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

4. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ТРИКОТАЖА НА МНОГОКРАТНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ

Как указывалось ранее, внимание к разработке методов испы­ таний трикотажа на многократное растяжение в последние годы возросло. Ассортимент трикотажа существенно расширяется, в ча­ стности за счет новых полотен, предназначаемых для таких ти­ пично тканых изделий, как мужские костюмы, пальто, женские платья и др. Основным требованием к подобным трикотажным полотнам является повышенная формоустойчивость, связанная также с сопротивлением материала утомлению при многократном растяжении.

Поскольку методов испытаний трикбтажных полотен на много­ кратное растяжение достаточно много, то необходимы их система­ тизация (классификация), анализ, а также определение основ­ ных технических требований к аппаратуре.

Основным признаком разделения методов испытаний полимер­ ных, в том числе и текстильных материалов, на многократное рас­ тяжение является режим испытаний.

Так, в классификации И. X. Диллона [96], общей как для дина­ мических, так и статических методов утомления полимерных мате­ риалов, режим испытаний характеризуется следующими четырьмя

Ф. Винклер [97] увеличивает число заданных и поддерживае­ мых постоянными в течение каждого цикла параметров до восьми. К перечисленным выше параметрам он добавляет еще минималь­ ную статическую деформацию ет т и статическое напряжение ômin или усилие Ршіп. Ф. Винклер рассматривает 8 способов утом­ ления текстильных материалов при следующих постоянных пара­ метрах:

Ае и P (а); Ae и P min(ami„).

Более простой и охватывающей наиболее распространенные методы испытаний волокон и нитей на многократное растяжение является классификация, предложенная Г. Н. Кукиным и М. П. Носовым [98]. Согласно этой классификации методы испы­ таний волокон и нитей разделены на 2 класса. Методы, при кото­ рых не сохраняется в каждом цикле постоянство условий испыта­ ний, отнесены к первому классу. Ко второму классу отнесены ме­ тоды, при которых в каждом цикле растяжения сохраняется постоянным один из следующих четырех параметров с сохране­ нием в каждом случае закона изменения параметра:

амплитуда абсолютной заданной циклической деформации

_ _ Ѵз ^min .

амплитуда относительной заданной циклической деформации

^__ бцз 2Emin .

амплитуда заданной циклической нагрузки

амплитуда заданного циклического напряжения

Попытка классифицировать методы испытаний трикотажа на многократное растяжение была сделана В. П. Румянцевым в его диссертационной работе. С учетом особенностей структуры и свойств текстильных изделий им вводится помимо условий растя­ жения еще направление прикладываемых сил. В соответствии с этим выделены 3 класса методов: одноосные, когда растяжение производится в одном из плоскостных направлений, двухосные, когда растяжение осуществляется в двух взаимно перпендикуляр­ ных направлениях в плоскости образца, и методы, при которых растягивающая нагрузка приложена перпендикулярно плоскости образца.

Деление на группы проведено по признаку сохранения постоян­ ным одного параметра: заданной циклической нагрузки или за­ данной циклической деформации.

В данной классификаций оказались неучтенными некоторые условия испытаний: режим деформирования, способ установления задаваемого и поддерживаемого в каждом цикле постоянным па­ раметра испытания и др.; это, естественно, требует ее доработки.

На рис. VI-13 показана схема предлагаемой автором класси­ фикации методов испытаний трикотажа на многократное растя­ жение. Основными признаками классификации, как и классифика­ ции методов одноцикловых испытаний, являются характер дефор-

мадии и ее направление, режим циклического деформирования, задаваемый и поддерживаемый параметр испытаний.

Методы многоциклового растяжения в зависимости от направ­ ления растягивающих усилий в каждом цикле разделены на 4 п о д т и п а : I — одноосное растяжение; I I — двухосное растяже­ ние в плоскости образца; II I — двухосное растяжение, нормальное поверхности образца (мембранное); IV — двухосное сложное рас­ тяжение, нормальное первоначальной плоскости образца (продавливание орудием сферической или другой формы).

