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

в показанном выше единстве развития двух процессов: увеличении связи между волокнами, что ведет к уменьшению элементов их

тельно, имея тенденцию к образованию слабо выраженного мак­ симума. Отмеченное показывает, что значения долей деформации непосредственно не связаны с величиной общей деформации.

130

На рис. 53 показана зависимость величины деформации при

.растяжении полиэфирных тканей по утку в цикле «нагрузка — раз­ грузка— отдых» от логарифма времени. Из рис. 53 следует, что рассматриваемый процесс подчиняется общей закономерности, установленной п^и испытаниях тканей по основе. Экстраполяция экспериментальных прямых показывает, что время полной релак­ сации деформации полиэфирных тканей по утку не зависит от ве­

компонентов деформации.

Учитывая, что изучение одноцикловых характеристик тканей различной плотности не позволило получить достаточно четких закономерностей, указанный материал в работе не приводится. От­ меченное объясняется значительной неопределенностью задачи по­ лучения сопоставимых данных при изучении одноцикловых харак­ теристик растяжения тканей различной плотности. По этой же при­ чине опущен материал о зависимости одноцикловых характеристик при растяжении от коэффициента наполнения тканей.

ОДНОЦИКЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ ИЗГИБА

Особенностью изучения одноцикловых характеристик при де­ формации изгиба (смятия) является то обстоятельство, что при этом виде испытаний величина деформации тканей имеет постоян­ ное значение. Такое условие испытаний представляет, как было показано выше, значительный практический интерес.

Определение одноцикловых характеристик при деформации из­ гиба производилось по углу их восстановления в течение ТО мин

131

конечные значения' относительной обратимой деформации в про­ центах к общей деформации, равной 180°.

Производили также определение относительной обратимой де­ формации пряжи, извлеченной из тканей. Испытания производили на венгерском приборе фирмы «Метримпекс» и на приборе МИНХ имени Г. В. Плеханова.

Влияние переплетения

Ткани из вискозного волокна. В табл. 38 приведены данные

означениях относительной обратимой деформации для релаксации

втечение 10 мин вискозных тканей по основе и утку и пряжи, из­ влеченной из соответствующих тканей.

Т а б л и ц а 38

Значения относительной условно-обратимой деформации изгиба вискозных тканей и пряжи из этих тканей

По данным табл. 38 на рис. 54 приведена зависимость относи­ тельной условно-обратимой деформации изгиба вискозных тканей по основе и нитей основы, извлеченных из этих тканей, от коэффи­ циента уплотненности переплетения. Характер зависимости отно­ сительной обратимой деформации изгиба тканей по утку и нитей утка из этих тканей от коэффициента С аналогичен показанной на рис. 54.

Из табл. 38 и рис. 54 следует, что значение относительной услов­ но-обратимой деформации изгиба как тканей, так и пряжи, извле­ ченной из тканей при увеличении коэффициента уплотненности пере­ плетения сначала увеличивается, достигая максимума при С = = 0,65-т-0,7, после чего убывает. Указанная закономерность одина­ кова при испытаниях тканей и пряжи из них как по основе, так

132

ловно-обратимой деформации у пряжи, извлеченной из тканей с различными коэффициентами уплотненности переплетения, сви­

формации изгиба практически совпадает с положением максимума доли условно-обратимой деформации растяжения.

Полиэфирные ткани. Значе­ ния относительной условно-обра­ тимой деформации изгиба поли­ эфирных тканей различных пере­ плетений приведены в табл. 39. Здесь же приведены данные о величине восстановления пряжи.

По данным табл. 39 на рис. 55 показано влияние коэффициента уплотненности переплетения по­ лиэфирных тканей на относитель­ ную условно-обратимую дефор­ мацию изгиба по основе. Из рис. 55 следует, что изменение отно­ сительной обратимой деформа­ ции полиэфирных тканей после их изгиба под влиянием коэффи­ циента уплотненности переплете­

ния характеризуется наличием некоторого максимума при С — = 0,60-4-0,75. Максимум рассматриваемой характеристики у пряжи из тканей несколько сдвинут в сторону большего значения коэф-. фициеита уплотненности переплетения (С = 0,75-(-0,9).

