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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. IV.4. Кривая растяжения пробы

сильно растяжимого полотна

Рис. 1V.5. Кривая растяжения пробы

со сложным характером жесткости

Текущий модуль жесткости

Ет = КЕ

гК-

. (IV.20)

Текущий конечный модуль в момент разрыва

Ет.^КЕ&к-

. (IV.21)

Начальный модуль жесткости и показатель жесткости по-

зволяют рассчитать усилие (напряжение) при любой деформа-

ции (от 1 % до разрывного значения). А. Н. Соловьевым пред-

усмотрен случай, когда в начальный период деформирования

жесткость к растяжению очень мала или недостаточна чувстви-

тельность разрывной машины. На кривой растяжения усилие

на участке OA (рис. IV.4) отсутствует. Тогда показатель жест-

кости будет только на участке кривой АС:

/С

= (1—къ)/т)

;

Лг

= SABC/Sabcd', % = 0.'

В этом случае модуль жесткости

начальный модуль жесткости

текущий конечный модуль жесткости при 2=0 и

= е

(в мо-

мент разрыва)

Ет.

= -j^- = KE

iZp'

При наличии зависимости a—f(e) вида, показанного на

рис. IV.5, кривая разбивается на три зоны: Pi(ei), (Р

—Pi) (ег—

—ei) и (Рз—Я*We*—е

Иногда зависимости напряжения от деформации аппроксими-

руют, пользуясь обобщенным законом Гука, который получают

разложением a=f(e) в ряд Маклорена:

о = f

(е)

(0)

+ -у/'

(0)

+ -j^-Г

(0)

• • •

Если ограничиться членом, содержащим Ев 1-й степени,

то, положив а =

при е=0, получают

a=/(e)' = e/'(0). (1V.22)

Если принять /'(0) =Е, то

(х

= Ее. (IV. 23

Более точной является зависимость

а = Ег + Е

е?.

Однако при высокоразвитых релаксационных процессах

в текстильных полотнах при их растяжении использование за-

висимости Гука вносит заведомо погрешность, которая может

быть и существенной даже при кратком времени деформирова-

ния.

Показатель податливости определяется величиной, обратной

модулю жесткости:

—

1/Е = г

/а. (IV.24)

А. Н. Соловьевым предложен показатель — начальное рас-

прямление, определяемый по формуле

Z = ep(Tl,-4)/ib. (

)

где

*1Г

— коэффициент полноты диаграммы; T)

=SABC/SABCD (СМ. рис. IV.4);

Т1

— общий коэффициент полноты диаграммы; T)=SABC/SOBCD\

Другим показателем относительной податливости (растяжи-

мости) является приращение длины в(Р) при нагрузке Р = 6Н:

е(Р) = 2Д//1,

где L — периметр бортиков чулок, носков.

Условная начальная (заданная) растяжимость е(<т=1) для

трикотажных полотен, определяемая при заданном напряжении

а=1 Н/мм

(или 1 мкПа), предложена А. И. Кобляковым [1].

Этот показатель близок к усилиям, возникающим при эксплуата-

ции трикотажных полотен. Начальную растяжимость можно оп-

ределить по диаграммам растяжения при заданной нагрузке.

С учетом формул (IV.7) и (IV.8) находим

Рз(о = 1) = 10*op

-1

, (IV.26)

где а=1 мкПа; ps — поверхностная плотность, г/м

; о

— рабочая ширина

пробной полоски, мм.

Табл.

IV. 1.

Показатели податливости (растяжимости)

трикотажных полотен разных переплетений по данным А. И. Коблякова [1]

Податливость е (а), %

Переплетение

е (а = 1мкПа) 8

(Р

=5 6Н)

по длине по шЬрнне по длине по ширине

Цепочка-уток

140

125

Трико-уток

Трико-сукно

Гладь

Двуластик

Затем по кривой Р=/(е) определяется е(а).

В табл. IV.

приведены результаты определения податли-

вости трикотажных полотен, подтверждающие зависимость по-

казателей податливости от структуры.

Методы испытаний на растяжение до разрушения

Методы испытаний текстильных полотен при растяжении до раз-

рыва многочисленны. Они разделяются на одноосные и двухос-

ные, при динамическом и статическом растяжении. Имеются

также различия в режиме растяжения, форме элементарной

пробы и ее захвата в тиски разрывной машины. Особо выделя-

ются методы испытаний на раздирание.

