тема 6 механические свойства материалов и их износостойкость
advertisement
Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности Тема 6 Механические свойства материалов и их износостойкость Перечень вопросов, рассматриваемых в теме Общая характеристика механических свойств материалов. Характеристики механических свойств при деформации растяжения: полуцикловые, одноцикловые, многоцикловые. Растяжение материалов в одежде. Характеристики механических свойств при деформации изгиба. Тангенциальное сопротивление материалов. Осыпаемость и раздвигаемость тканей. Распускаемость трикотажа. Прорубаемость материалов. Износ и износостойкость материалов. Общая характеристика механических свойств материалов Механические свойства материалов проявляются при действии на них внешних механических сил. Механические свойства – важная группа свойств. Результаты изучения характеристик механических свойств материалов могут использоваться при оценке их качества, а также прогнозировании срока службы изделия. Именно характеристики механических свойств, прежде всего, определяют устойчивость сохранения размеров и формы изделий в процессе эксплуатации. Классификация характеристик механических свойств 1. 2. 3. Механические свойства текстильных полотен в зависимости от полноты цикла нагружения делят на 3 класса: Полуцикловые, определяемые в процесе нагружения образцов материала; Одноцикловые, определяемые при приложении полного цикла нагружения: нагрузка-разгрузкаотдых; Многоцикловые, определяемые при многократном приложении полного цикла нагружения. Характеристики всех 3-х групп свойств могут быть разрывными и неразрывными. Особенности определения механических свойств текстильных материалов Характеристики механических свойств текстильных полотен определяются главным образом при 2-х видах деформации – растяжении и изгибе. Значительные деформации кручения и сжатия испытываются полотнами редко. Особенностью определения механических свойств текстильных полотен является то, что необходимо проводить испытания в продольном и поперечном направлениях, а именно: для тканей – по основе и утку; для трикотажа – по горизонтали (вдоль петельных рядов) и по вертикали (вдоль петельных столбиков). для нетканых материалов – по длине и ширине. Характеристики механических свойств при деформации растяжения При деформации растяжения определяют характеристики всех трех классов: Полуцикловые Одноцикловые многоцикловые Полуцикловые характеристики механических свойств при растяжении Наиболее широко применяемыми при оценке качества полуцикловыми характеристиками являются: разрывная нагрузка, разрывное удлинение (абсолютное и относительное), раздирающая нагрузка. Все перечисленные характеристики являются разрывными. Они используются для оценки предельных возможностей материалов. По их величине судят о степени сопротивления материала постоянно действующим внешним силам. Это важные признаки добротности материала. Полуцикловые характеристики механических свойств при разрыве : Разрывная нагрузка, Рр, [ga. H]; [H], [кгс] максимальное усилие, выдерживаемое образцом материала до разрушения. 1gaH = 10H = 1.02 кгс Абсолютное разрывное удлинение, lp, [мм] – это абсолютное приращение длины образца к моменту разрыва, т.е. разность конечной Lк и первоначальной Lо длины образца lp = Lк - Lо Относительное разрывное удлинение, ε р , [%] – отношение абсолютного разрывного удлинения к первоначальной длине образца. ε р = 100 · lp / Lо = 100(Lк – Lо) / Lо , [%] Характеристики, используемые при сравнительной оценке прочности материалов при разрыве Относительная разрывная нагрузка, Ро, Удельная разрывная нагрузка, Руд. Разрывное напряжение, σр Относительная разрывная нагрузка Для материалов, значительно отличающихся по массе, пользуются характеристикой относительная разрывная нагрузка, Ро, [ga H · м / г]; – это отношение Рр, приходящейся по 1 мм ширины образца, к массе 1 м2 материала. Ро = Рр / m 1 м2 · В В-ширина образца, м; m 1м2 – поверхностная плотность, г/ м2 Удельная разрывная нагрузка При оценке прочности структурных элементов определяют удельную разрывную нагрузку или удельную прочность, Руд. – это разрывная нагрузка, приходящаяся на элемент структуры материала. Руд. = Рр / П , где П – число структурных элементов на ширине образца (например, для тканей – число нитей О или У на ширине 50 мм). Разрывное напряжение Разрывная нагрузка, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения образца, называется разрывным напряжением σр , [Па] σр = Рр / F = Ро · γ , где γ - плотность вещества (кг/ м3 ). Работа разрыва Для оценки количества энергии, затрачиваемой на преодоление энергии связей, действующих в материале определяют абсолютную работу разрыва, Rp, [Дж] или [кгс · см] Rp = Рp · lр · η, где η - коэффициент полноты диаграммы Р=f(l) η = Sф / Sобщ = mф/mобщ Sф - площадь, ограниченная кривой, осью абсцисс (х) и перпендикуляром, опущенным из точки разрыва на ось Х. Рисунок – Диаграмма растяжения Р=f(l) Методы определения разрывной нагрузки и разрывного удлинения