Садыкова Ф.Х. и др. Текстильное материаловедение и основы текстильных производств

Подождите немного. Документ загружается.

все пороки от минимальных до максимальных, другой — все за

вычетом минимальных, а третий — только крупные дефекты и

сорные примеси. Оценку чистоты нитей можно производить и с

помощью электроемкостных приборов для определения неров-

ноты нитей по толщине, описанные выше, которые имеют спе-

циальные счетчики пороков.

Нормы содержания пороков и сорных примесей для различ-

ных волокон, пряжи и нитей приведены в соответствующих

стандартах на оценку их качества.

Ворсистость пряжи определяется наличием ворсинок, обра-

зованных волокнами или их кончиками на поверхности пряжи.

Если пряжа ворсиста — рисунок переплетения на тканях, три-

котажных полотнах менее выражен. Если полотна подвергают-

ся валке, то на их поверхности при выработке из более ворсис-

той пряжи образуется хорошо закатанный ворс, улучшающий

их теплоизолирующие свойства. При создании текстильных по-

лотен и изделий различного назначения необходимо учитывать

ворсистость пряжи. Например, пряжа для швейных ниток долж-

на быть очень чистой и гладкой, поэтому при изготовлении ее

опаливают, пропуская с большой скоростью над газовой горел-

кой. Для получения тканей с начесом (байка, бумазеи) и три-

котажных полотен требуется ворсистая и притом рыхлая пряжа

с малой круткой.

Степень ворсистости пряжи характеризуют числом ворсинок

и петелек, приходящихся на 1 см длины пряжи, или суммарной

длиной кончиков волокон не короче 1 мм, выступающих над

поверхностью пряжи, и определяют путем зарисовки в увели-

ченном виде проекций отрезков нитей определенной длины или

на специальных приборах. Наибольший интерес представляют

фотоэлементные приборы. В них пряжа предварительно поля-

ризуется так, что ворсинки поднимаются перпендикулярно ее

продольной оси, и продвигается между источником света и

экраном с фотодатчиками. Одна пара их расположена на рас-

стоянии 1,5 мм от оси нити, а другая — 3 мм. При прохождении

пряжи ворсинки затемняют глазок фотодатчика и тем больше,

чем больше ворсинок. Это создает изменение напряжения на

выходе фотодатчиков, которое поступает на вход усилителя и

затем к счетчику. Счетчик показывает суммарную длину вор-

синок, приходящихся на единицу длины пряжи.

Извитость характеризует непрямолинейность продольной

оси волокон и нитей (шерсти, извитого химического волокна,

текстурированных нитей и т. п.).

Извитость волокон важна, так как от нее зависит выбор си-

стемы прядения, режимов технологических процессов перера-

ботки волокон и качество получаемой пряжи, а следовательно,

и вырабатываемых из них полотен.

Среди натуральных волокон извитостью обладает шерсть.

Химическим волокнам и текстурированным нитям извитость

бй

придают различными механическими, физико-химическими или

химическими способами.

Наиболее часто применяемой характеристикой является сте-

пень извитости I, определяемая измерением начальной длины

волокон или отрезков нитей в извитом состоянии L

и после

распрямления извитков L. Степень извитости I равна прираще-

нию длины, равному L—L

, мм, выраженному в процентах от L

Степень извитости оценивают разными методами. Один из

них — зарисовка проекций волокон или отрезков нитей на экран

и измерение длин их с извитками и. без извитков с помощью

масштабной линейки, т. е. до и после распрямления извитков.

Применяют для этих целей и приборы.

Прибор ИВ-3 предназначен для определения извитости.

В его зажимах закрепляется определенной длины волокно или

отрезок нити в извитом состоянии. При опускании нижнего за-

жима прибора нагрузка возрастает и волокно или нить рас-

прямляется. В момент полного распрямления извитков прибор

отключается, а указатель на его шкале показывает величину

абсолютного удлинения за счет извитости. Прибор имеет опти-

ческую систему, позволяющую подсчитать число извитков на

испытываемой пробе.

