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

Подождите немного. Документ загружается.

В стандартах н- технических условиях на ткани, трикотаж-

ные, нетканые полотна и изделия нормируется поверхностная

плотность М

. Ее значения можно также подсчитать по основ-

ным параметрам структуры материала.

Поверхностную плотность М

ткани приближенно подсчиты-

вают, если принять длину каждой нити основы и утка, равной

1 м без учета изгиба нити, т. е. фазы строения. Если линейная

плотность нитей основы Т

(г/км), а утка Г

(г/км), то масса

1 м одной нити в граммах соответственно .равна 0,001 Т

0,001 Ту. При плотности ткани по основе Я

(Л/100 мм) и по

утку Я

(1/100 мм) число нитей основы и утка в 1 м

ткани

составляет соответственно 10 Я

и 10 Я

, а их общая масса, или

поверхностная плотность ткани, г/м

Л<

= 0,0017V

10Яо

+ 0,001Г

- 10Я

= 0,01 (Т

+ Т

). (111.10)

При подсчете поверхностной плотности готовых тканей

с учетом изменения изогнутости и массы нитей в ткачестве и

отделке в формуле (111.10) величину М

умножают на попра-

вочный коэффициент а, определяемый опытным путем. По дан-

ным Н. А. Архангельского, поправочный коэффициент имеет

для тканей следующие значения: льняных отбеленных — 0,9,

хлопчатобумажных—1,04, гребенных шерстяных—1,07, грубо-

суконных — 1,25, тонкосуконных — 1,3.

Более точно поверхностную плотность можно рассчитать по

формуле В. И. Тепнииа:

0,01

{[ТоПо (100-fx)/(100—«о)1+ [7V#

/(100—"у)]} fli, (111.11)

где Т

и Г

—линейная плотность нитей основы и утка, текс; П

и П

— чи-

сло нитей основы и утка на 100 мм ткани; х — приклей, остающийся в ткани,

%; и

и и

-т- уработка нитей основы в ткани, %; a

— коэффициент, учиты-

вающий изменение массы ткани в процессах отделки.

По В. И. Тепнину для одиночной хлопчатобумажной пряжи

дс=8—14%, а для крученой х=2—3%; уработка по основе

= 4—8%, а по утку щ

— Ъ—11

%. Коэффициент а, имеет сле-

дующие значения: бязь — 0,88—0,9, миткаль и ткань с полной

отбелкой — 0,92, суровые хлопчатобумажные ткани—1, мерсе-

ризованные, неотбеленные сатины—1—1,02, меланжевые

одежные ткани—1—1,04, гладкокрашеные аппретированные

одежные ткани без мерсеризации и отделки—1—1,15.

Поверхностную плотность трикотажа, связанного из нити ли-

нейной плотности Т (текс) с длиной петли L„ (мм) и числом

петель по горизонтали Я

(1/50 мм) и по вертикали Я.

(1/50 мм), подсчитывают следующим образом. Масса одной

пеггли составляет TL„

•

* (г). Число петель в одном ряду по-

лотна длиной 1 м составляет 1000 Я

/50=20 Я

, а число рядов

на длине 1м — 20 Я„. Следовательно, поверхностная плотность

одинарного трикотажа составляет

= TLn

• 10-® •

20 Я

•

20 Я

= 4

• 10"

•

77,пЯ

. (III. 12)

Длину петли определяют при распускании трикотажа или по

расчетным формулам (см. с. "20). Для разных полотен Ь

—

= 1,7—7,5 мм, чаще

L„

= 3—5 мм. Поверхностную плотность

2М

гладких двойных полотен подсчитывают с использованием

формулы (III.12).

Поверхностную плотность начесных (двухгребеночных) по-

лотен определяют по формуле ,

4 •

10-

7Y + L„7„) а

, (III.13>

где П

и Я

— число петель по горизонтали и вертикали, 1/50 мм; L

и L

—

длина в петле грунтовой и начесной нити, мм; Т

и Т

— линейная плотность

грунтовой и начесной нити, текс; а*— коэффициент, учитывающий потери

массы полотна при крашении и ворсовании; а

=0.94.

