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

режимов растяжения: кратковременного (динамического), сред­ него (нормального) и длительного — практическое применение при испытании трикотажных полотен имеет пока средний, обусловлен­ ный ГОСТ 8847—64. Длительное растяжение трикотажа до раз­ рыва не имеет смысла, так как оно увеличивает время испытаний. Поэтому в классификации оставлены только два к л а с с а мето­ дов растяжения: кратковременное (динамическое) и нормальное (статическое).

В зависимости от задаваемого и поддерживаемого постоянным параметра при нагружении образца на разрывных машинах выделены три г р у ппы: 1 — с сохранением постоянной скорости опускания нижнего зажима и переменных скоростей нарастающих усилий и деформации образца; 2 — с поддерживанием постоянной

весовых приборах и приборах с наклонной плоскостью.

Наконец, по третьей группе методов растяжения ведут испы­ тания на приборах с жесткими малоинерционными силоизмерителями, как правило, с электрическими датчиками.

Сравнение основных разрывных характеристик трикотажных полотей при разном задаваемом и поддерживаемом параметре при растяжении приведено ниже.

В классификации выделены с е м е й с т в а методов в зависи­ мости от формы образцов и их закрепления в тисках разрывной

профильной формы в виде двойной лопаточки; 4 — испытания об­

методы испытания стрип и грэб, пришли к выводу, что оба метода неприемлемы для испытаний поперечновязаного трикотажа из ис­ кусственных нитей вследствие роспуска петель образцов.

При испытании этими методами пробные образцы трикотажа всегда разрываются у зажимов машины из-за перенапряженное™ элементов структуры трикотажа, вследствие чего величины раз­ рывной нагрузки и разрывного удлинения оказываются зани­ женными.

Еще в начале 40-х годов. С. И. Гусева [121] проводила испы­ тания хлопчатобумажных полотен переплетения двуластик с над­ резом пробных полосок в их центральной зоне. Если бы испы­ тания стрип-методом объективно отражали прочность образца, то образец должен был бы разрушаться по линии надреза. Однако он разрывался у тисков зажимов.

Грэб-метод не получил распространения в нашей и многих других странах, так как не устраняет принципиальных недостат­ ков стрип-метода.

Для выравнивания напряженности структурных элементов и более точного определения разрывного удлинения трикотажа И. И. Шаловым в 40-х годах был предложен способ испытания трикотажа (чулок) на растяжение в виде образца кольцевой формы [122]. Образец трикотажа (50X210 мм) складывают по длине и сшивают с наложением концов (5 мм) друг на друга. Готовый образец надевают на валики верхнего и нижнего зажимов динамометра с начальным расстоянием между ними, обеспечи­ вающим длину образца кольцевой формы,— 200 мм. При растя­ жении ширина образца почти одинакова по всей длине, так как гладкая поверхность валиков не препятствует сужению образца. В результате, если образец не разрушается по шву, разрывные характеристики трикотажных полотен оказываются более высо­ кими, чем при испытании образца полоской. А так как разрыв по шву — явление довольно частое, то этот метод испытания по дан­ ным [123] целесообразен лишь для определения деформаций, меньших разрывной.

Методы испытаний образцов профильной формы, подробное описание которых приводится ниже, широко используют для опре­ деления разрывных характеристик трикотажных полотен в иссле­ довательских работах, однако в СССР эти методы не стандарти­

тисков, где петли зажаты и отдельные участки нитей в них не имеют возможности перемещаться. Вследствие сужения и переме­ щений нитей из одних участков петель в другие напряженность нитей в петлях выравнивается. Это выравнивание будет тем больше, чем дальше удалены петли от зажимов тисков. Поэтому при растяжении возникают зоны с неравномерной напряжен­ ностью нитей в отдельных участках петель образца. Максималь­ ная неравномерность в напряженности отдельных участков нитей в петлях оказывается у зажимов тисков. Вследствие этого образцы трикотажных полотен при испытании их прямоугольными полос­ ками разрываются, как правило, у зажимов тисков, не выявляя в данном случае действительной разрывной нагрузки и растяжи­ мости.