4. КРУТКА НИТЕЙ

Скручивание — важный процесс текстильного производства,

особенно прядильного, позволяющий формировать из сравни-

тельно коротких волокон пряжу — текстильную нить любой

длины. Кроме того, скручиванием получают более прочные,

толстые и равномерные нити из нескольких сложенных вместе,

а также внешний эффект на нитях (креповый, фасонный и др.).

Степень скрученности нитей оценивают следующими харак-

теристиками.

Крутка — число кручений, приходящихся на один метр дли-

ны нити, определяется по формуле

K = n/L, (38)

где п — число кручений на отрезке нити; L — длина отрезка, м.

Она является мерой интенсивности скрученности только ни-

тей одинаковой линейной плотности и одинаковой объемной

массы.

Коэффициент крутки — величина, пропорциональная танген-

су угла наклона наружных волокон или элементарных нитей к

оси скрученной нити, т. е. тангенсу угла кручения |3. Коэффи-

циент крутки является мерой скрученности нитей с разными

линейными плотностями, но одинаковой средней плотностью б,

мг/мм

. Учитывая, что средняя плотность нитей разных видов

колеблется в небольших пределах, в практике коэффициент

крутки а широко используют для сравнения

степени скрученности нитей разной линейной

плотности:

= Кф УГфУЮО, (39)

где Кф — фактическая крутка, кр./м; Гф— фактическая

линейная плотность нити, текс.

Чем интенсивнее скручена нить, тем боль-

ше коэффициент крутки а.

Угол кручения |3 — угол наклона наружных

волокон или нитей к оси скрученной нити.

Этот показатель дает наиболее правильную

характеристику степени скрученности нити, но

редко применяется ввиду большой трудоемко-

сти его определения. Дело в том, что ввиду

неравномерности распределения крутки вдоль нити необходимо

выполнить сотни замеров угла кручения с применением специ-

альных микроскопов.

tg р = а /(89

У в).

(40)

Важное значение имеет и направление крутки, характеризу-

ющее направление витков скрученной нити и обозначаемое бук-

вами 5 и Z (рис. 23).

Свойства нитей, скрученных в несколько приемов, зависят

от направления крутки при первом и последующих скручива-

ниях, обозначаемых указанными буквами S и Z, разделенными

наклонной чертой (например, S/Z, Z/S и т. п.).

Степень скрученности — важная характеристика, так как от

нее зависят строение и ряд свойств нитей: разрывная нагрузка,

удлинение при разрыве, рыхлость, ворсистость и др.

Повышение крутки К или коэффициента крутки а приводит

к увеличению разрывной нагрузки нити Р

только до опреде-

ленного предела, за которым начинается снижение ее из-за пе-

ренапряжения наружных (периферийных) волокон или нитей и

ряда других факторов.

Значения крутки и коэффициента крутки, соответствующие

максимальной разрывной нагрузке нитей, называются крити-

ческими.

Для получения, малосминаемых тканей с красивой мелкозер-

нистой поверхностью в практике используют нити с крутками,

превышающими критические. Такие нити и выработанные из

них ткани называют креповыми.

Ниже приведены значения коэффициентов крутки для основ-

ных видов пряжи и нитей:

Пряжа

хлопчатобумажная 25—44

льняная 24—36

шерстяная 14—47

вискозная 30—38

Рис. 23. Условные

обозначения на-

правления крутки:

левая (S) и пра-

вая (Z)

Крученый шеЛК

2-3

57-70

пологой крутки

креповой крутки

Вискозная комплексная нить

пологой крутки

креповой крутки

4-5

60-82

Крутку нитей определяют на приборах, называемых крутко-

мерами. Принципиальная схема круткомера приведена на

рис. 24.

