Лабораторная работа 5 Определение полуцикловых характеристик при разрыве одиночных и швейных нитей

Цель работы: изучение устройства разрывной машины и методов испытания одиночных нитей на разрыв.

Приборы и материалы: разрывная машины РМ-30, торсионные весы, образцы нитей и швейных ниток.

Задание:

1. Изучить устройство разрывной машины РМ-30 и методи-

ку испытания нитей.

2. Провести испытания и статистическую обработку результатов испытания.

Общие сведения

Под механическими свойствами нитей и швейных ниток, как и любых тел, понимают такие, которые определяют их отношение к действию различно приложенных к ним сил.

Механические свойства нитей во многом обуславливают механические свойства текстильных изделий и продолжительность их эксплуатации: от механических свойств швейных ниток зависит прочность ниточных соединений деталей одежды, параметры работы швейных машин, их производительность и т.д. Из многочисленных показателей механических свойств нитей и ниток наиболее важными являются следующие характеристики, определяемые при растяжении.

По классификации, предложенной проф. Г.Н. Кукиным, испытания на растяжение подразделяются на полуцикловые, одноцикловые (при однократном растяжении нитей под нагрузками или деформациями меньше разрывных), многоцикловые при многократных деформациях растяжения.

В соответствии с требованиями стандартов в швейной промышленности производится оценка свойств нитей по их разрывным (прочностным) характеристикам двумя методами: разрывом одиночных нитей и разрывом пасм.

Разрыв одиночных нитей производится при оценке механических свойств всех видов швейных ниток и хлопчатобумажной пряжи. При оценке механических свойств хлопчатобумажной пряжи наряду с разрывом одиночных нитей используется разрыв пасм.

К характеристикам, определяемым при полуцикловом растяжении, относятся следующие.

Разрывное усилие Р_р (Н) – наибольшее усилие, выдер-живаемое пробой до разрыва.

Абсолютное разрывное удлинение L_р (мм) – это приращение длины пробы к моменту разрыва:

L_p = L₁ – L₀ , (1)

где L₁ – длина пробы в момент разрыва, м;

L₀ – начальная длина пробы, м.

Относительное удлинение при разрыве _р (%) – это отношение приращения длины пробы в момент разрыва к начальной длине:

. (2)

Удельное усилие при разрыве или относительная разрывная нагрузка характеризует разрывную нагрузку, приходящуюся на единицу толщины:

, гс/текс или сН/текс. (3)

Наиболее полной разрывной характеристикой нитей является диаграмма растяжения в осях координат нагрузка-удлинение (рисунок 1).

По такой диаграмме можно определить значение удлинения нити при усилиях, которые меньше разрывных. Пользуясь диаграммой растяжения, можно установить работу разрыва R. Абсолютная работа разрыва R_p, Дж (1Дж = 1Нм) – работа, совершаемая внешними силами и направленная на преодоление трения между волокнами и разрушение энергии связей частиц волокнообразующего полимера.

Рисунок 1- Диаграмма растяжения нитей в осях координат

нагрузка-удлинение

Абсолютная работа разрыва определяется площадью, ограниченной кривой растяжения и осью абсцисс:

. ( 5 )

Практически работу разрыва пробы определяют путем измерения этой площади на диаграммной бумаге с помощью планиметра.

Отношение фактической интегральной площади по кривой растяжения к интегральной площади прямоугольника с координатами Р_р и l_p дает возможность установить коэффициент полноты диаграммы . Он всегда меньше 1. Коэффициент  можно определить также как отношение массы бумаги m_ОАВ площадью S_ОАВ под кривой диаграммы растяжения к массе бумаги m_ОСАВ площадью S_ОСАВ:

. ( 6 )

Необходимо заметить, что диаграммное записывающее устройство имеют только специальные машины, предназначенные для проведения научных исследований.

Важной характеристикой, определяющей способность нитей сопротивляться внешним воздействиям, является модель упругости, или начальный модель жесткости Е_н, даН/мм² (Па). Модуль упругости характеризуется величиной напряжения, возникающего в волокнообразующем полимере при деформации нити на 1-3% в результате растяжения.

Для получения указанных выше характеристик используют разрывные машины. Полуцикловые характеристики текстильных нитей определяют следующими способами: разрывом одиночных нитей, разрывом пасм и очень редко – пучков.

Для испытания одиночных нитей и швейных ниток применяются отечественные маятниковые разрывные машины РМ-3-1, РМ-30-1, РП-100. Из зарубежных машин используются разрывные машины «Устер» фирмы «Цельвегер» и «Танзимат-2» (Швейцария), «Инстрон» (США), ZT-4, ZT-10, ZT-40 (ФРГ).

