Прочность на растяжение ткани

Государственное профессиональное образовательное учреждение

Ярославской области

Ярославский колледж управления и профессиональных технологий

Утверждаю

зам. директора по УМР

_______В.П.Баталова

от «_____» ___________ 2019 г.

Методические рекомендации ПО теории КУРСА «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»

ОП.03 Материаловедение

Рассмотрена и одобрена на заседании

ЦМК

Протокол № _______

от «_____» ___________ 2019 г.

Председатель ЦМК ___ Суворова В. В.

Преподаватель _____ Завгородняя А. С.

2019 г.

РАЗДЕЛ «СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ТКАНЕЙ»

ТЕМА 3.3.3.1. «МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТКАНЕЙ. ПОНЯТИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ НА РАЗРЫВ.»

ЦЕЛЬ ТЕМЫ:

1. Изучение классификации механических свойств тканей

2. Изучение методов получения разрывных характеристик тканей

3. Изучение влияния разрывных характеристик тканей на их производство

УРОВЕНЬ УСВОЕНИЯ:

1. Понимать классификацию видов механических характеристик тканей

2. Знать особенности влияния строения тканей на их разрывные характеристики

3. Знать особенности определения разрывных характеристик тканей

КОНТРОЛЬ УСВОЕНИЯ:

1. Устный опрос или письменный контроль знаний до начала изучения новой темы

2. Закрепление приобретенных навыков при выполнении самостоятельной работы

3. Выполнение лабораторной работы

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТКАНЕЙ

Ткани в процессе эксплуатации одежды, а также при промышленной переработке подвергаются разнообразным механическим воздействиям, из-за которых они получают различные деформации: растяжения, изгиба, сжатия, кручения, а также износ от трения в случае соприкосновения с другими поверхностями окружающих предметов.

Таким образом, механические свойства – это комплекс свойств, определяющих отношение материала к действию различно приложенных к нему внешних сил. Под действием механических сил материалы деформируются, изменяя свою форму и размеры.

Каждое из этих свойств описывается рядом характеристик, например:

— растяжение – прочностью на разрыв, разрывным удлинением, выносливостью

— изгиб – жёсткостью, драпируемостью, сминаемостью

— изменение под действием трения – раздвижкой нитей, осыпаемостью и т.п.

Показатели механических свойств текстильных материалов широко используются в производстве швейных изделий и играют важную роль при оценке их качества, характеризуя способность материала приобретать и сохранять форму и размеры в швейном изделии, при прогнозировании износостойкости материала и его долговечности.

Для оценки механических свойств тестильных материалов используется большое число различных характеристик и признаков. Все они подразделяются на типы в зависимости от характера деформации:

— растяжение

— изгиб

— сжатие

— кручение.

Характеристики каждого типа делятся на классы в зависимости от полноты осуществления цикла механического воздействия «нагрузка – разгрузка – отдых».

Различают характеристики трёх классов (Рис. 1):

— полуцикловые, получаемые при однократном воздействии этапа цикла «нагрузка»

— одноцикловые, получаемые при однократном воздействии полного цикла «нагрузка – разгрузка – отдых»

— многоцикловые, получаемые после многократных воздействий полного цикла на материал.

Рис. 1

Полуцикловые и многоцикловые характеристики могут быть получены при испытаниях материала с разрушением или без его разрушения. В связи с этим характеристики данных классов принято разделять на два подкласса: разрывные и неразрывные. Также в пределах каждого класса (подкласса) характеристики подразделяются по группам и видам.

ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ. РАЗРЫВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Прочность ткани при растяжении – один из важнейших показателей, характеризующих её качество. Под прочностью ткани при растяжении понимается способность ткани противостоять нагрузке.

Текстильные материалы в одежде чаще всего испытывают деформацию растяжения. Этот вид деформации наиболее изучен, и потому для оценки предельных механических возможностей текстильных материалов используют полуцикловые разрывные характеристики. По показателям механических свойств, получаемых при растяжении материала до разрыва, судят о степени сопротивления материала постоянно действующим внешним силам. Кроме того, показатели разрывной нагрузки и разрывного удлинения являются важными нормативными показателями качества материала. Эти характеристики получают при простом одноосном растяжении.

Прочность на разрыв при растяжении ткани определяют по нагрузке, при которой образец ткани разрывается. Эта нагрузка называется разрывной нагрузкой, она является стандартным показателем качества ткани. Различают разрывную нагрузку по основе и разрывную нагрузку по утку.