Круткомер имеет два зажима: невращающийся 6 и вращаю-

щийся 7 от приводного механизма 10. В них закрепляется отре-

зок испытуемой нити длиной L, мм. Зажим 7 соединен со счет-

чиком числа оборотов 8, имеющим указатель 9. Невращающийся

зажим 6 закреплен на двуплечем рычаге 5 с указателем на

конце, который может поворачиваться вокруг оси О под дей-

ствием груза 1. Упор 2 ограничивает поворот рычага 5 влево.

Применяют два метода определения крутки: непосредствен-

ного раскручивания и удвоенного кручения.

При первом отрезок нити длиной L закрепляется в зажимах

6 и 7. Последний вращают до полной параллелизации отдель-

ных волокон В( пряже или нитях. В этот момент указатель 9

счетчика 8 показывает число кручений п на длине нити L (мм),

затем рассчитывают крутку (кр./м) по формуле

Этот метод применяют при определении крутки пряжи из

всех видов волокон и нитей всех линейных плотностей, кроме

одиночной хлопчатобумажной пряжи и пряжи из химиче-

ских волокон линейной плотности 84 текс и более. В пряже

линейной плотности менее 84 текс и состоящей из сравнительно

коротких волокон трудно определить момент полной их парал-

лелизации, поэтому для нее применяют метод удвоенного кру-

чения.

При втором методе невращающийся зажим 6 может отхо-

дить вместе с рычагом 5 влево под действием небольшого гру-

за 1. Вращая зажим 7 в сторону, обратную крутке, раскручи-

вают нить, при этом длина ее увеличивается и рычаг 5 отхо-

дит влево. С момента, когда зажатый в зажимах отрезок нити

К = п- 10

/L.

(41)

Рис. 24. Принципиаль-

ная схема круткомера

3 Ф. X. Садыкова и др.

полностью раскручен, а вращение продолжается ё ту же сто-

рону, отрезок нити начнет закручиваться в сторону, обратную

первоначальной крутке, и укорачиваться. При этом полагают,

что в момент, когда нить получит такое же число кручений, как

до раскрутки, указатель рычага 5 снова вернется на нулевое

деление шкалы 4. В этот момент указатель 9 счетчика 8 пока-

зывает удвоенное число кручений П\ на отрезке нити длиной

L. Крутка будет равна

К =

• 10

/(2L). (42)

Для предотвращения расползания пряжи в момент раскрут-

ки под действием груза 1 отклонение рычага 5 влево до поло-

жения 3 ограничивают до 2 мм установкой упора 2.

Для определения крутки используют универсальный крутко-

мер КУ-500.

Для пряжи новых, безверетенных способов прядения реко-

мендован другой метод определения — метод сбалансированной

крутки. Он предусматривает последовательное трехкратное по-

вторение операции раскручивание

—•

закручивание одного и того

же отрезка пряжи с изменением направления вращения. В этом

случае крутку определяют по формуле

/С = | Л | — 21 51 + | С |/4, (43)

где А, В, С — абсолютные значения коэффициентов, соответственно равные

Пи (2П] — п

) и (2п.[ — 2м

+п

); щ, п

, пз — число оборотов зажима при пер-

вой, второй и третьей операции раскручивание — закручивание.

Скручивание вызывает укорочение длины нитей, достигаю-

щее значительных величин при больших крутках, особенно при

скручивании нитей большой толщины.

Укруткой называется разница между первоначальной дли-

ной скрученной нити L

и ее длиной L

после раскручивания,

выраженная в процентах от первоначальной длины нераскру-

ченной нити:

U = {L

-L

)- 100/L

= а • 100/(L + а), (44)

где а = Z,2—L\\ L—зажимная длина скрученной нити, обычно равная

250 мм.

Укрутку определяют одновременно с круткой, измеряя при-

ращение длины отрезка нити в момент полного раскручивания

по шкале 4.

5. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛОКОН И НИТЕЙ

Механическими называются свойства, характеризующие отно-

шение материалов к действию различно приложенных внешних

сил. Они во многом определяют условия переработки текстиль-

ных волокон и нитей, позволяют судить о том, как будет вести

себя материал в процессах переработки и эксплуатации.

' 66

Внешние силы могут прилагаться в различных направлениях

и в зависимости от этого вызывать в волокнах и нитях дефор-

мации растяжения, сжатия, изгиба, кручения. Для текстильных

волокон и нитей наиболее часто встречающимся видом воздей-

ствия является растяжение.

Для каждого вида деформации в зависимости от способа

осуществления испытательного цикла, включающего приложе-

ние к материалу силы (нагружение), разгрузку и последующий

отдых, получают три группы характеристик механических

свойств: полуцикловые, одноцикловые и многоцикловые.

Полуцикловые характеристики определяют отношение тела

к одноразовому нагружению и позволяют судить о его проч-

ностных, предельных механических возможностях. Полуцикло-

вые разрывные характеристики для волокон и нитей в основном

определяют при растяжении, при других видах деформации

(кручение, изгиб) явление их разрушения в практике либо не

встречается, либо весьма редкое.

Одноцикловые характеристики получают при длительных ре-

жимах нагружения и последующего отдыха, чтобы выявить

особенности деформации тела, способности сохранять размеры,

форму.

Многоцикловые характеристики определяют устойчивость

тела к многократным небольшим силовым воздействиям, нару-

шающим его структуру.

Текстильные волокна и нити, тонкие и гибкие, чаще всего в

процессах технологической переработки и использования под-

вергаются деформации растяжения вдоль оси, поэтому основ-

ное внимание уделяется характеристикам механических свойств

при растяжении.

ПОЛУЦИКЛОВЫЕ РАЗРЫВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Полуцикловые характеристики волокон и нитей считают основ-

ными, так как нормы на эти показатели вошли в стандарты и

определяют их сорт. Самой распространенной абсолютной ха-

рактеристикой прочности, получаемой при растяжении до раз-

рыва волокон и нитей под действием возрастающей нагрузки,

является разрывная нагрузка.

Разрывная нагрузка Р

— это наибольшая нагрузка (уси-

лие), которую выдерживают волокна и нити к моменту своего

разрыва.

Разрывную нагрузку, сН *, определяют как разрывом оди-

ночных волокон и нитей, так и разрывом пучка (штапелька)

волокон и пасм (мотков) нитей различной длины.

* 1Н = 0,102 кгс = 102 гс. Числовые значения разрывных нагрузок во-

локон и нитей, выражаемые в гс, близки по величине к сотой доле ньютона,

т. е. 1 гс « 1 сН, а 1 кгс « 1 даН.

3* 67

При разрыве штапелька разрывную нагрузку, приходящуюся

на одно волокно, сН, находят по формуле

Р = Q

/("Pi) = Qp/("i^Pi), (45)

где Q

— разрывная нагрузка штапелька с числом волокон п, даН; щ — число

волокон в 1 мг; т — масса штапелька, мг; pi — коэффициент неодновремен-

ности разрыва, учитывающий число волокон в штапельке, работающих при

разрыве (для хлопка pi = 0,675, для вискозного волокна р

= 0,85).

Разрывную нагрузку, приходящуюся на одну нить в пасме

(мотке), определяют по формуле

= Q

• 1000/(2пр

), (46)

где Q

— разрывная нагрузка пасмы, даН; 2п — удвоенное число нитей в пас-

ме (я численно равно длине пасмы в метрах); р

— коэффициент неодновре-

менности разрыва нитей в пасме (для хлопчатобумажной пряжи р

= 0,77...0,85).

Помимо абсолютной характеристики прочности — разрывной

нагрузки определяют относительную разрывную нагрузку воло-

кон и нитей с учетом их строения (обычно площади поперечно-

го сечения или линейной плотности).

