Кукин Г.Н. и др. Текстильное материаловедение. Текстильные полотна и изделия

Подождите немного. Документ загружается.

В трикотаже, например, при разрушении дефектного эле-

ментарного звена (петли или нити) теряется связь с элемен-

тарными звеньями соседних петельных рядов и столбиков, про-

исходит роспуск петель. При наличии малых, но достаточно

значительных усилий роспуск и разрыв нитей в трикотаже мо-

гут приобретать лавинный характер. Полотно быстро разру-

шается.

Изменения структуры текстильных полотен на разных ста-

диях деформирования еще мало изучены. При многократном

растяжении больше изучено поведение трикотажных полотен.

На первой стадии нарастание остаточной циклической де-

формации происходит не монотонно, а неравномерно с чередо-

ванием «выстоев» и «скачков» (рис. IV.23). Это чередование

для разных условий многократного растяжения может быть

различно. Только когда число циклов растяжения достигает

3—5 тыс., заканчивается существенный прирост остаточной

циклической деформации и устанавливается не случайный,

а определенный ее уровень в зависимости от структуры поло-

тен и свойств нитей. В этой стадии утомления становится чет-

кой прямолинейная взаимосвязь показателей остаточной цик-

лической деформации и' внешних усилий (амплитуды цикли-

ческой деформации).

При отдыхе проб после многократного деформирования

остаточная циклическая деформация постепенно исчезает (рис.

IV.24). Так, при отдыхе в течение 24 ч после деформирования

112

Рис. IV.24. Изменения ос-

таточной циклической де-

формации хлопчатобумаж-

ного полотна (гладь) в за-

висимости от амплитуды а

деформации (в долях от

разрывного удлинения) i

времени отдыха после раз

грузки пробы:

а —по длине; б—по ширине;

г — после 10 тыс. циклов де-

формирования; 2 — после раз-

грузки и отдыха в течение

<-5 с;

3 —

то же, но при

t—

— 1 ч;

—то же, но при

<=24 ч

остаточная циклическая деформация обнаруживается лишь при

амплитуде а=0,05 е

и то незначительно (около 3%). При

влажно-тепловой обработке оставшаяся циклическая деформа-

ция после 24 ч отдыха полностью исчезает.

В табл. IV.7 приведены данные об изменении параметров

структуры трикотажного полотна переплетения гладь при мно-

гократном растяжении вдоль петельных столбиков. Из приве-

денных данных следует, что если средний прирост высоты пе-

тельного ряда на первой стадии многократного растяжения со-

ставил

13 •

-4

%, то на второй стадии прирост сокращается

до (0,8—1)10

-4

%, а при очень длительном (200 тыс. циклов)

113

Табл. IV.7. Изменение параметров структуры хлопчатобумажного

полотна, выработанного переплетением гладь, при многократном

растяжении вдоль петельных столбиков [21]

Параметр структуры

Общее число циклов деформдроваиии, тыс.

Параметр структуры

0 5

100 ISO 200

300

Высота петельного ря-

0,758 0,807 0,826 0,861 0,888

0,891

да В, мм

Петельный шаг А, мм

0,877 0,856 0,838

0,785

0,758

0,725 0,719

Толщина (р = 50 Па),

1.2

1,28

1,3

1,36 1,39

1,42

1,44

мм

деформировании прекращается. Аналогично изменяется (умень-

шается) петельный шаг.

С увеличением времени деформирования толщина исследуе-

мого полотна несколько увеличивается. Естественно, что на из-

менение структуры полотен оказывают большое влияние на-

правление растягивающих усилий, переплетения, свойства нитей.

Это хорошо видно из данных, приведенных в табл. IV.8.

Изменения показателей механических свойств трикотажа,

показателей структуры трикотажа в результате длительного

многократного растяжения приведены в табл. IV.9. В резуль-

тате весьма длительного растяжения проб полотен разрывная

нагрузка и особенно разрывное удлинение значительно умень-

шаются, что свидетельствует о существенных изменениях струк-

туры нити, хотя достоверного утонения нитей и изменения

массы, пробы и нитей не произошло. Незначительно также из-

менение длины нити в петле и потеря массы: в нитях — до

0,5 %, в пробе полотна —до 1,7 %.

Длительное деформирование приводит к устойчивому изме-

нению кривизны нитей в петлях (для трикотажных полотен) и

фаз строения (для тканей). Кроме того, возникают местные ус-

талостные разрушения, как результат утомления полотен. На*

пример, при очень длительном деформировании трикотажных

полотен .на нитях обнаруживаются вмятины, сколы, отщепления

структурных частиц (рис. IV.25), характерные признаки уста-

лости (1].

Особенно наглядные признаки расшатывания структуры

нити при многократном растяжении наблюдаются на трикотаж-

ном хлопчатобумажном полотне переплетения гладь (рис.

IV.26). Нить разрушается не по всей поверхности одновременно,

а только на участках отдельных петель (местное разрушение).

Наблюдения {1] показали, что из двух нитей, составляющих

петли трикотажа, разрушается сначала одна (рис. IV.26,o).