При оценке качества ткани в лабораториях определяют разрывную нагрузку и сравнивают её величину с нормативами стандарта. Разрывную нагрузку ткани определяют на разрывной машине (Рис. 2).

Рис. 2

В зависимости от времени нагружения материала до его разрушения различают испытания статические (кратковременные — продолжительностью нагружения до 1,0…1,5 мин, длительные – продолжительностью от нескольких минут до 1000…10000 часов) и динамические (при импульсных нагрузках ударного характера).

В соответствии с требованиями ГОСТ разрывные машины для статических испытаний делятся на жёсткие и нежёсткие. К жёстким относятся разрывные машины, у которых смещение зажима, связанного с измерителем силы, не превышает 0,5 мм. В ткаих машинах применяют электронные или торсионные измерители силы. Для электронных измерителей силы используют различные виды датчиков – тензометрические, индуктивные, емкостные, трансформаторные и т.п.

Из этой группы машин для испытания текстильных материалов применяют разрывные машины с механическим приводом, работающие с постоянной скоростью перемещения одного из зажимов и растягивающие пробу с равномерной скоростью деформирования. Скорость перемещения разрывного зажима на этих машинах 1…1000 мм/мин. Разрывные машины первой группы отличаются большой жёсткостью, имеют надёжную конструкцию, но требуют большой точности при их изготовлении, применяются они главным образом в исследовательской работе.

Ко второй группе нежёстких машин относят разрывные машины, у которых смещение зажима, связанного в сизмерителем силы, может достигать 30…40 мм при максимальном усилии. Эти машины оснащены рычажно-маятниковым измерителем силы и имеют постоянную скорость перемещения нижнего зажима (Рис. 3). Для испытания текстильных материалов применяют машины РТ-250М-1 с устройством для записи диаграммы в координатах «нагрузка – деформация», РТ-250М-2, РМ200, ДТ200, Р-1 и другие.

Рис. 3

Испытательные лаборатории швейных предприятий и учебных заведений оснащаются в основном машинами РТ-250, отличающихся несложной конструкцией, простотой и удобством обслуживания. При модернизации таких машин часто заменюят рычажно-маятниковую систему тензометрическим датчиком.

Разрывные машины маятникового типа применяют сравнительно редко , в тех случаях, когда нужно моделировать сложные динамические нагрузки – например, нагрузки, испытываемые тканями в момент раскрытия парашюта. К таким устройствам относится разрывная машина маятникового типа (Рис. 4).

Рис. 4

При работе машины маятник с грузом поднимается на высоту, падая с которой он получает ускоренное дижение по дуге и накапливает при этом запас энергии, достаточный для того, чтобы подняться на высоту с противоположной стороны дуги. Если в неподвижном зажиме на станине и подвижном на маятнике в этот момент закреплён образец, маятник при падении разрывает его и затрачивает на это часть своей энергии, в результате чего он поднимается на меньшую высоту. Усилие прикладывается к образцу со скоростью до 120 м/мин. Измерительное устройство машины отградуировано непосредственно в единицах затраченной работы.

Для испытания тканей, трикотажных и нетканых полотен в качестве стандартной принята проба прямоугольной формы. Метод испытания, основанный на применении такой пробы, иначе называют «стрип-методом» (Рис. 5).

Рис. 5

1 – нижний зажим; 2 – образец ткани; 3 – верхний зажим; 4 – грузовой рычаг; 5 – маятниковый силоизмеритель; 6 – шкала удлинения; 7 – грузовая шкала; 8 – зубчатое колесо; 9 – зубчатая рейка; 10 – стрелка; 11 – груз

В общем представлении типовой процесс испытаний выглядит следующим образом:

1. Испытуемый образец ткани 2 шириной 50 мм закрепляют в двух зажимах 1 и 3 (нижний и верхний) разрывной машины. Нижний зажим 1 имеет возможность перемещения от встроенного электродвигателя вверх и вниз, верхний зажим 3 соединён с грузовым рычагом 4.

Примечание: Расстояние между зажимами при испытании шерстяной ткани, трикотажных и нетканых полотен 100 мм, при испытании всех прочих тканей – 200 мм.

2. При опускании нижнего зажима образец, растягиваясь, перемещает вниз верхний зажим 3, который поворачивает грузовой рычаг 4, что вызывает отклонение маятникового силоизмерителя 5 с грузом 11.

3. Силоизмеритель 5 своим упором перемещает зубчатую рейку 9 и поворачивает зубчатое колесо 8, на оси которого находится стрелка, показывающая на грузовой шкале 7 величину нагрузки, действующей на образец 2.

