Семенченко Г.В. Свойства текстильных изделий. Учебное пособие
Подождите немного. Документ загружается.
При отсутствии прямолинейной зависимости между σ и ε ; как показано на
рис.3.
σ = Е
1
ε
К
(18.)
Модуль начальной жесткости Е
1,
Па определяют по формуле:
Е
1
=
к
р
р
(19.)
где σ
р –
напряжение при разрыве, Па
ε
р –
удлинение при разрыве, в долях;
к - показатель определяющий характер диаграммы «напряжение –
удлинение»
Показатель к рассчитывается по формуле:
К=
1
(20.)
где
- коэффициент полноты диаграммы растяжения.
Модуль упругости можно также характеризовать углом наклона
1
и
2
прямолинейного участка на диаграмме «напряжение-деформация».
Испытание текстильных изделий на раздирание
Раздирание-это разрушение волокон или нитей в изделии, которое
происходит когда усилие концентрируется на небольшом его участке, вплоть
до одной нити. Раздирание часто происходит при эксплуатации текстильных и
швейных изделий зонтов, парашютов, одежды в концах карманов, клапанов,
застёжек и т.п.
Усилие, необходимое для разрыва специально надрезанной пробы,
называют раздирающим усилием.
Существует две группы методов испытания изделий на раздирание.
Методы первой группы (рис.4. а-г) характеризуются тем,что при испытании
пробных полосок происходит разрыв структурных элементов (волокон и
нитей), расположенных перпендикулярно направлению прикладываемого
усилия. Это методы одиночного раздирания и крыловидный метод. Методика
испытаний описана в работе [ 9. c.32,33]
В методах второй группы (рис.4, д) при испытании проб разрываются
структурные элементы расположенные вдоль направления действующего
усилия.
11
Рис..4. Пробы для испытания текстильных изделий на раздирание различными методами.
а- одиночное раздирание; б- двойное раздирание; в- метод гвоздя; г- крыловидный метод;
д- трапецевидный метод.
Двухосное и пространственное растяжение
При испытании изделий на двух и многоосное растяжение определяют
такие характеристики как деформация при разрыве, изменение площади
рабочей зоны пробы, усилие при разрыве, либо при заданной деформации и
др.
На рис 5. представлены виды проб, применяемых при испытании изделий
на двухосное (рис.5, а), многоосное (рис.5,б) и пространственное (рис.5,в)
растяжение.
Рис.5. Виды проб, применяемых при двухосном многоосном и пространственном
растяжении.
12
Одноцикловые характеристики текстильных изделий при растяжении
При эксплуатации текстильные и швейные изделия нагружаются-
разгружаются, а затем получают отдых. Одноцикловые характеристики
получают при осуществлении полного испытательного цикла: нагрузка-
разгрузка-отдых.
Одноцикловые испытания при деформации растяжения изделий можно
выполнять многими методами [3. c. 149-155; 9.с.57-59] наиболее
распространёнными являются следующие:
1. определение изменения деформации ε при постоянном усилии [Р=соnst,
= f (
)], где
- время релаксации. В качестве прибора можно использовать
релаксометр «стойку» (рис.6.). Первая половина цикла нагружение (рис.7.)
соответствует режиму ползучести, вторая режиму уменьшения деформации в
результате исчезновения высокоэластической деформации (эластического
восстановления).
2.Испытание при постоянной деформации [
= сonst, Р =f (
)]. В качестве
прибора можно использовать разрывную машину или специальные
релаксометры работающие по принципу постоянного растяжения пробы
материала (экстензометры). Первая половина цикла соответствует режиму
релаксации усилия (напряжения), вторая- режиму астрингации (спаду)
усилия.
Рис.6.Релаксометр «стойка» а- при постоянной нагрузке; б- при постоянном заданном
удлинении; 1- перекладина; 2,4- верхний и нижний зажимы; 3- проба; 5- груз; 6- шкала; 7-
штурвальное колесо; 8- линейка.
13
рис.7.Графики одноцикловых испытаний при одноосном растяжении.
а – релаксация деформации при Р=const; б- релаксация усилия при
=сonst.
Модельные методы изучения релаксационных процессов
Для анализа результатов одноцикловых испытаний текстильных
материалов на растяжение целесообразно использовать модельные методы.
