Текстильные материалы в одежде чаще всего испытывают де­формацию растяжения. Этот вид деформации наиболее изучен.

Классификация характеристик, получаемых при растяжении материала, представлена на схеме 2.1.

Полуцикловые разрывные характеристики. Эти характеристики используются главным образом для оценки предельных механи­ческих возможностей текстильных материалов. По показателям механических свойств, получаемым при растяжении материала до разрыва, судят о степени сопротивления материала постоянно дей­ствующим внешним силам; показатели разрывной нагрузки и раз­рывного удлинения являются важными нормативными показате­лями качества материала.

Одноосное растяжение. Рассмотрим основные полуцикловые разрывные характеристики, получаемые при простом одноосном растяжении.

Он

S

01 I 0 I

01 сг

©

В г д

|»цс. 2.2. Формы проб материалов и способы их закрепления в зажимах разрывной машины: прямоутльнаи; 0, в — формы, при­меняемые и песледошпельскои работе; г в ии. ie лиоииой лопаточки; д — Кольцо

Показатели полуцикловых характеристик устанавливают при растяжении материала на разрывных машинах.

Проба прямоугольной формы (рис. 2.2, а) принята в качестве стандартной для испытания тканей, трикотажных и нетканых по­лотен. Метод испытания, основанный на применении такой про­бы, часто называют стрип-методом. Для тканей установлены сле­дующие размеры пробы: ширина 25 мм, зажимная длина 50 мм (в спорных случаях ширина 50 мм и зажимная длина 200 мм, а для шерстяных тканей 100 мм). Для трикотажных и нетканых полотен ширина пробы 50 мм, зажимная длина 100 мм.

Пробы, формы которых показаны на рис. 2.2, б, в, применяют щавным образом в исследовательской работе. Для испытания силь- рорастяжимых материалов (например, трикотажных полотен) иног­да используют пробы в виде двойной лопаточки или в виде коль­ца, сшитого из полоски материала (рис. 2.2, г, д).

При испытании текстильных материалов на одноосное растя­жение получают следующие основные характеристики механичес­ких свойств.

Разрывная нагрузка Рр — усилие, выдерживаемое пробами мате­риала при растяжении их до разрыва. Разрывная нагрузка выражает­ся в ньютонах (Н) или деканьютонах (даН); 1 даН = 10 Н = 1,02 кгс. „ Удлинение при разрыве (разрывное удлинение) — прираще - рие длины растягиваемой пробы материала к моменту ее разрыва. Абсолютную величину удлинения /р, мм, получают как разность конечной LK и первоначальной L0 длин пробы. Относительную ве­личину удлинения материала к моменту его разрыва кр определяют как отношение абсолютной величины удлинения /р к первоначаль­ной длине /_„ и выражают либо в долях единицы:

J сР = /р/Аь

Рибо в процентах:

Ср = mip/L().

;. Кроме того, принято определять удлинение при стандартной Разрывной нагрузке — приращение длины растягиваемой пробы в Номент достижения разрывной нагрузки, предусмотренной стан­дартами пли 'техническими условиями на материал.

При одноосном растяжении пробы на­блюдается уменьшение ее поперечных раз­меров (рис. 2.3). Это характерно для всех текс­тильных материалов. Наиболее значительно уменьшаются размеры в середине пробы. Это свойство материалов оценивают коэффици­ентом поперечного сокращения К, который определяют как отношение относительно­го сокращения пробы ес к относительному ее удлинению с, т. е.

К=ес/е.

Для текстильных материалов К= 0,5 — 1,3.

Рис. 2.3. Изменение формы и размеров про­бы материала при рас­тяжении

Для всех текстильных материалов показатели разрывной нагрузки и разрывного удлинения являются важными стандартными (нор­мативными) показателями. Несоответствие фактических показате­лей разрывной нагрузки и разрывного удлинения нормативам го­сударственного стандарта или технических условий — один из при­знаков недоброкачественности материала. Показатели разрывных характеристик (нагрузки и удлинения) для некоторых текстиль­ных материалов приведены в табл. 2.3. При оценке механических свойств текстильных материалов важно знать не только разрывн ю нагрузку и удлинение к моменту разрыва, но и характер зависи­мости нагрузка — деформация материала. Графическое представ­ление о зависимости между нагрузкой и удлинением при растяже­нии материалов дают диаграммы растяжения (рис. 2.4). Такие диа-

