книги из ГПНТБ / Кобляков А.И. Структура и механические свойства трикотажа

растяжимостью быстро разрушаются, при малой величине стрелы прогиба воздействия внешних усилий на образцы сильно растя­ жимых трикотажных полотен оказываются очень малыми и дей­ ствительное сопротивление усталости трикотажа при многократ­ ном деформировании не выявляется. Поэтому, по мнению В. И. Тепнина, испытания на многократное растяжение трикотажа более правильно проводить при постоянной заданной величине работы растяжения образца, равной 6 кгс-см. В качестве критерия уста­ лости трикотажа при таких условиях испытаний выбирают коэф­ фициент упругой растяжимости, выражающий отношение работы

в каждом цикле растяжения, а также то, что в своей модели уста­ лости трикотажа он исходил из существования только двух меха­ низмов деформации — упругого и остаточного, хотя и наблюдал неустойчивость остаточной деформации во времени.

В40-х годах И. Г. Данилевский и В. И. Венедиктова пришли

квыводу, что показатели характеристик усталости трикотажных полотен не зависят от заправочных параметров и метод испыта­ ний, предложенный В. И. Тепниным, не является объективным, вследствие чего он и не получил практического распространения. В сборник инструкций по методике испытаний трикотажных поло­ тен [55] методика В. И. Тепнина не включается.

П. И. Новодережкин [86] при определении усталостных характе­ ристик трикотажа в качестве постоянного и поддерживаемого параметра испытаний принимает величину относительного удлине­

ния, объясняя это тем, что при эксплуатации многих видов изде­ лий постоянной является величина деформации, а переменными, зависящими от жесткости материала при растяжении,— величины усилий. Им был предложен прибор для одноосного многоцикло­ вого растяжения трикотажа. Однако в приборе отсутствуют при­

способления для выбора остаточной циклической деформации, и амплитуда заданной циклической деформации, как и при испы­ таниях трикотажа на приборе В. И. Тепнина, по мере накопления остаточной циклической деформации уменьшается. В связи с этим менее упругие образцы трикотажных полотен оказываются в луч­ ших условиях, чем упругие, и результаты испытаний не могут объективно отражать механических свойств трикотажа при много­ кратном растяжении.

В 40-х годах в Московском текстильном институте под руко­ водством Г. Н. Кукина развертываются большие работы по изуче­ нию механизма усталости нити и разработке аппаратуры для ис­ пытаний. Эти работы завершаются созданием теории усталости нитей и аппаратуры для испытаний текстильных нитей на много­ кратное растяжение. Под влиянием этих работ в 50-х годах вновь усиливается внимание к многоцикловым испытаниям трикотажа.

И. И. Шалов [87] проводит исследование трикотажа на много­ кратное растяжение на релаксометре типа стойки при переменных нагрузках Р = 0,1—5,2 кгс с частотой со = 0,017 Гц при общем числе циклов деформирования п= 40. Им обращается внимание на то, что остаточная циклическая деформация не является необратимой, а разлагается на компоненты. При этом, например, доля быстро­ обратимой деформации уменьшается с увеличением как числа цик­ лов растяжения, так и величины нагрузки.

Е. Б. Коблякова [88] изучает особенности деформации хлопча­ тобумажных полотен переплетений гладь, двуластик и трико-сукно

на пульсаторе Павловой и Исаева [89]. В работе установлено, что характер накопления остаточной циклической деформации в ис­ следуемых трикотажных полотнах сходен с характером накопле­ ния ее в нитях и тканях. Основной прирост остаточной цикличе­ ской деформации происходит в первые десятки и сотни циклов. Подтверждается, что за период многократного «деформирования (10—20 тыс. циклов) остаточная циклическая деформация не явля­ ется пластической, до 70% ее величины исчезает в течение 24 ч отдыха. На величины остаточной циклической деформации и ее компонентов существенное влияние оказывает предварительное растяжение. С увеличением предварительного растяжения (в усло­ виях сохранения постоянной циклической относительной деформа­ ции и уменьшения массы деформируемого материала) величина остаточной циклической деформации, ее быстрообратимая часть уменьшаются, заторможенная же часть этой деформации увеличи­ вается. Однако темп снижения остаточной циклической деформа­ ции от величины предварительного растяжения значительно боль­ ше, чём темп увеличения ее заторможенного компонента, что, по мнению Е. Б. Кобляковой, является причиной лучшего сохранения формы и размеров изделий в носке, суженных по ширине.

А. Векаши [90] проводит исследования механических свойств трикотажных полотен при двухосном многократном растяжении на

приборах мембранного типа с гидравлическим и пневматическим приводами (описание их приведено ниже).

М. М. Гутаускас и Н. Ю. Маяускене [91] на пульсаторе мем­ бранного типа с пневматическим приводом исследуют механиче­ ские свойства нетканых изделий и трикотажа при двухосном мно­ гократном растяжении.

