4.5. Определение выносливости волокон и нитей при многократном изгибе

Цель работы. Изучение методики испытания волокон и нитей па много кратный изгиб, приборов, основных характеристик, получаемых при этом испытании, и их отличия от аналогичных характеристик, определяемых при других видах утомления.

Задание. 1. Изучить основные характеристики, получаемые при игпы тапии волокон и нитей на многократный изгиб.

2. Изучить устройство вибраторов — приборов, применяемых для много­кратного изгиба волокон и нитей, методики испытаний и влияние различимх факторов па результаты испытаний.

3. Самостоятельно выбрать значения параметров, при которых (>удут проводиться испытания. Провести испытания и обработку полученных ре­зультатов.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Волокнам и нитям при их переработке в изделия, а затем и процессе эксплуатации последних часто приходится прeтерпeвать знакопеременные деформации изгиба, вследствие чего к них возникает утомление — процесс постепенного местного нарушения структуры материала. Результат этого процесса, т. с. местное нарушение структуры материала, называется уста­лостью. Поэтому определение стойкости волокон и нитей к из­гибу является важным видом испытания среди прочих методов исследования их механических свойств. Основная особенность многократного изгиба заключается в его отличии от других усталостных испытаний, например от растяжения, при котором результат воздействия сказывается на отдельных коротких участках волокна или нити, имеющих дефекты структуры. Из­гиб же, происходящий почти всегда в участках волокна или нити с нормальной структурой, сигнализирует об изменениях в строении всего составляющего их материала (например, после химических воздействий, при сильных нагревах и других разру­шительных обработках и т. д.) *. Для определения стойкости текстильных материалов к деформациям изгиба применяют сле­дующие характеристики:

Рис. 4.18. Принципиальная схема ви­братора — прибора для многократно­го изгиба

Рис. 4.19. Схема гу­бок зажима изгибателя

Выносливость n_и — способность образца сопротивляться усталости, выражаемая числом циклов многократного изгиба, требующихся для доведения материала до разрыва;

долговечность τ_н — время от начала многократного из­гиба до момента разрушения образца. Эта характеристика свя­зана с выносливостью отношением

т_н =n_н/ω,

где ω — частота деформаций изгиба (число циклон изгибов и единицу вре­мени).

Иногда оценивается способность материала выдержать опре­деленную заданную выносливость, т. е. не разрушаться до некоторого конкретного числа циклов изгиба при определен­ных параметрах испытания.

* Вероятность того, что участок, на котором происходит заправка в изги­бающие зажимы, окажется с дефектным строением, ничтожно мала.

Чаще всего при испытании применяют метод изгиба в две стороны с одновременным растяжением, осуществляемый по схеме рис. 4.18.

Образец 1 закрепляют в зажиме 2 с губками, который при­водится в качание вокруг некоторой оси. При качании, т. е. попеременном повороте зажима 2 от исходного положения / в положение // или ///, рабочая проба, зажатая в зажиме, изги­бается так, что ее концы образуют дугу с радиусом /? (рис. 4.19), зависящим от угла ср поворота зажима. Однако на участке, при­легающем к краю губок зажима, эта дуга имеет радиус г, при­чем г <_ К. Радиус г близок к дуге, по которой очерчен конец губок зажима, но может немного отклоняться от него вслед­ствие жесткости материала рабочей пробы.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Испытания па многократный изгиб проводятся на специальных приборах — вибраторах. Для волокон наиболее распространены вибраторы 5шиз фирмы «Метримпекс» (ВНР), для нитей — вибраторы АИТН конструкции опытного завода ЦНИХБИ. Кроме того, в ряде лабораторий имеются вибраторы типа ОР 5/3 завода «Веркштофпрюфмашпнеп» (ГДР).