Рис. 2.4. Диаграммы нагрузка — удлинение (нечетными цифрами обозна­чены кривые удлинения материалов по основе или длине, четными — ii° Утку или ширине): /, 2 — хлопчатобумажная ткань; 3, 4 — льняное полотно; 5, 6 — хлопчатобумаж­ная или шерстяная ткань; 7, 8 — трикотажное хлопчатобумажное (гладь) по ки­но; 9, 10 — нетканое хлопчатобумажное холстопрошивное полотно

Та б л и ца 2.3

Показатели разрывных характеристик при растяжении материалов М апернал Поверх­ностная Iu01- Пость Му г/м: Число нитей основы на 10 см Разрыв­ная на­грузка Рг, н Удель­ная раз­рывная нагрузка Р,, Н • м/г Расчет­ная раз­рывная нагрузка Н Ошоси - тел ьное разрыв­ное уд­линение Ср. % Хлопчатобумажные Ткани: Ситец 92 292 294 64 1 5 Вуаль 67 308 235 70 0,76 6 Диагональ 212 398 677 64 1,7 5 Саржа рукавная 116 349 343 59 1 4 Шелковые ткани: Крепдешин 75 480x3 539 144 1,1 18 Блузочная капро­ 20 480 176 176 0,4 23 Новая Шерстяные ткани: Габардин 288 591 754 52 1,5 36 Бостон 340 274 600 35 1,7 23 Костюмная ведом­ 328 270 1050 64 3,1 40 Ственная Льняные ткани: Бортовка суровая 300 122 657 44 2,2 — Костюмно-плать­ 240 185 815 68 3,4 — Евая льнолавса- Новая Полотно прос­ 180 194 440 49 2,5 — Тынное Гладкое (вискозное) 206 60* 226 22 1 45 Трикотажное полотно

* Число иегель по горизонтали на 5 см длины.

Граммы записываются с помощью самопишущего прибора на раз­рывной машине. Для текстильных материалов основных видов ха­рактерно значительное нарастание удлинения при незначитель­ном увеличении действующей нагрузки. Особенно резко это про­является у трикотажных и нетканых полотен, в меньшей степени — ^тканей, что объясняется главным образом особенностями струк­Туры материала. Зависимость между нагрузкой Р и удлинением с Материалов в общем виде следующая:

Р = аеГ,

Где а и п — коэффициенты, значения которых зависят от вида материала и его структуры.

Для оценки прочностных свойств текстильных материалов при­меняют также другие характеристики.

Удельную разрывную нагрузку PyR, Н • м/г, рассчитывают по формуле

Рул = РР/BMs,

Где Рр — разрывная нагрузка, Н; B — ширина пробы материала, м; Ms — поверхностная плотность материала, г/м2.

Показатели удельной разрывной нагрузки для некоторых тек­стильных материалов, приведенные в табл. 2.3, учитывают поверх­ностную плотность материалов и позволяют сравнивать их проч­ностные свойства.

В массе t м2 многих тканей содержится разная доля массы ни­тей основы и утка. Для таких тканей удельную разрывную нагрузку рассчитывают по формуле

PyR = Pp/(BMs50(Y)),

Где 5о(У) — доля массы нитей основы (или утка), рассчитываемая по формулам, приведенным на с. (37.

Расчетная разрывная нагрузка Ррлсч, Н (даН или кгс), — разрыв­ная нагрузка, приходящаяся на элемент структуры материала (на одну нить основы или утка в ткани, на один петельный ряд пли столбик в трикотаже, на одну строчку прошива нетканых полотен):

^рлсч — / /7,

Где П — число нитей в пробе ткани, рядов или столбиков в пробе трикотажа, строчек прошива в пробе нетканого полотна, вдоль которых растягивается проба.

При растяжении проб материалов затрачивается определенная работа, которая расходуется на преодоление энергии связей в ма­териале (между волокнами и нитями, между атомами и макромо­лекулами в волокнообразующем полимере). Если на материал дей­ствует нагрузка Р и материал при этом получает удлинение (при­ращение длины) Dl(De), то значение элементарной работы DR оп­ределяется как произведение нагрузки (силы) на приращение дли­ны (рис. 2.5):

DR = Pdl,

Где DR — элементарная работа, Дж.

