8. Механические свойства текстильных полотен

8.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕКСТИЛЬНЫХ ПОЛОТЕН ПРИ РАСТЯЖЕНИИ ИХ ДО РАЗРЫВА

Цель работы. Изучение методики определения и расчетов характеристик механических свойств текстильных полотен при одноосном растяжении до разрыва.

Задание. 1. Изучить разрывную машину РТ-250, методики испытания полотен на растяжение до разрыва и аппаратуру для испытания.

2. Определить характеристики механических свойств текстильных полотен при растяжении до разрыва.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

При растяжении текстильных полотен до разрыва можно опре­делять полуцикловые разрывные характеристики — разрывную нагрузку, удлинение при разрыве, работу разрыва и неразрыв­ные характеристики — жесткость, растяжимость.

Разрывная нагрузка Р_р (Н) — наибольшее усилие, вы­держиваемое пробной полоской до разрыва. Для сравнения раз­рывной нагрузки текстильных полотен разной массы пользуются удельной разрывной нагрузкой Р₀ (кН• м/кг), рассчи­тываемой по формуле

Р₀=10³Р_рМ₁^-1а_р^-1, (8.1)

где М₁ — поверхностная плотность пробной полоски, г/м²; а_р — рабочая ши­рина пробной полоски, мм.

Иногда удельную разрывную нагрузку текстильных полотен определяют с учетом массы материала разрываемой системы нитей. Тогда формула (8.1) принимает вид

Р₀₁ = Р_Р/(М₁а_рС), (8.2)

где С — доля массы нитей той системы, по направлению которой идет раз­рыв.

Доля массы нитей, сопротивляющихся растяжению, для три­котажных полотен с двумя системами нитей может быть рас­считана из соотношений

С₁ = L₁T₁/( L₁T₁ + L₂Т₂), С₂ = L₂Т₂/(L₁T₁ + L₂Т₂), (8.3)

где L₁ L₂ — длина нитей элементарных звеньев в пределах раппорта перепле­тения, мм; T_ь Т₂ — линейная плотность нитей, текс.

Для установления зависимости между прочностью текстиль­ных полотен и нитей пользуются расчетной разрывной нагрузкой структурного элемента Р_р. _э (Н) или до­лей разрывной нагрузки пробной полоски полотна, приходя­щейся на его структурный элемент (в ткани, например, на одну нить основы или утка в зависимости от направления разрыва, а в трикотаже — на один петельный столбик или петельный ряд)

Р_Р._э = кР_р/П, (8.4)

где к — отношение длины участка (ширины) полотна, применяемого при опре­делении плотности, к ширине пробной полоски; П — число нитей на 100 мм (для ткани) или число петельных столбиков (рядов) на 50 мм (для трико­тажа) той системы нитей, по которой осуществляется разрыв.

Разрывное напряжение (Па)

σ_р =P_oγ (8.5)

где Ра — относительная разрывная нагрузка; γ — плотность вещества нитей. Эта характеристика необходима для сравнения напряженно­сти структурных элементов полотен. При наличии в образце нитей с разной плотностью вещества необходимо рассчитать средневзвешенную плотность γ_с (кг/м³):

γ_с =

где С_i — доля массы нитей, сопротивляющихся растяжению; γ_i — плотность нитей, кг/м³.

Удлинение при разрыве ε_р (%)—приращение длины растягиваемой пробной полоски к моменту разрыва

ε_р = 100 (L_К - L₀)/L₀ = 100l_p/L₀. (8-6)

где L_к — конечная длина пробной полоски (к моменту разрыва); Lо — на­чальная (зажимная) длина пробной полоски; /_р — абсолютное удлинение при разрыве.

При исследовании прочностных свойств полотен представ­ляют интерес также комплексные характеристики: абсолютная работа разрыва, удельная и объемная работа разрыва.

Абсолютная работа разрыва R_Р (Дж) —работа, со­вершаемая внешними силами при растяжении пробной полоски до разрыва:

Rр = ηР_Рlр. (8-7)

где η — коэффициент полноты диаграммы растяжения.

η = S_ф/S = M_фМ, (8.8)

где S_ф — фактическая интегральная площадь под кривой растяжения (рис. 8.1—Sовс); S — интегральная площадь прямоугольника с координа­тами Pр и lр (Sолвс); М_ф, М — масса бумаги площадью соответственно S_ф и S, мг-

Удельная работа раз­рыва (Дж/г)

r_M = Rр/М_р, (8.9)

где М_р — масса рабочей части пробной полоски, г.

Объемная работа разрыва (Дж/см³)

r_V, =Rр/Vр, (8.10)

где Vр — объем рабочей части пробной полоски, см³.

