книги из ГПНТБ / Зыбин А.Ю. Двухосное растяжение материалов для верха обуви

Из этого выражения видно, что относительное удлинение за­

щины материала б и угла перегиба материала через край ша­ рикоподшипников. В свою очередь, выше (см. с. 43) установле­ на связь между углом перегиба ср, толщиной материала б и вы­ сотой подъема пуансона Н. В формуле (18) связь между Н, ср и 6 также определяется конструктивными параметрами прибора, следовательно, относительное удлинение е зависит только от вы­ соты подъема пуансона и толщины материала.

По выражениям (23) и (25) может быть также определено относительное удлинение при испытании листовых материалов шариком или сферой на любых подобных приборах. Известно, что двухосное симметричное удлинение получается при таких методах испытаний только в небольшой области сферической части образца. Для расчета относительного удлинения в этой части,материала в выражения (18), (23) и (24) должны быть поставлены параметры используемого прибора, а в расчете пер­ воначальной длины образца 10 параметр D должен быть принят равным нулю, следовательно, /0 будет равна только 25.

На рис. 17 показаны кривые зависимости между относитель­ ным удлинением материала и высотой подъема пуансонов при-

Рис. 17. Кривые для определения зависимости между относитель­ ным удлинением материала и высотой подъема пуансона прибо­ ров В3018 (1) и В3030 (2)

бора В3018 диаметром образца 175 мм (/) и прибора В3030 диаметром образца 85 мм (2). Статистическая обработка кривых растяжения, по которым проверены эти графики, показала, что удлинение материала и начало роста нагрузки на шкале разрыв­ ной машины несколько отстают от приращения высоты подъема пуансона. В приборе В3018 это отставание достигает 7,3 мм при

52

В3030 — 3 мм.

Подъем пуансона без увеличения нагрузки и удлинения ма­ териала можно объяснить тем, что материал зажимается в коль­ ца приборов без предварительного натяжения. При включении прибора материал не сразу начинает удлиняться. Сначала вы­ бираются некоторые люфты между деталями прибора, материал распрямляется, а затем он начинает воспринимать нагрузку и

53

Удлинения в различных зонах образца этих материалов могут резко отличаться. Поэтому перед испытанием образцов жела­ тельно построить контрольную кривую по данным растяжения двух-трех образцов: на плоскую часть в центре образца нане­ сти риски с соответствующей базой и при подъеме пуансона замерять удлинения. По этим данным построить новый график.

Для замера относительных удлинений можно использовать и другие известные методы. Например, в Московском технологи­ ческом институте легкой промышленности (МТИЛП) при иссле-

довании релаксации синтетических материалов для верха обуви после двухосного симметричного растяжения на приборе B3Ö18 использовали малобазовые тензометрические датчики, одновре­ менно записывая на соответствующих приборах усадку материа­ ла в требуемых направлениях.

В табл. 9 показаны характеристики приборов, используемых для получения деформированного состояния различных видов.

Г Л А В А IV

ИСПЫТАНИЯ ВОЛОКНИСТО-СЕТЧАТЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ РАСТЯЖЕНИЯ

ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ

Среди материалов, применяемых для изготовления верха обу­ ви, до сих пор основное место занимают различные кожи. Изуче­ нию химических, физических и механических свойств коней по­ священы многочисленные исследования как в С С С Р , так и за рубежом.

В современном представлении кожа имеет многоступенчатую структуру [17, 88—92]. Размеры элементов структуры кожи от­ личаются друг от друга на несколько порядков, и, естественно, что влияние каждой ступени строения на определенном уровне и взаимосвязь между уровнями по-разному отражаются на ме­ ханических свойствах кожи.

Здесь, по-вйдимому, заложена двойственность свойств этого материала. С одной стороны, коллаген определяет признаки ко­ жи как высокомолекулярного вещества: это усадка кожи при таких температурах, когда происходит сваривание коллагена [88, 93—98], релаксация ее [99, 100] и др. С другой стороны, гру­ бое переплетение волокон, заметное невооруженным глазом или хорошо видимое при небольшом увеличении, определяет свойст­ ва кожи как материала с резко выраженным волокнисто-сетча­ тым строением.

Как известно, одними из основных характеристик механичес­ ких свойств высокомолекулярных материалов являются термо­ механические кривые растяжения образцов, (обычно полимеров). Они показывают изменение механических свойств твердого тела [101 —104] при испытаниях в широком интервале температур.

На рис. 18 показаны кривые «удлинение—нагрузка» обувных материалов [105].

Из приведенных на рис. 18 кривых видно, что шевро, мосто­ вье, опоек практически не меняют своих механических характе­ ристик. Кривая же растяжения синтетического материала на во­

55

локнистой основе с покрытием смолой П В Х (см. рис. 18, г) резко меняет характер при разных температурах.