Испытания трикотажа с одновременным растяжением его структурных элементов в двух взаимно перпендикулярных направ­ лениях в плоскости образца практически трудно выполнить и данных о таких испытаниях нет. Более доступно осуществить двухосное растяжение образца продавливанием мембраной или рабочим телом. При мембранном способе растяжения (пневмати­ ческом или гидравлическом) давление более или менее равномерно распределяется по поверхности образца, вызывая двухосное растя­ жение элементарных звеньев структуры трикотажа. И только эле­ ментарные звенья структуры по контуру зажима не имеют возмож­ ностей для двухосного растяжения. Еще более сложным является растяжение, при котором усилия передаются телом (орудием) сфе­ рической или иной формы. В этом случае элементарные звенья структуры трикотажа, соприкасающиеся с вершиной сферы или плоской поверхностью орудия, получают двухосное растяжение. Вне этой зоны двухосный характер растяжения элементарных звеньев сохраняется, но усилия распределяются неравномерно. Усилия по образующей конуса деформирования образца превосхо­ дят усилия по касательной к ним и тем больше, чем ближе к за­ жиму. В то же время такое растяжение ближе к реальному, чем чисто двухосное в плоскости образца. Поэтому испытания трико­ тажных полотен на двухосное многократное растяжение методом продавливания являются перспективными.

Деление методов многоциклового растяжения на к л а с с ы про­ ведено по режиму цикла деформирования. Цикл деформирования может быть длительным (десятки и сотни тысяч циклов растяже­ ния в течение 1—2ч и более), кратковременным (десятки и сотни циклов в течение 5—10 мин, с низкочастотным, среднечастотным

ивысокочастотным режимом.

Кпервому классу отнесены методы испытаний с низкой часто­

той (условно ю^ОД Гц). Сюда входит большинство методов испытаний трикотажа при мембранном растяжении. Ко второму классу отнесены методы испытаний со средней частотой (условно 0 ,1 < « ^ 3 ,5 Гц). В этом классе объединено большинство извест­ ных методов испытаний трикотажа на многократное растяжение. К третьему классу отнесены высокочастотные методы испытаний (условно со>3,5 Гц).

Испытания при большой длительности цикла (низкочастотные) не целесообразны. Вследствие особенностей структуры трикотаж­ ных полотен их усталостные характеристики выявляются очень

медленно и необходимо проведение не десятков, а тысяч, десят­ ков и сотен тысяч циклов, что можно практически осуществить только при высокочастотном и среднечастотном режимах дефор­ мирования.

Испытания трикотажных полотен со средней частотой явля­ ются наиболее распространенными. Это обусловлено особенностя­ ми релаксационных процессов деформации трикотажа. Обратное возвращение структурных элементов к исходным конформациям и связям запаздывает и тем больше, чем больше частота деформи­ рования. Прирост же остаточной циклической деформации при высокочастотном режиме деформирования происходит не за счет замедленной деформации, а счет быстрообратимой, что может исказить реальные условиях утомления трикотажа.

На поддержание постоянными заданных условий испытаний большое влияние оказывает наличие статической нагрузки в полу­ цикле отдыха. При наличии постоянной статической нагрузки (Рс = Pmin) в каждом полуцикле осуществляется выборка остаточной циклической деформации. Если статическая нагрузка отсутствует (Рс = 0), то остаточная циклическая деформация не выбирается, появляются «петли» и поддержание постоянной заданной ампли­ туды деформации или нагрузки в каждом цикле испытаний оказы­ вается невозможным. Испытания же трикотажа на многократное растяжение при . таких условиях не целесообразны. Поэтому в классификации принят только режим, в котором имеется стати­ ческое натяжение в полуцикле отдыха.

Выше было указано на целесообразность определения компо­ нентов остаточной циклической деформации трикотажа, величины которых существенно зависят от наличия статической нагрузки.

Компоненты остаточной циклической деформации трикотажа могут быть определены при наличии статической нагрузки Рс= Л піп на приборах и в условиях свободной релаксации при осво­ бождении образца из зажимов без статического натяжения (Рс = 0) .Применение постоянной статической нагрузки при отдыхе об­ разца после многократного растяжения более перспективно, так как при этих условиях испытания могут проводиться на приборахполуавтоматах с необходимой (программированной) информацией о течении обратных релаксационных процессов деформации и ми­ нимальной затратой рабочего времени. Испытания образцов трикотажных полотен без статического натяжения требуют значи­ тельных затрат времени исследователя на проведение замеров об­ разца.

