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

Подождите немного. Документ загружается.

Техническая характеристика прибора

Количество пар зажимов, шт.

Ход активного зажима, мм

Частота перемещения активного зажима, Гц (мин

-1

при ходе активного зажима

до 25 мм

до 15 мм

Цена деления шкалы перемещения активного зажи-

ма, мм

Погрешность хода активного зажима, мм

Перемещение пассивного зажима, мм

Цеиа деления шкалы перемещения пассивного за-

жима, мм

Расстояние между зажимами, мм

Ширина губок зажима, мм

Максимально допустимая нагрузка, Н

Порог чувствительности узла выборки остаточной

деформации, сН

Параметры переменного тока

напряжение, В

частота, Гц

Потребляемая мощность, Вт

Габаритные размеры, мм

силовой блок

блок управления

столик ЗИП

От 1 до 25

1 (60±3)

2 (120±3)

0,2

От 0 до 1000

0,2

50±

100±1; 200±1

60±1

Не более 200

10±5

—380

50±1

700

740X 450X1400

570X 535X 290

255X 430X 370

4. СЖАТИЕ, СДВИГ И ИЗГИБ

При описании текстильных изделий отмечалась одна из их ха-

рактерных особенностей — значительная протяженность по срав-

нению с поперечными размерами. Если эти изделия подверга-

ются действию сил (или полей), направленных перпендикулярно

или под малыми углами к их длине, то возникающие в них де-

формации, как принято в механике, называются сжатием. Боль-

шинство текстильных изделий легко сжимается даже под дей-

ствием сравнительно небольших по величине сил. Это связано

с тем, что изделия имеют сравнительно рыхлое строение, т. е.

их объем далеко не полностью занят теми или иными вещест-

вами, из которых состоят формирующие их волокна или нити.

Остальную часть объема занимает воздух. Напомним, что и са-

мим волокнам и нитям свойственна эта «рыхлость».

Термин «сминаемость» неполно отражает сущность строения

и свойств, так как не поясняет характер деформации, которая,

как и при других видах нагружения, состоит из упругих, эла-

стических и остаточных компонентов. При сжатии происходит

не только собственно деформация исходных материалов, но и

их конформация.

Средняя плотность текстильных изделий (ткани, трикотаж и

нетканые материалы) колеблется от 0,15 др 0,7 мг/мм

(для

самих нитей она составляет около 0,8 мг/мм

). Что касается

132

средних значений, то они примерно составляют для тканей

0,4—0,5 мг/мм

, трикотажных .полотен 0,15—0,25 мг/мм

, не-

тканых прошивных полотен 0,2—0,3 мг/мм

, нетканых прокле-

енных латексом полотен 0,18—0,25 мг/мм

. В процессе смятия

уменьшается толщина изделий и лишь у некоторых из них на-

блюдается небольшое увеличение длины и ширины. Ими можно

практически пренебречь, считая, что средняя плотность изменя-

ется пропорционально относительной деформации сжатия е, ко-

торую рассчитывают по формуле

вв

(А

_й

)/А

, (IV. 132)

где Л

—

начальная толщина изделия; А

— конечная толщина (в сжатом со-

стоянии).

А. Н. Соловьев и американский исследователь Г. Богата по-

казали, что существует связь между толщиной изделия и дав-

лением р, которому они подвергаются. Для определения тол-

щины изделий h

мм, при разных давлениях можно использо-

вать следующую зависимость:

К =Л„+ (р-р

)/(А + Вр

), (IV. 133)

где

Ар

— толщина изделия, мм, измеренная при давлении р\ р

— давление,

для которого рассчитывается толщина, Па; А — постоянная, характеризую-

щая начальное сопротивление материала сжатию (жесткость при сжатии);

Па/мм; В — постоянная, определяющая конечную сжимаемость изделия,

мм

-1

Для наиболее распространенных видов полотен постоянные

А и В получены при давлении р = 0,2 кПа.

