基于马克方程对粘胶纤维强度影响因素的分析

文摘   2024-09-16 16:46   浙江  

    三年前曾经和谢师兄讨论过再生纤维素的强度,是聚合度还是取向度因素更大,当时的观点是:取向度的影响因素更大,而聚合度度对纤维强度的影响在一定聚合度范围内对纤维强度会产生影响,但聚合度高到一定范围后,其变化对纤维强度的影响就很小。

请见当时的讨论:《答谢师兄:纤维素纤维的聚合度和取向度,哪个才是断裂强度的主要影响因素》及  《读书笔记:纤维断裂机理及其影响因素》。

    这种讨论对我增进纤维素的强度模型的理解很有帮助,但这里一个比较遗憾的地方是我们一直停留在理论推演层面,未有实际数据进行比较计算,降低这个讨论结果的可理解性。前两天碰巧翻到了马克方程,觉得正好可以应用马克方程来弥补这个遗憾,通过马克方程来得到更量化的纤维强度与聚合度、结晶度、取向度之间的关系。

  马克用各种水解试验研究粘胶纤维,得到了一个纤维强度和聚合度、取向度、结晶度的方程,我把它称为马克方程:

马克方程中的计算参数如下表,有多种纤维的相关参数

分别将表中参数代入马克方程,可以分别得到纤维强度-聚合度方程、纤维强度-结晶参数方程、纤维强度-取向度方程。以低强度粘胶为例,三个方程为:

可以看到,聚合度对纤维的影响是倒数关系,结晶度对纤维强度的影响是正比例线性关系,而取向度对纤维强度的影响是平方关系。

为了让方程关系更直观,我根据这三个方程,分别计算了低强度粘胶、中强度粘胶、高强度粘胶在各个方程下的纤维强度值,并作了三个方程的曲线。

通过曲线可以很直观的看到:

当聚合度高到一定程度后,它对纤维强度的影响就会越来越小,这条曲线是越来越平缓。

结晶度和纤维强度的关系一直成正比例曲线关系,

取向度对纤维强度的影响是一条类指数曲线,随着取向度的增大,其越来越陡峭,即影响越来越大。

    不过需要说下的是,这三条曲线更多是得到曲线类型,即其变化趋势,而不是真实的强度值,因此从纤维强度—取向度方程曲线我们就可以看到,理论上纤维强度可以达到80cn/dtex,我们目前在纤维素纤维上的得不到这么高的值,在于,纤维内部还是存在各种缺陷,其强度会低于它的理论计算值。包括纤维强度-聚合度曲线,从曲线上看到聚合度大于140曲线就趋于平缓了,聚合度的增加对纤维强度的增加就不再明显,但实际的聚合度的突变点可能会比140 更大,原因也和前述一样,纤维内部的缺陷使得实际值要大于理论值。另一个可以参考的例子是,当我们用酸处理棉,使其聚合度下降,从而强度变得很低后,再用这些棉去作粘胶,仍然可以得到强度正常的粘胶,这里面可能的原因仍然是粘胶在再生时,部分消除了原有酸处理棉的内在缺陷,而提升了强度。




               

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