В связи с этим в классификации методов испытаний трикотаж­

ки, как это сделано в классификации одноцикловых методов испыта­ ний (испытания трикотажа осуществляются только при наличии минимального статического натяжения образца). Однако необхо­ димо иметь в виду, что приборы, применяемые при таких методах испытаний, должны быть высокочувствительными, в противном

случае может происходить значительное торможение обратных релаксационных процессов деформации.

В зависимости от задаваемого и поддерживаемого постоянным

заданной циклической работы растяжения — ат.

При испытании образца на многократное растяжение можно поддерживать постоянной в каждом цикле величину амплитуды заданной абсолютной или относительной циклической деформа­ ции. В первом случае зажимная (рабочая) длина испытуемого образца по мере накопления остаточной циклической деформации увеличивается, а масса рабочей части образца остается постоян­ ной. Во втором случае, наоборот, рабочая длина образца оста­ ется постоянной в каждом цикле растяжения, а масса его умень­ шается по мере вывода из зоны испытаний части образца, соот­ ветствующей величине остаточной циклической деформации. Из-за уменьшения массы образца в рабочей зоне при испытании его на многократное растяжение с поддержанием постоянной в каждом цикле амплитуды относительной заданной циклической деформации напряженность элементов структуры трикотажа уве­ личивается значительно больше, чем при испытании образца с под­ держанием постоянной в каждом цикле амплитуда абсолютной заданной циклической деформации. Поэтому ориентационный пе­ риод (первая фаза) утомления трикотажа заканчивается в этом случае быстрее, а уровень остаточной циклической деформации оказывается выше. Это подтверждено экспериментами, проведен­ ными В. П. Румянцевым [95]. Им была установлена весьма значи­ мая корреляционная связь между величинами остаточной цикличе­ ской деформации образцов трикотажа, испытанных при постоян­ ных амплитудах абсолютной (щ= const) и относительной {аЕ= const) циклической деформации, которая выражается уравнением регрессии.

Если проанализировать условия эксплуатации изделий из три­ котажа, то оказывается, что масса материала почти никогда не уда­

с сохранением постоянной в каждом цикле амплитуды абсолютной заданной циклической деформации (первой группы) предпочти­ тельнее методам испытаний с сохранением постоянной в каждом цикле амплитуды относительной циклической деформации (второй группы). К тому же принципиальной разницы в механизме утом­ ления трикотажа при испытании по методам второй группы не об­ наруживается.

Испытания трикотажа на многократное растяжение с поддер­ жанием постоянной в каждом цикле амплитуды заданной цикли­

ческой стрелы прогиба (методы третьей группы) возможны на приборах с мембранным способом растяжения или с продавливанием орудием сферической или другой формы. Сведения о харак­ теристиках усталости трикотажа при испытании такими способами ограничены и не позволяют судить об эффективности методов дан­ ной группы по сравнению с другими.

Методы испытаний четвертой группы с поддержанием постоян­ ной в каждом цикле амплитуды заданной циклической нагрузки (напряжения) нашли большее применение при двухосном много­ кратном растяжении трикотажа. Методы этой группы хорошо мо­ делируют условия эксплуатации ряда бытовых и технических изделий. Например, автором совместно с В. П. Румянцевым были испытаны на приборе МРД-1 образцы искусственной кожи на трикотажной основе (триковинит) для обивки сидений автомоби­ лей. На этом приборе при испытаниях поддерживается постоян­ ной в каждом цикле амплитуда заданной циклической нагрузки.

Испытания по данному методу искусственной кожи с разной трикотажной основой показали, что наибольшую формоустойчи­ вость при многократном растяжении имеют образцы триковинита на основе малорастягивающегося полотна переплетения трикоуток [99]. Величина остаточной циклической стрелы прогиба этого образца в 2—2,5 раза меньше по сравнению с величиной стрелы прогиба образцов триковинита на основе полотен переплетений гладь и двуластик.

Эксплуатация сидений, обитых триковинитом, на легковых ав­ томобилях-такси «Волга», по данным конструкторско-эксперимен­ тального отдела Горьковского автомобильного завода, подтвер­ дила лабораторный прогноз. Пробег автомобилей при отсутствии дефектов вытяжки на сидениях, обитых триковинитом на основе малорастягивающегося полотна переплетения трико-уток, оказался более чем в 1,5 раза длительнее аналогичного пробега автомоби­ лей с сидениями из триковинита на основе трикотажных полотен переплетения гладь.

