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

нитей в результате утомления при длительном многократном рас­ тяжении (табл. ѴІ-3).

В результате утомления при многократном растяжении трико­ тажа значительно (на 20—50%) уменьшается разрывное удлине­ ние нитей (см. таблицу). Причины уменьшения разрывного удли­ нения нитей — большая ориентация их структурных элементов после многократного растяжения и уменьшение связей между ними. Последнее приводит к уменьшению сопротивления нитей растягивающим усилиям, вследствие чего их деформационные свой­ ства недоиспользуются.

Рис. ѴІ-6. График изменений разрывных характеристик хлопчатобу­ мажного полотна переплетения гладь в зависимости от длительно­ сти утомления:

Рр —разрывной нагрузки; —разрывного удлинения

Уменьшение прочности нитей, подвергавшихся длительному многократному растяжению в образце трикотажа, свидетельствует о механокрекинге структурных элементов нити и расшатывании связей между ними. Подтверждением деструкции макромолекул волокон является уменьшение вязкости растворов веществ этих нитей на 5—10%.

Длина нити в петле и толщина нити. Определения длины нити в петле, толщины нити показали, что даже после длительного многократного растяжения трикотажа циклические остаточные де­ формации и изменения толщины нитей незначительны и не привышают 1—2% (см. табл. ѴІ-3). Такие изменения длины нити в пет­ ле очень малы (в 3—10 и более раз) по сравнению с величиной остаточной деформации трикотажа при утомлении, поэтому ими

вряде случаев можно пренебречь.

Всвязи с тем что длина нити в петле и толщина нити практи­ чески не изменяются, эти важнейшие характеристики структуры трикотажа можно принимать за постоянные.

Масса материала. Известно, что признаком усталости материа­ ла является постепенное местное разрушение структуры без суще-

ное расположение друг относительно друга, подобно изменениям при однократном длительном растяжении.

Например, при многократном растяжении образцов полотен пе­ реплетения гладь вдоль петельных столбиков наблюдается увели­ чение кривизны соединительных дуг и сближение концов участков нити остова петли, особенно наглядно заметное в образцах полот­ на из капроновых нитей (рис. ѴІ-7). Результатом этого является увеличение высоты петли (/?ц>/іо) и высоты петельного ряда (Вд> >Во), уменьшение телескопического захода (/іц — Вц > h0 — В0), уменьшение петельного шага (ЛЦ< Л 0), увеличение угла обхвата нитей и площади контакта элементарных звеньев.

Третья фаза утомления трикотажа

В третьей (заключительной) фазе возникают усталостные ме­ стные разрушения — результат утомления трикотажа. Например, оптическое исследование образцов трикотажа из капроновых ни-

Рис. ѴІ-8. Поверхность капроновой нити после многократного растяжения трикотажа по длине:

а — вмятины или сколы; б — отщепления структурных частиц

тей, подвергавшихся длительному многократному растяжению, а также нитей, вынутых из трикотажа, показывает изменение их поверхности по сравнению с исходной. На поверхности капроно­ вой мононити обнаруживаются вмятины или сколы (рис. ѴІ-8,а), отщепления структурных частиц (рис. ѴІ-8,б), т. е. характерные признаки усталости.

Особенно заметны признаки расшатывания структуры нити при многократном растяжении хлопчатобумажного полотна переплете­ ния гладь (рис. ѴІ-9,а). Нить разрушается не по всей поверхности одновременно, а только на участках отдельных петель (местное разрушение). Тщательное наблюдение показало, что из двух ни­ тей, составляющих петли трикотажа, сначала разрушается одна (такой момент зафиксирован на рис. ѴІ-9, а), a затем вследствие концентрации напряжений на второй оставшейся нити петли раз­ рушается все элементарное звено. При разрушении остова петли теряется связь с соседней петлей предыдущего петельного ряда (рис. ѴІ-9, б) и происходит роспуск петель.

При наличии достаточно значимых внешних усилий разрушение (роспуск петель и разрыв нитей) приобретают лавинный характер

(рис. ѴІ-9, в ).

Сопоставление характеров разрыва пряжи в системе петель­ ной структуры трикотажа и после утомления одиночной нити по­ казывает почти полную их идентичность, если амплитуда трико­ тажа не превышает 5% от разрывного удлинения. При более высо­ ких амплитудах растяжения пряжа при многократном растяже-

I

в первой фазе его утомления наблюдается ускоренный прирост остаточной циклической деформации с эластическим механизмом. Во второй фазе утомления структура трикотажа стабилизируется и в общей деформации преобладает быстрообратимая деформа­ ция (упругая и эластическая с малыми периодами релаксации). В то же время наложение незавершенных релаксационных про­ цессов деформации приводит к более устойчивым изменениям па-

' раметров структуры трикотажа.