Полная работа, затраченная на разрыв, Rp, Дж

'п

Лр = J Pdl.

О

Численное значение работы, за­траченной на разрыв, пропорцио­нально площади находящейся Под кривой диаграммы нагрузка — удлинение (заштрихованная часть, см. рис. 2.5), умноженной на мас­штабный коэффициент:

= Л

Где h — коэффициент полноты ди­аграммы нагрузка—удлинение.

Коэффициент г| определяется ве­личиной отношения фактической площади под кривой растяжения 5ф к площади прямоугольника S, ог­раниченного координатами Рр и /р, Или отношения массы бумаги тф площадью к массе бумаги т площадью S:

Л = SJS = /Лф/w.

Чем больше значение т|, тем больше работа, совершаемая матери­алом при разрыве. Значение коэффициента г| для разных текстиль­ных материалов различно: для тканей 0,25—0,75; для трикотаж­ных полотен 0,15 — 0,4; для нетканых (клееных) полотен 0,5 — 0,8.

Одноосное раздирание. При эксплуатации одежды, туристских палаток, чехлов и других изделий из тканей в концах карманов, клапанов и т. п. возникают значительные механические напряже­ния. Эти напряжения концентрируются на незначительном участ­ке ткани, на группе нитей или даже одной из них, вызывая разру­шение ткани.

Усилие, даН (кгс), необходимое для разрыва специально над­резанной пробной полоски, называют раздирающей нагрузкой.

Рис. 2.5. Определение работы, затраченной на разрыв матери­ала, по диаграмме нагрузка — удлинение

Существуют две группы методов испытания тканей на раздира­ние. Методы первой группы (рис. 2.6, а—г) характеризуются тем, Что при испытании пробных полосок происходит разрыв нитей, расположенных перпендикулярно направлению прикладываемой нагрузки. Метод одиночного раздирания (см. рис. 2.6, а) стандарти­зован в нашей стране. Для методов второй группы (рис. 2.6, д— ж) Характерно то, что при испытании пробных полосок разрываются Нити, расположенные вдоль направления действующей нагрузки. Исследования Г. Н.Кукина и Е. Ф.Федоровой показали, что кры­ловидный метод (см. рис. 2.6, в) является универсальным, доста­точно полно отражающим реальный процесс раздирания тканей. Он пригоден для испытания различных материалов и не требует Каких-либо приспособлений к разрывной машине. В настоящее Время крыловидный метод также стандартизован в нашей стране.

0 I

0

0 I <

0

0

Л

0

Рис. 2.6. Пробы при испытании тканей на раздирание различными мето­дами:

А — одиночного раздирания; б — двойного раздирания; в — крыловидный метод; г — метод «гвоздя»; д — метод с поперечным разрезом («раневой» метод); с — Трапециевидный метод; ж — метод Т. Ээг-Олофссона

Испытания различных тканей на раздирание свидетельствуют о том, что структура материала оказывает существенное влияние на показатели раздирающей нагрузки. При увеличении в переплете­нии длины перекрытий, уменьшении число нитей на 10 см ткани прочность ткани при раздирании возрастает. Показатели раздира­ющей нагрузки во многом зависят от коэффициента уплотненно­сти ткани: чем меньше коэффициент, тем выше раздирающая на­грузка. Коэффициент наполнения ткани также существенно влия­ет на раздирающую нагрузку. Для тканей из полиэфирных и вис­козных нитей оптимальное значение раздирающей нагрузки отме­чается при коэффициенте наполнения 0,7 — 0,8.

Для выработки тканей, обладающих высокой прочностью при раздирании, следует увеличивать число нитей на 10 см разрывае­мой системы нитей или уменьшать число нитей на 10 см противо­положной системы, применять в разрываемой системе нити повы­шенной прочности, использовать гладкие нити с малым коэффи­циентом тангенциального сопротивления.

Двухосное и пространственное растяжения. При изготовлении швейных изделий (особенно формовании деталей), а также при эксплуатации одежды, парашютов, зонтов, парусов и других из­делий из текстильных материалов в результате действия нагрузок происходит их растяжение одновременно в разных направлениях. В этом случае напряжения и деформации, как правило, неодинако­вы в различных направлениях и зависят главным образом от стро­ения и свойств материала, а также вида, размеров изделия и дру­гих факторов.

