Жесткость ткани при растяжении
К основным полуцикловым неразрывным (характеристикам, получаемым при одноосном растяжении текстильных материалов, относятся:
усилие Ps(t), развиваемое в материале при его растяжении на заданную величину е за определенное время t;
удлинение материала еP(t) при действии заданной нагрузки (усилия) Р в течение определенного времени t. [2]
Эти характеристики используют главным образом в исследовательских работах. [2]
Характерная особенность текстильных материалов — их значительная растяжимость. При этом зависимость между нагрузкой и удлинением (рис. 2.1) имеет, как правило, сложный характер, свидетельствующий об изменении жесткости материала по мере его растяжения. [2]
Показатель жесткости выступает как характеристика сопротивления материала, его структурных элементов деформированию. Легкорастяжимые материалы обладают меньшей жесткостью, малорастяжимые — большей жесткостью. [2]
В качестве одной из характеристик жесткости текстильных материалов при растяжении используется модуль жесткости Е (называемый также начальным модулем первого рода, модулем продольной упругости). Модуль жесткости оценивается отношением напряжения у, развиваемого в материале, к относительной деформации материала е для участка прямой пропорциональной зависимости на диаграмме напряжение — деформация и выражается в Па. [2]
Модуль жесткости можно также характеризовать углом наклона б1 и б2 прямолинейного участка на диаграмме напряжение-деформация (рис. 2.1). [2]
Рис. 2.1. Диаграмма напряжение — удлинение материала
При растяжении упругих материалов модуль жесткости достаточно полно характеризует их жесткость. [2]
Для текстильных материалов модуль жесткости целесообразно оценивать напряжением, вызывающим удлинение материала на 1 %, т. е. напряжением в начальной стадии деформирования, при котором материал сопротивляется изменению размеров и формы. [2]
При удлинении текстильных материалов на 1 % в основном проявляется упругая часть полной деформации материала, а получаемые величины модуля имеют реальный характер. [2]
Профессор А. Н. Соловьев предложил оценивать жесткость материалов при растяжении модулем начальной жесткости Е1 рассчитывается по формуле 2.1 , модулем текущей жесткости ЕТе и модулем текущей конечной жесткости ЕТк.. [2]
Модуль начальной жесткости Е1, Па, соответствует напряжению в образце материала при его растяжении на 1 % и характеризует сопротивление материала деформированию. [2]
Е1= ур/ ерк
где ур — напряжение при разрыве, Па; ер — удлинение при разрыве, %; К—показатель жесткости, определяющий характер диаграммы напряжение — удлинение. [2]
Показатель К рассчитывается по формуле 2.2
К=(1-з)/ з
где з — коэффициент полноты диаграммы напряжение — удлинение.
Модуль начальной жесткости Е1 достаточно полно характеризует сопротивление деформированию малорастяжимых материалов.
Сопротивление легкорастяжимых материалов модуль E1 характеризует ориентировочно.
По данным проф. А.И.Коблякова, значения модуля E1 для трикотажных полотен очень малы и составляют 1*10-3—1*10-4 мкПа. Причем при испытании полотна по ширине величина Е1 на 2—8 порядков меньше, чем при испытании по длине. [2]
Для легкорастяжимых материалов при расчете модуля начальной жесткости А. Н. Соловьев предложил не учитывать начальную зону диаграммы (рис. 2.2), так как в этой зоне жесткость материала практически не проявляется. [2]
Рис. 2.2. Диаграмма растяжения трикотажа (А. Н. Cоловьева)
В этом случае начальный модуль жесткости Е z+1, Па, для второй зоны по формуле 2.3[2]
Е z+1= ур/ (ер -z)
где ур — напряжение при разрыве, Па;
ер — удлинение при разрыве, %
К2—показатель жесткости, определяющий характер диаграммы напряжение — удлинение во второй зоне по формуле 2.4.