На нижний конец рабочей пробы во всех приборах, работающих по опи­санному выше принципу, в течение всего времени испытания прикладывается статическая нагрузка /V,.. Эта нагрузка, осуществляемая с помощью смен­ных грузиков, необходима для поддержания пробы в распрямленном состоя­нии. Кроме того, она обеспечивает прилегание пробы к губкам зажима. Вы­бор статической нагрузки Р_Ст обычно связан с величиной средней разрывной нагрузки Р при растяжении данных волокон или нитей:

P_cт = аР,

где а — коэффициент, равный 0,10—0,20 для жестких волокон и нитей и 0,25—0,30 для всех остальных.

Таким образом, испытания фактически проводятся па изгиб и растяже­ние, но значения коэффициента а принимаются такими, что обеспечивается превалирование первого.

Поскольку в данной лабораторной работе проводится исследование двух объектов — волокон и нитей, существенно различающихся по своим парамет­рам (длине, прочности), что в свою очередь требует различных приборов, ме­тодика работы и сведения о результатах испытаний даются раздельно для волокон и нитей.

Испытание на изгибателе типа Sinus волокон (или элементарных нитей). Предварительно к обоим концам волокон, выбираемых из точечной пробы партии материала, приклеивают бумажные квадратные отрезки (рис. 4.20, а). После высыхания клея препарировалы-юй иглой в бумаге пробивают отвер­стия в точках, симметрично совпадающих с продольной осью волокна. Во­локна выдерживают в стандартных климатических условиях, после чего их заправляют в зажимы прибора и испытывают

Рабочей частью прибора яв'ляется изгибающая головка 2 (рис. 4.20,6), состоящая из двух рамок, на зажимной части которых крепят изгибающие отшлифованные стальные пластины / с заданным радиусом кривизны.-

Нижняя рамка снабжена шипами 3, на которые накладывают отверстия­ми верхнюю часть бумажных квадратиков, приклеенных к волокнам, обеспе­чивая таким образом их закрепление в изгибающей головке. К нижнему умажному квадратику подвешивают грузы 4, выполняющие роль ста­тической нагрузки, растя­гивающей волокна в те­чение всего периода ис­пытания. Грузы с квадратным поперечным сече­нием отделены один от другого пластмассовыми разделителями с фартуком для предотвращения скручивания волокон.

Изгибающая головка 2 приводится электродвигателем прибора через чер­вячную передачу (на схеме не показаны) в колебательное движение, сооб­щающее волокнам двусторонний изгиб с постоянной частотой м, составляю­щей 2 Гц, на угол ср, равный ±90° (полный угол качания составляет 180°). В момент разрыва волокон грузы 4 падают и замыкают контакт звукового сигнала прибора. Выносливость (число циклов двойных изгибов) определяет­ся по разности начального н конечного показаний счетчика, связанного с из­гибающей головкой. Показания счетчика записывают по форме 4.5. Мини­мальное число наблюдений на каждый вид волокна п = 10 (общепринятая методика предусматривает число наблюдений га ^ 50).

Форма 4.5

Значение показателя для испытанных проб

Показатели							Среднее
	1	2	3	…	9	10	арифме-
							тическое

Начальное показание счет­чика

Конечное показание счетчика

Выносливость (число чнклэв изгиба до

разрыва)

Отклонение от среднего числа изгибов

Квадрат отклонения

Запись результатов испытаний должна содержать в вводной части све­дения о радиусе концов изгибающихся пластин зажима г, угле изгиба ср, ча­стоте изгибов со, величине разрывной нагрузки Р_р и величине коэффициента а, выбранного для расчета. Должны быть зафиксированы также сведения о виде волокон, их происхождении, качестве (сорте, линейной плотности, проч­ности при растяжении до разрыва).

По данным формы 4.5 вычисляют среднюю выносливость, ее коэффи­циент вариации и ошибку опыта *. Затем дается заключение об изгибостойко-сти испытанных волокон и однородности их по этому показателю.

