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基于纤维弯曲变形的粘扣带剥离强度力学模型研究

作者: 发布时间:2020-03-02 15:00:41点击:518

粘扣带是由一条表面有细小钩子的钩面粘扣带与另一条表面有毛圈的毛面粘扣带组合构成的紧固件。粘扣带作为一种概率型紧固件,可取

代传统的拉链、扣子等紧固方式,广泛应用于鞋帽服饰、旅行箱包、家纺内饰、体育运动、医疗卫生、汽车电子等行业。

粘扣带的力学行为主要为剥离力和剪切力,以假设粘扣带剥离时单钩被拉断为基础建立了粘扣带理论力学模型,并得到粘扣带剥离强度计算式。本文则试图通过粘扣带剥离时单钩弯曲部分被拉直而产生的纤维变形来建立粘扣带的剥离强度力学模型,以得到粘扣带剥离强度计算式。

粘扣带单钩剥离力力学模型

粘扣带剥离力主要由钩面粘扣带上的单钩钩挂毛面粘扣带上的毛圈而产生,其单钩脱离强力f的大小与粘扣带钩的材料性能(主要为纤维的弹性模量E)、粘扣带钩的单丝直径d、单钩的弯曲程度和高度等有关。钩面粘扣带和毛面粘扣带的实际扣合示意。


粘扣带的单钩与毛圈的实际结合情况比较复杂,为简化粘扣带的力学模型,假定粘扣带的单钩力学结构模型如图2所示。其中钩面粘扣带单钩为半径R的半圆与高为h的直杆连接组成,钩与毛圈脱离时,毛圈沿直杆向上拉,直至钩从毛圈中脱出,此时力f即为单钩剥离力。又假设直杆为刚性体,不变形,此时粘扣带单钩打开的力可视为粘扣带单钩弯曲的力f,则曲率半径r0在数值上等于单钩弯曲部分半径R。


单钩剥离强力力学模型的参数确定

单丝的弹性模量以实测为准,参考GB/T14344—2003《合成纤维长丝拉伸性能试验方法》,采用AL-7000S型强度试验机进行等速拉伸,隔距为500mm,拉伸速度为500mm/min。读取应变伸长为1%和5%时的对应强力Fb、Fa。将锦纶66单丝强力—伸长曲线中伸长为1%~5%这段曲线的斜率视为该纤维的弹性模量。每个直径单丝测20次并取平均值。测试并计算所得不同直径单丝的弹性模量。


为了预测公式的简便,取不同直径纤维弹性模量的平均值为统一弹性模量。将r0=0.05cm,E=2.804×106cN/cm2,各单丝直径d,代入式(2),可得理论单钩剥离强力f=1.753×107d4。各单钩理论剥离强力f计算值。


采用LLY-06A型电子单纤强力仪对粘扣带单钩强力进行测试,注意测试时毛圈须沿单钩直杆垂直向上匀速拉伸,当粘扣带单钩与毛圈分离时,此时测得的强力值即为实测单钩剥离强力fs。实测单钩剥离强力fs为50次剥离强力的平均值。

粘扣带在织造和切钩等生产工序中经过了多次张力下的热定型,使得钩面粘扣带的钩丝刚度增大、弹性模量增加,从而使得粘扣带单钩的实测剥离强力与理论剥离强力之间产生较大的差距。为了修正这个偏差,假设实测剥离强力与理论剥离强力之间。




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