По мере приближения к третьей фазе утомления в трикотаже возникают усталостные явления, которые приводят к разрыхле­ нию внутренней структуры элементов (нитей). Разрыхление струк­ туры нити выражается в механокрекинге, изменении степени

ориентации и связей ее микроэлементов, что может значительно уменьшать разрывную нагрузку и разрывное удлинение нити. ' Следствием всего этого являются усталостные местные разруше­ ния (третья фаза утомления).

Многократное растяжение практически не оказывает влия­ ния на длину нити в петле, толщину нити и массу материала. Из­ меняются форма элементарных звеньев, внутренние и внешние связи элементов структуры. Необходимо отметить наблюдавшееся автором и отмеченное в работах других исследователей парадок­

сальное явление — укорочение об­ разца трикотажа после много­ кратного растяжения.

Это явление иногда возникает в первой фазе утомления трико­ тажа и заключается в том, что после многократного растяжения в течение 10 тыс. циклов и после­ дующего отдыха длина образца становится меньше (до 5% ),чем начальная (до испытаний). При­ чина заключается в том, что ис­ ходный образец выкраивается из полотна со значительной долей незавершенных релаксационных процессов деформации (в метастабильном состоянии). Когда

происходит новое деформирование, равновесие прежних связей и структурных элементов трикотажа нарушается. В результате об­ ратный процесс релаксации деформации происходит глубже, захва­ тывая часть эластической деформации от предшествовавших процессов деформации. Подобное явление не повторяется, если исходные образцы предварительно подвергнуть влажно-тепловой обработке.

Расчет остаточной циклической деформации трикотажа в процессе утомления

Поскольку появление остаточной циклической деформации три­ котажа при многоцикловом растяжении обусловлено в основном релаксационными явлениями, характер накопления этой дефор­ мации оказывается экспоненциальным и описывается уравнениями тех же математических моделей, что и при одноцикловом растя­ жении (Ѵ-21 и Ѵ-68). Это положение распространяется и на рас­ чет остаточной циклической деформации в процессе ее релаксации (см. уравнения Ѵ-22 и Ѵ-71). Расчет параметров моделей, описы­ ваемых данными уравнениями, приведен в главе V.

При многократном растяжении возможно также выравнивание эмпирической кривой накопления остаточной циклической дефор­ мации по упрощенной приближенной модели логарифмической

Рис. V I-11. График с выравненными эмпирическими кри­ выми остаточной циклической деформации трикотаж­ ного полотна арт. 003 в зависимости от времени де­ формирования:

/ — по длине; 2 — по ширине

Примеры выравненных эмпирических кривых остаточной циклической деформации полотна переплетения гладь, получен­ ных fio усредненным данным в интервале от 1 до 100 мин, приве­ дены на графике (рис. VI-11). Совпадение расчетных величин остаточной циклической деформации с экспериментальными вполне удовлетворительное, в пределах ошибки измерений.

Экстраполирование величин остаточной циклической деформа­ ции за пределами выбранного интервала (пунктирные линии пря­ мых на рисунке) дает вполне удовлетворительное совпадение их с экспериментальными величинами для длительного периода мно­

Выравнивание кривой изменения величин остаточной цикличе­ ской деформации трикотажа в зависимости от заданной ампли-

туды деформации может быть произведено с помощью уравнения регрессии

е о.ц = a + ba, (ѴІ-2)

где е 0.ц — остаточная циклическая деформация; а — доля заданной амплитуды от разрывного удлинения;

а, b — коэффициенты.

Примеры выравненных кривых зависимости приведены на рис. Ѵі-3 и ѴІ-4. Как видно из рисунков, выравнивание эксперимен­ тальных величин остаточной циклической деформации в зависи­ мости от заданной амплитуды дает вполне удовлетворительное приближение.

Остаточная циклическая деформация трикотажа при наличии предварительного растяжения

При наличии предварительного статического растяжения обра­ зец до многократного деформирования растягивается на опреде­ ленную величину от зажимной длины и заправляется в зажимы в растянутом состоянии.

Исходное состояние структурных элементов трикотажа при его многократном деформировании в условиях предварительного рас­ тяжения иное, чем при испытании без предварительного растяже­ ния; образец трикотажа оказывается в состоянии, сдвинутом по фазе утомления. Начальная стадия изменений параметров структуры трикотажа проходит в условиях одноциклового, а не многоциклового растяжения. Ориентационные изменения элемен­ тарных звеньев структуры трикотажа будут тем больше, чем боль­ ше была величина предварительного растяжения. Вследствие этого накопление остаточной циклической деформации трикотажа уменьшается. При определенной величине предварительного рас­ тяжения образец трикотажа может полностью миновать первую фазу утомления и изменения структуры трикотажа при много­ кратном деформировании будут соответствовать признакам вто­ рой фазы утомления, когда в каждом цикле деформирования пре­ обладающими будут быстрообратимые деформации.