Неразрывные полуцикловые характеристики жесткости по­казывают сопротивление структуры полотен изменению формы. Жесткость материала при растяжении обычно оценивают уси­лием Р, которое необходимо приложить к пробной полоске, чтобы растянуть се на величину деформации Е\. В качестве характеристик жесткости текстильных полотен используют предложенные проф. А. Н. Соловьевым начальный, текущий и текущий конечный модули жесткости.

Рис. 8.1. Диаграмма растяжения эле­ментарной пробы полотна

Начальный модуль жесткости Е\ (Па или мкПа) характеризует напряжение, которое необходимо для растяжения' пробной полоски на 1 %,

E₁ = σ_p/ε^k_Р (8.11)

где ε_р, σр — соответственно напряжение и удлинение при разрыве; k — по­казатель жесткости.

k = (1-η)/η (8-12)

где η — коэффициент полноты диаграммы растяжения, вычисляемый по фор­муле (8.8).

Текущий модуль жесткости (Па)

E_т = k E₁ ε^k-1. (8.13)

Текущий конечный модуль (Па) в момент разрыва образца

E_TK = k E₁ ε_p^k-1 (8. 141

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Для определения разрывных характеристик текстильных полотен обычно при­меняют разрывные машины с маятниковым силоизмерителем (РТ-250), а тaкже безынерционные разрывные машины с постоянной скоростью деформа­ции единичной пробы [8.1, 8.2].

Разрывная машина РТ-250 (рис. 8.2) состоит из следующих основных механизмов: электропривода, вариатора скоростей, маятникового силоизме-рнтеля, механизма выключения шкалы удлинений при разрыве пробной по­лоски, диаграммного устройства.

Электропривод включает электродвигатель 37, на валу которого и на осп 32 установлены двухступенчатые шкивы 33, 36 клиновидной ременной пере­дачи. Диск 38 фрикционного вариатора скоростей имеет контакт с другим фрикционным диском 29 вариатора. Контакт между дисками обеспечивается пружиной 31, помещенной б полой оси 32. Пружина своими концами при­креплена к рукоятке 34 и пальцу 30, укрепленному во втулке 35, которая помещена в подшипниках, ограничивающих ее осевое смещение.

При повороте рукоятки 34 изменяется давление пружины, а следова­тельно, и давление диска 38 на диск 29. Диск 29 может перемещаться вдоль своей оси 39 по скользящей шпонке. С осью 39 соединен червяк 27, имеющий зацепление с червячной шестерней 26. Шестерня 26 укреплена на втулке ци­линдрической шестерни 25, причем втулка этой шестерни свободно сидит на оси ходового винта 18. Шестерня 25 через промежуточную шестерню 24 при­водит в движение шестерню 23, укрепленную на вертикальной оси 22. На верхнем конце оси 22 размещена шестерня 20, приводящая в движение ше­стерню 19, также свободно сидящую на оси винта 18. Благодаря промежу­точной шестерне 24 шестерни 25 и 19 вращаются б разных направлениях.

Между шестернями 25 и 19 по скользящей шпонке оси винта 18 может перемещаться муфта 21. На верхнем и нижнем концах муфты 21 имеется зубчатая нарезка, которая может входить в зацепление с. такой же нарезкой на нижней стороне шестерни 19 и верхней стороне шестерни 26. В нижнем конце трубы 16 запрессована гайка 17 ходового винта 18. В верхний конец трубы 16 входит шток 13 с укрепленным на нем нижним зажимом 8. Шток 13 укреплен в трубе 16 шпилькой 14 и имеет несколько отверстий. Перестав­ляя шпильку 14 в то или иное отверстие, можно установить различные рас­стояния между зажимами.

При зацеплении муфты 21 с шестерней 19 винт /8 будет вращаться в одну сторону и гайка 17, труба 16 и шток 13 с нижним зажимом будут опу­скаться (рабочий ход), а при зацеплении муфты 21 с шестерней 26 винт 18 будет вращаться в другую сторону и нижний зажим будет подниматься (хо­лостой ход)) со скоростью, втрое большей. Управление муфтой осуществля­ется рукояткой 51, которая прикреплена к сектору 47, свободно поворачиваю­щемуся на своей оси. Сектор имеет три зарубки, в которые под действием пру­жины 48 может входить крючок 49, фиксируя сектор в трех положениях. Сектор имеет также рычаг, шарнирно связанный с поводком 53. На нижнем конце последнего укреплена вилка 28, входящая в кольцевой паз муфты 21. Поворотом рукоятки 51 на себя муфту вводят в зацепление с шестерней 26, и нижний зажим 8 опускается При повороте рукоятки от себя (по схеме вправо) нижний зажим поднимается. Среднее положение рукоятки соответ­ствует нейтральному положению муфты 21, при котором нижний зажим не­подвижен.

