5.3. Порядок фазы естественной структуры ткани
Практический интерес представляет изыскание связи коэффициента отношения прогиба нити основы к прогибу нити утка с конкретными параметрами нитей и ткани.
Для этого сначала преобразуем формулы (57) и (58) с помощью подстановки следующих соотношений:
G = 0,4E ; J = 0,785ab3 ; F = πab ; K = 1,035.
После подстановки и преобразований получаем
(59)
(60)
К моменту завершения процесса минимизации уровней потенциальной энергии нитей в ткани после снятия внешней нагрузки происходит выравнивание значений сил взаимного давления основы и утка Pwp = Pwft .
Значения Pwp и Pwft. найдем из формул (59) и (60):
(61)
(62)
С учетом этого обстоятельства коэффициент отношения волн изгиба нитей в ткани естественной структуры приобретает следующее выражение
(63)
Анализ этой формулы указывает на важные обстоятельства, которые следует иметь в виду при проектировании структуры ткани: порядок фазы строения ткани Kh имеет прямую зависимость от модуля упругости Ewft уточной нити, величины большой полуоси awft поперечного эллипсовидного сечения смятой нити утка, расстояния между опорами нити основы на нити утка Lwp (зависящей от плотности ткани по основе Lwp= 200/Dwp ) и обратную зависимость от модуля упругости нити основы, размера большой полуоси нити основы и расстояния между нитями основы. Кроме этого, следует иметь в виду корректировку величины Кh значениями bwp2, bwp3, bwft2, bwft3, Lwp2 и Lwft2 .
Колосова С.
6. Плотность расположения нитей в ткани
В зависимости от назначения и необходимости потребитель использует ткань с различной плотностью расположения нитей: от марли с зазорами превышающими толщину нитей в 5÷10 раз до сверхплотных технических тканей без зазоров между нитями. В данной работе объектом исследования являются, в основном (гл. образом), плотные ткани, поэтому ниже приведены результаты анализа возможного распределения нитей в естественной структуре ткани самого связного переплетения (полотняного) в соответствии с физическими параметрами нитей.
6.1. Особенности плотной ткани
В реальной жизни общепринята однозначная интерпретация понятия «плотная ткань». На самом деле понятие «плотная ткань» включает в себя различные варианты напряженно-деформированного состояния нитей в её естественной структуре. Анализ основных причин этого явления представляет не только практический, но и научный интерес.
На степень (меру) плотности «плотной ткани» в первую очередь оказывает фактор физических свойств нитей основы и утка: природа и род волокна, крутка и толщина нитей, состояние их поверхности (гладкая, шероховатая, величина выступающих концов, рыхлость расположения волокон, величина сопротивляемости (жесткость) смятию, изгибу и трению). Следующим значимым фактором является вид переплетения нитей в ткани, который накладывает существенные ограничения на плотность и связность расположения нитей в ткани. Последним фактором, определяющим параметры «плотной ткани», является фаза структуры ткани. В совокупности все эти факторы (и другие) могут существенно, но различным образом, определять конкретные параметры «плотной ткани».
Например, «плотная ткань» при одном и том же виде переплетения и одинаковой толщине нитей может иметь малое или большое сопротивление проницаемости воздуха и воды, различную способность к смятию, драпируемости и другим свойствам. В результате образуется конкретный (определенный) уровень напряженно-деформированного состояния структуры «плотной ткани», который главным образом и определяет функциональные (потребительские) свойства ткани. Иначе: одна и та же степень напряженно-деформированного состояния нитей в естественной структуре ткани может соответствовать (коррелировать) различным параметрам и свойствам тела полотна «плотная ткань».
Не менее значимым обстоятельством является проблема обеспечения технологичности выработки плотных тканей на предприятиях. Известно, что степень технологичности данной ткани точно коррелирует напряженности условий формирования ткани. Поэтому технологи-ткачи всегда проводят экспериментальные изыскания параметров упругой системы заправки ткацкого станка, обеспечивающие минимально возможный уровень натяжения нитей основы. Следует обратить внимание: на практике нередко менее «плотную ткань» вынуждены вырабатывать с большей напряженностью (с большим заправочным натяжением нитей), чем это планировалось.
