Кобляков А.И. (ред.) Лабораторный практикум по текстильному материаловедению

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 4.35. Схема заправки нитей в зажимы прибора

ИПП

центральной риской планки 1. Свободный конец

нити, огибая направляющий ролик 7, пропускают че-

рез нижний зажим 8, а затем огибают этим концом

штырек 10 на рычажке 9 предварительной нагрузки,

на правом конце которого находится грузик, обес-

печивающий предварительную нагрузку нити. Под-

нимая штырек 10 до горизонтального положения,

зажимают губки нижнего зажима. Величину грузи-

ка предварительной нагрузки выбирают в зависи-

мости от линейной плотности нити (табл. 4.3).

Фактическую нагрузку на нить вычисляют по

формуле

Рфакт 13Р /5,

- предварительная

нагрузка на нить, сН.

При заправке следует различать нити правой Z и левой S окончательной

крутки.

Для заправки нитей по схеме Z (см. рис. 4.35) необходимо: завести нить

за пальцы обращенной к себе ладони; свободным концом пряжи обогнуть

ладонь снизу вверх и, вращая ее, образовать петлю, ветви которой надеть

на втулки 3 (см. рис. 4.34), находящиеся на подвижной планке /.

где

Р' -

Таблица 4.3

Номинальная линейная плотность

нити Т„, текс

Предварительная

нагрузка,

сН

Фактическая

нагрузка на нить,

сН

От 10 до 15,4

Свыше 15,4 до 25

» 25 » 50

» 50 » 100

» 100 » 200

3,7 10

5,7 15

7,6 20

9,4 25

11,3 ' 30

Для заправки нитей по схеме S (см. рис. 4.35) необходимо: наложить

нить на пальцы обращенной к себе ладони; свободным концом пряжи обо-

гнуть кисть руки с внешней стороны и, вращая ладонь, образовать петлю,

ветви котор'ой надеть на втулки 3 (см. рис. 4.34), находящиеся на подвижной

планке 1.

Рабочую нагрузку на нить устанавливают из расчета 1 сН/текс. Если

рабочая нагрузка выше фактической, на подвеску 11 устанавливают недо-

стающий груз. После этого приводят подвески с грузами в рабочее положе-

ние путем поворота рукоятки, находящейся на боковой стенке прибора, про-

тив часовой стрелки; при этом подвески повисают на испытуемых нитях.

Устанавливают подвижную планку 1 на рабочий угол

истирания —

90°.

Перекрестие петли при установке планки 1 на рабочий угол истирания дол-

жно совпасть по уровню с центральной риской планки. Включают тумблер

звукового сигнала, а затем нажатием кнопки

«пуск» — электродвигатель.

При

этом каретка начнет совершать возвратно-поступательное движение и нить

будет истираться в месте образования петли.

После обрыва одной из нитей, о чем извещает звуковой сигнал, и оста-

нова электродвигателя отрезки, зажатые в верхнем и нижнем зажимах, из-

влекают из втулок подвижной планки 1 и обеспечивают их свободное прови-

сание в вертикальном положении, чтобы они не могли помешать истиранию

оставшихся нитей.

162

Начало

•

Ввод исходных Печать шапки и

данных заголовков

Ранжирование массива X

в порядке возрастания

Вычисление длины

классового интервала

Распределение массива Л

по классам. Вычисление

средних класса

Вычисление числовых

характеристик случайной

величины

Печать таблицы

первичной обработки

результатов испытаний

Вычисление параметров

распределения аир

Печать сообщения

"Эксперимент

Печать числовых

характеристик

случайной величины

Прстроение теоретических I

и экспериментальных функций

распределения и отказа

Вычисление и печать максимального

отклонения эмпирической функции

распределения от теоретической

Печать табличных значений

критерия Колмогорова для

доверительных вероятностей

Р =

0,95;

И =

0,98;

Р =

0,99

и з.иишного N

I Печать таблицы

Т "Плотность двухпара-

Конец метрического распределения"

Рис. 4.36. Блок-схема алгоритма программы

Снимают показания счетчика, т. е. число циклов, которое потребовалось

для разрушения данного образца. Снова включают электродвигатель нажа-

тием кнопки «пуск». Эти операции повторяют до завершения испытания всех

10 нитей. После разрушения всех 10 нитей освобождают зажимы от остат-

ков испытанных нитей. Этим заканчивается цикл испытания одной заправки

(10 нитей), и прибор готов к следующей заправке. Всего проводят не менее

50 испытаний.