На поводке 53 укреплены два упорных кольца — нижнее 52 и верхнее 55, а на трубе 16 — рычаг 54. Последний имеет втулку, свободно перемещаю­щуюся вдоль поводка 53. При крайних верхнем и нижнем положениях втул­ка, нажимая снизу на кольцо 55 или сверху па кольцо 52, переводит муфту 21 в среднее положение и движение нижнего зажима прекращается.

Фрикционный вариатор дает возможность установить любую скорость опускания нижнего зажима — от 20 до 200 мм/мин. Необходимая скорость нижнего зажима достигается установкой указателя 46 с помощью рукоятки 44 на соответствующее деление круглой шкалы 45. Движение рукоятки 44 пере­дается диску 29 через вертикальный валик 42, на верхнем конце которого ук­реплена рукоятка 44, а на нижнем — шестерня 43, сцепляющаяся с зубча­тым сектором 41. На одной оси с сектором укреплен рычаг 40, конец кото­рого входит в кольцевой паз втулки фрикционного диска 29. Верхний за-жкм 3 свободно подвешен на призме малого плеча 93 маятникового силоиз-мерителя, который укреплен на оси 92.

При опускании нижнего зажима 8 пробная полоска вызывает опускание верхнего зажима, в результате чего силоизмеритель отклоняется. При этом упор 5 будет перемещать зубчатую рейку 61, свободно лежащую на каточ-ках 60 и 53. Шестерня 75 поворачивается, а укрепленная на одной оси с ней

ведущая стрелка 77 перемещает указатель 78. Грузики 50 и 82, подвешенные на шнуре и перекинутые через блочки 70 и 76, поднимаются. При возвраще­нии маятникового силоизмерителя в начальное положение грузики 50 и 82 опускаются, блочки 70 и 76 поворачиваются и ведущая стрелка 77 возвра­щается в исходное положение.

Грузовая шкала 84 имеет два пояса: от 0 до 50 кгс с -ценой деления 0,2 кгс и от 0 до 250 кгс с пеной деления 0,5 кгс. Для работы с поясом 0—• 250 кгс на силоизмеритель 4 навешивают грузы 6 и 15, а для работы ,со шка­лой 0—50 кгс груз 15, снимают, а груз 6 оставляют.

Па разрывной машине имеется масляный тормоз (амортизатор). Он ра­ботает следующим образом. При повороте силоизмерителя 4 в цилиндре 69 с. маслом движение через шток 67, шарнирно соединенный с большим пле­чом 87 силоизмерителя, передается поршню 71, и он начинает перемещаться в цилиндре. При этом масло проходит сквозь отверстия в поршне. При воз­вращении силоизмерителя в исходное положение поршень 71 опускается, дав­ление масла под поршнем увеличивается и обратный клапан 72, поднимаясь, перекрывает отверстия в поршне. Масло постепенно переходит из нижней ча­сти цилиндра в верхнюю через отводную трубку 85, обеспечивая плавное опу­скание силоизмерителя.

В зависимости от выбранного пояса шкалы нагрузок рукоятку 73 пово­рачивают до совпадения с указателем, укрепленным па цилиндре и помечен­ным цифрами 50 или 250. Поворот рукоятки вызывает уменьшение или уве­личение сечения масляной струи, выходящей из цилиндра.

Шкала удлинений 2 расположена на тяге 62, в нижней части которой винтом 59 укреплен захват 58. На этот захват может действовать крючок 7, укрепленный на оси 57, которая свободно поворачивается в своем подшип­нике, размещенном на полке нижнего зажима. На другом конце оси 57 укреплен рычаг 56, конец которого шарнирно соединен с якорем 9 электро­магнита 12. Обратный клапан 72 соединен с толкателем 86, который при пере­мещении клапана в верхнее положение также переместится и замкнет пружин­ный контакт электрической цепи электромагнита 12. Тогда якорь 9 будет втя­нут в соленоид электромагнита, повернувшийся крючок 7 (по схеме направо) отойдет от захвата 58 и шкала удлинений 2 с делениями 65 остановится.

Указатель удлинений 68 подвешен на тяге 64 к правому плечу коромысла 88 и уравновешивается грузиком 68 на левом плече коромысла. Коромысло подвешено к левому плечу двуплечего рычажка 89, который может повора­чиваться на неподвижной оси 90. При опускании верхнего зажима палец 9 силоизмерителя воздействует на правое плечо рычажка 89, вследствие чего указатель 63 опускается на такую же величину, что и верхний зажим, по­этому показываемое на шкале удлинение не искажается.