В. П. Румянцев под руководством автора разрабатывает мето­ дику определения усталости бельевого трикотажа при многократ­ ном растяжении. f

А. Шюпенис [92] исследует усталость основовязаного трикотажа из триацетатных нитей на ротационном пульсаторе типа RAV при максимальной заданной циклической деформации, составляющей 80—25% от разрывного удлинения. Отмечается, что образцы три­ котажных полотен выдерживают десятки, сотни тысяч, а иногда

имиллионы циклов в зависимости от режимов испытания.

Вработе [93] исследуется взаимосвязь между характеристиками усталости триацетатного основовязаного полотна и термофикса­ цией и даются практические рекомендации по режиму термофик­ сации.

Перечисленные выше работы, как и ряд других, не упомянутых в монографии, решают в основном отдельные важные вопросы проблемы повышения формоустойчивости трикотажных полотен к многократному деформированию. Необходимы широкие иссле­ дования механизма усталости трикотажа при многократном рас­ тяжении, определение методов испытаний и условий их прове­ дения.

2. МЕХАНИЗМ УТОМЛЕНИЯ ТРИКОТАЖА

При многократном растяжении трикотажа успевают проявиться только быстропротекающие процессы деформации с периодом ре­ лаксации, равным времени полуцикла растяжения.

Вследствие того что скорость обратных релаксационных про­ цессов, как это было показано выше, оказывается меньше скоро­ сти прямых процессов, часть деформации не успевает исчезнуть за время отдыха и новый цикл растяжения начинается при неза­ вершенном релаксационном процессе деформации от предшествую­ щего деформирования. Накапливается циклическая остаточная де­ формация с эластическим механизмом, связанным в основном с изменением ориентации макро- и микроэлементов структуры три­ котажа и с изменением кривизны отдельных участков нити эле­ ментарных звеньев структуры трикотажа.

Упругая деформация успевает исчезнуть за время разгрузки, так как время ее исчезновения намного меньше времени полуцикла отдыха, практически возможного при испытании.

С каждым новым циклом растяжения прирост остаточной цик­ лической деформации уменьшается, так как увеличивается степень ориентации макро- и микроэлементов структуры трикотажа за счет роста деформаций с периодами релаксации, большими вре­

мени полуцикла отдыха. Наложение все новых и новых незавер­

сации деформации с достаточно устойчивой во времени формой элементов структуры трикотажа и тогда прирост остаточной цик­ лической деформации будет незначительным или прекратится.

Наступает стабилизация структуры. Этот период деформирова­ ния можно отнести к концу первой и началу второй фазы измене­ ний структуры трикотажа, или его утомления. Если на этой стадии многократного деформирования дать образцу достаточный отцых, то остаточная циклическая деформация полностью исчезает.

При длительном деформировании изменяется спектр времени релаксации деформации трикотажа: увеличивается доля замедлен­ ных процессов и уменьшается доля быстрообратимых процессов. Появляются признаки усталости материала. В отдельных участках нитей создается перенапряжение, которое приводит к ослаблению

ирасшатыванию межмолекулярных и межволоконных связей и даже разрушению химических связей. Расшатывание структуры нитей усиливается химическими процессами, сопровождающимися деструкцией материала. На изменение структуры трикотажа также оказывают влияние разогревание образца в процессе многократ­ ного деформирования, которое ослабляет силы взаимодействия микроэлементов структуры нитей.

Однако при длительном деформировании трикотажа возникают

ипротивоположные явления, усиливающие сопротивление мате­ риала внешним воздействиям. Замедленные релаксационные про­

цессы приводят к перестройке взаимного расположения волокон и нитей, их перемещению до положения, соответствующего более равномерной их напряженности. В результате снижается общее напряжение системы (до некоторого конечного значения) и появ­ ляются конформации элементарных звеньев преимущественной ориентации, близкие к равновесным.

Такое состояние может сохраняться до тех пор, пока развитие структурных дефектов в отдельных участках (микроочагах) одного или нескольких элементарных звеньев не приведет к быстрому раз­ рушению этих участков без внешних признаков накопления пла­ стической деформации.

При разрушении «дефектного» элементарного звена теряется связь с элементарными звеньями соседних рядов и столбиков и происходит роспуск петель. При наличии достаточно значимых внешних усилий эти явления (роспуск и разрыв нитей) могут приобретать лавинный характер, и изделие (образец) разруша­ ется очень быстро. Этот качественный скачок в изменениях струк­ туры трикотажа может быть отнесен к третьей, заключительной фазе многократного деформирования, в которой особенно интен­ сивно проявляются усталостные явления.

Для подтверждения приведенных выше положений о механиз­ ме утомления трикотажа при многократном растяжении был про­ веден ряд экспериментов.

