2. Тангенциальное сопротивление (трение)

Многие показатели свойств текстильных материалов, такие, как сопротивление истиранию, устойчивость нитей к раздвиганию в швах, осыпаемость нитей из срезов ткани, прочность и растяжимость, распускаемость трикотажа, и др. в значительной степени определяются силами внешнего трения при контактном взаимодействии материалов, нитей и волокон, формирующих эти материалы. От трения зависят условия выполнения и параметры многих технологических операций изготовления швейных изделий, такие как настилание материалов и их разрезание, стачивание на швейных машинах, а также выбор конструкций швов, методов обработки открытых срезов материалов и т. д.

В зависимости от трения определяется назначение материала. Например, в качестве подкладки используют материалы с малым тангенциальным сопротивлением.

Таким образом, трение текстильных материалов играет важную роль в технологии швейного производства и оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики этих материалов.

Сила, противодействующая относительному перемещению одного тела по поверхности другого в плоскости их соприкосновения, называется силой трения скольжения.

Основной количественной характеристикой трения является коэффициент трения скольжения

μ= F/N,

где F — сила трения; N — сила нормального давления.

Существенное влияние на проявление сил трения скольжения оказывают состояние поверхности материалов, давление между ними, скорость приложения нагрузки, время контакта, температура, влажность и т.д. Кроме того, трение скольжения всегда сопро­вождается выделением теплоты, явлениями трибоэлектричества.

Природа трения при контактных взаимодействиях твердых тел очень сложна. Большинство материалов имеет неровную шероховатую поверхность. При соприкосновении такие поверхности контактируют в основном выступающими участками (рис.22)

Рис. 22. Соприкосновение двух поверхностей текстильных материалов

При увеличении давления эти участки сплющиваются и в зависимости от природы материала, характера поверхности возможно межатомное или межмолекулярное взаимодействие, сваривание в точках контакта.

Согласно современным представлениям (И.В.Крагельский, Г.М.Бартенев и др.) возникновение сил трения обусловливается проявлением фактического контакта двух соприкасающихся поверхностей и нарушением этого контакта при скольжении. Внешнее трение твердых тел имеет двойственную (молекулярно-механическую и адгезионно-деформационную) природу.

Согласно молекулярно-механической теории проявление сил трения есть результат механического и молекулярного взаимодействий соприкасающихся поверхностей. При соприкосновении материалов, имеющих микронеровности, выступы и углубления, возникают фрикционные связи, обусловленные взаимным сцеплением неровностей, молекулярным взаимодействием на участках совпадающих микроскопических выступов или поверхностным взаимодействием (рис. 22).

Природа этих связей зависит от вида материала и носит вязкоупругий характер. Площадь контактов, обусловленных этими связями, обычно очень мала, значительно меньше площади соприкосновения материалов.

Таким образом, суммарная сила проявления сил трения скольжения и сил сцепления, действующих не по всей поверхности соприкосновения материалов, а только на площади их фактического контакта называется силой тангенциального сопротивления.

Так как текстильные материалы характеризуются крайне неровной шероховатой поверхностью, имеющей глубокие впадины и выступы, то во всех случаях соприкосновения этих материалов будет проявляться сила тангенциального сопротивления.

Связями, действующими в зоне контакта, определяется элементарная сила тангенциального сопротивления τ, которая может быть представлена следующим образом:

τ = α + βn,

где α и β — коэффициенты, зависящие от природы соприкасающихся поверхностей; п — элементарная нормальная сила.

Суммируя все элементарные силы тангенциального сопротивления на всей поверхности фактического контакта площадью S_ф, получаем

Т_о = α S_ф + βN,

где α S_ф — сила сцепления; βN — сила трения скольжения; N — общая величина нормального давления.

Основная характеристика, определяющая тангенциальное сопротивление, — коэффициент тангенциального сопротивления f_тс, представляющий собой отношение сил тангенциального сопротивления (или трения) Т_о к величине нормального давления N, т.е.

f_тс = T_о /N.

Подставив в формулу значение Т_о = α S_ф + βN, получим соотношение

f_тс = α S_ф /N + β

Расчеты силы тангенциального сопротивления для реальных условий представляют большие сложности. Поэтому в практике принято значение коэффициента тангенциального сопротивления определять экспериментально. Существует несколько методов определения этого коэффициента. Наиболее простым и широко применяемым для текстильных материалов является метод наклонной плоскости, при котором трение поверхности материала определяют следующим образом. На наклонной плоскости (рис. 23) укрепляют испытываемый материал.

Рис. 23. Определение коэффициента тангенциального сопротивления материала методом наклонной плоскости

Колодку обтягивают таким же материалом. Изменяя угол γ, фиксируют его величину, при которой колодка весом т_к начинает перемещаться. Сила тангенциального сопротивления Т_о и сила нормального давления N соответственно равны:

Т_о = m_Ksin γ; N= m_Kcosγ.

Таким образом,

f_т = Т_о /N = m_Ksin γ /(m_Kcosγ) = tg γ.

Коэффициент тангенциального сопротивления для различных тканей изменяется от 0,3 до 2,5 и выше. Он зависит от многих из указанных выше факторов, а также от волокнистого состава и вида нитей, переплетения и плотности материала и т.д.