Раскрытие причин этого кажущегося парадокса и изыскание желаемого соответствия понятия «плотная ткань» минимально возможной напряженности нитей представляется полезной для практики проектирования и выработки новых структур ткани. Для этого необходимо рассмотреть возможные варианты расположения нитей в различных фазах структуры ткани.
Проф. Новиков Н.Г. [2, 3] предложил к использованию три характеристики плотности ткани: «Геометрическая плотность ткани», «Критическая плотность ткани» и «Предельный порядок фазы строения ткани».
Геометрическая плотность ткани определяется «длиной между центрами соседних нитей, выраженной в радиусах нити» [2], а критическая плотность появляется при равенстве геометрической плотности четырем радиусам нитей [3]. «С уменьшением геометрической плотности утка ниже 4r уже нельзя получить геометрически любую фазу, а для каждой имеется свой соответствующий предел», т.е «предельный порядок фазы» [3].
Далее мы будем использовать нашу трактовку основных понятий: «Нормальная плотность ткани», «Предельная плотность ткани» и «Сверхпредельная плотность ткани», представленную ниже.
«Нормальная плотность расположения нитей основы в ткани» имеет место при наличии свободного пространства между нитями основы, образуемого наличием прямолинейных участков на линии перехода уточины с одной поверхности ткани на другую. Нити утка могут располагаться в ткани с любой плотностью.
Аналогично «Нормальная плотность расположения нитей утка в ткани» имеет место при наличии свободного пространства между уточинами, образуемого наличием прямолинейных участков на линии перехода нити основы с одной поверхности ткани на другую (См. Фиг.6). Нити основы могут располагаться с нормальной и предельной плотностью.
«Нормальная плотность расположения нитей в ткани» имеет место при сочетании нормальных плотностей по основе и утку.
Под «Предельной плотностью ткани по утку» будем понимать плотность ткани при условии предельного сближении уточин без их взаимного бокового смятия (без уменьшения большой полуоси 2а эллипсовидного поперечного сечения нитей) за счет исключения прямолинейного участка в осевой линии перехода нити основы с одной поверхности ткани на другую.
Аналогично под «Предельной плотностью ткани по основе» будем понимать плотность ткани при условии предельного сближении нитей основы без их взаимного бокового смятия (без уменьшения большой полуоси 2а эллипсовидного поперечного сечения нитей) за счет исключения прямолинейного участка в осевой линии перехода уточины с одной поверхности ткани на другую.
«Предельная плотность расположения нитей в ткани» будет иметь место в случае сочетания предельных плотностей по основе и утку.
Сверхплотная ткань по утку характеризуется сближением (расположением) уточин с взаимным боковым смятием вдоль большой полуоси 2а эллипсовидного поперечного сечения в местах контакта уточин на участках перехода с одной поверхности ткани на другую. Достигнуть сверхплотную ткань по основе практически невозможно. Этому препятствует толщина пластин берда и отсутствие рабочего органа станка, уплотняющего (сближающего) нити основы в процессе формирования ткани.
Следует заметить, что при любой плотности ткани смятие нитей в направлении малой оси эллипса (2b) имеет место.
На всех иллюстрациях (фигурах) рекомендуется использовать удобную для четкого понимания линейную характеристику плотности ткани: расстояние между осевыми линиями нитей при нормальной LwpN , LwftN , предельной Lwplim , Lwftlim и сверхпредельной LwpH-lim , LwftH-lim плотности расположения нитей в ткани.
В итоге можно сделать важный для практики проектирования структуры тканей вывод:
- уток может располагаться в ткани с любой плотностью (в том числе и «сверхпредельной»),
- нити основы ограничиваются «предельной» плотностью расположения.