Поверхностная плотность нетканых полотен складывается из

массы волокнистого холста или каркасной ткани и массы про-

шивной нити. Формулы для расчета поверхностной плотности

полотен различных способов изготовления приводятся в лите-

ратуре [7]. Поверхностная плотность М

при нормированной

влажности регламентируется в стандартах для некоторых ви-

дов полотен, например, для холстопрошивных ватинов в ГОСТ

19008—82 и ГОСТ 19331—81 * [5, 7]. Неравномерность по массе

нетканых полотен оценивается согласно ГОСТ 15902.2—79 по

Табл. III.4. Поверхностная плотность М

, г/м

, полотен н изделий

различного назначения

Материал

Beyibe

и сорочки

Платья

Костюмы

Пальто и

плащи

Ткани

Хлопчатобумажные

Льняные

Шелковые

Шерстяные

Нетканые полотна

Хлопковые,

и др.

Трикотаж

шерстяные

Хлопчатобумажный

Искусственный

Синтетический

Шерстяной

80—160

130—170

40—160

80—200

200—300

40—150

140—250

100—310

110—240

40—100

150—310

200—300

200—400

150-230

220—350

100—180 150—250 200—300

Полотно

120—180

80—100

250—300

200-300

200—400

60-200

300—700

400—600

Верхние

изделия

200—660

190—300

90-340

220-1000

коэффициенту вариации массы 20 проб размером 50x50 мм

для клееных полотен и 100x100 мм для холстопрошивных и

других видов полотен. Она характеризует также неравномер-

ность поверхностной плотности полотен.

Поверхностную плотность войлоков и ватинов иногда рас-

считывают по известным значениям средней плотности 6у и

толщины Ь по формуле (III.9).

Требования к поверхностной плотности материалов опреде-

ляются их назначением и регламентируются в стандартах на

отдельные их виды. В табл. 111.4 приведены типичные ориенти-

ровочные значения М

полотен, используемых для одежды.

Более подробно значения поверхностной плотности разных

материалов приведены в стандартах и литературе [1,3, 4].

Масса штучных изделий. Для контроля за расходом сырья

взвешиванием нескольких изделий определяют среднюю массу

т 1 одного изделия или массу т

пары изделий (чулки, носки,

перчатки). Эти величины иногда нормируют в стандартах.

При определении кондиционной массы изделия для изме-

рения фактической влажности используют целые изделия,

а также части изделий, оставшиеся после вырезания проб для

других испытаний.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНЙЯ

1. Какие геометрические свойства измеряют для полотен н изделий?

2. В чем заключается аналитическое определение градиента толщины поло-

тен?

3. Как измеряется высота ворса изделий?

4. Какими показателями оценивают материалоемкость полотен и изделий и

как их определяют?

5. Приведите формулы для расчета поверхностной плотности тканей и три-

котажа.

6. Какая имеется зависимость между средней и поверхностной плотностью

полотен?

7. Чем определяется выбор ширины полотен?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ к гл. Ill

1. Вузов Б. А., Модестова Т. А., Алыменкова Н. Д. Материаловедение швей-

ного производства. М., 1986.

2. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению/А. И. Коб-

ляков, Г. Н. Кукин, А. Н. Соловьев и др. М„ 1986.

3. Эксплуатационные свойства материалов для одежды и методы оценки их

качества/К. Г. Гущина, С. А. Беляева, Е. Я- Командрикова и др. М., 1984.

4. Торкунова 3. А. Испытания трикотажа. М., 1985.

5. Бершев Е. И., Куликова Н. А. Технический контроль в производстве не-

тканых материалов. М., 1983.

6. Соловьев А. Н. Определение градиента толщины текстильных изделий//

Изв. вузов. Технология текстил. пром-сти. 1964. № 2. С. 8—12.

7. Мухамеджанов Г. /С. Методы испытания нетканых полотен. М., 1984.

Глава IV. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ТЕКСТИЛЬНЫХ ПОЛОТЕН

Механические свойства определяют отношение текстильных по-

лотен к различно приложенным внешним усилиям, вызываю-

щим деформацию растяжения, сжатия, изгиба, а также танген-

циальное сопротивление полотен и такие связанные с ним яв-

ления, как раздвижка нитей в тканях, осыпаемость, прорубае-

мость, спуск петель в трикотаже.

1. ПРОЧНОСТЬ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ

Прочность при растяжении — важный показатель механических

свойств текстильных полотен, определяющий их целостность.

Сопротивление структуры полотен (систем нитей, волокон ни-

тей и волокон) зависит от многих факторов. К ним относятся

и условия деформирования (среды, скорости растяжения) и

состояние структуры полотен. Известен ряд теорий прочно-

сти [1].