Диаграммный прибор устроен следующим образом. Ось барабана 81, на котором помещается бумага, может свободно поворачиваться в подшипниках. Барабан приводится в движение шнуром 74. Шнур, присоединенный к тяге 62 и огибающий ролики 70 и 80, постоянно натянут грузиком 50. Таким об­разом шнур получает движение от нижнего зажима. При опускании верхнего зажима 3 уменьшается перемещение шнура, так как поворот пальца 91 дает возможность повернуться двуплечему рычажку 66 и опуститься ролику 70, который свободно подвешен к левому плечу этого рычажка. Разность переме­щений обоих зажимов при испытании пробной полоски равна удлинению этой полоски. Угол поворота барабана будет соответствовать перемещению точки па диаграммной бумаге (начало осей координат), равному удлинению проб­ной полоски. Перо 79 записывает кривую растяжения пробной полоски.

На разрывной машине имеется также приспособление для сообщения пробной полоске предварительного натяжения (на рисунке показаны рыча­жок 11 с грузиком 10 этого приспособления). При заправке элементарной пробы верхний зажим 3 фиксируется в неподвижном состоянии поворотом рукоятки /. После заправки пробы рукоятку / поворачивают в обратном направлении, и зажим освобождается.

При определении характеристик механических свойств текстильных поло­тен при растяжении до разрыва регламентируются такие параметры, как зажимная длина и ширина пробных полосок, предваритель­ное натяжение и число пробных полосок.

Зажимная длина и ширина пробных полосок обычно рав­ны соответственно 100 и 50 мм. В случае арбитражных ис­пытаний тканей (кроме шерстяных) зажимную длину увеличи­вают до 200 мм, а при испытании тканей из стекловолокон ширину полоски уменьшают до 25 мм. ГОСТ 3813—12 (Ст. СЭВ 2675—80) допускаются испытания тканей с рабо­чими размерами пробной полоски 50 X 25 мм. Для трикотажных полотен рекомендуется проводить испытания на проб­ных полосках профильной формы (рис. 8.3) с рабочими размерами 50X25 мм. Такая форма обеспечивает разрыв образца в средней рабочей части, что поз­воляет более точно определить разрывную нагрузку и другие характеристики. Предварительное натяжение пробных полосок для тканей в зависимости от их ширины составляет 5 Н (ширина 50 мм) или 2,5 Н (ширина 25 мм). Для тканей из нитей линейной плотности 10 текс предварительное натяжение полосок следует устанавливать равным 1 Н.

Рекомендуемое предварительное натяжение пробных полосок трикотаж­ных полотен: 0,25 II — по длине и 0,15 II — по ширине (при ширине проб­ных полосок 50 мм). При испытании образцов профильной формы предвари­тельное натяжение должно быть равно 0,05—0,1 П.

Число пробных полосок при испытании тканей по основе и по утку — со­ответственно 3 и 4, при испытании трикотажных полотен — 5.

Рис. 8.3. Схема пробной полоски профильной формы

УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ РАБОТЫ

Работу целесообразно выполнять бригадным методом, используя образцы разных по структуре и свойствам полотен. Испытания проводят по методи­кам, приведенным в основных сведениях. Экспериментальные и расчетные зна­чения характеристик сводят в таблицу (форма 8.1), после чего проводят анализ полученных результатов.

УКАЗАНИЯ ПО ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать: методику определения полуцикловых характери­стик механических свойств текстильных полотен при растяжении; условия и результаты испытаний; расчеты (формы 8.1, 8.2); диаграммы растяжения об разцов и сводную (совмещенную) диаграмму растяжения всех испытанных образцов; результаты анализа показателей сводных характеристик.

Форма 8.1

Вид полотна	Поверх­ностная плот­ность, г/мэ	Плотность (число нитей на 100 мм)		Линейная плотность нитей, текс		Плотность вещества нитей, г/см'1
		по основе	по утку	основы	утка	основы	утка

Условия испытаний

Направление растяжения (по основе, по утку)

Тип разрывной машины

Цена одного деления, кгс

Зажимная длина полоски, мм

Ширина полоски, мм

Предварительное натяжение, Н

Скорость перемещения нижнего зажима, мм/мин

Температура воздуха, °С

Относительная влажность воздуха, %

			Значения характеристик
Характеристика	Обоз­наче-	Единица измере-	для полотен
	ние	ния
Разрывная нагрузка
абсолютная Рр Н
удельная Р0 кН • м/кг
Разрывное напряжение σР Па Разрывное удлинение абсолютное lр мм относительное ер % Коэффициент полноты η - диаграммы растяжения Масса рабочей части полоски Мр г Работа разрыва абсолютная Rр Дж удельная rM Дж/г Начальный модуль Е1 Па Текущий конечный модуль Етк Па