Одноцикловые характеристики для нетканых и других из-

делий остаются теми же, что и для волокон и нитей, из которых

они состоят (6]. Однако во всех случаях при испытаниях нетка-

ных полотен следует иметь в виду особенности их структуры —

наличие связующих материалов.

Деформация сдвига

Сдвигом называется смещение, при котором материал, имею-

щий некоторую толщину, под действием внешних сил равно-

мерно смещается в каком-либо своем слое, оставаясь при этом

параллельным по отношению к другому слою, расположенному

ниже него. Наличие у текстильных материалов больших удлине-

ний приводит к тому, что эти материалы редко испытывают сдвиг

в «чистом виде», обычно у них он возникает как составная часть

сложного сопротивления, слагающегося из сдвига и растяжения

или сдвига и изгиба. Однако при резании, например при рас-

крое мерных изделий — полотен, происходит сдвиг. Разруше-

ние материала при наличии большой составляющей от сдвига

называют разрезанием, а его результат— срезом.

Одним из методов оценки устойчивости изделий к срезу яв-

ляется испытание на разрывных машинах с видоизмененными

133

тисками. Образец закрепляют в зажимах, состоящих из трех пар

параллельно расположенных и прилегающих друг к другу пла-

стин. Средняя пара заменяет нижние тиски разрывной ма-

шины, а две боковые пары — верхние. Когда средняя пара пла-

стин начинает смещаться относительно боковых пар, образец

испытывает сдвиг по продольным краям.

Некоторые исследователи изучали перекос прямоугольного

образца ткани, зажатого по краям в двух параллельных за-

жимах, отстоящих друг от друга на некотором расстоянии и

смещающихся один относительно другого. При этом по уси-

лию, вызывающему сложное сопротивление изгиба и сдвига,

вычисляли зависимость между срезывающей силой и углом

перекоса образца. Подобные исследования представляют инте-

рес для швейного производства.

Ряд скандинавских ученых — в Шведском научно-исследо-

вательском институте ТЕФО (г. Гётеборг), в Норвежском на-

учно-исследовательском институте Б. Олофссон, Т. Эег-Олоф-

ссон, Д. Линдберг и др.— подробно исследовали вопрос о со-

вместном действии изгиба и сдвига и показали, что в зависи-

мости от жесткости полотен при постоянной срезывающей силе

углы колеблются в широких пределах (от долей одного градуса

до нескольких десятков градусов). Этот метод может приме-

няться для контроля поведения полотен при сшивке.

Деформация кручения*

Текстильные изделия, в особенности мерные, сравнительно

редко испытывают значительные деформации кручения. По-

этому исследования* деформации данного типа для изделий

проводятся редко. Некоторые виды изделий (например, пожар-

ные рукава) иногда испытывают на многократное закручива-

ние— раскручивание. Закручивание полосок мерных изделий

проводят для определения их сминаемости.

Необходимо учитывать, что в ряде случаев в объеме неко-

торых изделий, например нетканых материалов, имеется не-

сколько компонентов, как минимум три: волокна (или нити),

воздух и клеевые вещества. Число компонентов может быть

большим и доля их различной. Например, пряжа выработана

из «смеси двух одинаковых видов волокон, а доли связующего

от общей массы материала были различны.

При выработке клеевых нетканых материалов из смеси ви-

скозных и капроновых волокон меняли количество связую-

* Напомним, что протяженное тело испытывает кручение, если все воз-

действующие на него силы можно свести к паре сил, действующей в пло-

скости, перпендикулярной его оси.

134

щего (латекс СКН-40-1ГП). При одной и той же крутке пряжи

разрывные нагрузки полоски материала в одном и том же

(продольном) направлении соответственно составили: при вло-

жении 15 % латекса 124 Н, при вложении 40 % —163 Н, при

вложении 50%—195 Н. Существенно росли и удлинения по-

лоски. Следовательно, можно говорить о большом влиянии

связующего на механические свойства нетканых материалов.