Согласно теории хрупкой прочности, впервые сформулиро-

ванной А. Гриффитом, разрыв материала происходит в резуль-

тате перенапряжения у вершин микротрещин (дефектов), су-

щественно ослабляющих сопротивление элементов структуры.

При достижении критического напряжения трещины растут со

скоростью, близкой к скорости распространения упругих волн'

и затем происходит разрушение материала. А. Ф. Иоффе и его

сотрудниками было экспериментально подтверждено существо-

вание микротрещин и показано, что максимальное напряжение

в вершине поверхностей трещины оказывается во много раз

больше напряжения, определенного отношением деформирую-

щей нагрузки к сечению ослабленной пробы.

Зависимость напряжения а от наличия дефектов или сте-

пени однородности вещества по Вейбуллу имеет вид

o = AlVV,

(IV. 1)

где А — постоянная, зависящая от природы материала и типа напряжен-

ного состояния; п — постоянная, учитывающая характер распределения де-

фектов или степень однородности вещества; V — рабочий объем единичной

пробы.

При п-^оо в случае идеального однородного бездефектного

тела прочность не зависит от объема пробы.

Согласно статистической теории хрупкой прочности

А. П. Александрова и С. Н. Журкова разрыв происходит не од-

новременно по всей поверхности разрушения, а постепенно: на-

чинается с самого опасного перенапряженного участка, затем

распространяется в новых дефектных местах, пока в результате

роста трещин не достигает критической (теоретической) вели-

3 Заказ № 1031

чины. Однако в отличие от А. Гриффита А, П. Александров и

С. Н. Журков рассматривают разрушение твердого тела как

процесс, развивающийся во времени.

С. Н. Журковым и др. в 50-е годы обоснована кинетическая

(флуктуационная) теория разрушения твердых тел, согласно

которой разрушение материалов происходит в результате не

только механического напряжения, но и теплового движения

атомов." Связи между атомами макромолекул, колеблющихся

вследствие теплового движения около равновесны* положений,

могут разрываться тепловыми флуктуациями.

Вероятность такого разрыва зависит от начального потен-

циального барьера

UQ,

температуры Т, напряжения о, снижаю-

щих начальный потенциальный барьер на величину уа, где 7 —

постоянная, зависящая от структуры материала и учитываю-

щая неоднородность распределения напряжения по микроуча-

стку пробы и молекулярным цепям.

Тогда долговечность т материала, находящегося под, на-

грузкой (напряжением а), описывается уравнением

х = (IV.2)

где k — постоянная Больцмана (универсальная газовая постоянная).

Параметр то не зависит от природы и структуры материала,

его величина составляет Ю

-12

—10

-13

. Энергетический барьер

ио, который необходимо преодолеть при разрушении материала,

соответствует энергии химических связей молекул и не зависит

от межмолекулярных связей.

При Т=const

= i4exp—а<т, (IV.3)

где

Л = т

ехр

—

const, (IV.4)

a=yl(kT) = const.

Тогда

a = (In/4 —In т)/a. (IV.5)

Из формул (IV.4) и (IV.5) следует, что напряжение при

разрушении зависит не только от величины потенциального

барьера ы

, структурного коэффициента у, входящих в постоян-

ные Л и а, но и длительности процесса растяжения т.

Разрывное напряжение пробы будет тем больше, чем

больше потенциальный барьер и

и меньше величины у и т.

При постоянных величинах у и м

на разрывное напряжение

влияет лишь длительность процесса растяжения.

Для более глубокого изучения прочности полимерных тек-

стильных материалов (волокон и нитей) можно рекомендовать

некоторые учебники и другие работы [2—6].

Рис.

IV. 1.

Зависимость долговечно- lot

сти т ткани арт. 52188 от нагрузки

при разной температуре:

I — плюс 80 °С; 2 — плюс 30 "С; 3 —

плюс 20 °С; 4 — минус 30 "С; 5 — минус л .

60 'С

J -

Однако рассмотренные

теории, прочности и основан-

ные на них методы изучения

прочности и долговечности

текстильных полотен не по-

лучили еще широкого приме-

нения, хотя отдельные фак- т

торы,. такие, как темпера- -//-

тура, длительность деформи-

рования, зафиксированы

в стандартах. Можно отме- 1 2 з 4 s

р, мпа

тить эксперимент по темпе-

ратурно-временной зависимости прочности хлопчатобумажных,

и капроновых тканей при одноосном растяжении, проведен-

ный Б. А. Бузовым и Т. М. Резниковой [7]. На рис.

