Макарова Т.А., Потапова Л.В. Текстильное материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

зом: офа1зец 3 (вояокио или огпрезок нити) при небольшом натя-

жании заЖ'И1М)а1ет1ся в зажим.ах 2 « 4. Зажим 2 связан с электро-

днигател'ем 1, с помощью котклрого пвремеща^епся ввиз с опреде-

ленной окориотЬю, растягивая 1образ1ец. При пастеиенном раюта-

Ж1е1ни|и образца действующее на «его у1с1и1Л1ие постепенно растет.

Это усилие через образец лередается 'BepixiHeiMy зажиму 4. Зажим 4

Рис. 29. Принципиальная схема

разрывной машины

маятниковой

через пибкую тягу 7 (стальную ленту 'или цепь) крвпитюя на дис-

ке 8, который, в свою очередь, мо-жет по1варач1и«атьоя отиооитель-

но оси О. Неподвижно по отношению к диску 8 закреплен грузо-

вой рычаг 9 с грузом 10 (грузовой маятник). ВйзйИкающее в об-

р|азце в результате растяжения усиш^ие, вызывает пово!рот диска 8

в указам1но1м на (схеме нашравлеиим и откломание маятника 9 с пру-

зом 10 на определенный угол а, который по величине героиарщио-

'нашеп 'пр|И1ло1женной 'к 0!бр1азцу сиЛ'е.

В момент .разрыва образца стрелка, закрепленная на нижнем

конце маятника 9, укажет на шиале 11 величину максимальной

иагруэкв, выдерживаемой образцом при растяжении. Эта мамси-

ма'льная «алруз'ка является основной полуцик1ло1Вой разрывной ха-

рактеристикой при 1ра1стяж'ен1ии и иазы'вается разрьювной нагруз-

кой (Рр). Она xaipiaKxep-HsyeT прочность материала nipiH растяже-

'№ИИ. '

riipiH сря'ннеиии дрючиасти нитей различной толщины использу-

ют удельную раз!рыв«ую нагрузку (рр), которую получают рас-

четным путем 1гю фар1муле, сН/текс

где Т — линейная шлотиасть пяти в TeKoafx.

npin яопытан:ии волакои и Н!иггей на растяжение до раарыва,

кроме разрывной нагрузки определяют еще удлинение при разры-

ве. Удлинение nipiH ipiaspbiBe (/р) noiKasbiiBiaeT на сколько миллимет^

ров растянулся о1браз1вц к моменту ра'эрьтаа и характеризует мак-

симально возможную деформацию материала. Измеряется удли-

нение при разрыве по м1Иллимет|ро1вой шкале 6 с помощью указа-

теля 5, З'аюрепленнопо на верхнем заж(име 4 разрывной машины.

Шкала 6 жестко соединена с нижним зажимом 2 и перемещается

нм'всте с ни(м вниз. В момент разрыва образца указатель 5 отме-

чает по Ш1кале 6 иа сколько увелич!ило1сь р1асстояние между заЖ|И-

ма)ми разрывной машины, т. е. на сколнко удминилоя образец.

Так как иервонача/льное р1асстоя1ние М1ежду за1жимам1и (зажимная

длина образца (Lo) может быть различной), то для сравнения ни-

тей П'О растяжим'оюти используют удельное отиаоитешьное удлине-

ние 1фи разрьиве, которое рассчитывают по фо|рмуле, %

•100,

где Ip — а1бсолюгно1е paiapbiiBiHioe удлин-ание в мм,

L„ — иачальна'я (эамш(м1на'я) длина 01бразца в мм.

T'aKiHiM oi6ipiaeoM основнымм полуцикловыми разрьгвными харак-

тер HICTIMKHIM и растяжения для волокон и п'итей являются (табл. 5):

П раарьго'пая напрузка — наибольшее усатие, выдерживаемое rfwi-

тям'И при растяже|ии1и их до |разрыва, выражемное в нью-тонах,

и л л ииьютона X, дек аи ьютона х;

2) удельная отно1си1те1льма1я разрьпвигая irairpysiKa — разрывная на-

прузка— р1а!зры1В1на1я нагруз1ка, пр|И1хадящаяС>я ina единицу ли-

г1е,й1ной ПЛОТ1НОСТИ в текс и выражается в сН/такс или мН/текс;

3) разрывное удлинение — приращ'0Н1ие длины растягийаемых

П1нтей в MOMI0HT piaspbieia в миллиметр as;

4) удельное относительное удлинение при разрыве — удлинение ни-

ти, выраженное в npoii;eHTafx к зажимной длиме.

