基于FiPTA的纖維結(jié)構(gòu)弱節(jié)表征.pdf

1、纖維弱節(jié)是影響纖維性能和質(zhì)量的決定性因素，弱節(jié)的表征理論和測(cè)量方法一直是弱節(jié)研究的難點(diǎn)。雖已有多種纖維結(jié)構(gòu)弱節(jié)的表征與測(cè)試方法的報(bào)道，但包括OFDA系列、SIFAN、OM+XQ等測(cè)量技術(shù)，都存在著輪廓提取精度偏低，測(cè)量過(guò)程耗時(shí)等問(wèn)題。 本文設(shè)計(jì)單纖維輪廓與力學(xué)行為分析儀—FiPTA，為纖維弱節(jié)的表征提供一種客觀、可靠、簡(jiǎn)便的技術(shù)與方法。并在此基礎(chǔ)上表征羊毛、Kevlar129以及碳纖維的弱節(jié)特征。具體內(nèi)容如下： (1)通

2、過(guò)硬件與軟件的優(yōu)化與設(shè)計(jì)，F(xiàn)iPTA能實(shí)現(xiàn)纖維夾持旋轉(zhuǎn)，消除纖維扭轉(zhuǎn)，多角度掃描，提起輪廓參數(shù)，定位纖維細(xì)點(diǎn)，拉伸纖維，捕捉斷裂點(diǎn)等功能，這些功能使FiPTA能原位組合表征單纖維的輪廓形態(tài)與力學(xué)行為。 (2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，證明了FiPTA的力學(xué)測(cè)量與位移測(cè)量的穩(wěn)定性，掃描測(cè)試與力學(xué)測(cè)試的精度，均符合或高于單纖維測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的要求的；標(biāo)定了FiPTA的操作參數(shù)，揭示了掃描速度與輪廓提取精度之間的關(guān)系，為FiPTA掃描速度的標(biāo)定提供依據(jù)。

3、 (3)基于FiPTA，對(duì)羊毛、Kevlar129以及碳纖維三種纖維的輪廓形態(tài)與力學(xué)性能進(jìn)行組合測(cè)量。在同樣的條件下，測(cè)試根數(shù)可以大大減少。FiPTA能準(zhǔn)確的定位纖維的細(xì)點(diǎn)，克服單側(cè)輪廓測(cè)量中出現(xiàn)的多個(gè)細(xì)點(diǎn)而無(wú)法確定真實(shí)細(xì)點(diǎn)的問(wèn)題。而且采用臨界應(yīng)力臨界應(yīng)變、平均應(yīng)力臨界應(yīng)變兩個(gè)判斷方法的判定纖維的斷裂類型具有很好的一致性。能提高纖維各種斷裂形式的判定準(zhǔn)確性，降低漏判、誤判。三種纖維斷裂大多發(fā)生在細(xì)點(diǎn)處，羊毛纖維斷裂受形態(tài)影響的程度

4、最高，然后是kevlar129、碳纖維，而斷裂受內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響的程度則相反，碳纖維弱節(jié)斷裂率最高，然后是kevlar129、羊毛纖維。 (4)基于FiPTA，對(duì)三種纖維各種斷裂特征值的分布形式用Gauss分布，Lorentz分布和Weibull分布進(jìn)行了擬合，并得出了各種擬合的相關(guān)系數(shù)和對(duì)各種擬合函數(shù)適用程度。大體來(lái)說(shuō)，羊毛纖維的斷裂特征值分布具有柔性纖維的特征，其斷裂強(qiáng)力、斷裂應(yīng)力以及斷裂伸長(zhǎng)率服從Gauss分布，而斷裂功服從L

5、orentz分布，而kevar129、碳纖維的斷裂特征值分布具有脆性纖維的特征，均服從Weibull分布，而且碳纖維的擬和效果好于kevlar129。 (5)基于FiPTA，對(duì)纖維的斷裂斷口與拉伸曲線進(jìn)行組合分析，得到了羊毛纖維、Kevlar以及碳纖維弱節(jié)的結(jié)構(gòu)特征。羊毛纖維的弱節(jié)特征與報(bào)道過(guò)的結(jié)果具有很好的一致性。這證明了FiPTA表征纖維弱節(jié)的可靠性。對(duì)于Kevlar129其弱節(jié)斷裂形式包括主條撕裂斷裂與多條撕裂斷裂。弱節(jié)的