На рисунке 2 приведена кинематическая схема маятниковой разрывной машины РМ-3-1, которая позволяет определять усилия при разрыве от 0 до 3000сН. Машина имеет три рабочих диапазона измерения: 0-500 сН с ценой деления 2 сН; 0-1000 сН с ценой деления 5 сН; 0-3000 сН с ценой деления 10 сН. Допустимая погрешность показаний силоизмерителя, определяемая непосредственным нагружением, в пределах рабочего диапазона каждого пояса шкалы составляет 1% измеряемой силы. Погрешность наименьшего деления шкалы удлинения 1 мм. Расстояние между зажимами от 0 до 500 с интервалом 50 мм. Максимальный ход нижнего зажима 350 мм. Скорость опускания нижнего зажима можно варьировать от 80 до 800 мм/мин.

Машина РМ-3-1 имеет следующие основные узлы: маятниковый силоизмеритель 13, верхний зажим 12, нижний зажим 2, механизм привода, состоящий из электродвигателя 1 и редуктора 19. Маятник силоизмерителя 13 установлен на оси в двух шарикоподшипниках. Положение маятника в момент разрыва испытуемой нити фиксируется собачками 8, сцепляющимися с рейкой 9, укрепленной на маятнике. Круговая шкала удлинения 5 установлена на втулке оси маятника. Движение от нижнего зажима 2 к шкале удлинения 5 передается с помощью рейки 11, сцепляющейся с цилиндрическим зубчатым колесом 6, и тяги рейки 14, жестко соединенной со шкалой удли-

Рисунок 2 - Принципиальная кинематическая схема разрывной машины РМ-3-1

нения 5. Показания по шкале удлинения отсчитываются указателем 4, укрепленным на штанге маятника 13. Верхний зажим 12 подвешен на цепи к маятнику. Нитенаправители, установленные на машине, дают возможность удобно заправлять нить в губки зажима. После заправки нити в верхний зажим ее закрепляют в нижнем зажиме 2, на котором установлено устройство для предварительного натяжения нити. Привод, состоящий из электродвигателя 1 и редуктора 19, размещен в нижней части машины.

Для силоизмерения применен маятник, представляющий собой рычаг первого рода. Ось маятника является опорной точкой рычага. К обоим плечам маятника приложены силы. Со стороны верхнего зажима приложена сила натяжения нити, со стороны стрелки маятника - сила, создаваемая массой груза и штангой маятника 13. С ростом натяжения испытуемой нити увеличивается угол поворота маятника, изменение которого фиксируется по шкале 15 нагрузок. При разрыве пробы собачка 8 фиксирует положение маятника, регистрирующего значения разрывной нагрузки с помощью указателя 3.

Натяжение нити осуществляется с помощью электродвигателя 1, редуктора 19 и винта 17. Вращение винта 17, по которому передвигается гайка 18, связано с нижним зажимом 2 и штангой 16. Нижний зажим с помощью тяги 17 связан с рейкой 11, которая через зубчатое колесо 6 приводит в движение шкалу удлинения 5. В момент разрыва нити маятник стремится опуститься и через рейку 9 толкает собачку 8, которая нажимает на контакты 7, размыкая электрическую цепь; машина останавливается, фиксируя удлинение. Включение и выключение машины осуществляется кнопками «Вверх», «Вниз», «Стоп».

Сопротивление нити разрывающим усилиям определяется структурой и свойствами составляющих их волокон: молекулярной и надмолекулярной структурой высокополимеров, прочностью связей в молекулярных цепях и между ними, формой и длиной молекул, их распрямленностью и ориентацией относительно оси волокна, а также структурой самих нитей.

Прочность и удлинение комплексных нитей зависят в основном от механических свойств составляющих их элементарных нитей. Однако, если элементарные нити неодинаково распрямлены и ориентированы, обладают различной прочностью и удлинением, на отдельных участках нитей возникают перенапряжения, происходит ступенчатый разрыв, что значительно снижает прочность нитей.