Первая фаза утомления трикотажа

Нарастание остаточной циклической делормации происходит неравномерно. «Выстой» и «скачки» для разных условий много­ кратного растяжения не совпадают по времени деформирования. При этом «выстой» могут быть настолько продолжительными, что они остаются даже в усредненных показателях остаточной цикли­

6 тыс. циклов растяжения. К этому периоду становится четкой пря­ молинейная взаимосвязь между величиной остаточной цикличе­ ской деформации и внешними усилиями (амплитудой циклической деформации).

О с т а т о ч н а я ц и к л и ч е с к а я д е ф о р м а ц и я является по существу эластической деформацией с более или менее длитель­ ными периодами релаксации. При отдыхе образца после снятия внешних напряжений она постепенно исчезает и может быть раз­ ложена на составные части с выделением быстрообратимых и мед­ леннообратимых (с различными периодами релаксации от 1 до

Рис. ѴІ-3. Графики изменений остаточной цикли­ ческой деформации хлопчатобумажного полотна переплетения гладь в зависимости от амплитуды деформации (в долях а от разрывного удлине­

ния) а.і и времени отдыха после разгрузки об­ разца t2:

24 ч) циклических деформаций (рис. ѴІ-3 и ѴІ-4). С увеличением амплитуды деформирования величина быстр'ообратимой дефор­ мации также увеличивается. Если при амплитуде а; = 0,025 ер доля быстрообратимого компонента остаточной циклической деформа­ ции составляет 5—10%, то при амплитуде аг = 0,075 ер доля этого компонента увеличивается до 25 %.

ß'^ililC0A

а

Рис. ѴІ-4. Графики изменений долей оста­ точной циклической деформации полотна пере­ плетения гладь в зависимости от величины ам­ плитуды (в долях а от разрывного удлинения)

а1 и времени отдыха <2:

Из приведенных данных следует, что при растяжении образ­ цов вдоль петельных столбиков средний прирост (на 1 цикл) вы­ соты петельного ряда в первой фазе деформирования составляет 1310~40/(ь во второй фазе прирост высоты петельного ряда умень­

чем длительней был процесс многократного растяжения, вследст­ вие чего увеличивается толщина трикотажа.

Однако разница толщины деформированного и недеформированного образцов трикотажного полотна оказывается значимой лишь в случае измерения толщины трикотажа при малом давле­ нии (50—100 Па). При большом давлении происходит перемеще­ ние (миграция) волокон по толщине (сплющивание), сдвиг от­ дельных участков элементарных звеньев друг относительно друга и разница толщины деформированных и недеформированных об­ разцов трикотажного полотна оказывается незначительной.

При многократном растяжении хлопчатобумажных полотен пе­ реплетения гладь по ширине изменения параметров структуры оказываются более существенными, чем при растяжении по длине (табл. ѴІ-2).

Например, при растяжении по длине хлопчатобумажного по­ лотна прирост высоты петельного ряда и сокращение петельного шага составляет около 18%, тогда как при растяжении по ширине

И з м е н е н и я п а р а м е т р о в с т р у к т у р ы п о л о т е н п е р е п л е т е н и я г л а д ь п р и м н о г о к р а т н о м р а с т я ж е н и и

П р и м е ч а н и я : 1. Общее число циклов деформирования образца хлопчатобумажного полотна составляло 300 тыс., а образца капронового — 500 тыс. циклов.

2. Толщина образца определялась при давлении 100 Па.

прирост петельного шага составляет 54%, а сокращение высоты петельного ряда — около 34%.

Также значительна и разница в изменении толщины. При мно­ гократном растяжении образцов трикотажа по ширине увеличение толщины почти в 2 раза превышает аналогичные изменения при многократном деформировании образца трикотажа по длине.

Изменения параметров структуры трикотажа зависят также от вида волонистого состава нитей: у полотна из капроновых нитей они намного меньше, чем у хлопчатобумажного полотна (см. табл. ѴІ-2).

Разрывные характеристики. Разрывная нагрузка образцов три­ котажных полотен, подвергавшихся длительному утомлению, почти не изменяется по сравнению с исходной, а разрывное удлинение значительно уменьшается. На рис. ѴІ-6 приведен график измене­ ний разрывной нагрузки и разрывного удлинения образцов хлоп­ чатобумажной глади при многократном растяжении вдоль петель­ ных столбиков. Из графика видно, что с увеличением времени циклических воздействий на образец его разрывное удлинение

Такой характер изменений полуцикловых разрывных характе­ ристик трикотажа можно объяснить двумя причинами: увеличе­

в петле ведет, как известно, к увеличению сопротивлений" испы­ туемого образца растягивающим усилиям. Однако эффект от ориентации может быть сведен на нет уменьшением прочности