Разрывная нагрузка и разрывное удлинение для тканей, трикотажных полотен с малой растяжимостью (I и II группы растяжимости), нетканых материалов определяются одновременно на разрывной машине путем разрыва полосок прямоугольной формы при их растяжении. Стандартным методом испытаний является стрип-метод, использующий образцы шириной 50 мм, зажимная длина для шерстяных тканей -100 мм, для всех других тканей -200 мм. Допускается применение метода малых полос с меньшими размерами образцов, установленными ГОСТ. Для трикотажных полотен с большой растяжимостью (III растяжимости) используется метод продавливания шариком Рисунок – Схема продавливания шариком Испытания проводят на разрывной машине с помощью специального приспособления. Определяют: нагрузку при разрушении материала и стрелу прогиба материала f, мм (отмечают по шкале удлинений разрывной машины) Для трикотажных полотен при продавливании их шариком d = 20 мм по стреле прогиба f рассчитывают увеличение поверхности материала F, % F = 13.7f – 87.5 Факторы, влияющие на прочность материалов при разрыве и их удлинение Прочность тканей при разрыве и их удлинение зависят от следующих факторов: волокнистого состава; структуры и линейной плотности (толщины) нитей; строения самого материала (переплетения, плотности); отделки материала. При прочих равных условиях наибольшую прочность имеют ткани из синтетических нитей (особенно, полиэфирных – лавсан, затем – капрон (ПА)). Увеличение линейной плотности нитей, повышение плотности ткани, применение переплетений с короткими перекрытиями и многочисленных переплетений увеличивает прочность ткани. Такие виды отделки как валка, декатировка, мерсеризация, аппретирование и др. приводят к повышению прочности; и наоборот, отваривание, отбеливание, крашение, ворсование несколько снижают прочность тканей. Полуцикловые характеристики механических свойств при раздирании Прочность при раздирании характеризуется раздирающей нагрузкой – усилием, необходимым для разрыва специально надрезанного образца. Она является важной характеристикой надежности материалов, которые в процессе эксплуатации изделий подвергаются действию сосредоточенных на малом участке усилий. Подобные усилия материалы одежды испытывают в прорезных карманах, петлях (особенно обтачных), разрезных шлицах, в местах надсечек и т.п. При раздирании сосредоточенные усилия приходятся на одиночные нити или группы нитей, т.е. нити разрушаются последовательно. Методы определения прочности при раздирании Существуют две группы методов определения прочности при раздирании 1. Методы первой группы – разрушающие усилия прикладываются перпендикулярно исследуемым нитям 2. Методы второй группы - разрушающие усилия прикладываются параллельно исследуемым нитям Стандартными являются методы первой группы, в частности метод одиночного раздирания и крыловидный метод. При этом универсальным методом считается крыловидный. Методы первой группы • • • • метод одиночного раздирания (стандартный) (1), метод двойного раздирания (2), крыловидный метод (стандартный) (3), метод «гвоздя» (4). Рисунок – Методы определения раздирающей нагрузки первой группы Методы второй группы 1 1 - с поперечным разрезом (раневой метод), 2 - трапецевидный метод, 3 - метод Ээг-Олофссона 2 3 Рисунок – Методы определения раздирающей нагрузки второй группы Факторы, влияющие на прочность при раздирании Основными факторами являются: Переплетение (с увеличение длины перекрытий прочность на раздирание увеличивается); Коэффициент уплотненности ткани (чем он ниже, тем выше устойчивость ткани к раздиранию); Коэффициент наполнения Одноцикловые характеристики механических свойств при деформации растяжения В производстве швейных изделий и при их эксплуатации на материал чаще всего действуют небольшие по величине нагрузки (значительно меньше разрывной). Следовательно, исследования механических свойств текстильных материалов при испытаниях по циклу нагрузка–разгрузка-отдых (полный цикл нагружения) представляет большой интерес. Их результаты могут быть использованы при конструировании деталей одежды, ее изготовлении, при разработке новых материалов. Понятие релаксационного процесса Релаксационный процесс – это процесс, протекающий во времени и приводящий к установлению равновесного состояния. Основные одноцикловые характеристики при деформации растяжения Из одноцикловых характеристик, получаемых при растяжении текстильных материалов, наибольший интерес представляют: изучение характера релаксации деформации; определение полной деформации и ее составных частей (компонент). Релаксация деформации Наиболее широко изучается релаксация деформации материала при действии на него постоянной нагрузки меньше разрывной. L1 нагрузка разгрузка отдых Рисунок – Схема изменения длины образца при действии цикла нагружения Характер релаксации деформации τ Рисунок – График зависимости длины образца L от времени τ при релаксации деформации Полная деформация и ее компоненты Разность между длиной образца в конечный момент растяжения L1 и начальной длиной Lо есть полная деформация. lпол = L1 - Lо Полная деформация слагается из 3-х компонентов: упругой, эластической и пластической, каждая из которых связана с определенными изменениями во внешних и внутренних связях материала. Выделить все эти части деформации можно только в период отдыха, т.