Данные об изменениях остаточной циклической деформации трикотажных полотен разных видов в зависимости от предвари­ тельного растяжения образца (рис. VI-12), полученные совместно с Н. И. Крючковой, как и данные работы [88], подтверждают при­ веденное выше положение.

Как видно из графика, остаточная циклическая деформация образцов трикотажа при испытании с предварительным статиче­ ским растяжением в несколько раз меньше, чем при испытании без предварительного статического растяжения. Резко падает темп нарастания остаточной циклической деформации. Например, темп изменений остаточной циклической деформации образца

хлопчатобумажного полотна переплетения ластик при предвари­ тельном статическом растяжении на 33,5% уменьшается в 2,2 ра­ за, а остаточная циклическая деформация образца шерстяного

шерстяного полотна переплетения гладь на 7,5% замедленная остаточная деформация оказывается в 2,5 раза меньше остаточ­ ной циклической деформации, а при предварительном растяжении на 15%, наоборот, почти в 6 раз больше ее.

Таким образом, предварительное растяжение образца перед многоцикловым деформированием приводит к двум явлениям: уве­ личению стабилизации структуры при многоцикловом деформиро­ вании и приросту заторможенной эластической деформации. Пер­ вое явление положительное, потому что, чем больше стабилизация структуры трикотажа, тем выше формоустойчивость изделий

к первоначальной (до статического растяжения) длине образца LQ— Lg

Ц = Ь3(і + Шгпс),

где еп — величина предварительного растяжения, %\ если еп с = 0, то L^ — L^.

в условиях эксплуатации. Второе же явление отрицательное, так как прирост заторможенной эластической деформации трикотажа снижает формоустойчивость изделий. Исследование взаимного влияния этих двух явлений даст возможность оптимально решить вопросы конструирования изделий из трикотажных полотен.

3. Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И У С Т А Л О С Т И Т Р И К О Т А Ж А 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

Изучение механизма усталости трикотажа, анализ результа­ тов работ, проведенных с участием автора и другими исследова­ телями, дает возможность выбрать характеристики, которые могут быть использованы в качестве критериев оценки усталости трико­ тажа при многократном растяжении.

Известны следующие характеристики механических свойств текстильных материалов при многократном растяжении: выносли­ вость пр, долговечность tp, остаточная циклическая деформация Ео.ц, предел выносливости ев-

Длительность испытаний трикотажа на многократное одноос'- ное растяжение даже при высоких амплитудах деформации весь­ ма значительна. Например, разрушение образцов полотен перепле­ тения гладь из хлопчатобумажной пряжи и капроновых нитей про­

дить испытания в течение 50—170 ч. В связи с этим практически не имеют смысла испытания трикотажа на одноосное многократ­ ное растяжение до разрыва. Такие характеристики, как выносли­ вость, долговечность, предел выносливости, можно рекомендо­ вать лишь в качестве дополнительных критериев усталости трико­ тажа.

Для оценки усталости трикотажа иногда проверяют ухудшение его механических свойств, чаще разрывной нагрузки. Например, А. Векаши [90] величину падения разрывной нагрузки образца в процессе его утомления использует в качестве основного крите­ рия усталости трикотажа. Но этот критерий имеет большой недо­ статок, так как в ряде случаев, особенно при одноосном много­ кратном растяжении трикотажа, разрывная нагрузка его практи­ чески не изменяется.

Во многих работах [82, 86, 92, 93, 95 и др.] основным крите­ рием усталости трикотажа при многократном растяжении явля­ ется величина остаточной циклической деформации.

Таким образом, может быть сделан вывод, что величину паде­ ния разрывной нагрузки трикотажных полотен при многократном растяжении целесообразно использовать в качестве дополнитель­ ного критерия усталости трикотажа, а величину остаточной цикли­ ческой деформации — в качестве основного.

Механизм остаточной циклической деформации трикотажа, осо­ бенно в первой фазе его утомления, является эластическим. В связи с этим возникает необходимость в определении релакса­ ционных характеристик трикотажа при многократном растяжении: величин составных частей остаточной циклической деформации и их долей, которые могут дать представление о характере спектра времен релаксации остаточной циклической деформации.

В качестве компонентов остаточной циклической деформации

время отдыха до 2 ч, за вычетом быстрообратимой части остаточ­ ной циклической деформации (ещ);