Разрывное напряжение (предел прочности, временное сопро-

тивление) характеризует разрывную нагрузку, приходящуюся

на единицу площади волокна или нити.

= Р

/(1ОООР), (47)

где Р

— разрывная нагрузка волокна, нити, сН; F — площадь поперечного

сечения волокна или нити, мм

Относительная разрывная нагрузка волокон и нитей

(сН/текс) характеризует разрывную нагрузку, приходящуюся

на единицу линейной плотности, а ее физическая сущность за-

ключается в той длине пробы, которая разрывается под дейст-

вием собственной массы:

РО

= Р

/Т, (48)

где Т — линейная плотность волокна или нити, текс.

Абсолютное разрывное удлинение, мм,— это приращение

длины, волокна или нити к моменту разрыва

= L, - U (49)

где L\—длина волокна или нити к моменту разрыва, мм; L — начальная

(зажимная) длина волокна или нити, мм.

Относительное разрывное удлинение, % — это абсолютное

разрывное удлинение, выраженное в процентах от начальной

(зажимной) длины волокна! или нити

= (L,-L)100/L = /

- 100/L. (50)

Малое удлинение при разрыве свидетельствует о неподатли-

вости, жесткости к растяжению волокон и нитей.

Комплексной характеристикой

сочетания прочности пробы и спо-

собности ее деформироваться явля-

ется работа разрыва, для определе-

ния которой на разрывной машине

записывают диаграмму растяжения

(рис. 25). Она показывает характер

нарастания усилия по мере роста

деформации.

:Абсолютная работа разрыва —

это работа, совершаемая внешней

силой при растяжении пробы, кото-

рая показывает затраченное коли-

чество энергии для преодоления энергии связи между частица-

ми структуры пробы при ее разрушении. Работа разрыва равна

площади участка АБС, ограниченного кривой растяжения и

осью абсцисс:

Рис. 25. Диаграмма растяже-

ния волокон и нитей .

= J Pdl.

(51)

Если бы на всем пути растяжения /

проба испытывала

усилие, равное разрывной нагрузке P

, условная работа разры-

ва определялась площадью прямоугольника ADBC и была бы

равна

Ry = P

- (52)

Однако фактическая работа разрыва меньше условной, по-

скольку усилие, испытываемое пробой, достигает значения Р

только к моменту разрыва.

Отношение фактической работы разрыва Rp к условной Ry

называют коэффициентом полноты диаграммы растяжения

r) = R

. (53)

Абсолютную работу разрыва (Дж, даН-см) определяют

по формуле

Др = /УрЛ/(Ь000. 10), (54)

где Р

— разрывная нагрузка пробы, сН;

— разрывное удлинение, мм.

Коэффициент г] определяют по отношению масс бумаги рат

бочего участка АБС диаграммы растяжения к условному уча-

стку ADBC.

Относительную работу разрыва (даН-см/г) определяют

как отношение абсолютной работы разрыва к массе пробы m:

= R

/m. (55)

Полуцикловые характеристики механических свойств при,

растяжении определяют при испытании волокон и нитей на

/////////,

Рис. 26. Принципиальная схема

разрывной машины с маятниковым

силоизмерителем

Рис. 27. Принципиальная схема

разрывной машины Инстрон

разрывных машинах. Наиболее распространенными являются

разрывные машины с маятниковым силоизмерителем, принципи-

альная схема которых приведена на рис. 26.

Верхний зажим 7 подвешен к сектору 6, который жестко

связан с маятником 4, имеющим сменный" груз 3 массой М, и

может поворачиваться вокруг неподвижно закрепленной оси 5.

Пробу 10 закрепляют в верхнем зажиме и нижнем 11, устанав-

ливаемом, как правило, на расстоянии 500 мм от верхнего за-

жима при испытании нитей и 10 либо 50 мм соответственно

при испытании коротких и длинных волокон.