Одноосное растяжение элементарных проб текстильных поло-

тен происходит раздельно по направлениям: вдоль и поперек

полотен, в некоторых случаях под различными углами к про-

дольному и поперечному направлению полотна. Пробы для ис-

пытаний вязально-прошивных полотен на растяжение вырезают

параллельно прошивным нитям и перпендикулярно им.

Получаемые показатели разрывной нагрузки и других харак-

теристик свойств дают представление об их количественных из-

менениях в зависимости от приложения растягивающих усилий.

Эти показатели существенно отличаются. На рис. IV.6 показано

изменение разрывной нагрузки м разрывного удлинения в про-

центах от показателей, полученных при растяжении полосок

проб, вырезанных по длине (по направлению основы), но при

разных углах к основным нитям. Из рис. IV.6 видно, что разрыв-

ная нагрузка уменьшается, и особенно существенное ее измене-

ние происходит при углах 15 и 75°. Разрывное удлинение уве-

личивается, и особенно существенно (почти в 2 раза) при углах

45—60°. Это объясняется тем, что изменение ориентации нитей

в пробной полоске в силовом поле осуществляется в результате

поворота нитей (прирост деформации), уменьшения числа ни-

Оснобо

го во /ив m во

РазрыЬнаи

нагрузка и удлинение,'/.

Рис. IV.6. Изменение разрывной на-

грузки (кривая 1) и разрывного уд-

линения (кривая 2) пробы при раз-

ных углах к основным нитям (по

направлению основы 100 %)

Рис. IV.7. Схема испытания с ис-

пользованием:

а — маятникового копра; б, в — энергии

падающего груза

тей, сопротивляющихся растяжению. Удлинение пробы в резуль-

тате поворота нитей существенно увеличивается.

При растяжении пробной полоски под углами на нити ткани

воздействуют две силы, из которых одна стремится повернуть

пересекающиеся нити в точках контакта, другая — распрямить

и растянуть. В зависимости от угла расположения нитей относи-

тельно силового поля соотношение усилий меняется.

Удлинение ткани происходит в результате поворота нитей и

изменения формы элементарной Ячейки из прямоугольной в па-

раллелограмм. Характер и величина изменения геометрических

параметров ткани зависят от переменных факторов: плотности

ткани, вида ее переплетения, толщины, строения и волокнистого

состава нитей.

Режим растяжения существенно влияет на показатели

механических свойств текстильных полотен. В зависимости от ре-

жима растяжения методы испытаний текстильных полотен раз-

деляются на статические и динамические. При статическом рас-

тяжении длительность процесса для текстильных полотен регла-

ментируется до 30—60 с, скорость растяжения единичной пробы

максимальная и составляет до 0,02 м/с. Скорость при динами-

ческом растяжении: от 1 до 5 м/с (среднескоростное растяже-

ние), от 5 до 100 м/с (высокоскоростное растяжение) и более

100 м/с (сверхскоростное растяжение) *. Известны [11] следую-

щие методы (и приборы) нагружения при испытании текстиль-

ных материалов: гравитационный, при котором меняются ско-

рость деформирования (до 3,5 м/с) и усилие,— маятниковый

копер или прибор с падающим грузом (до 11 м/с); электромеха-

* Высокоскоростное растяжение текстильных материалов обстоятельно

рассмотрено Н. И. Кудряшовой, Б. А. Кудряшовым [11].

нический— приборы с падающим грузом, вращающимся диском,

(маховиком), с постоянной скоростью деформирования (до

30 м/с) и др.

Схема испытаний с использованием маятникового копра по-

казана на рис. JV.7, а. Концы пробы 2 заправлены в зажимы 1

и 3, высота маятника в начальном состоянии — h

высота подъ-

ема маятника после разрушения пробы — h

Работа разрыва

= Qh!—Qh

(cos —cos

<р

(IV.27)

где Q — масса копра; г — радиус (рабочий) копра; h

=r—г cos

q>i

=r(l—cos<pi); h%=r—r cos <p

=r(l—cos фг); hi—h

=r(cos q>2—cos q>i).