Где К2=(1-з2)/ з2
з2=S1/S2
Здесь S1 — площадь фигуры ACD (рис. 2.2);
S2 — площадь фигуры AFCD (точка А — начало отхода кривой растяжения от оси абсцисс). [2]
Зависимость напряжение — удлинение для второй зоны Диаграммы может быть описана как (формула 2.6) [2]
ур= Е z+1/ (ер -z)
Модуль текущей жесткости ЕТе (при z=0) позволяет оценить сопротивление материала деформированию при любой величине удлинения. Модуль ЕТе рассчитывается по формуле 2.8 как первая производная от (по формуле 2.7) [2]
ур= Е1·е к
ЕТе= d у/d е = К Е1·е к-1
Конечную жесткость материала оценивают модулем текущей конечной жесткости ЕТе , рассчитанным для момента разрыва пробы материала (при z=0 и е = ер) по формуле 2.9[2]
ЕТе= К Е1· ер к-1
Источник
Рис. 11-8. Схема расположения нитей в поперечном сечении ткани полотняного переплетения в зависимости от жесткости : а — точечное касание; б — касание по дуге обхвата.
Берем две модели разреза ткани полотняного переплетения (рис. 11-8, а, б) с одинаковой толщиной нитей d01 — d02 и dу1 = dу2 , плотностью Пу1 = Пу2 и фазой строения hо1 = hо2 и hу1 = hу2 . Рассматриваем два крайних случая расположения нитей в зависимости от их жесткости на изгиб. В первом случае (рис. 11-8, а) очень жесткая нить имеет с нитью перпендикулярной системы только точечное касание, во втором (рис. 11-8,6) — на отрезке X нить лежит по прямой, в местах же касания огибает нити перпендикулярной системы. В реальных тканях нити занимают какие-то средние положения между двумя указанными случаями.
Неоднородность нитей по прочности и удлинению снижает прочность ткани. Первыми воспринимают нагрузку и разрываются нити, обладающие наименьшим удлинением, после этого нагрузка перераспределяется на оставшиеся нити, в результате чего на каждую из них падает все большее усилие, а разрыв ткани происходит раньше, чем при условии одновременного разрыва всех нитей. Сопоставление разрывной нагрузки одиночной нити и одной нити ткани дает отношение, равное от 0,8 до 1,2 и более. Разрывную нагрузку, приходящуюся на нить растягиваемой системы, выражается формулой:
где Рнт — нагрузка на нить растягиваемой системы в кГ Рн — разрывная нагрузка нити в кГ; F — нагрузка, обуславливаемая действием сил трения на нити и уменьшением длины скольжения волокна в кГ; η — коэффициент неоднородности нитей; β — угол наклона нитей к линии приложения растягивающей силы в °.
Рис. 11-9. Схема действия силы на нити ткани при растяжении.
Действие сил трения между взаимно перпендикулярными системами нитей увеличивает коэффициент укрепления нитей и тем самым прочность ткани, коэффициент неоднородности нитей уменьшает их. Величина трения между двумя системами нитей зависит от взаимного давления и прогиба нити h (рис. I1-9):
гдеμ — коэффициент трения; Р sin β — нормальное давление на растягиваемую нить в Г; h — прогиб нити в мм.
Ткани являются анизотропными телами, поэтому их прочность в различных направлениях неодинаковая (рис. II-10). При приложении усилий растяжения под углом к нитям основы и утка прочность ткани меньше, чем в продольном или поперечном направлении. Объясняется это прежде всего тем, что при растяжении образцов, вырезанных под углом к нитям основы и утка, зажатыми обоими тисками разрывной машины оказывается лишь часть нитей образца, расположенных на участке ABCD (рис. II-11,а). Кроме того, прочность даже этой, закрепленной обоими концами, части нитей используется не полностью, так как они располагаются под некоторым углом к действующей силе.
Прочность одной нити полоски ткани, лежащей под углом φ к действующей силе, равна:
Но кроме зажатых обоими тисками нитей в образце имеются нити на участках АДЕ и CBF, зажатые только одними тисками. Сопротивление растяжению этих нитей определяется лишь силами трения, возникающими в местах контакта нитей.