При этом с изменением зажимной длины и рабочей ширины образца изменяется и влияние неравномерности напряженности отдельных участков нитей в петлях на величины разрывной на­ грузки и разрывного удлинения, получаемые при испытании.

Однако по этому вопросу имеются разные толкования. Например, Б. П. Поздняков [118] считает, что с увеличением зажимной длины образца разрывная нагрузка при испытании должна увели­ чиваться, а разрывное удлинение уменьшаться. Увеличение раз­ рывной нагрузки образца с увеличением его зажимной длины Б. П. Поздняков объясняет уменьшением разницы в напряжен­ ности отдельных участков нитей в петлях у зажимов тисков и уда­ ленных от зажимов. Уменьшение разрывного удлинения происхо­ дит вследствие уменьшения вклада удлинения в зоне образца у за­ жимов в общий суммарный показатель разрывного удлинения

сувеличением зажимной длины образца.

'А. С. Далидович [1], наоборот, считает, что, чем меньше за­ жимная длина и чем шире пробная полоска, тем меньше будет ска­ зываться неравномерность напряженности нитей на общем пока­

зателе разрывной нагрузки, получаемой при испытании.

А. Н. Соловьев и Е. И. Аронова [123] экспериментально под­ тверждают выводы А. С. Далидовича, но только при ограничен­ ном изменении размеров образца (до 50 мм зажимной длины и до 25 мм рабочей ширины). Дальнейшее увеличение размеров образца существенного влияния на величину относительных раз­ рывных характеристик трикотажа не оказывает.

Во всех случаях независимо от зажимной длины и ширины полоски разрыв большинства образцов трикотажных полотен про­

исходит у зажимов.

Большая и полезная работа по усовершенствованию методов одноосного растяжения трикотажа проведена И. И. Шаловым [124]. Им детально проанализированы причины разрывов образ­ цов трикотажа у зажимов тисков. Было установлено, что разрыв­ ное удлинение в заблокированной зоне (близкой к зажиму) об­ разца меньше, а в средней зоне, наоборот, больше среднего по­ казателя разрывного удлинения всего образца.

И. И. Шаловым предложено проводить испытания трикотажа образцами профильной формы в виде двойных лопаточек. Форма и размеры образца с общей длиной 200 мм и зажимной длиной L0 = Li=100 мм, рекомендуемые им, показаны на рис. VI1-4, а. Образец имеет рабочую центральную зону длиной L2 = 50 мм, ши­ риной ар = 25 мм и две расширяющиеся переходные зоны длиной

L3 = 25 мм каждая.

Вследствие того, что количество петель в переходных зонах больше, чем в рабочей зоне, при растяжении достигается умень­ шение напряжения в структурных элементах образца у зажимов и образец разрушается в рабочей зоне. Однако это происходит не всегда. Под действием груза предварительного натяжения часть переходной зоны образца в большей или меньшей степени опус­

у нижнего зажима может оказаться более высоким, чем в рабо­ чей зоне, и образец разрушится в переходной зоне или по линии зажима.

ски определить деформацию рабочей части образца очень сложно, а разница значений разрывного удлинения, полученных по заме­ рам деформации в рабочей зоне и на всей зажимной длине (2— 6%), как правило, находится в пределах ошибки выборки. Только иногда эта разница, по данным [123], достигает 15%. Учитывая

6

Рис. VI1-4. Размеры пробной полоски профильной формы:

а — по Шалову; б — по Коблякову, с зажимной длиной 100 мм; в — то же, с зажимной длиной 50 мм

приведенное выше, считаем возможным разрывное удлинение трикотажа при испытании образцов профильной формы определять путем замера деформации на всей зажимной длине образца.

В чехословацком стандарте на методы определения прочности трикотажа [125] также предусмотрены испытания образцов про­ фильной формы в виде двойной лопаточки, но исходные рабочие размеры образца по ширине устанавливаются в два раза боль­ шими, чем рекомендует И. И. Шалов. При испытании материалов из кожи, пленок, по данным [126], используют образцы профиль­ ной формы. Все это подтверждает необходимость применения об­ разцов профильной формы при проведении испытаний трикотажа на одноосное растяжение до разрыва. Однако, как показала ра­ бота [127], размеры образца и его отдельных частей необходимо изменить.