С рость перемещения копра — 3,5—4 м/с, продолжитель-

ность растяжения и разрушения —

0,01

с.

В приборах с падающим грузом (рис. IV.7, б) энергия удара

возникает после раздвижки зажимов 2.

3. Груз 1 падает с вы-

соты Я, ударяя по подставке 4. Скорость центра тяжести при

ударе v = -yJlgH , где g—ускорение свободного падения груза.

Потенциальную энергию удара Е

, Дж, определяют по фор-

муле

= mgH,

где от— масса падающего груза.

Другие приборы дйя динамического растяжения описаны

в работе [11].

На показатели разрывной нагрузки влияет режим нагруже-

ния элементарной пробы. Разрывные машины для испытаний

текстильных полотен в зависимости от задаваемого и поддер-

живаемого постоянным параметра при нагружении единичных

проб разделяются на три группы: с постоянной скоростью опу-

скания нижнего зажима; с постоянной скоростью деформирова-

ния пробы; с постоянной скоростью возрастания усилия на

пробу.

Разрывные машины первой группы — машины рычажно-ма-

ятниковые, со смещением верхнего зажима, связанного с сило-

измерителем, до 30—40 мм при максимальном усилии. Эти раз-

рывные машины инерционны, что влияет на показатели разрыв-

ной нагрузки и разрывного удлинения. Например, при малой де-

формации единичных проб, но с большой разрывной нагрузкой

показатель разрывной нагрузки оказывается несколько завы-

шенным по сравнению с испытаниями на безынерционной раз-

рывной машине, и наоборот, несколько заниженным при боль-

шой деформации.

Разрывная нагрузка при испытаниях на разрывных машинах

третьей группы в силу инерционности системы (перемещение

наклонной плоскости и груза) приводит к увеличению по срав-

a .

№

о.

Ч m

я"

о.

Зч

ю о

О в

Ч о-

.g"

° з

в о.

* 5

О.

О"

S®

4 .

Z «

Я а.

О лз

„И/J

'^d 'чхоон

-10VU В BHJ.0

-онхйэяоц

00 —

см см

СО

a> t^-

CM 00

a> O)

•4" CTl

ОТ t—

t- ст>

со ч-

t-- ю

Ю to

— -4-

ОТ ОТ

О -Ч"

О СМ

о> —

оо а>

•Ч" -ч-

00 г—

со to

00 ОТ

со

CM —

0,29

0,23

СМ 00

СО —'

о"о"

—

со со

о*©"

©"o"

-4" CO

o*o"

со сч

о" о"

00 г^

см —

о" о"

СМ СТ!

со см

о* о"

CO CT)

•Ч- CM

o"o"

co_co

o" <-'

0,28

0,25

Ю LO

см —

о" о"

•Ч" О)

со см

о" о"

CO CM_

o"o*

— Tf

•4- CO

o"o

со со

-н-н

см

те см

-н-н

о о

in -ч-

см

50±5

48±5

46+4

128+3

•4"

+I-H

to т}<

см со

-н-н

СМ 00

см

см см

-Н-Н

см

см см

+14

-t

1П -Ч"

50+4

140+4

59+4

80+3

со со

-н-н

•ч> со

см см

+14

см см

00 со

со

СО СО

-Н+1

to to

ю in

50±4

148+4

CO CO

+14

42+2

23+1

+1+1

en t^

со —•

+1+1

m oo

CM —

4+1

oo in

•4* CM

+1+1

Щ CO

•4" CO

40±2

22±1

+1+1

— ю

те

+1+1

•ч* m

CM —

+1 +1

CO —

-Ф CM

+1+1

to to

*4* CO

см —

чн чн

7? см

см —

+1+1

ОО 1П

СО —

+1+1

-Ч" 00

Tf Tf

CM —

+1+1

CO CM

•4" CM

+1+1

•4- in

•f

° с

СО

s ч

2 »

а;

СО

s g

>> С

со

X я

S *

О"

*•

О *

ч *

со

9 и

«I

ш Б

S о

03 &

нению с разрывными машины первой и второй групп, разрывной

нагрузки и уменьшению разрывного удлинения.