Рис. II-10. Векторная диаграмма: а — прочности; б — удлинения ткани при приложении усилий растяжения под разными углами
Предлагается следующий расчет прочности полоски ткани при ее растяжении под углом к нитям основы и утка. Количество нитей, зажатых одними тисками, определяется по формуле (рис. 11-11, а)
Количество нитей, зажатых обоими тисками, определяют по формуле:
Отсюда прочность полоски ткани при растяжении под углом к нитям основы и утка равна:
где Рφ — прочность полоски, растягиваемой под углом φ , в кГ; в — ширина полоски в мм l — зажимная длина в мм; П — плотность (число нитей) на единицу ширины полоски; Рн — прочность одной нити, в Г; а — угол изгиба нитей в плоскости, перпендикулярной плоскости ткани, в °; β.— угол изгиба нитей в плоскости полоски; Y — сила, способная вытащить или разорвать нити, зажатые только одними тисками, в кГ.
Рис. 11-11. Расположение нитей в пробных полосках ткани при их растяжении на разрывной машине под углами к действующей силе: а— 15°; б — 30°; в — 45°
Предлагаемая формула справедлива для случая, когда часть нитей испытываемой полоски зажата обоими тисками. Однако при растяжении ткани под большим углом к нитям основы и утка, например 30 или 60°, ни одна из нитей не оказывается зажатой двумя тисками (рис. 11-11, б). Поэтому прочность ткани под этими углами к нитям основы и утка, определяемая лишь тангенциальным сопротивлением нитей, значительно меньше. При растяжении равноплотной ткани под углом 45° большая часть основных нитей на участках НЕВ и DCF и уточных нитей на участках ЕВС и HFD зажата только одними тисками (рис. 11-11, в). Но, кроме того, имеются основные нити на участке HBCD и уточные — на участке HECF, совсем не зажатые тисками. Тем не менее, как мы видим на векторной диаграмме, прочность тканей под углом 45° больше. Это можно объяснить тем, что нити основы и утка имеют одинаковый угол наклона к действующей силе и, следовательно, почти в равной степени воспринимают нагрузку. Таким образом, сопротивление растяжению оказывают две системы нитей, в то время как во всех остальных направлениях углы наклона основных и уточных нитей к действующей силе различны и нагрузка воспринимается какой-то одной системой.
Источник
Семенова Ольга Николаевна,
учитель технологии ГБОУ СОШ № 348
Невского района Санкт-Петербурга
Общие механические свойства тканей.
В процессе использования основной износ одежды происходит в результате многократного действия растягивающей нагрузки, сжатия, изгиба, трения. Поэтому большое значение для сохранения вида и формы одежды и увеличения срока ее носки имеет способность ткани противостоять различным механическим воздействиям, т. е. ее механические свойства.
К механическим свойствам тканей относятся: прочность, удлинение, износостойкость, сминаемость, жесткость, драпируемость и др. Прочность ткани при растяжении — один из важнейших показателей, характеризующих ее качество. Под прочностью ткани при растяжении понимается способность ткани противостоять нагрузке.
Минимальная нагрузка, достаточная для разрыва полоски ткани определенного размера, называется разрывной нагрузкой. Разрывная нагрузка определяется путем разрыва полосок тканей на разрывной машине.
Прочность ткани при растяжении зависит от волокнистого состава тканей, толщины пряжи или нити, плотности, переплетения, характера отделки ткани. Наибольшую прочность имеют ткани из синтетических волокон. Увеличение толщины нитей и плотности ткани увеличивает прочность тканей. Применение переплетений с короткими перекрытиями также способствует росту прочности ткани. Поэтому при всех равных условиях полотняное переплетение сообщает тканям наибольшую прочность. Такие операции отделки, как валка, аппретирование, декатировка, увеличивают прочность ткани. Отбеливание, крашение приводят к некоторой потере прочности.
Износостойкостью тканей называется их способность противостоять ряду разрушающих факторов. В процессе использования одежды ткань испытывает действие света, солнца, трения, многократного растяжения, изгиба, сжатия, влаги, пота, стирки, химической чистки, температуры и др.