При опускании нижнего зажима в результате натяжения

пробы сектор поворачивается по часовой стрелке и маятник

отклоняется влево. В момент разрыва пробы маятник удержи-

вается зубцами 2 рейки шкалы нагрузки 1. Указатель 14

маятникового силоизмерителя показывает на шкале величину

разрывной нагрузки пробы.

В период растяжения при опускании нижнего зажима выс-

туп 12 тянет вниз рычаг 13, на верхнем конце которого закреп-

лена шкала удлинения 8. В начальном положении указатель 9,

закрепленный на верхнем зажиме, находится на нулевом деле-

нии шкалы. При растяжении пробы верхний зажим отстает от

нижнего на величину удлинения, которую показывает указатель

этой шкалы.

Нагрузка на пробу пропорциональна синусу угла ф откло-

нения маятникового силоизмерителя. В зависимости от массы

груза М одинаковые отклонения маятникового силоизмерителя

будут иметь место при разных нагрузках, испытываемых пробой.

Это обстоятельство позволяет на одной и той же разрывной

машине испытывать материалы с различной степенью прочнос-

ти, используя сменные грузы М и соответствующие им шкалы.

С маятниковым силоизмерителем выпускают отечественные

разрывные машины для испытаний одиночных нитей РМ-3,

РМ-30, пасм РП-100, для испытаний штапельком волокон хлоп-

ка ДШ-ЗМ, а для испытаний разрыва одиночных волокон

F01-C завода Веркштофпрюфмашинен (ГДР).

В настоящее время созданы малоинерционные разрывные

машины с более совершенными электрическими силоизмерите-

лями. К их числу относится универсальная разрывная машина

Инстрон (США), принципиальная схема которой показана на

рис. 27.

Прибор предназначен для испытаний различных текстиль-

ных материалов — волокон, нитей, изделий, имеет испытатель-

ную и регистрирующую части с пультами управления.

Пробу 11 закрепляют в верхнем зажиме 12 и нижнем 9,

установленном на каретке 7, которая с помощью гаек 8 закреп-

лена на винтах 10. При вращении винтов каретка опускается с

постоянной скоростью, растягивая пробу. Винты приводятся в

движение от электродвигателя 3 через коробку скоростей 4 и

шестерни 5 и 6. Питание и регулировка электродвигателя осу-

ществляются от устройства 1 с помощью сельсина 2.

Усилия, возникающие в пробе при растяжении через верх-

ний зажим, подаются на электрический силоизмеритель 13

(тензодатчик сопротивления). Силоизмерители являются смен-

ными и работают в трех диапазонах измеряемых нагрузок: от

О до 100 даН — для волокон 0—50 сН; 0—2000 сН — для нитей,

0—100 000 сН — для изделий. Смещения тензодатчика при ре-

гистрации нагрузок ничтожны, верхний зажим практически не-

подвижен, поэтому испытания производятся при нарастании

удлинения с постоянной скоростью.

Питание силоизмерителя осуществляется от генератора 14

током с частотой 390 Гц. Ток от силоизмерителя, пройдя два

каскада усиления

15 и 16, подается на фильтр 17 и самописец

18 для записи диаграммы растяжения. По ней снимают пока-

затели разрывной нагрузки и разрывного удлинения пробы в

соответствии с масштабом записи, определяемым отношением

установленных скоростей перемещения диаграммной бумаги и

нижнего зажима.

Величина разрывной нагрузки и удлинения при разрыве за-

висят от условий испытания на растяжение (табл. 2). Сущест-

венное влияние оказывает длительность испытания. На разрыв-

ных машинах предусмотрен регулятор скорости, с помощью ко-

торого для разных волокон и нитей подбирается скорость дви-

жения нижнего зажима так, чтобы средняя продолжительность

растяжения до разрыва пробы составляла 10—15 с.

Испытания следует проводить в нормальных атмосферных

условиях, поскольку повышенное содержание влаги ослабляет