К пятой группе отнесены методы, при которых испытания про­ водятся с поддержанием в каждом цикле постоянной амплитуды заданной циклической работы растяжения. Однако приборы, осно­ ванные на этом методе испытаний, пока не разработаны.

По способу установления задаваемого и поддерживаемого па­

задаваемый параметр по величине равен фактической деформации или напряжению образца в условиях эксплуатации; вторая — когда задаваемый параметр составляет определенную долю от разрывного значения деформации (стрелы прогиба), напряжения (давления) или от параметров начальной (ориентационной) ста­ дии растяжения.

Существует и произвольный выбор величины задаваемого и поддерживаемого постоянным в каждом цикле параметра много­ кратного растяжения. Однако такой подход к выбору постоянного

параметра многоцикловых испытаний трикотажа научно не обосно­ ван и в классификацию не включается.

Испытания трикотажа на многократное растяжение по мето­ дам первой подгруппы почти не проводились. Только в работе [88] величина заданной циклической деформации бралась близкой к тем величинам деформаций трикотажа, которые наблюдаются в процессе эксплуатации изделий из исследованных трикотажных полотен.

Таким образом, для определения величины амплитуды задан­ ной циклической деформации при этом методе испытаний необхо­ димо знание величин деформаций в условиях эксплуатации.

Деформацию в изделиях измеряют методом нитки или тензо­ метрическим методом, чаще с помощью тензометра БД (больших деформаций) на иглах. Описание этих методов и результатов из­ мерений деформаций в изделиях из различных материалов приве­ дены в ряде работ [100—102 и др.]. Однако полученные количе­ ственные величины деформации оказываются разными в зависи­ мости не только от свойств материала, но и от величины припуска на свободное облегание, исследуемого участка изделия, направле­ ния растягивающих усилий, вида движения и т. п. Поэтому дан­ ный способ установления задаваемого и поддерживаемого пара­ метра видимо целесообразен в случаях проведения специальных исследований при определенных конкретных условиях эксплуата­ ции изделий из трикотажа.

При разработке новых структур трикотажных полотен более подходящими являются методы испытаний второй подгруппы, при которых амплитуда заданной деформации или напряжения выби­ рается в долях от разрывного удлинения. Это ставит образцы три­ котажных полотен с различным разрывным удлинением (растя­ жимостью) в относительно сопоставимые условия, поскольку каж­ дый из них в среднем получает долю деформации от предельно для него возможной.

Такие методы испытаний трикотажа были применены в рабо­

растяжение — определяется конкретными величинами задаваемых и поддерживаемых постоянными в каждом цикле параметров и условиями режима деформирования.

5. УТОЧНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ УСЛОВИЙ ИСПЫТАНИЙ ТРИКОТАЖА НА МНОГОКРАТНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ

Отсутствие аппаратуры, необходимой для испытаний, не позво­ лило провести широкие исследования влияния различных методов испытаний на величины усталостных характеристик механических свойств трикотажных полотен. Поэтому были уточнены некото­ рые условия испытаний трикотажа на многократное растяжение на основе вновь разработанной аппаратуры.

Важнейшим условием многоцикловых испытаний трикотажа является выбор величины амплитуды заданной циклической дефор­ мации, времени деформирования и величины постоянной статиче­ ской нагрузки.

Амплитуда заданной циклической деформации

Выше было показано, что при испытании трикотажа на много­ кратное растяжение целесообразнее выбирать методы, обеспечи­ вающие поддержание постоянной в каждом цикле амплитуды

дим, что величины деформации трикотажных полотен, различных по волокнистому составу, виду переплетений, при эксплуатации трикотажных изделий составляют в основном 10% и менее и лишь в отдельных случаях максимальные величины деформации ока­ зываются более 10% (до 25%) от их разрывного удлинения. Та­ кие деформации трикотажа соответствуют стадии начальной (ори­ ентационной) растяжимости. Учитывая это, а также то, что взаимосвязь между остаточной циклической деформацией и ампли­ тудой циклической деформации в пределах 5—15% от разрывного удлинения выражается уравнением регрессии (рис. ѴІ-14), счи­ таем целесообразным для контрольных испытаний трикотажных полотен на многократное растяжение величину амплитуды задан­ ной циклической деформации выбирать равной 5% от разрывного удлинения. При такой величине амплитуды достаточно четко вы­ является зависимость величины остаточной циклической деформа­ ции от структурных параметров трикотажа.