Деформация изгиба

Текстильные полотна и другие изделия, состоящие из волокон

или нитей, обладают малым сопротивлением к изгибу. Гиб-

кость наряду с прочностью входит даже в само определение

их особенностей [20]. Вследствие этого они обычно располага-

ются не прямолинейно, а несколько изогнуто. В процессах пря-

дения волокна приходится даже специально распрямлять. В то

же время при выработке готовых изделий, например одежды

и др., текстильные полотна нередко приходится изгибать. В изо-

гнутом состоянии находятся швейные нитки, которыми сши-

вают части различных изделий. Многие крученые изделия (ка-

наты, веревки и другие) постоянно подвергаются изгибу.

Иногда изгиб изделий делается нежелательным, если он при-

водит к смятию изделий. Все сказанное говорит о необходи-

мости изучения изгиба.

Полуцикловые характеристики при изгибе изучают преиму-

щественно в условиях, когда материал не доводят до разруше-

ния, поскольку в практике изделиями перестают пользоваться,

если они уже сильно изношены. В различных стандартах и тех-

нических условиях обычно указываются показатели, до дости-

жения которых проводятся испытания, например до 10

изги-

бов. Для более детального изучения изгиба обычно используют

однократные испытания, проводимые различными методами.

Исследователями предложены разнообразные методы ис-

пытаний, в которых изгиб осуществляется по разным схемам.

В качестве образцов используют, как правило, прямоуголь-

ные полоски изделий., но при изгибе их располагают по-раз-

ному: зажатыми с одной стороны так, что они образуют кон-

соль, сложенными петлей, сложенными в виде кольца или

с образованием ряда складок и т. п. Размеры полосок при

испытаниях сохраняют постоянными и определяют стрелу про-

гиба или изменяют, добиваясь получения постоянной стрелы

прогиба. Образец изгибается под действием собственной массы

или под действием прилагаемой к нему сосредотрченной на-

грузки. В качестве характеристик применяют угол изгиба,

стрелу прогиба, изгибающий момент или усилие при постоян-

ной длине полоски. На основе результатов испытаний опреде-

ляют условную жесткость на изгиб и другие характеристики.

135

Рис. IV.37. Схемы приборов и методов

для оценки изгиба текстильных полотен:

а — с вертикальным зажимом; б — с зажимок

образца между двумя валиками; в — для ис-

пытания петлей; г — для оценки изгибающих

моментов; Э — для оценки крутящих моментов

Иногда строят графики зависимости между усилием (изгибаю-

щим моментом) и углом изгиба подобно графикам в осях уси-

лие— нагрузка при растяжении.

На рис. IV.37 представлены схемы некоторых приборов и ме-

тодов, применяемых при изучении изгиба текстильных изде-

лий. Некоторые из них позволяют определять и одноцикловые

характеристики при изгибе, так как обеспечивают исчезнове-

ние обратимой части деформации изгиба после освобождения

образца от изгибающего момента.

На рис. IV.37,а,б представлены разновидности метода кон-

соли, предложенного еще в 20-е годы А. Гримшау, затем ис-

пользованного Э. Петерсоном и Т. Данцигом, Ф. Пирсом,

Р. Менхом и другими исследователями. А. Гримшау предла-

гает располагать зажим полоски наклонно, Р. Менх — верти-

кально, большинство других исследователей — горизонтально.

Горизонтальный зажим иногда делают в виде двух вращаю-

щихся валиков, позволяющих продвигать полоску до тех пор,

пока ее свободный конец не коснется пластинки, расположен-

ной под каким-либо углом (например 45°) к горизонтали (см.

рис. IV.37,6).

В качестве характеристик при этих методах испытания

чаще всего используют: при постоянной длине полоски и него-

ризонтальном расположении зажима — расстояние от зажима

135

до свободного конца полоски; при постоянной длине полоски

и горизонтальном зажиме — стрелу прогиба; при постоянно?