Частоту истирания (число циклов каретки в минуту) проверяют секундо-

мером. Контрольная проверка углов истирания на всем диапазоне проводит-

ся на заправленном приборе с помощью транспортира. Допустимое отклоне-

ние углов истирания на всем диапазоне ±1°. ^

163

Выбранные условия испытаний должны обеспечивать не менее 200 цик-

лов истирания (в среднем) до обрыва нити.

Расчеты характеристик по результатам испытаний на приборе ИПП (ма-

тематического ожидания, моды, дисперсии, среднего квадратического откло-

нения, коэффициента вариации, параметров формы распределения и др.) про-

изводят на ЭВМ ЕС-1022 по программе Distrib на языке ФОРТРАН. Блок-

схема алгоритма программы DISTRIB f4.12] приведена на рис. 4.36.

УКАЗАНИЯ ПО ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать: методику испытания; результаты расчета исходных

данных на ЭВМ (записать по форме 4.7); анализ результатов; выводы.

Форма 4.7

Математи-

Среднее

Наименова-

Волокнистый

Линейная

Математи-

квадратиче-

Коэффициент

ние

Волокнистый

плотность,

ческое

ское вариации,

нити

состав

текс

ожидание,

число циклов

отклонение,

число циклов

вариации,

Список литературы

4.1. Демина Н. В., Моторина А. В. Методы физико-механических испыта-

ний химических волокон, нитей

пленок. М., 1964.

4.2. ГОСТ 3274.1—72. Хлопковое волокно. Метод определения разрывной

нагрузки

линейной плотности.

4.3. ГОСТ 20269—74. Шерсть натуральная сортированная. Методы опре-

деления разрывной нагрузки и разрывного удлинения.

4.4. ГОСТ 3279—76. Волокно хлопковое. Технические условия.

4.5. ОСТ 17-255—73. Лен чесаный.

4.6. Лабораторный практикум

по

текстильному

материаловедению.

М., 1952.

4.7. ГОСТ 1119—80. Пряжа хлопчатобумажная суровая кардная и гре-

бенная однониточная для ткацкого производства и кабельной промышленности.

Технические условия.

4.8. Планиметр. БСЭ, т. 19, с. 624.

4.9. ОСТ 17-534—75. Нити текстильные. Метод определения компонентов

полного удлинения при растяжении нитей нагрузкой, меньше разрывной.

4.10. ОСТ 17-854—80. Нити текстильные. Метод испытания на многократ-

ное растяжение.

4.11. ГОСТ 66Ц.0—73

—

ГОСТ 6611.4—73. Нити текстильные. Правила

приемки

методы испытания.

4.12. Кобляков А. И. и др. Расчет показателей надежности текстильных

материалов по результатам испытаний их на усталость при многократных

внешних воздействиях. Методическая разработка/'Кобляков А. И., Селивеп-

стов В. В., Токарева Н. А. МТИ. 1981.

4.13. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению Ку-

кин Г. Н., Соловьев А. Н., Садыкова Ф. X. и др. М., 1974.

5. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ВОЛОКОН И НИТЕЙ

5.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ

ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Влажностью текстильного материала называют содержание в

нем сорбированных водяных паров, капиллярно и механически

удерживаемой воды в жидкой фазе.

164

Сорбционная способность материала, т. е. способность погло-

щать пары воды из окружающей среды, обусловлена химиче-

ским составом волокон, наличием в молекулах полимера гидро-

фильных атомных групп, активно удерживающих молекулы

воды, а также надмолекулярной структурой волокон, размером

внутренней поверхности, т. е. поверхности микропор, и ее до-

ступностью для проникновения (диффузии) паров воды.