Одноцик-ловые характеристики при растяжении

Очень часто 1вол>оина я ниши в процессах переработки и при

иопользовамии в изделиях подвергаютоя растяжению в течение

некоторого иромежутна яременн силой, зиачительно меньшей пре-

д0ль»О1го разрыиного значения. После такого натяжения, как пра-

Основные полуцикловые разрывные характеристики

нитей при растяжении

Таблица 5

Вид нити

Линейная

плотность,

'текс

Разрывная

нагрузка,

сН

Удельная

относи-

тельная

разрывная

нагрузка,

сН/текс

Удельное

относн-

тельное уд-

линение

при разры-

ве, ,%1

Хлопчатобумажная 2Й.,0

300 12

6.5

пряжа (кардная)

6.5

Льняная пряжа (сухо- 72,0

1000 14;

2.0

го прядения)

Шерстяная пряжа:

аппаратная 250,0

780

3 8,0

гребенная

42,01 210

7,0

Вискозная комплексная

нить:

обыкновенная

9,о;

142

18,0

упрочненная

9,0

214

10,,0

Пряжа из вискозного

25.0 200

10,0

волокна

Ацетатная комплексная

- 11,0

155

18,01

нить

Капроновая комплекс-

5,01

200

26,0

ная нить

Швейная нитка хлопча-

lOOjO 2200 22

7,0

тобумажная

Эластик капроновый 25,0

350

14 140,,0i

В.И1Л0, следует разпружение и отдых. В связи с этим преяставляет

большой ;Интерес изучение поведения волокон и нитей в цикле «на-

груж0н1ие — |р!азгрузка—отдых». Получаемые при этом одноцикло-

|вые xaipiaiKTapiHCTraKiB, как указывалось выше, хорошО' оТ|р(ажают

особамвости деформации тенсвдль'ных материалов и их фйрмо-

устойчивасть.

Прежде чем описывать методы получения ощноцмкловых ха-

ра1ктеристик, необходимо рассмотреть особенности деформации

теистильных материалов. Нашомиим, что текстильные материалы

в подавляющем болышиистве оостюят !из полимерш,

>а

следова-

тельно, им присущи ошбанности деформации полимармых мате-

риалов. Полная деформация текстильных материалов,

как и всех полимерных материалов, состоит из трех ком-,

понентов: обратимых: упрупого и эластичеакого и неабрашимого —

плаатичаок'ош.

Механизм уцруюаго дефармир'авания поясняется на рж. 30.

На рис. 30 охвматиино и131С)1бр1»жен1а мамромошекула пошимфа. На-

помним, что каждый опрезовк АВ цредставляет собой звено (по-

вторяющуюся группу атомов) м1амромол0ку1лы. Оооедаие звенья

овяз1а!ны м'ежду шбой межатоммьнкии связями и расположены под

оиредвлвн1ны1М уплом а по опношвнию друг к другу, который назы-

ваетюя валентными углом. Для каждого конкретного полимера этот

угол имеет строго определенную велтину. При действии внешней

Рис. 30. Механизм упругого деформирования

макромолекулы полимера:

1 — макромолекула до воздействия внешней си-

лы, 2 — макромолекула под воздействием внеш-

ней силы

растягивающей силы щроишодят небольшие изменения раюстоя-

1Н1ИЙ между саоед1ним;и зввдьями 1И атома'ми в мамромшекулах.

При этом меж1моле1куля|р!ные и межатомные связи сохраняются,

а валентные углы немного увеличиваются. Упругая деформация

раюпрастраняешся со акоростью р1аапр1ост|раяения звука в исследу-

'емом волокне или ннти, т. е. и(ра1ктичеаки мшовенно.

В результате жменений •расстояний между частищамн в дефор-

мированном материале происходит накопление упругой энергии.

Пр1и освобождении от в1нешней силы, поскольку взаимодействие

между <ча1стнц1ам!и сохранилось и накопилась упругая энергия,

происходит иючезиовение упругой деформации с такой же боль-

njoft скюрастью, мак и ее раюпрлтрамение.