* Если числовые значения выносливости велики, целесообразно логариф­мировать полученные результаты (формулы для вычисления коэффициента вариации и ошибки опыта см. на с. 13).

Рис. 4.21. Схема прибо­ра ОР 5/3

Испытание на изгиба-теле типа ОР 5/3 нитей (крученых, комплексных или пряжи). Для опре­деления изгибостойкости текстильных нитей чаще применяют прибор ОР 5/3, принципиальная схема которого показана на рис. 4.21.

Подготовка к испытанию проводится аналогично описанному выше толь­ко кусочки бумаги па рабочие пробы не наклеивают, а последние укладывают в бумажные рамки.

Для закрепления проб служат зажимы 4 п 16. Прибор укомплектован тремя парами зажимов и приспособлен для одновременного испытания трех рабочих проб. Верхние зажимы, оканчивающиеся парой губок 3 с радиусом изгибающихся рабочих поверхностей г = 0,2 мм, являются изгибающими оо-ганами приоора. Нижние зажимы 16 свободно перемещаются в своих опо­рах и могут быть несколько приподняты для закрепления образцов Рабочие пробы, предварительно заклеенные в бумажные рамочки соответствующего размера и выдержанные в стандартных климатических условиях, заправляют сначала в открытый верхний зажим 4, а затем в приподнятый пижчий зажим 1Ь. Проверив отсутствие перекоса при заправке пробы, закрывают нижний зажим. Затем, удерживая точечную пробу нити в распрямленном состоя­нии, закрывают верхний зажим. После этого разрезают бумажную рамку. Нитям сообщают заданную статическую нагрузку с помощью грузов 18 которые осторожно накладывают на опорный диск 19 подвески 17, связанной с нижним зажимом. При этом следует учитывать массу самой подвески вме­сте с зажимом (2Н). Предельная статическая нагрузка составляет 50 Н Далее включают электродвигатель 10, который посредством ременной пе­редачи У и шестерен приводит во вращение вал И с частотой 100 мин-' На вал // насажен кривошип 12, соединенный с шатуном 13. Верхний свобод­ный конец шатуна шарнирно сопряжен с салазками 7, движущимися прямо­линейно. С помощью кулисы 14 можно изменять положение центра враще­ния 15 шатуна с целью удлинения или сокращения возвратно-поступатель­ного хода салазок. Таким образом устанавливается угол изгиба по шкале 8 который можно регулировать в пределах 20—180°. На верхней стороне сала­зок прикреплены три пары зубчатых реек 6. Каждая пара реек находится в зацеплении с парой шестерен 5, концы валов которых выступают из корпуса прибора на лицевой стороне. На каждом конце вала шестерен находится по одному ^ерхнему зажиму. Зажимы совершают колебательное движение с п> стоянной частотой 1,7 Гц и изгибают нити на желаемый угол.

Каждая пара зажимов снабжена отдельным счетчиком 2, регистрирую­щим выносливость, т.е. число циклов двойных изгибов нити до момента ее разрыва.

При разрыве первой и второй элементарных проб нити отключают толь­ко их счетчики, а при разрушении третьей элементарной пробы кроме счет­чиков отключается также и электродвигатель. Включение и выключение счет­чиков производится с помощью электрических контактов /, которые разме­щены под грузовой подвеской 19. При разрушении нитей нижний зажим вме­сте с подвеской падает на контакт, который отключает соответствующий ему счетчик. После записи показаний счетчиков в таблицу первичных наблюдений (см. форму 4.5) счетчики регистрации выносливости приводят в пулевое поло­жение.

В заключение строят графики выносливости как функции от статической нагрузки в осях Р_ст — n, проводят вычисления и заполняют форму 4.5.

УКАЗАНИЯ ПО ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать: основные определения и излагаемые раздельно для волокон и нитей методики и параметры, принятые при испытаниях; резуль­таты, включенные в форму 4.5, а также графики зависимостей выносливости при изгибе от статических нагрузок Р_ст.