IV. 1

при-

ведена зависимость! долговечности ткани арт. 52188 от на-

грузки при разной температуре. Испытания проводились на

единичных пробах размером 5x50 мм в диапазоне времени,

составляющем 5—6 порядков. Фиксировалось фактическое

время разрушения проб. Однако при эксперименте затруднено

определение площади сечения ткани. В данном случае за рас-

четную площадь было принято„.произведение числа нитей, не-

посредственно участвующих в сопротивлении растяжения, на

среднюю площадь поперечного сечения нитей.

В результате эксперимента были получены [7] следующие

значения параметров й

и у:

Хлопчатобумажная Капроновая ткань

ткань арт. 3104 арт. 52188

«о, кДж/моль 145 190

у, м'/кмоль 0,7 2,5

К сожалению, примеры таких экспериментов ограничены.

Имеются объективные трудности с определением действитель-

ного сечения в плоскости приложения усилий, когда в сечении

изменяются как количество нитей, так и их площадь. Особенно

сложно в случае трикотажных и нетканых полотен и для тка-

ней в местах контакта нитей и между контактами под углом

(90°>а>0) к продольному или поперечному сечению. Поэтому

на практике получили использование другие характеристики

механических свойств текстильных полотен при растяжении их

до разрыва.

з*

Характеристики механических свойств

при растяжении до разрыва

При растяжении текстильных полотен до разрыва могут быть

определены следующие показатели механических свойств:

разрывная нагрузка Р

, Н,

—

наибольшее усилие, выдержи-

ваемое единичной пробой до разрыва;

давление на пробу а

, Па, при продавливании мембраной;

удельная разрывная нагрузка Р

, кН-м/кг, которая приме-

няется для сравнения разрывной нагрузки текстильных полотен

разной массы и рассчитывается по формуле

= Ю

рР

а-\ (IV.6)

где Яр — абсолютная разрывная нагрузка, Н; ps — поверхностная плотность

полотна, г/м

; а

— рабочая ширина полоски пробы, мм.

Разрывное напряжение а

, Па,— относительная нагрузка,

выражающая отношение разрывной нагрузки Р

к площади S

поперечного сечения единичной пробы:

= P

IS. (IV.7)

Площадь поперечного сечения единичной пробы для тек-

стильных полотен рассчитать сложно, поэтому на практике раз-

рывное напряжение определяют по формуле

= Р

у. (IV.8)

При наличии элементов структуры с разной плотностью ве-

щества нитей необходимо рассчитать средневзвешенную плот-

ность у

, кг/м

, нитей:

Vc=Z«

Yt, (IV.9)

где di — доли нитей по массе в пробе, сопротивляющихся растяжению.

Для тканей и трикотажа разрывную нагрузку по длине (ос-

нове) и ширине (по утку) можно рассчитать с учетом массы

материала разрываемой системы нитей. Тогда формула (IV.6)

имеет вид

Poi = Pvl(Psfh)

или

P» = PplC, (IV.

10)

где С —доля массы нитей той системы, по направлению которой происходит

растяжение.

Для трикотажных полотен с двумя системами нитей долю

массы нитей, сопротивляющихся растяжению, можно рассчи-

тать из соотношений

г т ' т

CI = ilii или С

LjTI + L

L^Ti + L

где Lt, Li — длина нитей элементарных звеньев в- пределах раппорта пере-

плетения, мм; 7\, Т

— линейная плотность нитей, текс.

Расчетную разрывную нагрузку Я

, Н, структурной еди-

ницы (нити или элементарного звена) определяют по формуле

.Э=КРР/П, (IV .11)

где К — отношение длины участка (ширины) полотна, применяемого для под-

счета плотности (число нитей на 100 или 50 мм), к ширине пробной полоски;

П — показатель плотности полотен той системы, по которой осуществляется

разрыв; этот показатель применяется для оценки использования прочности

элементов структуры.

Усилие на едицицу длины пробы Р

, кН/см, при растяжении

мембраной (по Г. Зоммеру) рассчитывают по формуле

PN = O

R/2, (IV. 12)

где on — давление на пробу, кПа; R — радиус шара, форму сегмента кото-

рого принимает рроба, см.