Упругая деформация не может быть очень большой, так как

при удалении частиц ina большие р!асстояния нарушается связь

между ними. Упруга1Я дефор1мация свойственна не только полиме-

рам.

Эластическая деформация присуща только полимерам и обус-

ловлена гибкостью макромолекул полимеров. Как отммечалось в

гл. 1 в реальных полимерных материашак макромолекулы в таком

предельно расир|ямленном состоянии, ка!к изобра1жено на риС. 30,

встречаются крайне редко. Как правило, м(а;Иромо1лекулы в боль-

шей или меньшей степени изогнуты в пространстве (рис. 31).

Под действием внешней р1аст1ягива'ющей силы происходит из-

менение конфигураций ,|и (перепруниировка макромолекул: макро-

молекулы переходят в более распрямленное состояние и ориенти-

руются по направлению действия сил, т. е. при растяжении--

вдоль их оси. Пос'иольиу м1а1К1ромол©кулы взаимодействуют с со-

сед'Н.ими, а звенья одной и той же М'олекулы В(ОлеяотВ'Ие ее иэог-

нукоСтй взаимодейо-пвуют друг с другом, эти перемещения оов-ер-.

шаются лишь машьим'и участками полимерных мше'кул, и нару-

шенные межмолвкуляр1ные взаимадействия воз1нмкают BiHOiBb. Эла-

стичеоиая деф|ар1м:ация развивается во В(рем0»и с небольшими оюо-

ростями. После праиращания действия внешней силы молекулы

П1ол!им0р:ов наледствие тепловых шлебаний в'новь стремятоя изо-

гнуться, т. е. занять свойственное !им равновесное оостоя1ние. Про-

цесс 'исчезновения элэстичеокюй дефо|р1М1ации так же, как и про-

цесс ее развития, цротекает во времени: эластическая деформация

исчезает сначала быстр'О, а затем 'медленмее и медленнее.

г/

2 /

Рис. 31. Изменение конфигурации макромолекулы

полимера под действием растягивающей силы:

J — макромолекула до воздейстния внешней

силы, 2 — макромолекула после воздействия

внешней силы

Как пр1и р'азвитии, так и при исчезновении эл'астюческой дефор-

ма|Цни большое влияние «а нроцеас оказывает температур'а и

влажность. При повышении тем'пературы н влажности эластичес-

1кая де^формация раз1В1И1вается и исчезает быстрее.

Пластическа'я деформация возн'йкает вследствие того, что под

действием внешней силы (Происходят необратимые смещотия

звеньев макромолекул на довольно большие расстояния или в ре-

зультате взаимного смещения отдельных волокон в пряже и т. д.

Все составные части полной дефо)р1М1ации при приложении

ннеилией силы начинают развиваться одновременио, но с различ-

ными скоростями. После прекращения действия силы одновремен-

но начинают исчезать упругая и эластическая деформации. Одна-

ко, как уже говорилось, упругая дефар1ма!Ция исчезает практиче-

ски мгновенно, эластическая — во времени.

В'З'жнейшими одноцикловыми хар^актаристиками текстильных

материалов являются полная дефо|р1м.ацмя и ее компоненты. При

пр'актичеаком измерении этих хар1актеристик испытания чаще все-

го проводят по схеме, представленной 1на рис. 32.

Испытуемый образец (например, отрезок нити), имеющий на-

чальную длину Lo, замрепляют вержним концом в неподви'жном

зажиме. К нижнем концу подвеш!И1В1ают пруз G, который составля-

ет, как гЕр1а!вияо, не более 50% от разрьввной нагрузки миги. Под

дейстатем анешней силы образец начииает удлиняться: в нем

)М|Пнавен|но |р'аз1ви!в1ается у.цругая деформащия и в течение времени

развивается эластический и пластичесиий компоненты. Под на-

грузкой o&piascu, выдерживают 2—3 часа, периодически измеряя

! . f

1¥

Рис. 32. Изменения длины образца при одно-

цикловом нагружеиии: L,, — начальная длина,

Li — длина после длительного действия нагруз-

ки (к моменту |)аз1-руэкн). /.2---,'длииа спапу

после разгрузки, Ls — длина после длительного

отдыха

его дл'ину. К концу времени действия нагрузки образец приобре-

тает дл'ину Li. Как только груз G с образца свимают, мгновенно'

аючезает упругая дефо1р1мац;ия, и образец приобретает длину Lj.