Двухосное растяжение — одновременное деформирование мате­риала в двух взаимно перпендикулярных направлениях. На рис. 2.7 представлены виды проб, применяемых при испытании материа­лов на двухосное растяжение. Возможны два способа испытания: первый — деформирование пробы в двух взаимно перпендикуляр-
jjjjx направлениях происходит с одинаковой скоростью, второй — проба получает постоянную заранее заданную деформацию в од­ном направлении и постепенно возрастающую деформацию в пер­пендикулярном направлении.

При первом способе испытания текстильных материалов полу­чаемые показатели прочности значительно ниже показателей сум­марной прочности при одноосном растяжении проб по основе и утку и составляют от них 45 — 60% (по данным И. А.Монахова). При этом испытании проба материала разрушается обычно по нитям основы или вдоль петельных столбиков, т. е. по системе, имеющей меньшее удлинение. Вследствие того что нити основы и утка в ткани, петельные ряды и столбики в трикотаже одновре­менно сопротивляются деформированию, удлинение ткани или трикотажа при двухосном растяжении значительно меньше, чем при одноосном.

Деформация ткани при симметричном двухосном растяжении имеет сложный характер. Наблюдения за перемещением структур­ных элементов ткани методом наколки в случае симметричного двухосного растяжения пробы квадратной формы показали, что центр пробы практически не имеет перемещений, в то время как другие точки (структурные элементы ткани) перемещаются отно­сительно центра пробы. При этом перемещение структурных эле­ментов в направлении нитей основы и утка, а также под углом 45° к ним носит прямолинейный характер; в других направлениях эти перемещения более сложные.

Пространственное растяжение материал получает в основном при действии нагрузки, прикладываемой перпендикулярно плос­кости материала. Нагрузки такого вида материал испытывает при продавливании его шариком или мембраной. При продавливании шариком (рис. 2.8, а) центральная часть пробы получает наиболь­шее напряжение, здесь в основном и происходит разрушение ма-

Рис. 2.7. Виды проб, применяемых при двухосном растяжении материала

Q. териала. В первую очередь разру-

— ' — шается та система (ни reir, пе­

Тель), которая харакчериiyeicM меньшими удлинением и проч - а б | ностью.

Испытание материала путем Рис. 2.8. Пространственное растяже - продавливании шариком прово - ние (продавливание) проб: дят на разрывной машине с по - а — шариком; б — мембраной мощью специального приспособ

Ления. При этом определяют paj- рушаюшую нагрузку и стрелу прогиба материала (стрелу прогиба/ мм, устанавливают по шкале удлинения разрывной машины).

Для трикотажных полотен при продавливании их шариком диа­метром 20 мм по величине стрелы прогиба рассчитывают увеличе­ние плошади поверхности материала F, %, по формуле F= 13,7/ - - 87,5 (при стреле прогиба до 30 мм) и по формуле F - 14,2/- 106.7 (при стреле прогиба более 30 мм).

Для трикотажных полотен метод продавливании шариком стан­дартизован. По данным З. А.Торкуновой, коэффициент корреля­ции между разрывной нагрузкой, полученной при продавливании пробы трикотажа шариком, и разрывной нагрузкой, полученной при растяжении полоски вдоль петельных столбиков, равен 0,91, вдоль петельных рядов — 0,96. Коэффициенты корреляции межл> показателями удлинения при растяжении полоски трикотажа и ве­личиной стрелы прогиба при продавливании пробы шариком со ответственно равны 0,79 и 0,86.

Для изучения поведения материала при пространственном рас­тяжении применяют испытательные приборы с мембраной (рис. 2.8, б). Мембрана изготовляется из резинового изотропного, гиб­кого и тонкого материала. Пробу испытываемого материала вместе с подложенной под нее мембраной заправляют в круглый зажим прибора. При испытании воздух или жидкость, нагнетаемые пот мембрану, равномерно распределяются во всех направлениях и рас тягивают мембрану и расположенный на ней материал. При таком испытании определяют давление и стрелу прогиба / (удлинение материала), при которых произошло разрушение материала.

Для определения разрывных характеристик и растяжения мате­риалов при продавливании используют метод в cootbcicibiih с ГОСТ Р ИСО 2960-99.