Из геометрических соотношений с учетом стрелы прогиба f

где г — начальный радиус пробы, см.

С учетом этого формула (IV.

12)

принимает вид

=о

(г

+ /

)/(4/).

Показатели деформации

Удлинение при разрыве /

, мм, представляющее собой прира-

щение длины единичной пробы, определяют по формуле

lp — ^-К

LQ,

где L

— конечная (к моменту разрыва) длина единичной пробы, мм; L

—

длина между зажимами, мм.

Относительное удлинение при разрыве е

— это удлинение

при разрыве, выраженное в процентах от первоначальной

длины:

= /

- ЮО/Ь

Растяжимость полотен при продавливании шариком, в не-

которых случаях мембраной, характеризуется стрелой прогиба

в момент разрушения пробы f в миллиметрах и увеличением

площади поверхности полотна ДS, выраженной в процентах:

А5= 13,7/—87,5. (IV.13)

Комплексные показатели

К комплексным показателям механических свойств текстильных

полотен при растяжении до разрыва относится работа разрыва

(абсолютная, удельная и объемная).

рассчитывают

(IV.

14)

Рис. IV.2. Диаграмма растяже-

ния элементарной пробы по-

лотна:

а —неполная; б —полная

Абсолютная работа раз-

рыва R

, Дж,—работа, Со-

вершаемая внешними си-

лами при растяжении еди-

ничной пробы до разруше-

по формуле

Rp —

где rj — коэффициент полноты диаграммы;

= S$IS,

где Эф — фактическая интегральная площадь

рис. 1V.2,A SOBC)\ S — интегральная площадь

тами Р

и /

(So*c^).

При разрыве текстильных полотен во многих случаях раз-

рушение пробы происходит не мгновенно, а с убыванием (рис.

IV.2, б). Тогда полная работа

R п = Rp + R 2>

где /?

— работа по разрушению неразорвавшихся элементарных звеньев

структуры.

Работу растяжения при продавливании определяют по фор-

муле

под кривой растяжения (на

прямоугольника с координа-

А=<г

-1 I -ПС,

(IV. 15)

где о

— давление на тробу, кПа; г — начальный радиус пробы, см; f —

стрела прогиба, см; ц — коэффициент полноты диаграммы; С — поправоч-

ный коэффициент на отклонение формы продавливаемой пробы от шарового

сегмента (до значения f=30, С= 1).

Удельная работа разрыва г

, Дж/г, — работа разрушения

структуры, отнесенная к единице массы:

= Rp/Mp, (IV. 16)

где М

— масса рабочей части полоски пробы, г.

Объемную работу разрыва r

, Дж/см

, определяют по фор-

муле

= R

(V р, (IV Л 7)

где К

— объем рабочей части единичной пробы, см®.

Подробно показатели механических свойств текстильных по-

лотен при разных способах растяжения описаны в работе [8].

Показатели жесткости и податливости

Показатели жесткости характеризуют сопротивление струк-

туры полотен изменению ее формы и связей элементов и эле-

ментарных звеньев.

Жесткость текстильных материалов при растяжении оцени-

вают усилием Р, которое необходимо приложи1ъ к элементар-

ной пробе, чтобы растянуть ее на величину деформации е. Жест-

кость при растяжении хорошо характеризуют кривые растяже-

ния. Чем меньше угол касательных к кривой растяжения, тем

меньше жесткость при растяжении. Из представленных на

рис. IV.3 кривых растяжения трикотажных полотен наимень-

шую жесткость имеют хлопчатобумажные полотна, выработан-

ные переплетениями гладь (по длине) и двуластик (по ширине).

В качестве показателей жесткости текстильных полотен ши-

роко используют предложенные А. Н. Соловьевым (9, 10] началь-

ный модуль жесткости Е

текущий модуль жесткости Е

, теку-

щий конечный модуль £

и показатель жесткости К.

Начальный модуль жесткости Е

Па или мкПа, характери-

зует напряжение, которое необходимо для растяжения пробы

на 1 %. Его вычисляют по формуле

= а

/г(IV.

18)

Показатель жесткости

/С

= (1-Т1)/ТЬ (IV. 19)

где т] — коэффициент полноты диаграммы растяжения.

ние двуластик; 6 — хлопчатобумажное, переплетение гладь