книги из ГПНТБ / Склянников В.П. Оптимизация строения и механических свойств тканей из химических волокон

результаты, когда величина постоянного удлинения составляет определенную долк> от разрывного. Метод определения составных частей деформации по гистерезисным петлям, применяемый многи­ ми зарубежными исследователями, не обеспечивает объективности получаемых результатов.

А. И. Кобляков показал, что обратный релаксационный процесс может быть резко ускорен и закончен в течение 1—2 ч путем обра­ ботки тканей в средах, вызывающих набухание волоком.

При описании процесса растяжения и релаксации А. И. Кобля­ ков применяет трехэлсментную модель Кельвина—Фойгта—Мей­ ера, первый элемент которой соответствует начальной фазе релак­

с дробными показателями степени времени. Для расчета парамет­ ров уравнений А. И. Кобляков применяет графо-аналитический метод, разработанный Ф, Винклером для расчета деформации ни­ тей. Ф. Винклер предлагает метод определения эластичности тек­ стильных материалов, основанный на постоянстве усилий не только при однократном, но и многократном нагружении.

Б. Олоффсон [74] рассматривает ткань в виде реологической модели, объединяющей элементы эластичности, вязкости, пластич­ ности и трения. Особое значение в данном случае имеет включение трения в число указанных элементов, величина которого зависит от уплотненности ткани и оказывает влияние на восстановление формы и размеров при растяжении, сгибании, смятии.

П. Гросберг и К. Кедиа установили, что начальные модули ткани при растяжении зависят не только от модуля изгиба пряжи и геометрии ткани, но и от их истории. Указанное имеет большое значение для изучения одноцикловых характеристик.

Некоторые авторы отмечают, что восстановление ткани после изгиба (смятия) хорошо коррелирует с данными о восстановлении длины после растяжения, причем эта корреляция имеет более вы­ сокое значение при растяжении на Зч-5%, чем на 1%.

Т. Эег-Олофссон анализирует поведение при изгибе тканей раз­ личных переплетений (типа рогожки с различной длиной и шири­ ной ячейки). Он показывает, что для переплетений всех видов зависимость коэффициента восстановления после изгиба от лога­ рифма времени изгиба с радиусами 1, 2 и 3 мм имеет прямоли­ нейный характер.

Подробный анализ напряжений волокон, возникающих при из­ гибе тканей из комплексных нитей, выполнен В. Гамбургером и М. Платтом. В данной работе допускается идеализированное пред­ ставление о форме и структуре нитей в тканях (поперечное сече­ ние— круг, волокна расположены 'симметричными концентриче­ скими кругами). Несмотря на указанные допущения, авторы показали роль уплотнения, соотношения диаметров волокон и ра­ диусов их изгибов на величину возникающих напряжений при де­ формации.

120

Дж. Красный и др. показали, что при увеличении длины пере­ крытия и уменьшении коэффициента заполнения величина восста­ новления ткаии после изгиба и смятия увеличивается, что они объясняют меньшим сопротивлением деформации и меньшим зна­ чением внутреннего трения, которое преодолевается при восста­ новлении формы волокна.

В наших работах показана связь между восстановлением тка­ ней после смятия и сопротивлением деформации изгиба. При уве­ личении сопротивления деформации изгиба тканей одинакового волокнистого состава наблюдается понижение величины их вос­ становления после изгиба.

И. С. Морозова и Л. Н. Фичурова отмечают влияние смеще­ ния— скольжения волокон и их напряжений, возникающих при деформации на одноцикловые характеристики тканей при их из­ гибе. Авторы отмечают, что в большинстве случаев наиболее сми­ наемой системой является основа, так как она более напряжена

идеформирована в процессе выработки тканей.

П.Гросберг [75] детально исследовал изгиб тканей, показал стадии, которые проходит волокно при деформировании тканей,

различия в напряжениях волокон в зависимости от положения в тканях. Он считает, что наличие гистерезиса деформационных кривых тканей является следствием внутреннего трения.

Ф. Луней и К. Ганди при изучении смешанных тканей из да­ крона и шерсти полотняного и саржевого переплетений показали, что морщинистость (измятость), оцениваемая по эталонам, с уве­ личением длины перекрытий уменьшается. Эта зависимость ха­ рактерна для тканей со всеми изученными в работе соотноше­ ниями шерсти и дакрона.

Некоторые авторы отмечают большое влияние на степень вос­ становления тканей не только изменений упруго-эластических свойств волокон, но и изменений подвижности волокон и пряжи

вткани.