В процессе отдыха 'равгруженного образца (2—3 раза) периоди-

чеоки, через определенные интар;в,алы времени измеряют длину

образца. По истечении выбра1нн'ого времени отдыха длина образца

становится равной Ьз. По результата^м измерений длины образца

aipiH действии нагрузии и в процеаое отдыха стро'ят кривую изме-

!нения деформации во времени (|рис. 33) и рассчитывают полную

дефарм!ацию и ее комтон'енты. Деление по1Л1вой деформации на

компоненты воэмо/жно лишь после снятия нагрузки. Причем сле-

дует отметить, что это деление нес:кольно условно, так как, замер

точной величины упругого компонента практически невозможен,

поакольку с момента снятия нагрузки до момента замера длины

проходит не менее 0,5 с. это время успевает исчезнуть не толь-

ко упругая, но и быстроисчезающая часть эластической дефор-

мащии. Величина оставшейся к концу отдыха деформации вклю-

чает в себя не только пластический компонент, но не уюпевшую

.. В

мин

Рис. 33. Кривая изменения деформации растяжения ннти пои

одноцикловом нагружении: /общ — полная (общая) деформа-

ция, /бо — быстрообратимая деформация, /мо — медленнообра-

тимая деформация, I но — необратимая деформация,, 7п — вре-

мя действия нагрузки, Го—время отдыха образца после

разгрузки

исчезнуть за время отдыха эластическую деформацию. В связи

с вышеюказаиным при одиоадмкловых испытаниях текстильных ма-

териалов 1на растяжение определяют, мм

полную (общую) дефар1мац1ию

'общ —/--I

— ^--о;

бьют(рообрат1И1мую дефслрм ацию

1с>о

= — L2',

медленнообрат1Н1мую дефарм ацию

необратимую дофармацню

'ио—^-з-—i-o-

Поюкольку начальная длина псшытуемого образца может быть

различной, одноцикловые xapa-KieipHCTiH'KH принято выр'ажать в от-

ноюителыных единицах, т- е. в процентах от первоначальной длины

образца, мм

полная (общая) деформация

быст1рао'б|р1атима'я деформация

ебо =

медлеиноофапимая деформ ация

100;

необратимая деформация

е;но =

•100.

Как уже отмечалось:

Бобщ

ббо

8мо

бно-

Зиачення полной деформэдии растяжения важнейших видов

нитей и ее аоставных частей приведены в табл. 6.

Таблица 6

Значения полной деформации растяжения важнейших

видов нитей и ее составный частей

Вид нити

Линейная

плотность

нити

в текс

Полная де-

формация

в %

Компоненты полной

деформации, в %

Линейная

плотность

нити

в текс

Полная де-

формация

в %

быстро-

обрати-

мый

мед-

ленно

обрати-

мый

необра-

тимый

3,7 0.8

0,9 2,0

72; 1,8

0.4

0.2 1,2

' 42,

3,7

1.1

0,8

1,8

2.5

3,3

1,0

1,3

6,4

0.7 1,2

4,5

9 4,9

0.6

1,0

3,3

6,3

4.8 1.3

0,2

10,0

2,9

2,2

4.9

210S.6

166,4

10,5

33,7

Хлопчатобумажная

пряжа (кардная)

Льняная пряжа (сухо-

го прядения)

Шерстяная пряжа (гре-

бенная)

Шелк-сырец

Вискозная комплексная

нить:

обыкновенная

упрочненная

Капроновая комплекс-

ная нить

Лавсановая пряжа (ап-

паратная)

Эластик капроновый

Данные паблицы отвечают следующим условиям: нагрузка —

0,25 от разрывной, время действия нагрузки 4 ч, время отдыха —

4 ч.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛОКОН и НИТЕЙ

Гигроскопические свойства

Гилроокапичеокие свойства ®оло®он « ®итей характеризуют их

способность поглющать я отдавать водяные пары и воду. Погло-

щение текстильными материалами различных газообразных и

жидких веществ приводит к существенным изменениям их

авюйств — меха^ничеомих, фиаичеомих и др. От пигроокапичеоюик

свойств волокон и .нитей зависят гипроокогаические свойства выра-

батыв^аемых из них изделий. Ги1лроскопич€оюие авойства теистиль-

ных (иадший определяют гигиеничность изготовленной из них

одежды, а также поведение изделий в условиях отдел!ки, стирюи,

сушки. Все окаваиное овидетелыствует о необходимости изучшия

гилроокопичеоких свойств темстильных материалов.