к. при нагружении они развиваются одновременно, а скорость их исчезновения различна. Упругая деформация Упругая деформация lу - мгновенно развивающаяся и исчезающая часть полной деформации. Проявление упругой деформации связано с возникновением энергии во внутренних и внешних связях материала Эластическая деформация Эластическая деформация lэ– часть полной деформации, развивающаяся и исчезающая в течении определённого времени. Проявление эластической деформации связано с накоплением энергии в связях материала Пластическая деформация Пластическая деформация lп– неисчезающая часть полной деформации. Проявление пластической деформации связано с разрушением связей в материале. Расчет величин компонент полной деформации lпол = ly + lэ + ln, где ly - упругая lэ - эластическая ln - пластическая ly = L1 - L2 lэ = L2 - L3 ln = L3 - L0 L0 – начальная длина образца L1 - длина образца к моменту разгрузки; L2 – длина образца в момент первого измерения сразу же после снятия нагрузки. L3 - длина образца после отдыха в течение заданного времени. Выражение полной деформации и ее компонент в относительных величинах ε пол = 100 · lпол / Lо = 100 (L1 – Lо) / Lо ε у = 100 · lу / Lо = 100 (L1 – L2 )/ Lо ε э = 100 · lэ / Lо = 100 (L2 - L3) / Lо ε n = 100 · ln / Lо = 100 (L3 - L0) / Lо ε у + ε э + ε n = ε пол Выражение компонент в долях от полной деформации ∆ε у = ε у / ε пол ∆ε э = ε э / ε пол ∆ε n = ε n / ε пол ∆ε у + ∆ε э + ∆ε n = 1 Факторы, влияющие на величину полной деформации и ее частей Волокнистый состав; структура нитей, образующих материал; строение материала (плотность, переплетение); характер отделки материала; параметры испытания: величина прикладываемой нагрузки, время ее действия, влажность и температура. Возможности учета величины полной деформации и ее компонент в процессах швейного производства Выбор объемно-силуэтной формы изделия; Выбор прибавок на свободное облегание; Необходимость применения подклада; Выбор способов стабилизации линейных размеров и формы швейного изделия. Многоцикловые характеристики при деформации растяжения При изготовлении и эксплуатации одежды материал испытывает небольшие по величине нагрузки, которые, многократно повторяясь и растягивая материал, приводят к ухудшению его свойств (изменению размеров и формы на отдельных участках одежды) и даже разрушению материала. Поэтому изучение многоцикловых характеристик при деформации растяжения представляет большой интерес как теоретический, так и практический. Утомление и усталость материала При многократном воздействии на материал по циклу нагрузка-разгрузка-отдых ухудшаются свойства материала. Процесс постепенного изменения структуры и ухудшения свойств материала вследствие его многократной деформации называется утомлением. Следствием утомления является усталость материала, т.е. ухудшение свойств материала без существенной потери его массы или его разрушения. Характеристики механических свойств при многоцикловом растяжении Могут быть разрывными и неразрывными. Разрывные: Выносливость Долговечность Неразрывные: Остаточная циклическая деформация и ее компоненты Разрывные характеристики Выносливость nр – число циклов растяжения, которые выдерживает материал до разрушения при заданной деформации (нагрузке) в каждом цикле. Долговечность tp – время от начала многоциклового растяжения до момента разрушения при заданной деформации (нагрузке) в каждом цикле. Неразрывные характеристики Остаточная циклическая деформация εо.ц. деформация, накопившаяся за определенное заданное число циклов. Остаточная циклическая деформация состоит из пластической и эластической, период релаксации которой превышает время разгрузки и отдыха в каждом цикле. Определяют εо.ц. , % εо.ц. = 100 · lо.ц. / Lо = L1 - Lо где lо - абсолютное удлинение образца материала после заданного числа циклов; Lо - зажимная (рабочая) длина образца материала; L1 длина образца к моменту разгрузки. Механизм остаточной циклической деформации, особенно в первой фазе, является эластическим. Предел выносливости Из практики известно, что при малой деформации, задаваемой в каждом цикле, материал выдерживает большое число циклов без разрушения и без заметного нарастания остаточной цикловой деформации. Исходя из этого, текстильные материалы характеризуют пределом выносливости, т.