стреле прогиба — переменную длину полоски, при которой эта

стрела прогиба достигается.

Подобные характеристики лишь приближенно оценивают

изгиб. Ф. Пирсом была сделана попытка на их основе с уче-

том массы полоски вычислить изгибающий момент М, мг-см,

по формуле

М = Ю

ГС

, (IV. 134)

где

— масса 1 см

ткани, мг;

С = L\/~

cos0

5j9

, (IV. 135)

V 8 tg 9

где L — длина свешивающейся части полоски; 0 — угол между горизонталью

и наклонной плоскостью, которой касается полоска.

Величина под радикалом в зависимости от угла-имеет сле-

дующие значения:

в, град 10 20 30 40 50

°'

5в

- 0,889 0,694 0,588 0,51 0,443

8 tg 0

Следует отметить, что в английской литературе М обычно

неправильно называют жесткостью при изгибе (rigidity).

Приближенную оценку изгиба дает также метод петли, при

котором полоску складывают в виде кольца и зажимают в за-

жим, как показано на рис. IV.37, в. При постоянной длине по-

лоски характеристикой деформации изгиба является высота

петли Л. Ф. Пирсом предложен метод расчета изгибающего мо-

мента М и для этого случая.

Прибор И. Саксла (рис. IV.37, г) позволяет определять из-

гибающие моменты в зависимости от углов изгиба. В этом

приборе полоска испытуемого изделия 5 одним концом закреп-

лена в зажиме 4, помещенном на оси 3. Поворачивая ось 3,

изгибают полоску 5. Угол изгиба отмечается на шкале 1 стрел-

кой 2, закрепленной на оси 3. Другой конец полоски давит на

площадку легкого рычага 6, вращающегося вокруг точки 7 и

отмечающего другим концом 8 на шкале 9 усилие, передавае-

мое полоской. Зная усилие, определяют приближенно изгибаю-

щий момент. Недостаток метода заключается в том, что изги-

бающий момент зависит от массы полоски.

Наиболее совершенны приборы, в которых влияние массы

полоски на изгибающий момент устранено. К ним относятся

прибора Г. Шифера, проф. Т. Эег-Ольфссона и др. Основу

прибора Г. Шифера (рис. IV.37, д) составляют две вертикально

расположенные пластины, к концам которых Крепят полоску

137

испытуемого изделия 3. Пластина 2 неподвижна, пластина 5

может повррачиваться вокруг вертикальной оси 4. Поворачи-

вая подвижную пластину, изгибают полоску. Угол изгиба от-

мечается по шкале (на схеме не показана). Усилие, требую-

щееся для изгиба полоски, определяется с помощью пружины

1, одним концом закрепленной на оси 4, а другим — в непо-

движной точке. Крутящий момент рассчитывают по углу скру-

чивания пружины. Этот прибор позволяет определять и

одноцикловые характеристики, так как после деформации до за-

данного угла изгиба и выдерживания цдлоски в изогнутом по-

ложении можно вновь уменьшать деформацию изгиба (увели-

чивать угол между пластинами) и определять уменьшение кру-

тящего момента при этом.

На практике применяют и другие характеристики деформа-

ции изгиба.

Жесткость при изгибе

Для текстильных изделий часто определяют характеристику,

называемую жесткостью. Она зависит от вида деформации.

При изгкбе, как указывалось (6], эта характеристика в обыч-

ной трактовке теории упругости представляет собой коэффи-

циент пропорциональности между изгибающим моментом и кри-

визной продольной оси тела, т. е. упругое сопротивление изме-

нению формы при изгибе.

В приложении к текстильным материалам, имеющим кроме

упругого эластический компонент деформации, понятие жест-

кости условно, тем более что прогибы текстильных изделий

обычно характеризуются большими (конечными) величинами.