Показатели механических свойств трикотажных полотен при

разных режимах растяжения, приведенные в табл. IV.2, под-

тверждают это положение. В последние годы большинство фирм

выпускает безынерционные разрывные машины с растяжением

проб при равномерной скорости деформирования.

Форма проб и их заправка

Форма единичных проб текстильных полотен, их закрепление

в тисках разрывной машины существенно влияют на показатели

механических свойств. Наиболее распространена прямоугольная

форма единичной проб^ (рис. IV.8,а). Длина пробы между за-

жимами (зажимная длина) обычно значительно больше ши-

рины. Такой метод заправки пробы известен.как стрип-метод (от

англ. strip — полоска). Ширина пробы определяется для ткани

между крайними нитями системы, вдоль которой приклады-

ваются растягивающие усилия. Чтобы обеспечить растяжение

всех нитей, пробную полоску ткани вырезают на 10 мм шире

и затем удаляют нижние нити *. При испытании других тек-

стильных полотен ширина полоски пробы соответствует расстоя-

нию между зажимами.

При растяжении полоски происходит ее сужение по ширине.

Оно максимально в средней части полоски вследствие того, что

нити растягиваемой системы при натяжении изгибают нити пас-

сивной системы (поперечной) и сближаются. Продольные край-

ние нити полоски в зажимах не могут перемещаться, поэтому об-

разуются переходные зоны. При относительно высокой перенапря-

женности нитей (в зонах зажима) происходит разрыв. В сильно

уплотненных системах, когда сужение затруднено, разрывы

пробы могут происходить в ослабленных, дефектных местах,

а не на участках пробы у зажима.

Рис. IV.8. Форма проб и положения зажимов:

а — стрип; б — грэб; в — полугрэб; г — профильная (двойная лопаточка);

(сшитая)

• кольцевая

* Исключение составляют единичные пробы, вырезаемые под углом

к нитям основы или утка, в таком случае нити по краям не удаляются.

Рис. IV.9. Размеры

пробы профильной фор-

мы для трикотажных

полотен:

а — по И. И. Шалову; б —

по А. И. Коблякову; в —

с зажимной длиной 50 мм

Для трикотажных полотен характерно разрушение у зажи-

мов тисков, чаще у верхних. При этом у поперечно-вязаного три-

котажа наблюдаются случаи роспуска петель. При растяжении

трикотажа происходит переориентация элементарных звеньев

в силовом поле, сопровождающаяся часто перетягиванием нитей

из одних участков в другие, вследствие чего полоска сужается,

иногда значительно (в 2 раза и более). Но нити в петлях у за-

жимов не могут перемещаться, отдельные участки нитей в пет-

лях оказываются перегруженными и разрушаются. В резуль-

тате действительная прочность полотен не выявляется.

Неодинакова также деформация полоски в средней части и

в зонах у зажимов. Деформация участков пробы в заблокиро-

ванных зонах (близкой к зажимам) значительно меньше, чем

в средней части.

Другим методом заправки при испытании на растяжение до

разрыва является грэб-метод, когда полоска пробы шире тисков

зажимов (рис. IV.8,б). Сужение полоски при таком методе за-

правки уменьшается, так как оно сдерживается элементами

структуры, непосредственно не подвергающимися растяжению.

При такой заправке разница в деформации отдельных участков

уменьшается и показатели разрывной нагрузки по сравнению

с заправкой стрип-методом увеличиваются.

Еще один метод — использование профильной полоски в виде

двойной лопаточки (рис. IV.8,г). Как было показано И. И. Ша-

ловым, а также А. И. Кобляковым [1] и др., при такой форме

единичной пробы достигается более объективная оценка показа-

телей механических свойств. Форма такой элементарной пробы

(рис. IV.9) имеет зоны разной ширины: две зоны, сужающиеся

от зажимов, переходят в прямоугольную среднюю часть, ширина

Табл. IV.3. Показатели механических свойств трикотажных полотен

при разных формах и размерах единичных проб [1]

Вид

трикотаж-

ного

Переплете-

ние

Поверх-

ностная

плот-

ность

, г/м»

Относительная

разрывная нагрузка

Р , кН.м/кг .