Различают фактическую, нормальную и нормированную

влажность материала.

Фактическая влажность

W<j>

— влажность, определяемая

опытным путем на приборах. Фактическую влажность опреде-

ляют прямыми и косвенными методами. При определении пря-

мым гравитометрическим методом, т. е. измерением массы

образца материала путем взвешивания его до и после высуши-

вания до постоянной массы, фактическую влажность (%)

рассчитывают по формуле

= (т - m

)lm

• 100, (5.1)

где т и

Шс — масса

пробы соответственно до и после высушивания.

Нормальная влажность W (%) — равновесная влажность

материала, которую он приобретает при выдерживании в нор-

мальных климатических условиях, т. е. при температуре t =

= 20°С и относительной влажности

ср

= 65 %.

Нормированная влажность W

(%)—условная влаж-

ность, устанавливаемая стандартом или техническими условия-

ми для каждого материала для расчета при поставках (конди-

ционная влажность); обычно близка к нормальной влажности.

Для смешанных материалов (нитей, состоящих из волокон

различного происхождения, и, следовательно, разной нормиро-

ванной влажности) нормированную влажность рассчитывают по

формуле

(w^Pd/m, (5.2)

где

i —

нормированная влажность однородной нити из каждого вида во-

локна—

компонента

смешанной нити, %; Pi—номинальное содержание по

массе каждого вида волокна, входящего в смешанную нить, %.

Расчет между потребителем и поставщиком производится по

кондиционной (нормированной) массе т

партии материала, ко-

торую определяют по формуле

= [т

(100+Г

)]/(100+Г

), (5.3)

где

Шф —

фактическая масса партии материала, кг.

Для материала смешанного состава кондиционную массу

рассчитывают по формуле

ет'

= К (100 + Г;)]/(Ю0 + Г

). / (5.4)

165

Следует иметь в виду, что от влажности существенно зависят

прочность, деформируемость, жесткость, стойкость к многоцик-

ловым нагрузкам, фрикционные, тепловые, электрические свой-

ства материала. Эта зависимость тем значительнее, чем выше

сорбционная способность волокон и нитей.

Для определения влажности материала применяют две груп-

пы методов — прямые и косвенные. К прямым относятся методы,

с помощью которых измеряют количество влаги, удаляемой из

образца материала путем высушивания, дистилляции, экстраги-

рования. К косвенным относятся электрические методы, осно-

ванные на зависимости электрического сопротивления или ди-

электрической постоянной материала от содержания в нем воды.

5.1.1. Определение влажности материалов на сушильных

(кондиционных) аппаратах

Цель работы. Изучение наиболее распространенного прямого метода оп-

ределения влажности текстильных материалов.

Задание. 1. Изучить устройство сушильного (кондиционного) аппарата

и методику работы на нем.

2. Определить влажность проб материала, рассчитать кондиционную мас-

су партии материала.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Сушильными (кондиционными) аппаратами называют приборы,

предназначенные для определения влажности материалов путем

удаления из них влаги высушиванием. Высушивание материа-

лов осуществляется потоком горячего воздуха, инфракрасными

лучами или в высокочастотных электрических полях. В настоя-

щее время массовое применение получили сушильные аппараты

с воздушным обогревом. Одним из наиболее распространенных

является отечественный кондиционный аппарат АК-2 (сейчас

наша промышленность выпускает прибор АСТ-73, незначительно

отличающийся от аппарата АК-2).

Кондиционный аппарат АК-2 (рис. 5.1) используется для

одновременного определения влажности 6 проб. Он состоит из

цилиндрической камеры 5 с корпусом, имеющим теплоизоля-

ционный слой. В камере подвешено шесть корзин 12 из метал-

лической сетки. Каждая корзина является сменной чашкой тех-

нических весов 1, смонтированных на верхней плите камеры.

В центре плиты расположены люк с крышкой для погружения

корзин и радиальные пазы с гнездами для размещения подве-

сок 2 каждой корзины. Подвеска имеет полый цилиндр для до-

полнительных грузиков, которыми регулируют вес пустых

корзин.