Жесткость при изгибе (или обратная характеристика — гиб-

кость) текстильных изделий является для технолога важной

характеристикой, так как определяет поведение изделий при

дальнейшей обработке и эксплуатации. Так, например, при

изготовлении швейных изделий для придания им тех или иных

форм требуется малая жесткость, а для сохранения приданных

форм необходима большая жесткость. Поскольку требования

в отношении жесткости часто противоречивы, для технолога

лучшими являются средние значения показателей жесткости.

Следует также иметь в виду, что гибкость (пластичность) при

изготовлении изделий можно увеличивать влажно-тепловыми

обработками. При увлажнении и нагреве большинство тек-

стильных материалов становятся менее жесткими, так как теп-

ловые колебания молекул усиливаются, а межмолекулярные

связи уменьшаются. В этом состоянии им и придают опреде-

ленную форму. При высыхании и охлаждении жесткость вос-

станавливается. На этом, в частности, основан эффект гла-

женья.

137

Жесткость при изгибе В, сН

•

см

, в сопротивлении мате-

риалов

—

Е1, (IV.136)

где £ — модуль продольной упругости, сН/см

;

—момент инерции относи-

тельно нейтральной оси, см

Для текстильных изделий, поскольку они даже под дейст-

вием собственной массы дают большие прогибы, затрудни-

тельно определять истинную жесткость. Поэтому обычно опре-

деляют условную жесткость при изгибе, для чего, например,

используют методику, разработанную в ЦНИИШПе Г. М. Ка-

пелевичем и А. М. Шпаер. По этой методике на основе элемен-

тарных данных о размерах и стреле прогиба полоски изделий,

испытанной на приборе с зажимом образца между двумя ва-

ликами, вычисляют величину В

ус

л, определяемую не как про-

изведение составляющих сомножителей, а как жесткость не-

которой упругой балки, имеющей одинаковые размеры и стрелу

прогиба й деформируемой за пределом упругости. Испытайия

проводят на гибкомере. Длина полоски, зажимаемой в сере-

дине и свешивающейся с двух сторон, L

=6 см для хлопча-

тобумажных и шелковых тканей и

см для шерстяных тка-

ней, ширина полоски 3 см. Длина свешивающейся с каждой

стороны полоски

L — (Lq — L э»ж)/2,

где L«a

— ширина зажима.

Стрелу прогиба определяют как среднее из стрел прогиба,

полученных с двух сторон полоски после ее изгиба в течение

30 с. Определяют также массу 1 пог. см образца в милли-

граммах.

Условная жесткость, мкН

•

см

yai

=gL*/A, (IV. 137)

Коэффициент А определяется как функция относительного

прогиба f

=f/L, где / — стрела прогиба конца полоски.

Для значений 0,35<fo<0,8

А = -А—(57,23/^-80,37/^ + 31,75/

+ 2,16).

1 — fo

Для значений 0</

^35

А = 6,39$—0,028/о -f 8/о.

Для ускорения расчетов можно пользоваться графиками

или приближенной формулой

Вусл

—

0,09gL?,

(IV. 138)

где Lt

—

длина проекции свешивающейся части полоски.

Li = Lf

—

0,707; А = 11,2.

139

Условную жесткость тканей определяют как среднее из пяти

наблюдений раздельно для основы и утка.

Жесткость при изгибе зависит от жесткости волокон и ни-

тей, составляющих изделие, и его структуры. Жесткость зна-

чительно повышается с увеличением толщины. Наименьшей

жесткостью обладает трикотаж. По сравнению с ним ткани

такой же толщины имеют большую жесткость, которая зави-

сит от их переплетения и плотности. Большую жесткость имеют

ткани полотняного переплетения. С ростом длины перекрытий

и уменьшением количества связей между основными и уточ-

ными нитями жесткость тканей уменьшается. Повышенная

жесткость войлоков во многом определяется их толщиной.