Рис. 18. Кривые «удлинение — нагрузка» кож и синтетических материалов, испытываемых при различных температурах:

Следовательно, можно сделать вывод, что несмотря на то что основой кожи является коллаген, механические свойства кожи определяются ее наивысшими ступенями развития — грубой сет­

56

чатой структурой, образованной переплетением волокон и их: пучков.

В этой же работе описывается опыт, когда слегка подсушен­ ная кожа испытывается на разрывной машине после охлажде­ ния ее в жидком азоте при температуре — 195° С. После такого охлаждения форма кривой «удлинение — нагрузка» также прак­ тически не меняется. Этот опыт еще раз подтверждает выводы,, что кожа по механическим свойствам относится к волокнисто­ сетчатым материалам, таким как войлок, трикотаж, ткани и др. Только указанные материалы имеют сходный и своеобразный характер кривых «удлинение—нагрузка», в которых рост удли­ нения сначала обгоняет рост нагрузки и кривые имеют выпук­ лость к оси удлинения, а затем с ростом нагрузки кривые не­ сколько выпрямляются.

Очевидно, такая форма кривых связана со свободной ориен­ тацией элементов волокнисто-сетчатой структуры в процессе на­ гружения. В подтверждение сказанного можно привести следую­ щее. Исследованием физико-механических свойств коллагеновых волоком доказано, что кривые «удлинение — нагрузка» имеют почти прямолинейный характер [106]. Но в коже этого нет. В ра­ боте А. А. Илюшина и И. М. Огибалова [107] показано, • что системы, построенные из элементов, имеющих линейную харак­ теристику, сами могут иметь нелинейную характеристику, чтоподтверждает вывод об основной роли грубой волокнисто-сетча­ той структуры в процессе работы кожи и может объяснить вы­ пуклость кривой в сторону оси удлинения за счет работы про­ странственной, ориентирующейся системы коллагеновых пучков и волокон.

Кроме того, В. А. Усиловым, В. А. Кутьиным и А. Н. Михай­ ловым показано, что дерма кожи образуется в результате взаим­ ного переплетения маловетвящихся пучков коллагеновых воло­ кон, имеющих концы в лицевой мембране и на нижней стороне сетчатого слоя [108, 109]. Длина разволокненных коллагеновых волокон превышает толщину кожи в 3—20 раз. Следовательно, чтобы занять место от сетчатого слоя до лицевой мембраны пу­ чок волокон должен быть несколько раз изогнут по толщинекожи, что подтверждается картиной извитости пучка в срезе ко­ жи, приводимой в этих работах.

В некоторых работах [58—59, ПО] изучаются характер свя­ зей между волокнами кожи и влияние на прочность кожи струк­ турных факторов. Как и в работе В. А. Усилова, В. А. Кутьина,. А. Н. Михайлова [109] отмечается, что волокна кожи скреплены только силами трения. Это позволяет отнести кожу к волокнис­ то-сетчатым материалам и особенно к тканям, которые не рассы­ паются только благодаря силам трения.

Интересно сравнить механические свойства кож и тканей, не- • которые из которых [79, 111] оказываются общими. Параллель

57

между некоторыми свойствами кожи и трикотажа проводится также в работах [112, 113]. В работе Н. В. Чернова [114] кожи для верха обуви анализируются как дисперсные системы; сравнива­ ются некоторые свойства, присущие этим системам, со свойства­ ми синтетической кожи и войлока.

В работе Ю . П. Зыбина и др. [115] для описания деформации кожи и тканей предлагается упрощенная механическая модель деформации сетки, по которой рассматриваются упругая и ос­ таточная составляющие деформации, а также реологические процессы в материалах. В дальнейшем эта модель использова­ лась Н. А. Щрстаковой [116]. Модель состоит из упругих и вяз­ ких элементов, образующих ромбовидную плоскую фигуру. Ли­ ния действия нагрузки совпадает с одной из диагоналей фигу­ ры. В процессе активного нагружения угол переплетения элемен­ тов уменьшается как за счет изменения конфигурации модели сетки, так и за счет деформации волокон.

Таким образом, сказанное выше позволяет сделать вывод о том, что кожу с точки зрения механических свойств надо сопо­ ставлять с волокнисто-сетчатыми неткаными и текстильными материалами.

на нетканой основе — искусственное, несколько упорядоченное переплетение; а ткань и трикотаж— строго определенное.

Из кож для испытаний были взяты выросток, юфть и шевро. Все кожи изготовлены по действующим методикам. Из второй группы была взята синтетическая кожа. Из текстильных мате­ риалов был выбран плотный трикотаж, а также обувные ткани различной сложности переплетения: кирза трехслойная, кирза двухслойная и тик-саржа, как ткань наиболее простого перепле­ тения по сравнению с предыдущими.