Материал, загруженный в корзину, высушивается в потоке

горячего воздуха. Нагрев и циркуляция воздуха осуществляются

электронагревателем 7 и электродвигателем 10 с вентилято-

ром 8. Заслонкой 9 регулируют скорость циркуляции воздуха

166

Рис. 5.1. Схема кондиционного

аппарата АК-2

в центральной части ка-

меры, а заслонкой 6 —

подсос свежего воздуха

из помещения (схема

циркуляции показана

стрелками). Рециркуля-

ция воздуха осуществля-

ется через кольцевой за-

зор между корпусом и

внутренней обечайкой 11

(цилиндрическая оболоч-

ка без днища).

Для визуального конт-

роля температуры возду-

ха в камере установлен

термометр 4. Прибор

снабжен терморегулято-

ром для автоматического

поддержания постоянной

температуры воздуха в

камере. Датчиком темпе-

ратуры служит контакт-

ный термометр 3, соединенный проводами с электромагнитным

реле, автоматически выключающим питание электронагревателя

при нагреве воздуха в камере до заданного предела. При темпе-

ратуре воздуха в камере ниже заданного предела на электрона-

греватель подается напряжение от сети. Когда температура

воздуха в камере поднимется до заданного уровня, столбик

ртути в контактном термометре достигнет подвижного контак-

тора в капилляре, что приведет к замыканию низковольтной цепи

электромагнитного реле. При этом реле разомкнет цепь питания

электронагревателя. Нагрев аппарата возобновится, когда вслед-

ствие понижения температуры в камере ртуть в капилляре опу-

стится и разомкнётся цепь в контактном термометре, а реле

замкнет цепь питания нагревателя.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Определение влажности на сушильных аппаратах. От партии материала от-

бирают пробы согласно ГОСТ 6611.0—73—ГОСТ 6671.4—75. Например, для

определения влажности нитей с каждой отобранной единицы продукции не-

медленно отматывают или срезают и отбрасывают 10 наружных слоев нитей

(для шпуль и початков нити отматывают по конусу). Затем, срезая или ста-

скивая слои нитей примерно в равном количестве с каждой единицы про-

дукции, отбирают одну пробу массой 100—250 г. Для определения влажно-

сти в сушильных шкафах отбирают две пробы массой 8—10 г каждая.

Отобранную пробу немедленно взвешивают р относительной погреш-

ностью 0,1 % измеряемой величины. Если нет возможности взвесить пробу

167

на месте отбора, ее немедленно помещают во влагонепроницаемую тару (па-

кет, банку). На аппарате АК-2 в корзину закладывают всю пробу. Относи-

тельная погрешность взвешивания составляет 0,1 % массы пробы.

Корзину с пробой помещают в аппарат, прогретый до температуры сушки

107±2°С для всех нитей, кроме хлориновых и поливинилхлоридных (для

последних принята температура 68±2°С), и включают вентилятор. Через

30 мин после выключения вентилятора на аппарате проводят взвешивание

пробы с записью ее массы. Последующие взвешивания осуществляют через

каждые 20 мин до получения постоянной массы, т. е. до тех пор, пока ре-

зультаты двух последовательных измерений будут отличаться не более чем

на 0,1 %. Результат определения массы при последнем взвешивании гп

при-

нимается за постоянную массу. Расчет фактической влажности ведут по фор-

муле (5.1).

Высушивание пробы продолжается примерно 2 ч. При выполнении лабо-

раторных занятий обычно приходится это время сокращать; в этом случае

,за постоянную массу условно принимается результат последнего взвешива-

ния.

Следует помнить, что высушивание на кондиционных аппаратах не мо-

жет обеспечить полного удаления влаги из образца, так как часть влаги, об-

разующая мономолекулярный слой, удерживается на материале с большой

энергией. Кроме того, используемый для высушивания воздух, хоть и нагре-

тый до высокой температуры, все же содержит пары воды. Получение абсо-

лютно сухого материала возможно только на специальных установках в ус-

ловиях глубокого вакуума, при полном отсутствии паров воды. Такие уста-

новки применяют для получения изотерм сорбции и десорбции при научных

исследованиях.