Значения жесткости тканей отдельных видов приведены

в табл. IV. 10.

Драпируемость

Способность текстильных изделий в подвешенном состоянии

под действием собственной массы образовывать красивые ок-

руглые устойчивые складки называется драпируемостью. Эта

характеристика зависит от жесткости изделий при изгибе, од-

нако не рсегда совпадает с ней.

Простейший метод определения драпируемости — метод

В. Я. Евдокимова и А. К. Бухаровой. На пробе размером

400X200 мм намечают четыре точки. По намеченным точкам

пробу накалывают на иглу так, чтобы получились три складки

и одна из них была обращена к экспериментатору. Затем пробу

зажимают между пробками. Через 30 мин после накалывания

замеряют внизу размер по ширине. ,

Драпируемость, %, ткани ,

Д = (200—А) 100/200=100—0,5Л. (IV.139)

Для определения драпируемости по утку пробу длинной

стороной выкраивают вдоль основы, а по основе — в противо-

положном направлении.

Недостатком этого метода является то, что он не позво'

ляет судить о драпируемости в двух направлениях сразу. Та-

кую возможность дает дисковый метод, предложенный в США

и детально исследованный в ЦНИИШПе А. М. Шпаер ц

Г. М. Капелевичем. Круглую пробу 3 (рис. IV.38, а) испытуе-

мого материала диаметром D кладут на диск 1 диаметром d

и закрепляют вторым диском 2. Перемещением стержня 5

диски / и 2 устанавливают так, чтобы исключить соприкосно-

вение пробы с плоскостью 6. При этом края пробы свисают

вниз, принимая различные формы. Жесткие, плохо драпирую-

щиеся ткани образуют крупные торчащие складки (рис.

IV.38, б, в). Площадь проекции испытуемой пробы из таких

140

Рис. IV.38. Опреде-

ление драпируемо

сти полотен диско-

вым методом:

а —прибор ЦНИИШПа;

б — полотно, плохо дра-

пирующееся в попереч-

ном направлении; в —

то же, в продольном

направлении; г — хо-

рошо драпирующееся

полотно

тканей на плоскость 6 приближается к площади круга. Хо-

рошо драпирующиеся ткани дают более глубокие складки,

а проекция испытуемой пробы из них имеет сильно изрезанный

контур (рис. IV.38,г).

Драпируемость ткани характеризуется коэффициентом дра-

пируемости, %:

или отношением Хо размеров пробы в двух взаимно перпен-

дикулярных направлениях:

Где S

—

площадь проекции пробы на плоскость, мм

; D — начальный диа-

метр пробы, мм; В

—

максимальный размер проекции пробы вдоль изделия,

мм; А — то же поперек изделия, мм.

К недостаткам дискового метода оценки драпируемости

следует отнести трудность фиксировать форму проекции пробы,

расположенной на диске подставки: приходится освещать ди-

ски с пробой параллельным лучом света сверху и зарисовы-

вать тень на бумаге 4 (см. рис. IV.38,а), положенной на пло-

скость 6, через 3 мин после закрепления образца между ди-

сками.

Для шелковых тканей рекомендуется брать пробу диамет-

ром 150 мм, а для всех остальных — 200 мм. Диаметр диска

50 мм рекомендуется для шерстяных и шелковых тканей,

а диаметр 80 мм — для хлопчатобумажных тканей.

Значения драпируемости, коэффициентов драпируемости и

Соотношения размеров пробы для различных тканей приве-

дены в табл.

IV. 10.

Эти данные показывают непригодность пер-

вого метода оценки драпируемости для шерстяных тканей и до-

статочное соответствие оценки вторым методом с экспертной

оценкой драпируемости тканей различного волокнистого со-

става.

По отношению Х

можно судить, в каком направлении ма-

териал лучше драпируется. При Яо>1,1 он лучше драпируется

в поперечном направлении, а при Ло<0,95— в продольном.

(IV. 140)

— В/А

141