Вследствие концентрации напряжений на второй оставшейся

114

а —вмятины или сколы; б — отщепления

структурных частиц

Рис. IV.25. Поверхность капроновой

нити после многократного растяже-

ния трикотажа до длине:

Рис. IV.26. Характер разрушения

структуры хлопчатобумажного трикотажа вследствие усталости:

а — начало разрушения; 6 — разрушение связи с соседней петлей; в — массовый

(лавинный) роспуск петель

нити разрушается все элементарное звено -(рис. IV.26,б). Раз-

рушение остова петли приводит к потере связи с соседней пет-

лей предыдущего петельного ряда, и начинается роспуск петель.

При наличии достаточно значительных внешних усилий разру-

шение (роспуск петель и разрыв нитей) приобретает лавинный

характер (рис. IV.26,e).

Было установлено [1], что усталостные разрушения могут

происходить при амплитуде, не превышающей 25 % разрывного

удлинения. При больших амплитудах разрушение пряжи в по-

лотне подобно однократному растяжению до разрыва, растаски-

вания волокон не наблюдается.

Разрыхление структуры нити в структуре полотен ткани,

трикотажа выражается в механокрекинге, изменении степени

ориентации и связей ее микроэлементов, результатом чего явля-

ется уменьшение разрывной нагрузки и разрывного удлинения

как нитей, так и полотна.

Остаточную циклическую деформацию бо.ц, /о, при много-

кратном растяжении проб полотен на второй стадии утомления

можно рассчитать по упрощенной приближенной модели лога-

рифмической кривой:

где а, Ь, с, d — постоянные; t — время многократного деформирования; п —

число циклов деформирования.

Достаточно высокая сходимость расчетных и эксперимен-

тальных значений остаточной циклической деформации наблю-

дается при числе циклов деформирования п>6 тыс.

(IV. 112а)

или

.u =

+ dlgn

(IV. 1126)

115

Характеристики свойств

В качестве характеристик свойств полотен при многократном

растяжении применяют: выносливость п

, долговечность t, оста-

точную циклическую деформацию е

ц, предел выносливости.

Однако длительность испытаний текстильных полотен на мно-

гократное растяжение, даже при относительно высоких ампли-

тудах деформации, весьма значительна — сотни тысяч циклов.

Время до разрушения пробы можно существенно сократить,

если многократное растяжение осуществлять при высоких ам-

плитудах деформирования. Однако этот режим многократного

растяжения очень жесткий, по существу, не усталостный. По-

этому перечисленные характеристики не получили распростра-

нения и рекомендуются [1] лишь в качестве дополнительных

критериев усталости для текстильных полотен.

Известно, что для оценки усталости полотен, например, ис-

пользуют уменьшение разрывной нагрузки пробы в процессе

утомления. Однако этот критерий имеет малую чувствитель-

ность. Во многих известных работах в качестве основного кри-

терия принимают показатель остаточной циклической деформа-

ции на второй стадии утомления.

В качестве дополнительных критериев используют составные

части остаточной циклической деформации: быстрообратимую

циклическую деформацию е

бо

— часть остаточной циклической

деформации, исчезающую за малое время отдыха (до 10 с)

после окончания многократного растяжения; медленнообрати-

мую циклическую деформацию е

— часть остаточной цикли-

ческой деформации, исчезающую за время отдыха до 0,5—2 ч,

за вычетом быстрообратимой части; заторможенную остаточную

циклическую деформацию е

, оставшуюся после достаточно

длительного отдыха (0,5—2 ч).

Быстрообратимая циклическая деформация обычно незначи-

тельна, поэтому оценку утомления текстильных полотен при

многократном растяжении производят по остаточной цикличе-

ской деформации и ее исчезающей и остающейся частям, рас-

считываемым в долях (процентах) от остаточной циклической

деформации.

Остаточную циклическую деформацию и ее составные части

при одноосном многократном растяжении рассчитывают по

формулам:

остаточная циклическая деформация

Во.ь=

° 100;

Ьо

быстрообратимая циклическая деформация

,бо=

100;

(IV. 113)

(IV. 114)

117

медленнообратимая циклическая деформация

вд. мо

100; (IV.

115)

заторможенная циклическая деформация

вц.з =

° 100, (IV. 116)

где Lo — рабочая длина единичной пробы (зажимная длина); Li — длина

пробы после исчезновения быстрообратимой деформации; L

— длина пробы

после исчезновения медленнообратимой деформации; Ls — длина пробы по-

сле исчезновения заторможенной циклической деформации.

Доли компонентов остаточной циклической деформации:

быстрообратимой

Ac,,.

бо

бо/е

; (IV. 117)

медленнообратимой

Де„

мо — 8ц. мо/бо. ц>

(IV. 118)

заторможенной

Дец.э = ец.а/е

.ц. (IV. 119)

При разделении остаточной циклической деформации на ис-

чезающую и заторможенную эти компоненты определяют по

формулам

' 100; (IV. 120)

° 100, (IV. 121)

где Lo, L\, Li — длина пробы соответственно между зажимами, после мно-

гократного растяжения и исчезновения части эластической деформации.