Относительное

разрывное

удлинение е, %

полотна

Поверх-

ностная

плот-

ность

, г/м»

С»

П, (100) П

(50) С

•

п,

Гладкое

хлопчато-

бумажное

То же

Гладь

Ластик

165

130

35**

43 73

78 90

Гладкое

хлопчато-

бумажное

То же

Гладь

Ластик

165

130

207

212

254

Гладкое

хлопчато-

бумажное

То же

Гладь

Ластик

165

130

12 13

350 384 422

» Трико 132

67 50

» Трико 132

118

127

166

Трико-

уток

148

38 42 46

Трико-

уток

148

42 43

43 58

57 60

Гладкое

вискозное

Сукно-

трико

146

25 48

Гладкое

вискозное

Сукно-

трико

146

* С — стандартная прямоугольная форма пробы размером 100 x 50 мм; n

(100) —

профильная размером 100 X 25 мм; П

(50) — профильная размером 50 X 25 мм.

** В числителе даны значения при испытании трикотажного полотка по вертикали,

в знаменателе — значения при испытании по горизонтали.

которой по сравнению с шириной в зажиме в 2 раза меньше.

В результате разрыв пробы происходит только' на среднем уча-

стке и, естественно, показатели относительной разрывной на-

грузки и разрывного удлинения, особенно у сильно растягиваю-

щихся полотен, увеличиваются по сравнению с испытаниями

стрип-методом.

Размеры элементарных проб в зоне между зажимами влияют

на результаты испытаний. С увеличением размеров проб увели-

чивается вероятность появления дефектных или ослабленных

мест в пробе, в результате чего разрывная нагрузка и относи-

тельная деформация уменьшаются. Многочисленные исследова-

ния влияния размеров на показатели механических свойств тка-

ней подтвердили [12], что оптимальным является рабочий раз-

мер 100X25 мм.

Изучение влияния размеров полоски профильной формы для

трикотажных полотен подтвердило общие закономерности изме-

нений разрывной нагрузки и разрывного удлинения (табл. IV.3).

Оптимальными являются полоски профильной формы в виде

двойной лопаточки с рабочей шириной 25 мм и зажимной длиной

50 мм (допускается и 100 мм). При этом длина профильной

части должна быть меньше зажимной длины на 10%. Напри-

мер, при зажимной длине 50 мм длина профильной части дол-

жна быть равна 45 мм, при зажимной длине 100 мм длина про-

фильной части равна 90 мм. Это вызвано большой растяжи-

мостью трикотажа. Полоска может увеличить свою длину даже

от собственной массы очень малого предварительного груза.

Более точные значения разрывного удлинения получаются

по замерам средней зоны единичной пробы, а не по изменению

расстояния между зажимами. Многие фирмы используют спе-

циальные фиксаторы удлинения для средней части полоски, что

дает возможность получить показатели деформации выше на

10 % и более, чем по замерам пробы по всей зажимной длине.

Прочность на раздирание

Текстильные полотна, чаще ткани, подвергающиеся при исполь-

зовании различным видам местных повреждений (надрезы, над-

рывы, проколы), испытывают на раздирание. К таким полот-

нам относятся брезенты, палаточные, тарные, зонтичные, пара-

шютные и другие ткани, раздирающиеся с края или в результате

прокола. Особенностью раздирания полотен является концентра-

ция растягивающих усилий на малом участке пробы вплоть до

одиночных нитей. При таких условиях в элементарной пробе

рвутся поочередно поперечные (относительно раздирающих уси-

лий) нити: одиночные или небольшие группы. Известны многие

стандартные и нестандартные методы на раздирание. На

рис. IV.

показаны формы единичных проб и схемы их за-

правки в тиски разрывной машины.

При прямоугольной пробе расправляют концы разрезанной

части полоски и заправляют в тиски разрывной машины. При

этом линии разреза совпадают по вертикали (рИс.

IV.

10,а). По

язычковому методу среднюю надрезанную полоску (язычок)

Рис.

IV. 10.

Формы еди-

ничных проб при раз-

ных методах испыта-

ния на одноосное раз-

дирание и схемы их""за-

правки:

а — с продольным надре-

зом; б — с двумя продоль-

ными надрезами (язычко-

вый метод); в — то же

с проколом стержня; г —

крыловидный с продольным

надрезом; д — трапециевид-

ный