УКАЗАНИЯ ПО ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать: схему сушильного аппарата; описание методики из-

мерения; таблицу наблюдений, расчет фактической влажности материала.

5.1.2. Определение влажности на электровлагомерах

Цель работы. Ознакомление с косвенными методами измерения влажно-

сти текстильных материалов.

Задание. 1. Изучить принцип действия, устройство электровлагомеров

и методику испытания на них.

2. Выполнить измерение влажности проб волокна.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Электрические методы относятся к косвенным, потому что прин-

цип действия применяемых приборов основан не на непосред-

ственном определении содержания воды в материале, а на из-

мерении характеристик свойств материала, зависящих от его

влажности: диэлектрической проницаемости и электрического

сопротивления. Если характер такой зависимости известен, то

удобнее шкалу прибора проградуировать не в электрических

единицах, а в процентах влажности материала. Преимущество

электрических методов измерения влажности заключается в том,

что они являются экспрессными.

Полимерные материалы относятся к диэлектрикам. В отли-

чие от металлов — проводников электричества диэлектрики не

имеют свободных электронов, их электрическая проводимость

168

носит ионный характер и практически полностью зависит от со-

держания в материале воды и электролитов — низкомолекуляр-

ных примесей, способных диссоциировать на ионы в присутствии

сорбированной материалом воды. Сама полимерная цепь в пе-

реносе электрических зарядов не участвует, однако ее химиче-

ское строение, а также надмолекулярная структура полимер-

ного материала косвенно влияют на подвижность ионов.

Омический метод определения влажности основан на изме-

рении проводимости образца материала или обратной величи-

ны— его электрического сопротивления. Однако, как сказано

выше, на величину электрической проводимости материала, кро-

ме влажности, существенно влияют состав и содержание элек-

тролитов. Многофакторная зависимость осложняет омический

метод и делает его недостаточно надежным, особенно в тех

случаях, когда содержание и состав электролитов в партиях

материала не стабильны и неизвестны. Кроме того, омический

метод очень чувствителен к изменению количества влаги, сор-

бированной внешней поверхностью волокнистого материала. Эти

и некоторые другие причины ограничивают применение метода,

снижают точность и достоверность измерений, чем и объясняется

сравнительно малое распространение приборов такого типа.

Электроемкостный метод измерения влажности основан на

зависимости диэлектрической проницаемости материала от со-

держания в нем воды. Если между обкладками электрического

конденсатора, обладающего емкостью С

, поместить вместо воз-

духа образец диэлектрика, емкость конденсатора возрастет и

станет равной С:

С = еС

где

е —

диэлектрическая проницаемость или диэлектрическая постоянная ди-

электрика.

е = С/С

>1. (5.5)

Эта величина всегда положительна и больше единицы. Только для вакуума

она равна единице, а для воздуха может быть практически приравнена к еди-

нице, т. е. е = 1,0006.

Увеличение емкости конденсатора при внесении в него ди-

электрика объясняется тем, что под действием внешнего элек-

трического поля происходит поляризация диэлектрика, смеще-

ние электронного облака атомов и молекул в направлении элек-

трического поля, т. е. в сторону положительно заряженной

обкладки конденсатора. При этом центры распределения положи-

тельных и отрицательных зарядов каждого атома и молекулы

смещаются и таким образом в них индуцируется дипольный мо-

мент Р, равный произведению величины смещенного заряда е

на величину смещения S: Р = eS. /

169

Дипольный момент пропорционален напряженности электри-

ческого поля Е:

Р = аЕ

где а

—

поляризуемость атомов или молекул, выражающая способность элек-

тронного облака смещаться под действием электрического поля.

Способность электронного облака смещаться под действием

электрического поля зависит от строения атомов и молекул ди-

электрика. Поляризуемость а является молекулярной постоян-

ной вещества, его микроскопической характеристикой, а ди-

электрическая проницаемость е выражает свойства макроскопи-

ческого количества вещества, т. е. свойства образца материала

в целом. Связь между этими характеристиками устанавливается

формулой Клаузиуса

—

Мосотти

где Ni

— число

молекул в единице объема вещества.