133

Т а б л и ц а 39

Значения относительной условно-обратимой деформации изгиба полиэфирных тканей и пряжи из этих тканей

Отмеченное различие объясняется относительным уменьшением напряжения волокон в пряже после ее извлечения из тканей.

Закономерность зависимости относительной условно-обратимой деформации изгиба тканей из вискозного и полиэфирного волокон от коэффициента уплотненности (напряженности) переплетения может быть выражена уравнением:

Влияние плотности

Результаты определения относительной условно-обратимой де­ формации изгиба тканей из вискозного волокна различной плот­ ности трех переплетений приведены в табл. 41.

134

Т а б .ч и Ц а 41

Из табл. 41 следует, что при увеличении плотности по-утку на­ блюдается общая тенденция к уменьшению относительной условно­ обратимой деформации изгиба как по основе, так и по утку. Бо­ лее резкое уменьшение изучаемого показателя при этом отмеча­ ется у тканей' полотняного переплетения. Ткани переплетений саржевого и рогожка показывают наличие некоторого максимума в изменении относительно условно-обратимой деформации изгиба по основе.

шинстве случаев наблюдается уменьшение относительной условно­ обратимой деформации изгиба. Некоторые отклонения от этой тенденции наблюдаются у тканей с низкими значениями коэффи­ циентов уплотненности переплетений. Отмеченные явления могут быть следствием действия более общего показателя строения тка­ ней — коэффициента наполнения.

Влияние коэффициента наполнения тканей

Влияние коэффициента наполнения на относительную условно­ обратимую деформацию тканей после изгиба изучалось на сорока вариантах вискозных тканей и 16 вариантах полиэфирных тканей. В первом случае (вискозные ткани) коэффициент наполнения из­ менялся под влиянием плотности, соотношения плотностей, коэф­ фициента уплотненности переплетенйя; во втором случае (поли­ эфирные ткани) коэффициент наполнения изменялся под влиянием коэффициента уплотненности переплетения.

135

На рис. 56 показана зависимость относительной условно-обра­ тимой деформации изгиба вискозных тканей по основе от коэффи­ циента наполнения этих тканей. На рис. 57 аналогичная зависи­ мость показана для случая деформации тканей по утку.

Из рис. 56 и 57 следует, что относительная условно-обратимая деформация изгиба вискозных тканей по основе и утку с уменьше­ нием коэффициента наполнения увеличивается, достигает Макси­

ма 7 0 8 0 90 100 110 120 130 Н т

мума при С = 75ч-85%, после чего уменьшается. Величина макси­ мальных значений относительной условно-обратимой деформации изгиба отличается от минимальных значений на 30—35%. Макси­ мальных значений относительная условно-обратимая деформация изгиба достигает по основе и утку при одних и тех же значениях коэффициента наполнения, что облегчает выбор оптималь­ ных значений этого коэффициента по рассматриваемому критерию.

Относительная условно-обратимая деформация изгиба поли­ эфирных тканей, по основе и утку достигает максимального значе­ ния при коэффициенте наполнения, равном 95-н105'%.

Зависимость относительной условно-обратимой деформации изгиба от коэффициента наполнения , тканей может быть описана

Для тканей из вискозного волокна при указанных выше усло­ виях испытаний коэффициенты в формуле (196) составляют: по основе а =0,03343, 6 = 2,3169, k = —0,02947; по утку а =1,2, Ь = = 1,258, &= —0,01676.