Характер воздействий, испытываемых тканью в процессе использования, зависит от назначения изделия и условий эксплуатации. Например, белье изнашивается от многократных стирок; при кипячении в растворах моющих средств под действием кислорода воздуха происходит окисление целлюлозы и снижение прочности волокон; механические воздействия на ткань в процессе стирки, а также действие нагретой металлической поверхности при утюжке также приводят к ослаблению ткани. Оконные гардины и занавеси теряют прочность от действия света, солнца.
Износ верхней одежды происходит преимущественно от трения. В начальной стадии истирания на многих текстильных материалах наблюдается пиллинг.
Пиллингом называется процесс образования на поверхности текстильных изделий комочков скатывающихся волокон — пиллей, возникающих на участках, испытывающих наиболее интенсивное трение, и портящих внешний вид изделия.
Большое влияние на износ оказывают действие света и многократно повторяющиеся изгиб, растяжение, сжатие. В процессе эксплуатации изделий ткань протирается в низу рукавов и брюк, на локтях, коленях, воротнике пиджака. Для увеличения срока носки изделий в низу брюк и рукавов рекомендуется нашивать капроновую ленту с бортиком, которая препятствует истиранию ткани.
Следует помнить, что нарушение режима влажно-тепловой обработки тканей — чрезмерное нагревание и длительность обработки — приводит к снижению износостойкости тканей. На участках шерстяной ткани, имеющих едва заметный опал, прочность и износостойкость ткани снижаются на 50%.
Под действием многократно повторяющихся растяжения, сжатия, кручения происходит расшатывание структуры ткани и нитей. В изделии накапливаются пластические деформации, ткани растягиваются, изделия теряют форму. Волокна постепенно выпадают, уменьшаются толщина и плотность ткани; ткань разрушается.
Драпируемость — способность ткани образовывать мягкие, округлые складки. Драпируемость зависит от массы, жесткости и мягкости ткани. Жесткость — это способность ткани сопротивляться изменению формы. Величиной, обратной жесткости, является гибкость — способность ткани легко поддаваться изменению формы. Жесткость и гибкость ткани зависят от размеров и вида волокна, толщины, крутки и структуры пряжи, строения и отделки ткани.
Искусственные кожа и замша, ткани из комплексных капроновых нитей и монокапрона, из шерсти с лавсаном, плотные ткани из крученой пряжи и ткани с большим количеством металлических нитей обладают значительной жесткостью. Хорошей драпируемостью обладают ткани из натурального шелка, шерстяные ткани креповых переплетений и мягкие пальтовые шерстяные ткани. Ткани из растительных волокон — хлопчатобумажные и особенно льняные — обладают меньшей драпнруемостью, чем шерстяные и шелковые.
Физические свойства тканей
К физическим (гигиеническим) свойствам ткани относятся гигроскопичность, воздухопроницаемость, паронепроницаемость, водонепроницаемость, намокаемость, пылеемкость, электризуемость и др.
Гигроскопичность характеризует способность ткани впитывать влагу из окружающей среды (воздуха).Воздухопроницаемость — способность пропускать воздух — зависит от волокнистого состава, плотности и отделки ткани. Хорошей воздухопроницаемостью обладают малоплотные ткани. Паропроницаемость — способность ткани пропускать водяные пары, выделяемые телом человека. Проникновение паров происходит через поры ткани, а также за счет гигроскопичности материала, впитывающего влагу из пододежного воздуха и передающего его в окружающую среду. Шерстяные ткани медленно испаряют водяные пары и лучше других регулируют температуру воздуха. Теплозащитные свойства особенно важны для тканей зимнего ассортимента. Эти свойства зависят от волокнистого состава, толщины, плотности и отделки ткани. Волокна шерсти наиболее «теплые», волокна льна «холодные». Водоупорность — это способность ткани сопротивляться просачиванию воды. Водоупорность особенно важна для тканей специального назначения (брезентов, палаток, парусины), плащевых тканей, шерстяных пальтовых и костюмных тканей. Пылеемкость — это способность тканей загрязняться. Пылеемкость зависит от волокнистого состава, плотности, отделки и характера лицевой поверхности ткани. Наибольшей пылеемкостью обладают рыхлые шерстяные ткани с начесом. Электризуемость— это способность материалов накапливать на своей поверхности статическое электричество. При соприкосновении и трении, неизбежных в процессе производства и использования текстильных материалов, на их поверхности непрерывно происходит накапливание и рассеивание электрических зарядов.