В пряже волокна ограниченной длины удерживаются трением, поэтому прочность пряжи зависит не только от механических свойств и равномерности волокон, но и от характера их поверхности, формы и длины, ориентированности и распрямленности, закрепленности волокон в пряже круткой. При обрыве пряжи только часть волокон участвует в разрыве, остальные же растаскиваются. Степень использования прочности волокон в кардной пряже около 40-50 %, в аппаратной 20-30 %. Этим в значительной степени объясняется большая прочность комплексных нитей, чем пряжи. Показатели разрывных характеристик пряжи и нитей (по данным Ф.Х. Садыковой) приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сырьё	Относительная разрывная нагрузка, сН/текс	Разрывное удлинение, %
Пряжа хлопчатобумажная льняная
	10-16	6,5
	15-20	2
Пряжа шерстяная аппаратная шерстяная гребенная вискозная
	3-3,5	8
	5-7	7
	8-10	10
Комплексные нити шелк-сырец вискозные ацетатные капроновые
	30-35	18
	15-18	18
	14-15	20
	38-45	25
Текстурированные нити эластик (капроновый) мэрон (капроновый)
	9-16	170-290
	30-32	80

При статистической обработке результатов испытания определяются следующие показатели.

Среднее арифметическое:

, (7)

где Х_i - отдельные результаты измерения;

n - число испытаний.

Среднее квадратическое отклонение:

S = . (8)

Коэффициент вариации – это отношение среднего квад-ратического отклонения к средней величине, выраженное в %:

С = . (9)

Методика выполнения работы

1. Ознакомиться с принципом работы и устройством разрывной машины РМ-3-1.

2. Провести испытание на разрывной машине.

Перед испытанием на машине устанавливают зажимное расстояние. ГОСТ 6611.2-73 предусматривает зажимное расстояние 500, 200, 250 мм и скорость опускания нижнего зажима. Для пряжи растяжение длится 101 с. Скорость опускания нижнего зажима проверяют секундомером и линейкой.

Скорость опускания нижнего зажима разрывной машины, мм/мин, определяют по формуле:

V_н = 60S_н/t, (10)

где S_н – путь нижнего зажима, мм;

t - время растяжения пробы до разрыва, с.

Путь нижнего зажима

S_н = S_в + l, (11)

где S_в - путь верхнего зажима, т.е. расстояние, на которое опускается верхний зажим до разрыва нити, мм;

l - удлинение нити, мм.

Кроме того, необходимо проверить надежность сцепления собачек 8 с рейкой 9 и работу механизма подъема собачек.

Нити, выдержанные в нормальных климатических условиях (ГОСТ 10681-75), надевают на веретено или специальное приспособление. Предварительно с каждой паковки отматывают и удаляют до 10 м нитей, а между испытаниями – (1-3) м. Нельзя прикасаться руками к рабочему участку нити в процессе заправки.

Сматываемые нити продевают последовательно через нитенаправители и заправляют в зажимы разрывной машины. Усилие предварительного натяжения выбирают по данным, приведенным ниже (ГОСТ 6611.2-73) в таблице 2.

Таблица 2

Номинальная линейная плотность нити, текс	Усилие предварительного натяжения, сН
1	2
До 3 включительно	1
Свыше 3 по 5 включительно	2
Свыше 5 по 14 включительно	5
Свыше 14 по 30 включительно	10
Свыше 30 по 50 включительно	20
Свыше 80 по 120 включительно	50
Свыше 120 по 180 включительно	80
Свыше 180 по 300 включительно	100

Окончание таблицы 2

1	2
Свыше 300 по 500 включительно	200

Допускается применение прокладок толщиной 1 мм в зажимах или специальных зажимах, способствующих ликвидации перекусывания нитей. Испытание считается проведенным правильно, если разрыв нити проиходит на расстоянии 5 мм от зажима. После разрыва нити результаты испытаний заносят в таблицу 3.

Вырезанную между зажимами пробу взвешивают на торсионных весах и результат взвешивания заносят в таблицу 3.

Все остальные показатели определяют по вышеприведенным формулам. По формулам (7-9) проводят статистическую обработку результатов испытания.

В отчете необходимо кратко описать принцип работы разрывной машины и дать ее схему.

Дать определение основных терминов, результаты испытания и расчет характеристик.

Таблица 3 – Результаты работы

Вид нити	Номер испы-тания	Рр, сН	lр, мм	р, %	m масса пробы, г	Линейная плот-ность нити, текс	Коэф. вариа-ции (по Рр), %	Удель-ное разрв-ное усилие, сН/текс

Вопросы для самоконтроля

1. Какие показатели полуцикловых разрывных характерис-тик нитей при растяжении вы знаете? Какова их роль в оценке качества материалов?

2. Каково устройство разрывных маятниковых машин?

3. В чем заключается методика проведения испытаний ни-тей и швейных ниток?