4. Под влиянием растягивающего усилия образец 2 удлиняется и расстояние между между зажимами растёт. Величина удлинения фиксируется на шкале удлинения 6 стрелкой 10.

5. Образец разрывается. Зафиксированная в этот момент разрыва нагрузка является разрывной.

Испытанию для каждой выбранной партии (количества) тканей подвергают несколько образцов: три прямоугольные полоски ткани, выкроенные по основе, и четыре — выкроенные по утку. Обязательно выполнение следующих условий:

— выкройка образцов производится таким образом, чтобы один не был продолжением другого

— крайние долевые нити в полосках должны быть целыми. Необходимо, чтобы длина полосок была на 100…150 мм больше зажимной длины.

Прочностью ткани на разрыв по основе считается среднее арифметическое из трёх испытаний образцов, выкроенных по основе, округлённое до третьей значащей цифры. Прочностью ткани на разрыв по утку считается среднее арифметическое из четырёх испытаний образцов, выкроенных по утку. С целью экономии тканей разработан метод испытаний полосок малых размеров, при которых разрывают полоски шириной 25 мм при зажимной длине 50 мм. Выражается разрывная нагрузка в ньютонах (Н) или деканьютонах (даН): 10 Н = 1 даН = 1,02 кгс.

Значения разрывных нагрузок у разных материалов составляют значительный разброс:

— хлопчатобумажные ткани типа ситца: по основе 32…35даН, по утку 19…24 даН

— костюмные ткани типа трико: 70…90 даН по основе и 40…70 даН по утку

— платьевый чистошерстяной кашемир: 20…25 даН по основе, 18…20 даН по утку

— костюмные ткани типа бостон: 40…60 даН по основе и 30…50 даН по утку

Такие различия объясняются природой происхождения волокон и структуры пряжи (ткани), выполненных операций отделки. Различные волокна обладают различной прочностью – ткани из более толстой пряжи, из пряжи повышенной крутки, из кручёной пряжи в два или три сложения отличаются повышенной прочностью.

Также, чем выше плотность ткани и чем чаще переплетения нитей основы и утка, тем прочность тканей выше. Вдобавок применяемые процессы отделки тканей создают новые условия измения прочностных характеристик (мерсеризация, аппретирование, увалка – увеличивают прочность, отваривание, беление, анилиновое крашение – снижают).

Однако, следует понимать, что предел прочности ткани при растяжении не характеризует её износостойкости. Например – шерстяные ткани, хотя и обладают меньшим пределом прочности, чем хлопчатобумажные, но износостойкость их выше, что обусловлено свойствами шерстяных волокон. Естественно, что высокий предел прочности ткани растяжении имеет большое значение, так как свидетельствует о качестве волокнистого материала и структуры ткани, от которой зависит срок её эксплуатации.

Для всех текстильных материалов показатели разрывной нагрузки и разрывного удлинения являются нормативными. Несоответствие фактически полученных значений разрывных характеристик нормативам ГОСТ или технических условий (ТУ) – один из признаков недоброкачественности материала.

При оценке механических свойств текстильных материалов важно знать не только разрывную нагрузку и удлинение к моменту разрыва, но и характер зависимости «нагрузка – деформация материала». Графическое представление о зависимости между нагрузкой и удлинением при растяжении материалов дают диаграммы растяжения (Рис. 5).

Рис. 5

1,2 – хлопчатобумажная ткань; 3,4 – льняное полотно; 5,6 – хлопчатобумажная или шерстяная ткань; 7,8 – трикотажное хлопчатобумажное полотно (гладь); 9,10 – нетканое хлопчатобумажное прошивное полотно

Такие диаграммы записываются при помощи самопишущего прибора на разрывной машине. Для текстильных материалов основных видов характерно значительное нарастание удлинения при незначительном приросте действующей нагрузки. Особенно резко это проявляется у трикотажных и нетканых полотен, в меньшей степени — у тканей, что объясняется, главным образом, особенностями структуры материала. Подобные диаграммы позволяют также определить поведение ткани в процессе обработки, на разных операциях, при нагрузках значительно меньших, чем разрывные. Например, льняная ткань обладает большей прочностью, чем шерстяная. Но вследствие её малой растяжимости на её разрыв затрачивается меньше энергии, чем на разрыв шерстяной ткани, обладающей меньшей прочностью, но бόльшим удлинением.