Оптические свойства тканей
Выбор модели, разработка конструкций, зрительное восприятие сминаемости, объема, размера, пропорций изделия зависят от оптических свойств тканей, т. е. от их способности количественно и качественно изменять световой поток. В зависимости от отражения, поглощения, рассеивания, пропускания светового потока проявляются такие свойства материалов, как цвет, блеск, прозрачность, белизна. Если материал полностью отражает или поглощает световой поток, то возникает ощущение ахроматического цвета (от белого до черного): при полном отражении — белый цвет, при полном поглощении — черный, при равномерном неполном поглощении — серый цвет различных оттенков.
Блеск ткани зависит от степени зеркального отражения светового потока и, следовательно, от характера поверхности ткани, строения нитей, вида переплетения и т. д. Применение переплетении с удлиненными перекрытиями (атласные, сатиновые, основные саржевые), проведение прессования, каландрования, придание лощеной, серебристой отделки, «лаке» увеличивают блеск тканей.
Прозрачность связана с ощущением проходящего через толшу ткани светового потока и зависит от волокнистого состава и строения ткани. Наибольшей прозрачностью обладают тонкие малоплотные ткани из синтетических волокон и натурального шелка.
Колорит — это соотношение всех цветов, участвующих в расцветке ткани. Сочетанием цветов различной тональности, насыщенности, светлоты можно придать тканям радостный или мрачный колорит.
Сюжетными называются рисунки, о которых можно рассказывать (портреты, картины и пр.). Сюжетные рисунки могут иметь юбилейные косынки, гобелены, скатерти, некоторые ткани и др.
Тематическими называются рисунки, которые можно характеризовать каким-то понятием (горох, полоска, клетка и др.). Беспредметными называются абстрактные рисунки. В тканях это различные цветовые пятна или. неопределенные контуры.
Технологические свойства тканей
Технологическими свойствами тканей называются свойства, которые могут проявляться на различных этапах швейного производства — в процессе раскроя, стачивания и влажно-тепловой обработки изделий. К технологическим свойствам тканей относятся: сопротивление резанию, скольжение, осыпаемость, прорубаемость, усадка, способность тканей к формованию в процессе влажно-тепловой обработки, раздвигаемость нитей в швах.
Усадка — это уменьшение размеров ткани под воздействием тепла и влаги. Усадка происходит при стирке, замачивании влажно-тепловой обработке изделий в процессе утюжки и прессования. Усадка тканей может привести к уменьшению размера изделия, к искажению формы его деталей. Если ткани верха, прокладки и подкладки дают разную усадку при мокрой химической чистке или утюжке, на изделии могут возникнуть морщинки, складки.Некоторые ткани после стирки дают усадку по основе и несколько увеличиваются в ширину, получают так называемую притяжку.
Притяжка может проявиться, например, в тканях, имеющих хлопчатобумажную основу и уток из некрученого вискозного шелка. При сутюживании, т. е. принудительной усадке ткани, происходит сокращение ее размеров на отдельных участках. Достигается такая местная усадка путем утюжки или прессования участков увлажненной шерстяной ткани, собранной в виде небольших волнистых складок. Сутюживание используют для придания изделию объемной формы.
Список использованной литературы
Н. А Савостицкий «Материаловедение швейного производства» -М.: «Академия» 2004.
Б.А Бузов Т.А. Модестова «Материаловедение швейного производства» -М.: Легпромбытиздат 1986.
Источник