По сравнению с размерами, рекомендуемыми в работе [124],

при заправке образца его переходная зона не опускается под дей­ ствием груза предварительного натяжения ниже верхнего края зажима разрывной машины. Исследован также образец профиль­ ной формы с зажимной длиной 50 мм (рис. ѴІІ-4, в). В этом слу­ чае предложено длину рабочей и переходных частей (зон) брать одинаковыми и равными 15 мм, а ширину расширенной части об­ разца оставлять равной 50 мм, так как при меньшей ширине иногда наблюдаются разрывы в переходных зонах.

Сравнительные испытания образцов трикотажных полотен были проведены при одинаковой продолжительности процесса растя­ жения до разрыва по ГОСТ 8847—64. Но вес груза предваритель­ ного натяжения профильных образцов был уменьшен вдвое по сравнению с применяемым при испытаниях стандартных полосок, так как рабочая ширина профильного образца в два раза меньше стандартного.

Величина разрывного удлинения определялась путем замера деформации на всей зажимной длине образца. Для сравнения были рассчитаны величины относительной нагрузки по формуле (ѴІІ-5). При этом для образцов профильной формы принималась в расчет рабочая ширина образца.

Анализ результатов испытаний, приведенных в табл. ѴІІ-4, по­ казывает, что форма образца оказывает существенное влияние на показатели разрывных характеристик механических свойств три­ котажных полотен.

Показатели относительной разрывной нагрузки образцов про­ фильной формы, как правило, выше, чем стандартных полосок (для полотен некоторых видов на 20—50%). Сравнительно неболь­ шую разницу в показателях разрывной нагрузки имеют малорастягивающиеся трикотажные полотна. Со снижением растяжи­ мости трикотажа уменьшается поперечное сужение образца при растяжении, вследствие чего неравномерность в напряжении струк­ турных элементов, расположенных в разных зонах образца, также уменьшается. На разнице показателей относительной разрывной нагрузки сказывается и то, что рабочая ширина образцов про­ фильной формы в два раза меньше, чем стандартных, а, как известно, с уменьшением ширины полоски величина относительной разрывной нагрузки несколько уменьшается.

Разрывное удлинение образцов трикотажа профильной формы оказывается более высоким, чем прямоугольных образцов. Основ­ ной причиной этого является более равномерное распределение на­ пряжений в структурных элементах образцов профильной формы, о чем также свидетельствует уменьшение неравномерности основ­ ных показателей разрывных характеристик трикотажных полотен (см. табл. ѴІІ-4).

Коэффициенты вариации по разрывной нагрузке и разрывному удлинению меньше для образцов полотен профильной формы (для отдельных образцов в два раза и более), чем для прямоугольных образцов, что позволяет в первом случае получить лучшее каче­ ство испытаний.

Особенно значительно уменьшается неравномерность показате­ лей разрывных характеристик при испытании образцов профиль­ ной формы с зажимной длиной 50 мм. В этом случае коэффициент вариации по разрывной нагрузке и разрывному удлинению для испытанных трикотажных полотен большинства вариантов оказы­ вается меньшим, чем для прямоугольных образцов и даже образ­ цов профильной формы с зажимной длиной 100 мм. При испы­ тании образцов профильной .формы наблюдается более тесная корреляционная связь между разрывными характеристиками и

характеристиками структуры трикотажа. Например, коэффициент корреляции между длиной нити в петле и показателями разрывной нагрузки и разрывного удлинения для образцов профильной формы выше, чем для стандартных прямоугольных.

На рис. ѴІІ-5 и ѴІІ-6 приведены графики изменений относи­ тельной нагрузки и относительного удлинения образцов хлопчатобу­ мажного трикотажного полотна переплетения трико-трико разных форм и размеров, отличающихся длиной нити в петле. Сплош­ ной линией на рисунках показаны кривые изменений величин раз­ рывных характеристик образцов трикотажа при растяжении по длине, пунктирной — по ширине (обозначения кривых на рис. ѴІІ-6 соответствуют обозначениям на рис. ѴІІ-5). Характеристика об­ разцов полотен дана в табл. ѴІІ-5.