Доли составных частей остаточной циклической деформа-

ции:

исчезающей

Де

.и =е

/ео.

; (IV. 122)

заторможенной циклической деформации

Д«Ч

=вц. з/е

. (IV. 123)

При двухосном растяжении методом давления (пуансоном,

орудием, имеющим сферическую или полусферическую поверх-

ность) абсолютные значения циклической остаточной деформа-

ции проб текстильных полотен обычно выражаются стрелой

прогиба 1

в миллиметрах вместо увеличения площади пробы.

118

Компоненты остаточной циклической деформации, как и при

одноосном растяжении, анализируют с помощью трех- или двух-

компонентных моделей (чаще трехкомпонентных).

При трехкомпонентной модели

/ц = ^ц.б0 + /ц.«0 + /ц.з,

(IV. 124)

где /ц. во — быстрообратимая циклическая деформация; /ц.

мо

— медленно-

обратимая циклическая деформация'; fa.

— заторможенная (остаточная)

циклическая деформация.

/ц.бо = /«—fa /ц.

мо

=/1—/2.

где

-стрела прогиба после исчезновения быстрообратимой остаточной

циклической деформации, мм; fi — стрела прогиба после исчезновения мед-

леннообратимой циклической деформации, мм.

Компоненты остаточной циклической деформации в относи-

тельных величинах (в процентах) рассчитывают по следующим

формулам:

вц-fl0 =

Js^-iOO-

100; (IV. 125)

fa fa.

fa. uo

100==

h-h

100;

(IV. 126)

fa fa.

, = Ajl. 100- -A 1.00. (IV. 127)

fa f Д

Доли составных частей циклической деформации рассчиты-

вают по тем же формулам, что и при одноосном растяжении.

Компоненты остаточной циклической деформации при двух-

осном растяжении рабочим органом сферической формы опре-

деляют по формулам:

исчезающая циклическая

„= Ь-Ь-ц или е

.и =

fou

100; (IV. 128)

остаточная циклическая

. ц=

/о ц

;

° . (IV. 129)

' и

где

— остаточная циклическая деформация (стрела прогиба), мм; /

. ц —

остаточная циклическая деформация (стрела прогиба) после отдыха пробы

в течение 0,5 ч и более.

Доли составных частей остаточной циклической деформа-

ции:

Ец. мо -

вц.

исчезающая

заторможенная

Авц. И

fa.

Jfa',

(IV. 130)

Део.ц^о.ц/^ц.

(IV. 131)

119

Методы испытаний на многократное растяжение

Испытания текстильных полотен на многократное растяжение

получают все более широкое развитие, так как с показателями

свойств при таком деформировании связан важнейший показа-

тель качества — формоустойчивость полотен и изделий из них.

Методы испытания текстильных полотен на многократное

растяжение по характеру воздействия на пробу разделяются на

одноосное и двухосное растяжение (рис. IV.27). При одноос-

ном многократном растяжении исследуют стойкость к утомле-

нию или усталости систем структурных элементов полотен (для

тканей — по основе и утку, для трикотажных или нетканых по-

лотен— по длине и ширине, а также под углом к кромке по-

лотен).

Многократное растяжение пробы полотен (подобно релак-

сационным испытаниям) можно проводить в плоскости полотна,

перпендикулярно плоскости, и с помощью мембраны. Испыта-

ния по многократному растяжению в плоскости пробы широ-

кого распространения не получили не только из-за отсутствия

приборов, но и из-за неравномерного растяжения нитей, петель,

волокон, из-за разной деформируемости систем нитей в про-

дольном и поперечном направлении. Как правило, в продоль-

ном направлении (по основе для ткани, вдоль петельных стол-

биков для трикотажа) жесткость при растяжении значительно

больше, чем по ширине, поэтому сравнение полотен, например,

по показателям остаточной деформации не будет объективным.

При мембранном методе растяжения (пневматическом или

гидравлическом) давление равномерно распределяется по по-

верхности пробы, вызывая двухосное растяжение элементар-

ных звеньев структуры текстильных полотен. Более сложным

является растяжение, при котором усилия передаются ору-

дием сферической или иной формы. В этом случае элементар-

ные звенья полотен, соприкасающиеся с вершиной сферы или

плоской поверхностью орудия, получают равномерное двухос-

ное растяжение. На других участках пробы растяжение нерав-

номерно. Однако такой характер растяжения ближе к реаль-

ному, чем двухосное растяжение в плоскости пробы. Кроме

того, при испытаниях мембранным методом растяжения пробы

возможен лишь низкочастотный режим. Большее распростра-

нение получили испытания на многократное растяжение шаро-

вой поверхностью, когда обеспечивается равномерное давление

на пробу.

При испытании полотен на многократное растяжение боль-

шое значение имеет частота деформирования, поскольку про-

цессы утомления текстильных полотен очень длительны. Чтобы

ускорить получение результатов утомления, желательно исполь-

зовать высокочастотный режим цикла деформирования. Однако

120