е. максимальным значением деформации (нагрузки), задаваемом в каждом цикле, при котором материал выдерживает очень большое число циклов. Для каждого материала эта характеристика устанавливается экспериментально. Факторы, влияющие на величину многоцикловых характеристик при растяжении прочность связей между элементами структуры материала; волокнистый состав материала; число циклов нагрузка-разгрузкаотдых; величина нагрузки (деформации) в каждом цикле; направление действия нагрузки и другие факторы. Деформация растяжения материалов в одежде Исследование деформации растяжения материала в одежде, установление направления и величины максимального растяжения представляет большой интерес. Результаты подобных исследований могут быть использованы при проектировании одежды, разработке еще технологий, создании объективных методов оценки качества материалов и одежды, а так же при проектировании новых материалов. Факторы, влияющие на величину деформации материалов в одежде Ассортимент одежды; Характер движений человека; Соответствие размеров одежды размерам тела человека; Вид материала (ткань, трикотаж); Конструктивные особенности одежды; Условия окружающей среды и другие. Характер растяжения материала в одежде Материал в одежде растягивается одновременно в 2-х взаимно перпендикулярных направлениях, т.е. деформация материала на отдельных участках одежды, особенно прилегающего слоя, существенно отличается от деформации при растяжении стандартных полосок, когда материал, растягиваясь в направлении прикладываемой нагрузки, в перпендикулярном направлении только сужается. Методы определения величины деформации материалов в одежде непосредственное измерение; метод «нитки»; тензометрирование. Наиболее точный метод – тензометрирование. Его недостаток – необходимость применения специального сложного оборудования Характеристики механических свойств при деформации изгиба Текстильные материалы в процессе изготовления из них швейных изделий и при носке одежды испытывают деформацию изгиба. Они легко изгибаются даже при незначительных нагрузках и под действием собственной массы. Гибкость текстильных материалов является характеристикой, определяющей целевое назначение материала. Например, прикладные материалы должны быть более устойчивы к действию изгиба и тем самым должны в большей степени способствовать сохранению формы деталей одежды, чем подкладочные ткани, которые не должны влиять на изменение формы материала верха. Т.О., изучение способности текстильных материалов изгибаться представляет особый интерес, т.к. дает возможность правильно подойти к выбору материалов на конкретное изделие. Классификация характеристик механических свойств при деформации изгиба Делятся на три класса: 1. Полуцикловые (жесткость при изгибе, драпируемость, закручиваемость трикотажа); 2. Одноцикловые (сминаемость, несминаемость); 3. Многоцикловые (сминаемость и несминаемость, выносливость и долговечность). Характеристики полуцикловые и одноцикловвые могут быть только неразрывными, многоцикловые характеристики – как неразывыными, так и разрывными. Жесткость при изгибе Жесткость при изгибе характеризует способность материала сопротивляться изменению формы под действием внешних изгибающих сил. Ткани, легко поддающиеся изменению формы, считаются гибкими. Жесткие ткани плохо драпируются, гибкие обладают хорошей драпируемостью. Показатели жесткости при изгибе и методы их определения Наиболее часто жесткость текстильных материалов характеризуют: условной жесткостью Ву, [мкН · см2], которая определяется методом консоли на приборе ПТ-2; Сущность метода консоли l – длина свешивающейся части полоски h – величина абсолютного прогиба образца Рисунок – Схема закрепления образца при методе консоли Метод консоли предполагает использование образцов прямоугольной формы с размерами 30х160 мм; количество образцов: по О – 5, по У – 5. Расчет условной жесткости Ву = m · l3 / А, где m – масса 1 пог. см пробной полоски шириной 3 см; l - длина свешивающейся части полоски, см; А – функция относительной стрелы прогиба ho (А = f ( ho)), где ho = h / l Факторы, влияющие на жесткость при изгибе 1. природа, толщина, длина и гибкость образующих нити волокон; 2. толщина, структура и крутка нитей; 3. структура материала (переплетение, плотность, толщина); 4. отделка материала. Влияние жесткости на процессы швейного производства Гибкие и мягкие материалы легко перекашиваются, изменяя форму деталей кроя, что требует повышенного внимания к режимам их переработки. Жесткие материалы хорошо настилаются, не образуют заломов, не перекашиваются при стачивании, но трудно поддаются ВТО и оказывают значительное сопротивление резанию. Текстильные материалы, обладающие повышенной жесткостью, используются главным образом для изготовления одежды строгой формы. Одежда из подобных материалов может стеснять движения человека и плохо облегает фигуру. Драпируемость Драпируемость характеризуется способностью текстильных материалов в подвешенном состоянии образовывать округлые, симметрично спадающие складки. Требования, предъявляемые к драпируемости материалов одежды, зависят прежде всего, от их назначения, фасона изделия и вида одежды. Для платьев и блузок свободного силуэта с оборками, воланами и мягкими складками выбирают хорошо драпирующиеся материалы. Модели одежды более строго силуэта должны выполняться из материалов с меньшей драпируемостью. Факторы, влияющие на драпируемость Драпируемость непосредственно связана