Н.В. Васильчикова установила, что наименьшей эластич­

ностью при одинаковых условиях обладают ткани полотняного переплетения, а наибольшей — ткани с переплетением рогожка.

Аналогичные данные были нами получены ранее при испыта­ нии способности тканей восстанавливаться после смятия.

Указанные различия находят объяснения с точки зрения влия­ ния величины деформации, возникающей при изгибе тканей раз­ личных переплетений, или объясняются различием в степени за­ крепления нитей в тканях: при более прочном закреплении нитей (полотняное переплетение) наблюдается затруднение при восста­ новлении первоначальных размеров.

Ни в одной из рассмотренных работ не учитывается возмож­ ность влияния на упруго-эластические свойства тканей изменений этих свойств волокна, что может являться следствием различий

вих напряжениях при заработке в ткани различного строения. Значительно меньшее число работ посвящено изучению релак­

сации напряжения при постоянной деформации нитей и тканей.

121

Г. Л. Слонимским, В. И. Павловым и А. А. Аскадским приме­ нен графо-аналитический способ описания релаксации напряже­ ния при постоянной деформации с использованием уравнений типа Кольрауша.

А. М. Сталевич и др. пришли к выводу о возможности описа­ ния процесса релаксации напряжения в синтетических нитях про­ стым уравнением:'

где ас — начальное напряжение ко времени ф;

С— экспериментальный коэффициент с интервалом времени 0,14-1000 мин.

Н.Д. Алымеикова и Т. А. Модестова [49] отмечают, что во время носки изделий ткани не менее часто подвержены воздей­ ствию постоянных деформаций, чем постоянных нагрузок. Иссле­ дование релаксации усилий при величине деформации в пределах до 50% от разрывного значения показало, что указанный процесс

сдостаточной точностью может быть характеризован уравнением:

В. Милашюс, А. В. Матуконис и др., изучая явление обратной релаксации напряжения (астрингация напряжения) тканей, полу­ чили данные, свидетельствующие о зависимости указанной харак­ теристики от строения тканей. При увеличении плотности по утку и связности переплетения обратно релаксирующееся напряжение все более отличается от напряжения групп нитей. Это подтверж­ дает, что с уплотнением тканей значение предварительно имею­ щихся напряжений нитей основы и утка возрастает.

Рассмотренное в данной главе показывает, что к настоящему времени многие вопросы, связанные с релаксационными процес­ сами в текстильных материалах, хорошо изучены. Разработаны модели и предложены уравнения, описывающие весь процесс ре­ лаксации как напряжения, так и деформации во времени. Боль­ шинство авторов отдает предпочтение изучению релаксации де­ формации, что позволяет быстрее и точнее характеризовать по­ ведение текстильных материалов в носке.

Значительно более полно изучены одноцикловые характери­ стики волокон и нитей, чем тканей. Изучение одноцикловых харак­ теристик тканей сводилось в основном к установлению' оптималь­ ных параметров испытаний и приведению отдельных примеров влияния переплетений, плотности, волокнистого состава, отделки. Имеющиеся экспериментальные данные о влиянии строения на рассматриваемые характеристики касаются главным образом тка­ ней из натуральных волокон, выработанных главными/переплете­ ниями. Не установлены достаточно общие закономерности влия-

122

имя на одноцпкловые характеристики отдельных факторов строе­

ния и обобщающих показателей, характеризующих уплотненность тканей.

Отмеченное показывает необходимость исследований в обла­ сти влияния строения тканей па их одноцикловые характеристики. Особо актуальным является изучение влияния строения па одно­ цпкловые характеристики тканей из различных видов химических волокон.

ОДНОЦИКЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТКАНЕЙ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ

Одноцпкловые характеристики тканей при растяжении изуча­ лись нами в соответствии с методикой, разработанной Г. Н. Куки­ ным и А. И. Кобляковым.

Выбор указанной методики вытекает из рассмотренного выше. Испытания проводили на релаксометре для тканей. Зажимная длина образцов составляла 200 мм, время нагружения 60 мин, время релаксации деформации 120 мни, величина нагрузки — 25% от ее разрывного значения. Величины деформации регистри­ ровали через 5 с, 1, 5, 10, 20, 30, 60, 120 мин (последнее при от­ дыхе) .

Учитывая показанную ранее зависимость упруго-эластических свойств тканей от времени, прошедшего после выработки или влажно-тепловой обработки, испытания проводили через одинако­ вый и длительный срок после изготовления тканей, что создавало одинаковые естественные условия для перехода их в условноравновесное состояние. Других мер для перевода тканей в ука­ занное состояние не требовалось, так как их предыстория была известна и одинакова.