Простейшей механической моделью, является модель предложенная
Максвеллом- последовательно соединенные идеально упругая пружина и
поршень, погружённый в вязкую жидкость, течение которой подчиняется
закону Ньютона.
Под действием приложенной внешней силы
мгновенно проявляется
упругая деформация пружины
у
и в течении всего времени действия
внешней силы развивается вязкое течение-необратимая часть деформации
н
.
Рис.8. Схемы механических моделей деформации.
а-модель Максвелла; б- трёхкомпонентная модель Максвелла; в- трёхкомпонентная
модель Кельвина-Фойгта.
14
В каждый момент времени полная деформация
определяется как сумма
деформаций
у
и
н
.
ну
(21.)
Дифференцируя по времени t это равенство, получаем:
dt
d
dt
d
dt
d
н
у
(22.)
Для упругой пружины по закону Гука:
dt
d
Edt
d
у
1
(23.)
где E- модуль упругости;
E
1
-податливость пружины.
Напряжение вязкого элемента будет такое, как и упругого. Поэтому
согласно закону Ньютона:
v
(24.)
где
- напряжение сдвига,
– скорость сдвига,
ή – коэффициент внутреннего трения.
V=
dt
d
н
; (25.)
dt
d
н
(26.)
Таким образом, дифференциальное уравнение, описывающее
деформацию, имеет вид:
dt
d
Edt
d 1
(27.)
При
const
0
dt
d
(28.)
15
0
1
dt
d
E
(29.)
Или,
dt
E
dt
d
(30.)
Интегрируя это выражение от 0 до t и от
0
до
получаем:
t
exp(
0
), (31.)
где
0
- начальное напряжение;
t – время,
-константа, характеризующая темп релаксации напряжения во времени
или время релаксации напряжения в пробе материала.
Для текстильных материалов, имеющих эластический характер
деформации, предложены более сложные механические модели:
трёхкомпонентная модель Максвелла и трёхкомпонентная модель Кельвина-
Фойгта.
Многоцикловые характеристики текстильных изделий при растяжении
На практике текстильные материалы подвергаются действию многократно
повторяющихся деформаций.
Многоцикловые характеристики получают в результате многократного
осуществления ряда полных циклов. При каждом последующем цикле
постоянно происходит расшатывание структуры, что приводит к
необратимым сдвигам между элементами структуры, разрыву молекулярных
цепей и части волокон в теле изделий. В результате определенного количества
циклов растяжения происходит разрушение материала.
Характеристики
Выносливость - это число полных циклов растяжения, выдерживаемое
образцом до своего разрушения при заданной действующей силе
(напряжении) или деформации.
Циклическое напряжение - это напряжение в каждом цикле.
Циклическая деформация - это деформация (удлинение образца) в каждом
цикле.
Остаточная циклическая деформация - это деформация, накопившаяся за
некоторое число циклов. Она состоит из пластической деформации и части
эластической с периодом релаксации большим, чем время разгрузки в каждом
цикле.
Долговечность- время от начала многоциклового растяжения до момента
разрушения при заданном усилии в каждом цикле.
16
Диаграмма выносливости - это зависимость выносливости от циклического
напряжения или циклической деформации. На рис. 9. изображена диаграмма
выносливости для образцов 1 и 2. Из диаграммы следует, что образец 2
лучшего качества, т.к. при определенных значениях σ
ц
и ε
ц
выносливость
образца 2, п
Р2
выше выносливости образца 1, п
Р1
.
Многоцикловые характеристики определяют на пульсаторах (пульсаторы
Бородовского, Зырина, Кукина).
Рис. 9. Диаграммы выносливости
n
р-
выносливость,
ц
-циклическое напряжение,
ц
циклическая деформация
1.2. Изгиб текстильных изделий
Общая классификация характеристик изгиба
Все характеристики изгиба делятся на полуцикловые (разрывные и
неразрывные), одноцикловые ( неразрывные) и многоцикловые (разрывные и
неразрыные). К полкцикловым разрывным [ 8. c. 66,67.] относятся: значение
опасного (при котором происходит разрушение материала) радиуса изгиба и
величина разрушаюшей деформации материала при растяжении. К
полуцикловым неразрывным относятся: жёсткость при изгибе и
драпируемость. К одноцикловым неразрывным характеристикам при изгибе
относятся: углы восстановления материала после разгрузки и в результате
отдыха и несминаемость (сминаемость). К многоцикловым разрывным
характеристикам при изгибе относятся: выносливость и долговечность. К
многоцикловым неразрывным характеристикам относятся: несминаемость,
формоустойчивость, изменение свойств прочности и д.р.) в результате
определённого числа изгибающих циклов.