с массой и жесткостью (гибкостью). В общем случае, хорошо драпируются массивные ткани ворсовых переплетений, мягкие гибкие массивные ткани, мало плотные ткани из гибких тонких нитей и слабо скрученной пряжи, гибкие ткани с начесом, шерстяные ткани креповых переплетений и мягкие пальтовые шерстяные ткани. Плохо драпируются парча, тафта, плотные ткани из крученой пряжи, жесткие ткани из шерсти с лавсаном, плащевые и курточные ткани с водоотталкивающими пропитками, ткани из комплексных синтетических нитей, искусственная кожа и замша. Методы определения драпируемости Основных методов два: Метод иглы, позволяющий оценивать драпируемость отдельно в продольном и поперечном направлении; Дисковый метод, позволяющий оценивать драпируемость одновременно во всех направлениях Метод иглы Наиболее простой метод. Образец прямоугольной формы 200х400 мм (1 - по О и 1 - по У), подвешивают на игле, предварительно образовав 3 складки. Через 0.5 часа определяют расстояние А, мм, между свешивающимися концами образца. Драпируемость Д, %, определяют по формуле: Д = 100 (200 – А) / 200 Дисковый метод Образец испытуемого материала в форме круга накладывается на диск меньшего диаметра, измеряется площадь проекции образца, при его освещение сверху, и подсчитывается коэффициент драпируемости, %: Кд = 100 ( So – Sn ) / So, где So – площадь образца; Sn – площадь проекции. Рисунок – Форма проекций образцов , получаемые дисковым методом при хорошей и плохой лрапируемости Классификация тканей по коэффициенту драпируемости, определяемому дисковым методом Драпируемость считается хорошей, если: для х/б, шерстяных костюмных и пальтовых тканей – Кд не меньше 65%; для шерстяных платьевых – Кд не меньше 80%, для шелковых и платьевых – Кд не меньше 85%. Закручиваемость трикотажа Закручиваемость трикотажа – способность трикотажного полотна закручиваться по краям: с изнаночной на лицевую сторону – вдоль петельных столбиков, с лицевой на изнаночную сторону – вдоль петельных рядов. Закручиваемость трикотажа объясняется тем, что нить, изогнутая в процессе вязания, стремится вследствие своей упругости снова распрямиться. Факторы, влияющие на закручиваемость, и ее учет при изготовлении изделий Степень закручиваемости трикотажных полотен зависит от сырьевого состава, параметров строения нити, ее линейной плотности, вида переплетения трикотажа и плотности вязания. Наиболее сильно закручиваются одинарные трикотажные полотна, а двойные полотна практически не закручиваются. Закручиваемость трикотажа затрудняет процессы раскроя и изготовления швейных изделий, следовательно применяют специальные машины и швы. Для уменьшения закручиваемости трикотажа его каландрируют, что способствует закреплению петель в трикотаже путем вдавливания их друг в друга и расплющивания нитей. Сминаемость и несминаемость материалов Сминаемостью называется свойство текстильных материалов под действием деформаций изгиба и сжатия образовывать неисчезающие складки и морщины. Сминаемость – следствие проявления пластических и эластических деформаций с большим периодом релаксации. Несминаемость – понятие обратное сминаемости, т.е. это свойство материала сопротивляться смятию и восстанавливать первоначальное состояние после снятия нагрузки. Несминаемость зависит от жесткости и упругих свойств материала. Сминаемость материала портит внешний вид изделий и приводит к потере их прочности от частых ВТО. Факторы, влияющие на смнаемость и несминаемость Волокнистый состав (наибольшая смнаемость – материалы из целлюлозных волокон, малая сминаемость – материалы из волокон животного происхождения и большей части синтетических волокон: ПЭ, ПА, ПУ, ПО); Строение и крутка нитей (увеличение крутки и толщины нитей, применение текстурированных и высокоэластичных нитей – повышение несминаемости); Вид и строение материалов (у трикотажа сминаемость ниже, чем у тканей; повышение плотности и толщины материала – повышение несминаемости; увеличение длины перекрытия в ткацком переплетении – снижение сминаемости, минимальная смнаемость – ткани крепового переплетения, максимальная сминаемость – ткани полотняного переплетения); Отделка материала (применение несминаемых отделок – снижение сминаемости); Влажность материала (во влажном состоянии сминаемость выше) Методы снижения сминаемости Рациональный подбор компонентов смеси при изготовлении смесовых тканей (добавляют упругие синтетические волокна, наиболее часто Лс); Применение несминаемых отделок (чаще всего для материалов из целлюлозных волокон). Методы определения смнаемости (несминаемости) Экспертные (метод сжатия рукой) Инструментальные, использующие приборы, осуществляющие: Ориентированное смятие; Неориентированное смятие. Метод сжатия рукой Достоинства метода – простота и удобство; недостатки - субъективность оценки и необходимость определенного опыта. Приняты следующие оценки степени сминаемости: 1) сильносминаемый, 2) сминаемый, 3) слабосминаемый, 4) несминаемый. Методы и приборы, осуществляющие ориентированное смятие Ориентированное смятие - смятие