1

Результаты немногочисленных опытов показывают, чго тек­стильные материалы при растяжении с помощью мембраны pa s - рушаются одновременно на значительной части испытываемой пробы. При этом форма образующейся поверхности пробы для многих видов текстильных материалов существенно отличается oi правильной формы шарового сегмента, что свидетельствует о ело! - ном характере деформации и разрушения этих материалов.

Полуцикловые неразрывные характеристики. К основным полу - цикловым неразрывным характеристикам, получаемым при одно­осном растяжении текстильных материалов, относятся: усилие Р^, развиваемое в материале при его растяжении на заданную величи­ну е за определенное время /; удлинение материала с/;(/) при дей­ствии заданной нагрузки (усилия) Р в течение определенного вре­мени T. Эти характеристики используют главным образом в иссле­довательских работах.

Характерная особенность текстильных материалов — их значи­тельная растяжимость. При этом зависимость между нагрузкой и удлинением (см. рис. 2.4) имеет, как правило, сложный характер, свидетельствующий об изменении жесткости материала по мере его растяжения. Показатель жесткости выступает как характерис­тика сопротивления материала, его структурных элементов дефор­мированию. Легкорастяжимые материалы обладают меньшей жест­костью, малорастяжимые — большей.

В качестве одной из характеристик жесткости текстильных ма­териалов при растяжении используется модуль жесткости £ (назы­ваемый также начальным модулем первого рода, модулем про­дольной упругости). Модуль жесткости оценивается отношением напряжения а, развиваемого в материале, к относительной де­формации материала г для участка прямой пропорциональной за­висимости на диаграмме напряжение — деформация и выражается в паскалях (Па).

Модуль жесткости можно также характеризовать углом наклона СХ| и а2 прямолинейного участка на диаграмме напряжение — де­формация (рис. 2.9).

При растяжении упругих материалов модуль жесткости до­статочно полно характеризует их жесткость. Для текстильных ма­териалов модуль жесткости целесообразно оценивать напряже­нием, вызывающим удлинение материала на 1 %, т. е. напряже­нием в начальной стадии деформи­рования, при котором материал со­противляется изменению размеров и формы. При удлинении текстильных материалов на 1 % в основном про­является упругая часть полной де­формации материала, а получаемые Величины модуля имеют реальный ха­рактер.

Рис. 2.9. Диаграмма напряже­ние—деформация материала

Проф. А. Н.Соловьев предложил оценивать жесткость материалов при растяжении модулем начальной жест - Кости Е, модулем текущей жесткос - Ги ЕТ1 и модулем текущей - конечной Жесткости Етк.

Модуль начальной жесткости Еи Па, соответствует напряже­нию в образце материала при его растяжении на 1 % и характери­зует сопротивление материала деформированию:

Е = ОрДр,

Где а,, — напряжение при разрыве, Па; ер — удлинение при разры­ве, %; К — показатель жесткости, определяющий характер диа­граммы напряжение —удлинение.

Показатель К рассчитывают по формуле

К=( 1-тО/л,

Где г) — коэффициент полноты диаграммы нагрузка—удлинение.

Модуль начальной жесткости достаточно полно характери­зует сопротивление деформированию малорастяжимых материа­лов. Сопротивление легкорастяжимых материалов модуль Е{ харак­теризует ориентировочно. По данным проф. А. И. Коблякова, зна­чения модуля Е] для трикотажных полотен очень малы и составля­ют 1 • 10~3— 1 • Ю'4 мкПа. Причем при испытании полотна по ши­рине величина на 2—8 порядков меньше, чем при испытании по длине.

Установление модуля начальной жесткости Е1 позволяет опи­сать зависимость напряжение —деформация для материала: а = Z^c*. Расчет по этой формуле показателей трикотажных полотен свиде­тельствует о хорошем совпадении их с экспериментальными дан­ными при напряжениях, близких к разрывным. Для начального периода растяжения наблюдаются значительные отклонения рас­четных данных от экспериментальных.

Для легкорастяжимых материалов при расчете модуля на­чальной жесткости А. Н. Соловьев предложил не учитывать началь­ную зону диаграммы (рис. 2.10), так как в этой зоне жесткость материала практически не проявляется. В этом случае начальный модуль жесткости Ez+ ь Па, для второй зоны рассчитывают по формуле

Где dp — напряжение при разрыве, Па; ер — удлинение при разры­ве, %; К2 — показатель жесткости, определяющий характер диа­граммы напряжение —удлинение во второй зоне:

К2 = (1 - ц2)/ц2;

112 = S2,

Где б1, — площадь фигуры ACD (см. рис. 2.10); S2 — площадь фигу­ры AFCD (точка А — начало отхода кривой растяжения от осп абсцисс).