136

Г л а в а 5

ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОЦИКЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТКАНЕЙ

В числе многоцикловых Г. Н. Кукин {24] отмечает следующие характеристики (некоторые обозначения наши): выносливость — число циклов растяжения Вр или изгиба В„, которое выдерживает материал до момента разрушения; долговечность tp.„ — максималь­ ное значение времени, в течение которого материал выдерживает деформации растяжения или изгиба; остаточная циклическая де­ формация е0.ц— величина деформации, накопившаяся за некото­ рое число деформирования и не исчезающая в процессе непрерыв­ ного приложения этих циклов; предел выносливости — наибольшая деформация ец или нагрузка (напряжение) Я(б>ц, при которых ма­ териал выдерживает, не разрушаясь, очень большое число циклов;

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

На важность многоцикловых характеристик в системе оценки механических свойств и в целом качества тканей обращают внима­ ние многие ученые.

Г. Н. Кукин [9, 24] подчеркивает, что текстильные материалы в процессе использования подвергаются не однократным разрыв­ ным воздействиям, а тысячам и миллионам циклов небольших де­ формаций с низкими частотами. Вследствие этого происходит по­ степенное развитие процесса разрушения в волокнах и понижения величины связи между волокнами. В результате возникает явле­ ние утомления и, как следствие,— динамическая усталость. Наблю­ даются резкие изменения выносливости нитей, подвергнутых меха­ ническим воздействиям, в то время как полуцикловые характе­ ристики изменяются незначительно. Показана роль остаточной циклической деформации в изменении формы изделий.

И. В. Крагельский [76] обосновал и развил теорию трения и из­ носа материалов, показал, что взаимодействия тел в процессе фрикционного контакта' имеют упруго-вязкий характер; процесс разрушения при этом в значительной мере связан с явлениями усталости (усталостная теория износа).

А. Г. Ковальский на примере изучения верхних трикотажных изделий показал, что разрушение подобных изделий в процессе носки имеет ярко выраженный усталостный характер.

В литературе отмечается отсутствие связи между многоцикло­ выми и полуцикловыми характеристиками и приводятся данные (Н. Я- Третьякова), показывающие наличие тесной связи между многоцикловыми и одноцикловыми характеристиками при дефор­ мации растяжения и изгиба (смятия).

И. Диллон [77] отмечает особое влияние на усталость полиме­ ров температурно-временных условий. Он подчеркивает временной

характер утомления и придает большое значение выделению тепла, что связано с явлением гистерезиса, считает, что усталость является следствием течения внутри, волокон и теплового старе­ ния. 14. Диллон отмечает, что изменения, обусловленные динамиче­ ским утомлением, необратимы: после длительного отдыха, смачи­ вания водой и т. д. не происходило даже частичного восстановле­ ния первоначальных свойств. Динамическое утомление действует значительно более интенсивно, чем статическое: при повышении ча­ стоты нагружения долговечность уменьшается. При увеличении времени утомления разрывная нагрузка сначала не изменяется или несколько увеличивается, а затем резко уменьшается, удлине­ ние при этом уменьшается. Он неоднократно подчеркивает, что конструкция текстильного материала может оказать большое влия­ ние на его долговечность.

М. М. Резниковский и Л. С. Присс [77] отмечают недостатки работы И. Диллона, состоящие в том, что он почти не рассматри­ вает современные представления, связанные с прочностью и раз­ рушением полимеров, и приводят дополнения в соответствии с ра­ ботами советских ученых. Они отмечают, что частота циклического нагружения при постоянной температуре не влияет на динамиче­ скую выносливость полимеров.

В. А. Берестнев, В. А. Каргин и др. показали, что усталостная прочность волокон зависит от количества макродефектов, имею­ щихся до утомления, и дефектов, возникающих в процессе утом­ ления, а также от скорости их роста. При этом учитывается, что наличие критических дефектов зависит от общего числа их, а ско­ рость возникновения дефектов уменьшается с увеличением имею­ щихся уже дефектов.

