目前,在纺织行业中,聚氨酯纤维仍然是使用较为广泛的弹性材料。其较高的断裂伸长率和弹性回复率使得该类纤维产品耐疲劳性大幅提升。为了深入研究循环拉伸对聚氨酯纤维的影响,本文分别设置了定伸长率,不同拉伸次数;定拉伸次数,不同伸长率以及在不同环境温度下的循环拉伸实验,然后对这三种不同实验后的纤维从剩余伸长、微观结构,热性能,力学性能和热力学性能等方面进行差异化研究。得出以下结论:(1)聚氨酯纤维疲劳拉伸后的剩余伸长,主要是由大分子链的硬段滑移造成的,且循环拉伸过程中,改变伸长率这一因素对剩余伸长的影响大于改变拉伸次数的影响。环境温度升高时,会加剧剩余伸长的变化。(2)通过分析分子间作用力可知,随着拉伸次数的增加,聚氨酯纤维的氢键度降低,而随着伸长率的增加,聚氨酯纤维的氢键度先降低后升高,伸长率为200%时,氢键度达到最小值。环境温度的上升,会加剧氢键的破坏。(3)通过纤维内部聚集态分析,拉伸次数较少时,结晶度随着拉伸次数增大;但循环拉伸始终会使得聚氨酯纤维的结晶度下降,从室温到100℃,循环拉伸会使得结晶度先增大后减小,但伸长率的变化并不会使得其结晶度呈现规律性的变化。(4)就热性能而言,大量的拉伸次数(大于4000次)会使得热分解稳定性也会下降,同时其软段玻璃化转变也会下降,但伸长率的改变,对其玻璃化转变的影响不大。(5)就力学性能而言,聚氨酯纤维在循环拉伸过程中,改变拉伸次数与伸长率都会使得聚氨酯纤维的力学性能下降。从负荷-伸长曲线可看出,改变伸长率这一因素对力学性能的影响大些,而且拉伸过程中的温度升高,会进一步降低其断裂强力,断裂伸长率会先上升,后下降。(6)就热力学性能而言,拉伸次数对聚氨酯纤维热力学性能的影响并没有显示出很强的规律性。而对不同伸长率的聚氨酯纤维做热力学测试时,得出,在低倍数拉伸状态下,随着温度上升,纤维内应力也逐步增大。伸长率为8%时,吉布斯自由能达到最大值。且随着循环拉伸伸长率的增大,8%处的自由能呈下降趋势。硬段交联点间软段的平均相对分子质量先增大后减小,伸长率为200%时,取得最大值。(7)对于聚氨酯纤维循环拉伸时的疲劳断裂情况,可分别从分子链滑移、解缠的微观层次,银纹、剪切带形成的细观层次,主裂纹扩展直到断裂的宏观层次进行解释。对于105D的聚氨酯纤维,伸长率为300%时,通过S-N曲线,可预测到聚氨酯疲劳拉伸的寿命为3.0×10~6次。随着循环拉伸伸长率的增大与拉伸环境温度的升高,聚氨酯纤维的寿命预测值都逐渐下降。(8)在聚氨酯纤维服役过程中,科学地安排检查测试时间,合理的选择疲劳度检测方法,对于聚氨酯纤维在高精密仪器中的应用有重要意义。