в определенном направлении. Марки приборов: СМТ; Смятиемер; Прибор ЦНИИ шерсти. Данные приборы и методы - стандартные Определение коэффициента несминаемости P Нагружение 15 мин ά Отдых 5 мин Рисунок – Схема определения несминаемости на приборах СМТ и смятиемер Определяют коэффициент несминаемости Кн для хлопчатобумажных, шелковых, льняных тканей, трикотажных и нетканых полотен: Кн = 100 ∙ α ср / 180º, (%) α ср - среднее арифметическое углов восстановления пяти бразцов; 180º - градусов - угол полного восстановления. Несминаемость определяется отдельно по О и У. Определение коэффициента сминаемости На приборе ЦНИИ шерсти определяют коэффициент сминаемости Кс для шерстяных тканей. Кс оценивают высотой складок, сохраняющихся на материале после его смятия, разгрузки и отдыха. Р нагружение отдых Рисунок – Схема определения смнаемости шерстяных тканей на приборе ЦНИИ шерсти Неориентированное смятие Неориентированное смятие осуществляют на приборе СТП-4. Образец в виде цилиндра сжимается и образует большое количество направленных под разными углами складок. Несминаемость оценивается его способностью восстанавливать размеры после смятия и характеризуется коэффициентом несминаемости Кн или коэффициентом сминаемости Кс: Кн = hк / ho = L /30 Кс = 1 - Кн = ho - hк / ho ho – начальная высота образца (30 мм); hк – конечная высота восстановленного после смятия и отдыха образца, мм; Многоцикловые характеристики механических свойств при деформации изгиба Из многоцикловых неразрывных характеристик при деформации изгиба определяют сминаемость при многократном изгибе (режим нагружения: 20 циклов: 1минута нагрузки + 1 минута отдыха; время окончательного отдыха 60 минут). При ориентированном смятии определяют коэффициент несминаемости, так же как при одноцикловом нагружении (прибор СМТ). При неориентированном смятии используется прибор СТП-5 и определяется коэффициент несминаемости:. Кн = 3√ К1 Кн Ко; где К1 = h1 / hо; Кн = h20 / hо; Ко = hотд / hо, где hо – начальная высота пробы цилиндрической; h1 – высота цилиндрической пробы после 1-го цикла нагрузки; h20 – высота цилиндрической пробы после 20-го цикла нагрузки; hотд – высота цилиндрической пробы после 60 минут отдыха. К разрывным многоцикловым характеристикам при деформации ихзгиба относятся: выносливость, циклы; долговечность, час, определяемые с помощью прибора - изгибателя (АИТН-2) Тангенциальное сопротивление В процессе производства текстильных и швейных изделий текстильные материалы соприкасаются с другими поверхностями и движутся по ним. В этом случае при относительном перемещении двух тел в плоскости их касания возникают силы тангенциального сопротивления То. Сила тангенциального сопротивления То являются равнодействующей 2-х сил: То = Тс + Т Тс – сила цепкости (механического сцепления); Т - сила трения. Сила тангенциального сопротивления является силой, препятствующей перемещению тела по поверхности и возникает только тогда, когда на тело начинает действовать движущая сила. Показатели тангенциального сопротивления Сила тангенциального сопротивления характеризуется коэффициентом тангенциального сопротивления ƒт.с. (к.т.с.), который равен: ƒт.с. = То / N Т0 – сила тангенциального сопротивления N - сила номального давления. Основные факторы, влияющие на величину к.т.с. 1. Состояние поверхности материала, зависящее от волокнистого состава переплетения, плотности, структуры применяемых нитей, характера отделки. 2. Скорость перемещения тел относительно друг друга. 3. Величина нормального давления. 4. Условия окружающей среды (влажность, температура). Методы определения к.т.с. Коэффициент тангенциального сопротивления определяется экспериментальным путем. Наиболее простым и распространенным методом является метод наклонной плоскости, при котором fт.с. определяется как тангенс угла наклона плоскости в момент начала движения колодки, обтянутой испытуемым материалом. Влияние к.т.с. на процессы швейного производства и свойства материалов Для материалов одежды fт.с. имеет большое значение. При низком значении fт.с. ткани при раскрое и стачивании могут смещаться (изменяются размеры и форма деталей, образуется некачественный шов.), следовательно необходимо при раскрое использовать зажимы, а при стачивании необходимо предварительное сметывание при строгом соблюдении параметров сметывания. Подкладочные ткани должны иметь небольшой fт.с. для того, чтобы обеспечить удобство эксплуатации изделия. От величины fт.с. в некоторой степени зависит стойкость материалов к истиранию (чем ниже fт.с., тем выше стойкость к истиранию). Осыпаемость и раздвигаемость тканей Раздвигаемостью ткани называется смещение нитей одной системы относительно другой под действием внешних механических сил. Осыпаемостью называется выпадение нитей из открытых срезов ткани. Факторы, влияющие на раздвигаемость и осыпаемость Волокнистый состав; Вид, структура, толщина и крутка применяемых нитей; Фаза строения ткани; Переплетение ткани; Плотность ткани; Вид отделки; Угол наклона членения (для осыпаемости) и т.