Рассматривая вопрос о сопоставимости результатов при опре­ делении долговечности волокон к многократному изгибу, некото­ рые авторы отмечают, что такие результаты могут быть получены при постоянном напряжении деформируемых волокон.

Г. М. Бартенев и Ю. С. Зуев [4], рассматривая вопрос об утом- лені-ш материалов в рамках временной флуктуационной теории прочности, показали, что закономерности динамической и статиче­ ской усталости материалов одинаковы, но статический режим бо­ лее мягкий по сравнению с динамическим. Несмотря на то что в статическом состоянии материал все время напряжем, разруше­ ние его происходит позднее, чем при динамических испытаниях, при которых материал находится в напряженном состоянии лишь часть времени. Это объясняется, во-первых, тем, что при периоди­ ческих нагрузках перенапряжения на микродефектах не успевают отрелаксировать за время каждого цикла нагружения, тогда как при статической нагрузке они с течением времени выравниваются и приближаются к равновесному значению; во-вторых, разрушение полимеров при многократных деформациях ускоряется механи­ чески активированными химическими процессами.

Г. Берингер [33] отмечает, что усталость является следствием изменения сопротивляемости материалов и обусловливается дли­

138

тельным механическим постоянным или временным воздействием, которое вызывает деформацию, приводящую к внутреннему раз­ рыхлению структуры с частичной или полной потерей механиче­ ских свойств. Большое внимание он уделяет отдыху, который объясняет как обратный релаксационный процесс, выражаемый обратимой работой, и отмечает одинаковую тенденцию в измене­

тяжки волокна на обратимую работу, стойкость к истиранию, вы­ носливость при многократном изгибе. Все указанные свойства под влиянием вытяжки изменяются, имея некоторый максимум, поло­ жение которого различно.

М. С. Бородовский и Е. А. Воронина [12] считают, что уста­ лость текстильного материала внешне проявляется в образовании необратимых деформаций нитей в ткани, вследствие чего получа­ ются различные нарушения формы, мешковатость, обвислость и т. п. Авторы считают, что ткань, обладающая меньшим запасом прочности, но с более устойчивыми и равномерными упруго-эласти­ ческими связями, может оказаться более выносливой. Наименее устойчивыми чаще всего являются связи между волокнами, уста­ лость пряжи проявляется прежде всего во взаимном смещении во­ локон. Никакие свойства пряжи не остаются неизменными в про­ цессе многократного растяжения. Данные статических или одно­ кратных испытаний не могут характеризовать пряжу в отношении

ееэксплуатационных свойств.

М.П. Носов [15] отмечает, что согласно теории М. С. Бородов-

ского выносливость материала целиком определяется его эластич­ ностью, независимо от его остальных свойств. При этом не учиты­ вается роль статической прочности, законы развития дефектов и другие факторы. Рассматривая влияние отдельных факторов на выносливость, М. П. Носов пришел к выводу, что частота нагру­ жения и отдых не влияют на величину выносливости. Он показал, что при повышении ориентации макромолекул выносливость воло­ кон к многократному растяжению возрастает, а зависимость вы­ носливости к многократным изгибам характеризуется наличием некоторого максимума. Отмеченное различие объясняется увеличе­ нием анизотропии и жесткости волокон при увеличении его ориен­ тации и различным влиянием этих явлений на устойчивость к мно­ гократному растяжению и изгибу. Увеличение ориентации повы­ шает продольную прочность связей между макромолекулами, но уменьшает величины поперечных связей и кинетическую гибкость цепей. Отмечается наличие четкой связи между сопротивлением различных вискозных волокон истиранию и выносливостью к мно­ гократным изгибам.

Н.П. Воеводина в кандидатской диссертации приводит данные

отом, что усталость пряжи зависит от усталости волокон и изме­ нений, происходящих в структуре пряжи, т. е. изменений располо­ жения волокон и связей между ними. Она показала, что в резуль­