Поглощение паров и жидкостей текстильными М'атериаЛ'ЭМи

представляет собой довольно сложный физико-кимичеокий про-

цесс. Из р'азличных видов поглощений чаще всего приходится

сталкиваться с явлением сорбции.

Сорбцией называ'ется способность твердых тел поглощать газы

и пары из окружающей среды, Если сорбция «е сопровождается

образоваиием хим'ических соединений между поглотителем (сор-

бентом) и поглощаемым веществом (сар|батом), она назьтаается

физической сррбцией, в П1роти1В'НОм случае — химической сорбцией.

Для текстильных матери^алов титинчмо явление физической сорб-

ции.

Процессы, составляющие физическую сорбцию, в своем боль-

Ш1инст|ве обр^атимы. В засисивдости от состояния сорбента и окру-

ж^ающих условий может происходить как поглощение, так и от-

дача сорбата. Явлсн'П.е отдач»! .называют десорбцией.

Разл1ич1ные текстильные материалы в зависимости от их хи-

мического состава, структуры при одних и тех же условиях окру-

жающей среды поглощают р!авличное количество паров или Ж1ид-

.костей.

Для оценки способности мат0ри1алов поглощать вл'а1пу исполь-

зуют различные характеристики гигроскопических свойспв. Важ-

нейшей характеристикой гигротадап'ичеоких свойств является

влажность (W).

Влажность представляет собой процентное отношение массы

воды, содержащейся в материале, к массе сухого материала, %

Мр-Мс

Ма

где Мо — начальная масса материала;

lOO,

jWc — маюса высушениопо мате'рийла.

Различают фактичаакую влажность (^ф), HOipMiawbHyro влаж-

ность (1^'н) И максимашьную влажность {Wj). '

Фастичесюой елажностью называют вла1Ж1Н10сть М'ате|р1И1ал1а в,

даганый момент. Влажиость, щриабретенную М1атериалом после

длительного выдфживани'Я его в но|р1М'альных клим^атичеемих усло-

виях (три относительной влажности воздуха 65% 'И твМ1пе(рату<ре

+ 20°С), называют нормальной влажностью. Бели материал на-

ходится длительное время при относительной влажности воздуха,

близкой к 1007о 'И тем1пе(ратуре -t-fiOX, он приобретает М1а1К(аи1маль-

«ую влажность, котарую ®азы1В1ают ги1гро'оиопич'но1отью.

В табл. 7 приведены показатели нормальной ^влажности важ-

нейШ'И'х в,ияав темстальных материалов.

Таблица 7

Показатели основных характеристик гигроскопических

и электрических свойств различных волокнистых материалов

• ' Материал

Нормальная

влажность,

в %

Удельное объем-

ное электричес-

кое сопротивле-

ние, Ом/см.

Хлопок

10'

Лен

Шелк

10,10

Шерсть

Вискозное штапельное волокно

10'

Медно-аммиачное штапельное

волокно

12,5

10'

Ацетатное волокно

Капроновое волокно

Лавсан

0,4

Полиакрилоннтрнл

10'^

Ка'К видно из гариведеиных данных, лучшн'м^и ги!проокопичеоки-

лИ1 авойства-м'и облададат натуральные волокна: белковые —

meipioTb, Ш6Л1К и целлюлозные — лен, хло'пок. Блнэиимн по пигро-

сиоганчеаним свойствам к натуральным волокнам являются ис-

|муост1вен1Ные лидратцеллюлоэные волокна (м-едно-аммиачное и

вискозное). Ацетатное 1В0Л01К1Н0 обладает по С1ра1внен1ию с посл-ед-

•ним'и неоколыко худшей тшроскостичностью. Резко отличаются по

липроокОиичеакнм овойст(ва,м от всех перечисленных выше волокон

сннтегичеокие. Они плохо поглощают влагу.