Прочность тканей зависит от волокнистого состава, структуры и линейной плотности образующих её нитей (пряжи), строения и отделки. Так, при прочих равных условиях наибольшую прочность имеют ткани из синтетических нитей. Увеличение линейной плотности нитей (пряжи), повышение фактической плотности ткани, применение переплетений с короткими перекрытиями и многослойных переплетений, проведение валки, декатировки, мерсеризации, аппретирования, нанесение плёночных покрытий приводят к повышению прочности тканей. Отваривание, беление, крашение, ворсование несколько снижают прочность тканей.

Необходимо помнить, что наряду с внешними силами, в тканях действуют и внутренние связи, определяемые силами трения и сцепления между волокнами в нитях (пряже), силами межатомных и межмолекулярных связей в волокнах. Соответственно, в точках контакта нитей основы и утка эти силы значительно возрастают. А поскольку структура ткани является, по сути, пространственной решёткой, то её форма и относительные размеры также определяют способность ткани деформироваться. В дополнение к сказанному выше здесь также можно упомянуть зависимость величины деформации от вида переплетения, фазы строения ткани, изменения взаимного положения нитей основы и утка, изменения угла обхвата нитей, положения и формы изгиба нитей.

По имеющимся статистическим данным в производстве тканей и на швейных предприятиях при раздублировании ткани, сматывании её с рулона, перемещениях на браковочно-мерительных машинах, настилании, выполнении операций стачивания и формования величина действующей на ткани нагрузки составляет 1…2% разрывной, а значение полной деформации растяжения достигает 2…5%. Таким образом, даже действующие на ткань незначительные нагрузки, повторяющиеся многократно, тоже приводят к ослаблению структуры ткани, изменениях в размерах и форме материала на отдельных участках одежды, перекосам, значительно ухудшают товарный вид продукции.

Также большое влияние на характер распределения и величину деформации растяжения материала в одежде оказывают конструктивные особенности одежды, расположение швов в ней, вид материала и его свойства, условия окружающей среды, хранения и эксплуатации изделия.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ

1. Что называют механическими свойствами тканей?

2. Для чего нужны показатели механических свойств?

3. Как классифицируются механические свойства в зависимости от характера деформации?

4. На какие классы делятся характеристики каждого типа?

5. Как могут быть получены полуцикловые и многоцикловые характеристики?

6. Назовите известные вам виды полуцикловых характеристик.

7. Что такое прочность ткани при растяжении?

8. Для чего нужны полуцикловые разрывные характеристики?

9. Дайте определение понятию прочности на разрыв.

10. Что такое разрывная нагрузка?

11. Назовите виды разрывной нагрузки.

12. Как определяют разрывную нагрузку?

13. Какие виды испытаний по времени нагружения вам известны?

14. Какие виды разрывных машин вы знаете? Дайте развёрнутый ответ.

15. Для чего нужны разрывные машины маятникового типа?

16. Опишите принцип действия разрывной машины маятникового типа.

17. Что такое «стрип-метод»?

18. Опишите типовой процесс испытаний на разрыв.

19. Какие условия необходимо выполнить для проведения испытаний на разрыв?

20. Как рассчитывают величину прочности ткани на разрыв?

21. Чем объяснить различия разрывных нагрузок у разных материалов? Детализируйте ответ.

22. Как характеризует предел прочности износостойкость ткани?

23. Что такое диаграмма растяжения?

24. С какой целью используются диаграммы растяжения? Приведите примеры.

25. От каких факторов зависит прочность тканей? Дайте развёрнутый ответ.

26. Как влияют внутренние связи на прочность тканей?

27. Как влияют на прочность тканей многократные незначительные нагрузки?

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Н. Савостицкий, Э. Амирова «Материаловедение швейного производства», Москва, 2001 г.

2. Б. Бузов, Н. Алыменкова «Материаловедение в производстве изделий лёгкой промышленности (Швейное производство)», Москва, 2004 г.

3. В. Баженов «Материалы для швейных изделий», Москва, 1982 г.

4. Е. Родина «Технологический практикум по материаловедению швейного производства», Курган, 2011 г.

5. В. Полякова «Конфекционирование материалов», Владивосток, 2004 г.

6. Е. Мальцева «Материаловедение швейного производства», Москва, 1983 г.

7. «Учебное пособие для подготовки к лабораторным работам по материаловедению», Краснодар, 2015 г.

Интернет-сайты:

8. Сайт: https://poznayka.org/s87941t1.html

9. Сайт: https://niirp.com/articles/tkani_s_elastomernym_pokrytiem/harakteristiki_materialov_neobhodimye_dlya_rascheta_i_konstruirovaniya_izdelij/

10. Сайт: https://www.trikotazha.net/tehnologiya-tkanevyaznogo-proizvodstva/svoystva-tkaney.html