Влияние переплетения

Влияние переплетения на одноцикловые характеристики изу­ чали на рассмотренных выше тканях из вискозного и полиэфир­ ного волокон.

Ткани из вискозного волокна. Результаты определения одно­ цикловых характеристик этих тканей при деформации их вдоль основы приведены в табл. 33.

Из табл. 33 и рис. 44 и 45 следует, что развитие деформации при приложении нагрузки с течением времени в тканях с различ­ ными значениями коэффициента уплотненности переплетения про­ исходит неодинаково. Основное различие в развитии деформации рассматриваемых тканей состоит в величине деформации, возни­ кающей сразу при приложении нагрузки. Закономерность разви­ тия деформации с течением времени у изучаемых тканей является весьма близкой. В целом величина деформации тканей зависит от коэффициента уплотненности переплетения и имеет некоторый ми­ нимум при С=0,6ч-0,7. Величина деформации тканей при 0 0 , 7 оказывается больше ее минимального значения вследствие боль­ шего значения избыточной длины основы у этих тканей. Наиболь­

123

шую деформацию имеют ткани с С = 1,0 (полотняное переплете­ ние). При С<0,6 также наблюдается увеличение деформации, однако природа этого увеличения иная. Увеличение деформации при низких коэффициентах уплотненности переплетения связано со смещением волокон в пряже.

Под влиянием коэффициента уплотненности изменяются абсо­ лютные значения как общей деформации, так и ее составляющих.

Относительные отклонения расчетных данных (по формуле 191) от экспериментальных составляют: средние — 3,5%, предельные — 9,3%.

Из рис. 45 следует, что зависимость эластической деформации от логарифма времени нагружения или отдыха имеет прямоли­ нейный характер при высоких значениях коэффициента корреля­ ции (0,91—0,99).

Зависимость деформации, развившейся в зависимости от вре­

124

Т а б л и ц а 33

Результаты определения одноцикловых характеристик тканей из вискозного волокна (по основе)

Зависимость эластической деформации в зависимости от вре­ мени отдыха Т0 выражается уравнением (при Го= 5-1-7200 с):

Значения коэффициентов а и b в формулах (192) и (193) зависят от коэффициента уплотненности переплетения и приведены в табл. 34.

V

125

Полученные данные позволяют определять оптимальное значе­ ние коэффициента уплотненности переплетения по критерию мак­ симума величины восстановления формы и размеров ткани после деформации растяжения по основе.

В табл. 35 приведены одноцикловые характеристики вискозных

Из рассмотренного следует, что одноцикловые характеристики вискозных тканей по утку изменяются под воздействием коэффи­ циента уплотненности (напряженности) переплетения в значи-

г

8, мм

126

Т а б л и ц а 36

Одноцикловые характеристики полиэфирных тканей при растяжении по основе

127

тельно меньшей степени, чем по основе. Наличие практически по­ стоянного значения условно-обратимой деформации по утку при больших различиях в величине деформации при нагружении под­

корреляции зависимости еэ от Igfo близки к единице. Экстраполя­ ция указанных прямых показывает, что время полной релаксации

(напряженности) переплетения в цикле «нагрузка — разгрузка — отдых» в полулогарифмических координатах

деформации вискозных тканей в направлении утка составляет почти постоянную величину, равную 107 с. Это время не зависит от коэф­ фициента уплотненности переплетения и величины полной дефор­ мации. Указанное расчетное время полной релаксации деформа­ ции тканей по утку совпадает с аналогичным временем, получен­

іи

ным при исследовании вискозных тканей по основе. От коэффи­ циента уплотненности переплетения тканей зависят величина общей деформации и скорость релаксации деформации, а также величина остаточной деформации и соотношение ее компонентов на данный момент релаксации.

Полиэфирные ткани. В табл. 36 приведены результаты опреде­ ления одноцикловых характеристик полиэфирных тканей при ра­

общей, так и компонентов деформации. Темп возрастания компо­ нентов деформации не является одинаковым, вследствие чего из­ меняется соотношение между ними. Из рис. 51 видно, что доля условно-упругой и условно-обратимой деформаций с увеличением коэффициента уплотненности переплетения сначала увеличивается, достигает максимума при С = 0,7, а затем довольно резко убывает. Зависимость условно-обратимой деформации от коэффициента С

Относительные отклонения полученных по формуле (194) дан­ ных от экспериментальных составляют: средние — 2,9%, предель­ ные— 7,7%.

Причины образования максимума доли обратимой деформации при изменении коэффициента уплотненности переплетения состоят

129