Прочность волокон на разрыв

Прочность материалов на разрыв (к растяжению) определяется как:

P_p - абсолютная прочность к растяжению (разрывная нагрузка): гс, кгс, Н.

Величина Р_р 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:

σ_р- условное напряжение – напряжение, равное отношению приложенной нагрузки к исходной площади поперечного сечения испытуемого образца, F_н.

σ_р⁰ - истинное напряжение – напряжение, равное отношению приложеной нагрузки к изменяющейся во время испытаний площади поперечного сечения волокна, F_к.

Применяется также термин:

- временное сопротивление равно условному напряжению, т.е.

σ_р = .

Размерность прочностных характеристик | σ_р | = 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 L_p = P_p · N_m. Это условная характеристика относительной прочности, представляющая собой такую длину волокна, при которой ее масса равна прочности на разрыв.

Зависимость между L_р, ркм, и временным сопротивлением, σ_р, описывается соотношением σ_р = L_p · ρ, так как масса волокна

m = F_н · L · ρ · N_m.

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
	9,81
	8,83·10-2·ρ	8,83		9 ·10-3ρ
ркм	9,81 ·10-3ρ	0,981		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, σ_р, (в кгс/мм² и МПа), если начальная площадь поперечного сечения филамента F_н = 100 мкм², а абсолютная прочность на разрыв испытуемых волокон одинакова и равна Р_р = 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.

σ_р = 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.