РАЗМЕРЫ ОБРАЗЦОВ И РАЗМЕЩЕНИЕ ИХ НА

ИССЛЕДУЕМЫХ МАТЕРИАЛАХ

Новые закономерности при изучении деформаций материа­ лов нужно изучать прежде всего на однородных деформирован­ ных состояниях или на таких малых элементах площади, в пре­ делах которых можно с достаточной точностью считать дефор­ мированное состояние однородным [117]. Установив такие зако­

58

номерности для однородного деформированного состояния и зная неравномерный характер этого состояния от точки к точке, можно понять тогда и средние свойства рассматриваемой пло­ щади.

Следовательно, однородность деформированного состояния является одним из основных усилий при выборе размеров образ­ цов, которые должны быть достаточно большими.

Кроме того, предлагаемые приборы предназначены не только для снятия характеристики натуральных материалов, но и для изучения тех изменений свойств, которые произошли после со­ ответствующего растяжения, выдержки под нагрузкой, т. е. пос­ ле имитации процесса формования (см. гл. V II) . Здесь можно отметить, что последующие изменения свойств должны изучать­ ся по результатам одноосных испытаний стандартных образцов, вырубленных из предварительно деформированных образцов.

Учитывая отмеченные выше требования, для двухосного сим­ метричного растяжения на приборе В30І8 брали круг диаметром 175 мм и зоной однородного деформированного состояния 100 мм. Эти размеры довольно значительны, что вызывает затруднения при практическом использовании. Поэтому был разработан но­ вый прибор В3030 для двухосного симметричного растяжения образца диаметром 85 мм.

Для двухосного стесненного растяжения был взят прямо­ угольник 140X224 мм. Такой же образец сшивали в кольцо при одноосном растяжении широкого образца. Кроме того, для одно­ осного растяжения используется стандартный образец с разме­ рами рабочей части 10x50 мм (для кожи) или образец 22Х X 140 мм (для тканей).

На выростке образцы размечают по системе асимметричес­ кой бахромы. Образцы для двухосного стесненного растяжения размещают вдоль и поперек хребта, для двухосного симметрич-

59

ного направление вырубания не играет роли, но на .образцах отмечается линия хребта. Раскрой желательно производить на специальных прессах резаками соответствующих размеров.

Из одной полукожи юфти для одноосного растяжения выруб­ лено 30 образцов вдоль хребта и 32 поперек, по четыре образца

разцов так, чтобы они распределялись равномерно. Синтетичес­ кая кожа, трикотаж и ткани испытывались по трем направлени­ ям: в продольном, поперечном и под углом 45°.

РЕЖИМЫ, МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

Конструкции приборов и разрывные машины позволяют ис­ пытывать материалы при любой скорости и автоматически запи­ сывать диаграммы «удлинение—нагрузка».

Однако конструкция очень чувствительного и высокоточного прибора для замера удлинений требовала остановок при нагру­ жении образцов для записи показаний, поэтому был применен прерывистый режим испытаний. Это значительно повышает точ­ ность показаний.

Был взят такой режим: образец растягивали на 1%, останав­ ливали машину на несколько секунд для снятия показаний со шкал разрывной машины и других приборов.

Скорость нагружения образца является существенным пока­ зателем при испытании любых материалов. Известно, что умень­ шение времени испытания до разрушения образца увеличивает прочность, и наоборот [2, 15, 104, 118, 119, 120]. По ГОСТ 938— 45 время до разрыва образца должно быть 10—30 с, что соот­

предложен метод определения скорости движения нижнего за­ жима динамометра РТ-250 [122, 123], проверенный затем и при испытании кож для верха обуви [124]. Однако этот метод не был применен, так как один и тот же материал при различных видах растяжения пришлось бы испытывать при различных скоростях движения нижнего зажима, а это нежелательно, потому что ос­ новная цель работы ■— сравнительное испытание материалов при различных видах растяжения. Введение еще одного переменного фактора может исказить результаты эксперимента, поэтому ско­

60

22X140 мм необходимо записывать относительное удлинение и нагрузку.

При двухосном стесненном растяжении надо записывать от­ носительное удлинение, нагрузку и показания индикатора — ог­ раничителя поперечного сокращения.

При двухосном симметричном растяжении записывают сле­ дующие данные: относительное удлинение, высоту подъема пу­ ансона над зажимами и нагрузку.

В конце испытания зарисовывается схема разрушения мате­ риала и отмечается характер этого разрушения.

Для получения кривых «удлинение— нагрузка» необходимы экспериментальные точки с координатами: удлинение, %, и удельная нагрузка, 10 Н/см (кгс/см), для поливинилхлорида — напряжение 10 Н/мм2 (кгс/мм2).

Относительное удлинение, %, при прерывистом режиме испы­ таний записывается непосредственно по показанию индикатора во время нагружения образца, поэтому остается только пересчи­ тать нагрузки.

При одноосном растяжении образца размером 140X22 мм по­ казания динамометра надо делить на ширину образца 2 ,2 см. Для двухосного стесненного растяжения при определении глав­ ной растягивающей удельной нагрузки показания динамометра

61