循环应力对牛皮鞋面革结构和力学性能的影响

摘要

在制造和使用过程中，皮革会经历各种各样的机械力的作用。这些机械作用对皮革结构和性能会有很大影响，其中循环应力的作用十分常见，如循环拉伸和折弯。这些应力比较复杂，会使皮革的强度、柔软度和表面结构发生显著的变化。然而，该方面的基础研究较少，力对皮革结构和力学性能的影响机理还不太清楚。研究皮革在循环应力下的力学响应，将有助于建立完整的皮革结构与性能的关系，优化皮革加工工艺。
　　本文首先研究了牛皮鞋面革在循环拉伸下的力学响应及其对鞋面革力学性能的影响。以牛兰湿革为原料，通过戊二醛复鞣和磺化油加脂，以及贴板干燥和调湿处理制备了鞋面革试样；设计了两种模式的循环拉伸作用，并改变拉伸比和拉伸次数，分析了循环拉伸下鞋面革的应力应变关系以及循环拉伸作用对皮革力学性能的影响，总结了循环拉伸下鞋面革力学性能参数间的一般规律；并用光学显微镜（OM）表征了鞋面革拉伸前后侧面和断面纤维结构和粒面毛孔形状的变化。结果表明：在循环拉伸中，牛皮鞋面革会形成较大的滞后环和残余形变；鞋面革的加载能、损耗能和峰应力都随循环次数的增加显著降低，而卸载能几乎不变。循环拉伸可以通过拉开胶原纤维的粘结部分，提高鞋面革的柔软性和拉伸强度，且拉伸比越大，皮胶原纤维的取向越明显。牛皮鞋面革在循环拉伸中的初始斜率与初始应变能、加载能、损耗能都存在线性对应关系。但损耗能与加载能之比会随着循环次数的增加而降低。
　　本文还研究了牛皮鞋面革拉伸后的自由回复行为，并根据鞋面革在循环拉伸中的应力应变行为，提出并探讨了两种新的测量皮革弹性的方法。结果表明，鞋面革的回复可分为三个阶段：对弹性有重要贡献的快速回复阶段，对弹性起辅助作用的中速回复阶段，和对残余应变有重要贡献的慢速回复阶段。循环拉伸中，回复的应变与拉伸应变之间，卸载能与加载能之间都存在线性对应关系，即皮革的弹性变形和塑性变形是线性对应的。而应变回复率和卸载能占加载能之比都随拉伸比的增大而减小。在皮革弹性的测量上，用残余应变法比测量拉伸前后长度法更有优势。
　　对于折弯对牛皮鞋面革结构和力学性能的影响，本文分析了褶皱产生的原因和影响因素。分别将未复鞣未加脂、复鞣未加脂和未复鞣加脂的干燥皮革试样进行折弯处理，用光学显微镜和红外光谱仪（FT-IR）分别表征了折痕处的结构和胶原内部结构的变化。结果表明，折弯是一种集中应力作用，通过压缩和拉伸造成鞋面革粒面的褶皱和肉面胶原纤维的断裂；折弯虽然可以一定程度上松散皮革的结构，提高柔软度，但是会降低皮革的拉伸强度和断裂能。复鞣可以提高皮革的拉伸强度，但不能提高其抗折弯能力；加脂通过增强皮胶原纤维的滑移能力，不仅提高皮革的抗折弯能力，还可以提高皮革的柔软度、断裂伸长率和断裂能。牛皮鞋面革在平行于脊背线方向上的拉伸强度更高一点，但在垂直于脊背线方向上的抗折弯能力更强一些。

目录

声明

1 概述

1.1 胶原的类型和分布

1.2 皮革的力学性能

1.3 皮革加工过程及其对皮革结构和力学性能的影响

1.4 本课题研究的目的和意义

2 循环拉伸下牛皮鞋面革的应力应变关系及影响因素

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

3 牛皮鞋面革的自由回复性和弹性

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

4 折弯对牛皮鞋面革的力学性能的影响

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

结论与展望

参考文献

个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果

致谢