Это уравнение справедливо лишь для веществ, состоящих из

неполярных молекул. В диэлектриках, состоящих из полярных

молекул, т. е. молекул, имеющих постоянный дипольный мо-

мент, возникают не только индуцированный дипольный момент,

но и ориентация постоянного диполя в электрическом поле кон-

денсатора. В этом случае связь диэлектрической проницаемо-

сти е и поляризуемости ос полнее описывается формулой

где

М —

молекулярная масса диэлектрика; у

—

плотность диэлектрика;

N —

число Авогадро;

— постоянный

дипольный момент;

К—постоянная

Больц-

мана; Т—абсолютная температура.

При поляризации в электрическом поле конденсатора на

поверхности диэлектрика, обращенной к положительно заря-

женной пластине (обкладке) конденсатора, возникают неком-

пенсированные отрицательные заряды, а на поверхности, обра-

щенной к отрицательно заряженной пластине конденсатора,—

некомпенсированные положительные заряды. Таким образом, в

диэлектрике создается дополнительное электрическое поле, на-

правленное в сторону, противоположную направлению поля, об-

разованного зарядами обкладок конденсатора.

Результативная напряженность поля равна геометрической

сумме напряженностей. Следовательно, поляризация диэлектри-

ка в поле будет уменьшать напряженность поля конденсатора

и увеличивать его емкость. Между напряженностью поля кон-

денсатора без прокладки £

и с прокладкой из диэлектрика Е

существует простая связь

—

4к ,

г^Ео/Е.

(5.6)

170

Рис. 5.2. Внешиий вид электровла-

гомера ТЭВ-1

Сопоставляя уравнение

(5.6) с уравнением (5.5), полу-

чаем

С/С

= Е

/Е.

Различные вещества в за-

висимости от строения их мо-

лекул имеют различную ди-

электрическую проницаемость.

Полимерные материалы в аб-

солютно сухом состоянии

имеют диэлектрическую проницаемость 8 = 2 ... 5. Максималь-

ную диэлектрическую проницаемость имеет вода (е = 81).

Поглощение воды полимерными материалами увеличивает их

поляризуемость в электрическом поле вследствие высокой по-

ляризуемости воды, масса которой в материале растет с увели-

чением влажности. Таким образом, измерение влажности мате-

риала может быть сведено к измерению диэлектрической по-

стоянной материала.

Электроемкостный влагомер ТЭВ-1'(рис. 5.2) имеет датчик-

конденсатор, состоящий из двух коаксиальных цилиндрических

обкладок 2 и 3, между которыми закладывают испытуемую про-

бу волокна. На передней панели прибора установлены шкалы

влажности материала 8, миллиамперметр 6 для настройки и

контроля прибора, кнопки и рукоятки управления.

Зависимость диэлектрической проницаемости волокна, а сле-

довательно, и емкости датчика от влажности волокна имеет не-

линейный характер и различна для хлопка и вискозного шта-

пельного волокна. Поэтому шкалы влажности волокна имеют

нелинейный характер и проградуированы раздельно для каждо-

го вида материала.

Подготовка прибора к проведению испытаний производится

следующим образом. Присоединив к клемме 1 (см. рис. 5.2)

провод заземления, включают вилку шнура прибора в розетку

электрической сети с напряжением 220 В. При включении тумб-

лера 9 питания прибора загорается сигнальная лампа 12. После

прогрева прибора в течение 5—10 мин ручкой 10 измеритель-

ного конденсатора устанавливают стрелку 11 на нулевое деле-

ние измерительной шкалы. Установив переключатель шкал 4

с указателем 5 вида материала в положение «хлопок», ручкой

регулятора сопротивления R следует привести стрелку микроам-

перметра 6 в нулевое положение. После этого нажимают кноп-

ку К. Если при этом стрелка микроамперметра отклонится от

нуля, не отпуская кнопку, поворотом ручки 7 подстроечного кон-

денсатора устанавливают стрелку микр'оамперметра на нуль.

171