п. Методы определения осыпаемости и классификация тканей по ее величине Стойкость ткани к осыпаемости с помощью приспособления к разрывной машине (гребенка) определяется величиной усилия, необходимого для снятия двухмиллиметрового слоя нитей с края образца шириной 30 мм. По величине этого усилия ткани делят на: 1. сильно осыпающиеся – Р ≤ 2.9 даН 2. средне осыпающиеся – Р = 3 - 6 даН 3. неосыпающиеся – Р > 6 даН Осыпаемость также может определяться на приборе ПООТ (стандартный метод) под действием центробежных сил и оценивается шириной образующейся бахромы открытого среза образца Методы определения раздвигаемости и классификация тканей по ее величине Стойкость к раздвигаемости оценивают величиной усилия, необходимого для смещения одной системы нитей относительно другой, определяемого с помощью приспособления к разрывной машине. В зависимости от величины данного показателя ткани делят на 3 группы: 1. сильно раздвигаемые - Р = 8 - 9 даН 2. средне раздвигаемые - Р = 9 - 11 даН 3. нераздвигаемые - Р > 11 даН Стойкость к раздвигаемости шелковых тканей на приборе РТ-2 оценивается величиной сжимающего усилия, при котором в движущейся элементарной пробе происходит смещение нитей одной системы относительно другой. Минимальная величина раздвигаемости шелковых тканей нормируется в зависимости от поверхностной плотности и назначения ткани. Методы борьбы с осыпаемостью и раздвигаемостью Для предотвращения срезов от осыпаемости их обметывают на краеобметочных машинах. В тканях, склонных к осыпанию, в 1.5-2 раза увеличивают ширину шва, а так же ширину и частоту обметочной строчки или меняют конструкцию шва (швы с закрытыми срезами). Для снижения раздвигаемости увеличивают частоту стежка, используют более эластичные швейные нитки, увеличивают прибавку на свободное облегание, применяют подклад. Распускаемость трикотажа В трикотажных полотнах при обрыве нить в силу упругости может выскальзывать из соседних петель. Основной силой, препятствующей выскальзыванию, является сила тангенциального сопротивления. Если То больше Fупр., то трикотаж не распускается. Если То меньше Fупр., то трикотаж распускается. Внешние силы увеличивают распускаемость. Факторы, влияющие на распускаемость: волокнистый состав, гладкость нитей и толщина нити, длина петли, плотность и вид переплетения трикотажа и др. Чем больше шероховатость нити (шерсть, текстурные нити, фасонная крутка и т.п.), тем меньше распускается трикотаж. Методы снижения распускаемости: обметывание открытых срезов (необходимо захватывать два соседних петельных столбика и, как минимум, два соседних петельных ряда). Износ и износостойкость В процессе эксплуатации изделий, изготовленных из текстильных полотен, происходит постепенное ухудшение их свойств и, в конце концов, они становятся непригодными для дальнейшей эксплуатации, т.е. происходит их износ. Износостойкость характеризует способность изделий сопротивляться разрушающему воздействию факторов износа и зависит от волокнистого состава, структуры, характера отделки текстильных полотен. Факторы износа материалов 1) Механические – истирание о различные предметы (изнашивание сопровождается потерей массы) и многократное деформирование (растяжение, изгиб) материала, вызывающие утомление материала (изнашивание без существенной потери массы); 2) физико-химические – действие света, светопогоды, пота, моющих средств (стирки), многократных стирок, химчистки; 3) биологические – действие различных микроорганизмов (гниение) при длительном хранении при повышенной влажности воздуха (70-80%) и повреждение молью; Критерии износа материалов 1) Уменьшение разрывной нагрузки после определенного числа воздействий. 2) Уменьшение выносливости к многократным деформациям. 3) Уменьшение вязкости растворов веществ, составляющих волокно изделия. 4) Уменьшение массы материала. 5) Устойчивые изменения внешнего вида материала (появление ворса и т.п.). 6) Появление видимых дыр и потертостей и др. Выбор критериев оценки зависит от: назначения изделия, факторов, определяющих износ. Комплексные методы оценки износостойкости Для комплексной оценки износостойкости материалов и изделий по отношению ко всем факторам износа проводят опытную носку изделий до полного износа с регулярной оценкой состояния изделий путем визуальной оценки и испытаниями в лабораторных условиях (на приборах). Для получения правильных результатов опытная носка должна производиться в одних и тех же условиях. Недостатком такого метода испытаний является большая длительность наблюдений (год и более) и значительные материальные затраты. Кроме опытной носки для комплексной оценки износостойкости разработаны лабораторные методы испытаний, включающие комплекс воздействий, имитирующих износ при эксплуатации. Механические факторы износа К механическим факторам износа относятся: Истирание Пиллингуемость Истирание Износ от истирания сопровождается уменьшением массы пробы в результате отщепления, отламывания, выпадения из изделий мелких частиц волокон и нитей. Эти явления начинаются с опорной поверхности, т.