17
Основной характеристикой свойств изделий при полуцикловых
испытаниях является жёсткость, Н
2
м
:
D
и
= Е
и
I, (32.)
где Е
и
– модуль условной упругости при изгибе, МПа;
I – момент инерции площади поперечного сечения;
I =
12
Bh
,
(33.)
где B- ширина пробы;
h- толщина.
Жёсткость текстильных изделий при изгибе определяют методом консоли
на приборе ПТ-2 (рис.10, а.) и методом кольца на приборе ПЖУ-12М
(рис.10,б.)
На приборе ПТ-2 [9., с.39-46] определяют стрелу прогиба пробы
текстильного полотна стандартных размеров. Жёсткость вычисляют по
формуле:
E
И
I = 42046
A
m
, (34.)
где m- масса пяти пробных полосок,
A- коэффициент, который определяется как функция относительного
прогиба.
A=
(f
0
)
(35.)
где f
0
- относительная стрела прогиба:
f
o
=
l
f
(36.)
f – окончательный прогиб пробы (абсолютная стрела прогиба);
l - длина пробы (l=70мм)
Коэффициент жёсткости К
EI
материала определяют как отношение
жёсткостей вдоль нитей основы (EI
1
) и утка (EI
2
) :
K
EI
=
2
1
EI
EI
(37.)
18
При испытании проб материалов методом кольца характеристикой
условной жёсткости материалов является сила Р, Н, которую необходимо
приложить к пробе, чтобы сдеформировать её на
3
1
D. (рис.10, б .)
Рис.10. Принципы методов консоли (а.) и кольца (б.)
Драпируемость текстильных изделий
Драпируемость характеризует способность изделий в подвешенном
состоянии под действием собственной массы образовывать мягкие округлые
складки. Драпируемость материалов определяют методом ЦНИИшёлка
( рис.11.) или дисковым методом ( рис.12). Сущность метода ЦНИИшёлка
(метода иглы) заключается в следующем: проба размером 200х400 мм
[10,с.147.] вдоль длинной стороны складывается в три складки, затем
прокалывается иглой с одной стороны и подвешивается на время, равное 30
мин. Драпируемость D определяют по формуле:
D =
%100
200
200 A
(38.)
где А- расстояние между углами нижнего края пробы, находящейся в
подвешенном состоянии, мм.
Рис.11.Определение драпируемости на приборе ЦНИИшёлка.
1-4- точки прокола, 5,6- пробки для сжатия; 7- игла.
19
Чем больше значение D, тем лучше драпируемость материала. Однако
этот метод не даёт характеристики драпируемости материала одновременно
в двух направлениях.
Дисковый метод [10. с. 147,148.] позволяет оценивать драпируемость
материалов одновременно в различных направлениях. При определении
драпируемости этим методом проба 1. (рис.12.) вырезанная в виде круга,
располагается на диске 3. и прижимается диском 2. Диск 3. поднимают, края
пробы при этом свешиваются, принимая ту или иную форму. Освещая диск
сверху получают проекцию пробы на бумаге или мониторе компьютера.
Хорошо драпирующиеся материалы (рис.12.б) имеют в проекции сильно
изрезанный контур с глубокими впадинами.
Драпируемость [9, с. 69-71.] оценивается двумя величинами:
соотношением размеров осевых линий А и В, проведённых через центр
проекции пробы (у ткани в направлении нитей основы и утка, у трикотажа
вдоль петельных рядов и столбиков), и коэффициентом драпируемости К
Д
,
рассчитываемым по формуле:
K
Д
=
O
П
S
SS
0
100% (39.)
где S
O
- площадь исходной пробы, мм
2
;
S
П
- площадь проекции пробы, определённая с помощью
планиметрирования или ЭВМ.
Соотношение размеров осевых линий
B
A
, равное 0.95-1.1, показывает, что
драпируемость в обеих направлениях одинаковая. Если
А
В
> 1.1, материал
имеет хорошую драпируемость в поперечном направлении, если
A
B
< 0.95,
драпируемость его лучше в продольном направлении.
Рис. 12. Определение драпируемости текстильных изделий дисковым методом
а- схема прибора; б-г - проекции проб.
20