Из графиков видно, что зависимость относительных разрывных характеристик трикотажа от длины нити в петле при испытании образцов разных форм и размеров качественно близки и в преде-

лах изменений длины нитей в петле (от 2,64 до 3,43 мм) описы­ ваются уравнениями регрессии, приведенными в табл. ѴІІ-5.

Таким образом, при испытании трикотажных полотер на ра­ стяжение до разрыва образец профильной формы является пред­ почтительным, так как в этом случае обеспечивается наиболее объективная оценка свойств трикотажных полотен из любого сырья благодаря более равномерному растяжению структурных элементов образца. При этом зажимную длину образца целесооб­ разно брать равной 50 мм, что дает возможность испытывать три­ котажные полотна почти всех видов (с разрывным удлинением до 500%) на существующем серийном оборудовании и сократить рас­ ходы трикотажа на испытания.

5. РАСЧЕТ РАЗРЫВНОГО УДЛИНЕНИЯ ТРИКОТАЖА ПРИ ОДНООСНОМ РАСТЯЖЕНИИ

Для расчета разрывного удлинения трикотажа А. С. Далидович [1] определяет максимальную величину высоты петельного

И. И. Шаловым [129] был применен графический метод, согласно которому растяжимость полотна комбинированного переплетения определяется по минимальным показателям растяжимости полотен исходных переплетений.

Для характеристики потенциальной (возможной) растяжимо­ сти трикотажа И. И. Шалов [129] предлагает определить треуголь­ ник параметров структуры трикотажа (рис. ѴІІ-7), стороны кото­ рого характеризуют возможные изменения петельного шага и вы­ соты петельного ряда при одноосном (MS и MR) и двухосном (R S ) растяжении.

Л.П. Игнатова [130], поддерживая в целом идею И. И. Шалова

освязи параметров структуры трикотажа при растяжении, считает

недостатком необходимость применения двух различных уравне­ ний для оценки линейной деформации трикотажа. Она предлагает взаимосвязь параметров Л и В при растяжении трикотажа опре­ делять одним уравнением — уравнением эволюты параболы или полукубической параболы с переносом начала координат в точку условноравновесного состояния.

Автором предлагается модельный метод расчета разрывного удлинения трикотажных полотен комбинированных переплетений при одноосном растяжении па основе информации о свойствах ни­ тей и структуре трикотажа.

В качестве модели принимается элементарная ячейка струк­ туры трикотажа в пределах раппорта, учитывающая взаимное расположение элементарных звеньев структуры и степень ориен­ тации их в силовом поле.

В информацию о свойствах нитей входят сведения о попереч­ нике нити в свободном состоянии и при растяжении, разрывном удлинении нити и показателе ее неравномерности.

Информация о структуре трикотажа включает в себя сведения о форме и размерах элементарных звеньев, их переплетении и плот­ ности.

Учитывая неодновременность разрыва элементарных ячеек по рабочей площади пробной полоски, разрывное удлинение трико­ тажного полотна при одноосном растяжении в плоскости образца

с зажимной длиной 50 мм и рабочей шириной 25 мм, обеспечи­ вающих оптимальные условия разрыва образца, принимается ко­

эффициент Т] = 1.

При испытаниях стандартными (прямоугольными) полосками коэффициент т) равен 14-0,6 и зависит от структуры трикотажных полотен, их волокнистого состава, а также направления растя­

жения.

За расчетную величину разрывного удлинения элементарной ячейки принимается ее деформация при критической нагрузке. Под критической понимается нагрузка, при которой происходит разру­ шение хотя бы одной из элементарных ячеек системы.

При неоднородности элементарных звеньев, имеющих разную степень ориентации в силовом поле или разную прочность, для расчета выбирается наименее прочное элементарное и наиболее

ориентированное звено.

Для платированных полотен одноименных переплетений с оди­ наковыми длинами нитей в петлях (табл.ѴІІ-6) расчетными будут элементарные звенья, образующие покров полотна. В отличие от