|
10-3 ρ |
0,111 |
1 |
|
9,81 |
|
|
|
|
|
|
8,83·10-2·ρ |
8,83 |
9 |
9 ·10-3ρ |
|
9 |
ркм |
9,81 ·10-3ρ |
0,981 |
1 |
10-3 ρ |
0,111 |
|
Примечание: Здесь ρ – плотность волокна, кг · м-3.
Пример 6. Для различных волокон [полипропиленовое (РР); поликапроамидное (РА-6); арамидное (АR); стеклянное (GF)] вычислить относительную прочность (сН/текс; гс/денье) и временное сопротивление, σр, (в кгс/мм2 и МПа), если начальная площадь поперечного сечения филамента Fн = 100 мкм2, а абсолютная прочность на разрыв испытуемых волокон одинакова и равна Рр = 5,2 гс:
Решение: В соответствии с табл. 5 вычислим линейную плотность и титр каждого вида волокна:
РР:
;
РА-6
;
АR
;
GF
.
Ответ: Так как 1 сН = 0,981 гс , то значения относительной прочности, Р0, соответствующих волокон, можно представить данными, сведенными в нижеприведенную таблицу:
Волокно |
сН/текс |
гс/денье |
РР |
55,4 |
6,3 |
РА-6 |
44,7 |
5,1 |
АR |
35,4 |
4,0 |
GF |
21,0 |
2,2 |
Временное сопротивление одинаково для всех вышеперечисленных волокон.
σр
=
и 52 ·9,8 =510
МПа.
При решении задач следует особое внимание обратить на размерности приводимых величин [8].
Сводная информация о физико-механических и структурных характеристиках основных видов химических волокон приведена в приложениях А-В.