е. поверхности контакта испытуемого материала и истирающей плоскости (образива). Критерии истирания Выносливость к истиранию характеризуется чаще всего числом циклов истирания до разрушения материала ( образования дыры ). Кроме того, критериями истирания могут быть: 1) изменение Рр после заданного числа циклов; 2) изменение внешнего вида материала (появление блеска, истирание ворса, разворсовка поверхности и т.п.); 3) потеря массы материала (только для толстых материалов). Показатель стойкости к истиранию - выносливость, т.е. число циклов истирания до проявления какоголибо из критериев. Механизм разрушения материала в зависимости от различных факторов Механизм разрушения материала при истирании зависит от: – вида образива, – давления на испытуемую пробу. • При воздействии мягкого образива разрушение материала идет по типу усталостного износа, т.е. в результате приложения истирающих нагрузок происходит многократное деформирование образца, в следствие чего появляются микротрещины, которые затем разрастаются в магистральные трещины, и материал разрушается. • При воздействии твердого образива разрушение материала происходит за счет микросрезания выступающих участков волокон и нитей. Приборы, используемые для определения выносливости к истиранию 2 группы приборов: а) осуществляющие ориентированное истирание по всей поверхности пробы или по сгибу; б) осуществляющие неориентированное истирание. Пиллингуемость В процессе переработки и эксплуатации на поверхности материалов могут появляться небольшого размера шарики, образованные закатанными кончиками или отдельными участками волокон, называемые пиллями. Пиллингуемость – способность ткани образовывать и удерживать на поверхности пилли. Этапы пиллингуемости Процесс пиллингуемости осуществляется в 3 этапа: 1. выход концов волокон на поверхность материала; 2. образование пиллей вследствие перепутывания концов волокон и их сохранение на поверхности некоторое время; 3. отрыв пиллей от поверхности материала. Факторы, влияющие на пиллингуемость • • • • • Вид волокон, длина волокон ; толщина волокон; механические и другие свойства волокон; строение пряжи (степень закрепленности волокон в ней); • строение ткани и трикотажного полотна (переплетение, длина нити в петле). Особенно сильно пиллингуются полотна, содержащие синтетические волокна. Это связано с тем, что пилли в таких изделиях прочно сохраняются на поверхности, что резко ухудшает внешний вид изделий. Характеристики пиллингуемости Пиллнигуемость характеризуется максимальным числом пиллей на 1 кв. см и устойчивостью пиллей. Неустойчивость пиллей Н, %, определяется по формуле: Н = 100 (К1 - К0) / К1 К1 – максимальное количество пиллей на пробе площадью 10 см2; К0 – оставшееся число пиллей после дополнительных 400 циклов истирания (при достижении максимального числа пиллей). Физико-химические факторы износа К физико-химическим факторам износа относятся: Износ от действия света и светопогоды Износ от стирки Износ от действия света и светопогоды Ухудшение свойств текстильных материалов под действием света и светопогоды (инсоляции) обусловлено в основном окислительными процессами, активизируемыми светом, теплом и влагой. Устойчивость к действию светопогоды характеризуется (критерии износа) чаще всего изменением показателей физико-механических свойств материала, в том числе уменьшением после воздействия света или светопогоды в течение заданного времени : разрывной нагрузки и разрывного удлинения, выносливости к многократному изгибу и растяжению, стойкости к истиранию и др. Факторы, определяющие устойчивость к действию светопогоды • Волокнистый состав полотен (наименьшей светостойкостью обладает натуральный шелк, наибольшей – ПАН волокна); • строение полотен (толстые и плотные полотна разрушаются медленнее); • характер заключительной отделки (отделки, уплотняющие структуру, увеличивают устойчивость к действию светопогоды); • температура и относительная влажность воздуха (при их увеличении снижается устойчивость); • спектральный состав источника облучения (Наибольшее разрушающее воздействие оказывают лучи с короткой длиной волны: видимые (синие и фиолетовые) и невидимые (ультрафиолетовые); • вид применяемого красителя (есть красители, которые защищают материал, и наоборот, ускоряют разрушение) Износ от стирки Наибольшим разрушениям при действии стирки подвергаются материалы из целлюлозных волокон. Основным критерием оценки износа от действия стирки является потеря прочности (уменьшение разрывной нагрузки) от действия определенного числа стирок. Биологические факторы износа Основные биологические факторы износа: действие микроорганизмов повреждение молью. Основные факторы, влияющие на степень устойчивости материалов к действию биологических факторов износа: волокнистый состав, характер отделки, условия эксплуатации. Для повышения устойчивости материалов к действию микроорганизмов применяют противогнилостные (бактерицидные) отделки. Шерстяные материалы подвергают молестойким обработкам.