Зависимость напряжение — удлинение для второй зоны диаграммы может быть опи­сана как

/>(ст)

Рис. 2.10. Диаграмма растяжения трикотажа (но А. П. Соловьеву)

0 = EZ+I(Јp-Z)K2-

Модуль текущей жесткости е (при г = 0) позволяет оце­нить сопротивление материала деформированию при любой величине удлинения. Модуль /г рассчитывается как первая Е, ск:

Производная от а

. к -

KEz

„ da

Конечную жесткость материала оценивают модулем текущей конечной жесткости Е1К, рассчитанным для момент разрыва пробы материала (при г = 0 и с = ер) по формуле

ЕТ,К = ке4-1.

Прочностные свойства материалов. Прочность — важное свой­ство материалов, которое постоянно привлекает к себе внимание '.исследователей и всесторонне изучается. Основная проблема проч­ности — раскрытие механизма разрушения материалов, выясне­ние причин несоответствия (занижения) фактической прочности Материалов теоретическому ее значению.

I Предложено несколько теорий, объясняющих процесс разру­шения тел. Сторонники критического характера разрыва (теории ;с|фитического напряжения) — А. Гриффит и его последователи, '{рассматривая прочностные свойства, исходят из предположений о (Том, что любое реальное тело в отличие от идеального не обладает ^Совершенной структурой и содержит значительное количество де­фектов (микротрещин), ослабляющих его. Разрушение наступает Цтогда, когда в результате действия нагрузки перенапряжение у вер - 1ины хотя бы одной из микротрещин достигает величины, соот - етствующей теоретической прочности, определяемой силами меж­атомных связей. При этом микротрещина начинает расти со скоро­стью распространения упругих волн (со скоростью звука) и вызы­вает разрушение материала.

Гипотеза о существовании дефектов (микротрещин) экспери­ментально была подтверждена акад. А. Ф.Иоффе и его сотрудни­ками, которые показали, что напряжение у вершины поверхност­ной микротрещины во много раз превышает значение напряже­ния, определяемого отношением действующей нагрузки к площа­
ди поперечного сечения ослабленной пробы образца. Было уста­новлено, что развитие микротрещин — это результат действия не среднего, а максимального, критического, напряжения. Работы А. Ф.Иоффе и его сотрудников объяснили разницу между теоре­тическим и экспериментальным значениями прочности.

Однако такой чисто механический подход к решению пробле­мы прочности, основанный на предположении о критическом ха­рактере разрыва, не вскрывает сущности явлений, происходящих в нагруженных телах при их разрушении во времени. С позиции этой теории невозможно объяснить разницу в значениях прочнос­ти материала при различных скоростях его деформирования.

Академики А. П.Александров и С. Н.Журков предложили ста­тистическую теорию прочности, согласно которой разрыв матери­ала происходит не одновременно по всей поверхности разруше­ния, а начинается с самого опасного дефектного участка, где пе­ренапряжение достигает величины, близкой к теоретической проч­ности. Затем разрыв наступает на новом опасном участке микро - трещины и т. д. В результате роста трещин материал разрушается.

Таким образом, статистическая теория прочности рассматри­вает разрушение как процесс, протекающий во времени. Основное положение статистической теории прочности состоит в том, что вероятность появления наиболее опасных дефектов значительно меньше, чем менее опасных, и самый опасный дефект, располо­женный на поверхности, определяет прочность материала. Прак­тика испытания материалов подтверждает этот факт. Пробы, име­ющие малые размеры (минимальное поперечное сечение), харак­теризуются повышенной прочностью. С уменьшением размеров проб текстильных материалов их прочность возрастает.

При изучении прочностных свойств было замечено, что про­цесс разрушения материала, имеющий временной характер, зави­сит не только от величины действующей нагрузки, но и от темпе­ратуры испытания, структуры материала.

Фундаментальные исследования в области прочностных свойств, выполненные С. Н.Журковым и его сотрудниками, привели в 1950-х гг. к созданию кинетической теории прочности твердых тел. Согласно этой теории разрушение материалов происходит не столь­ко за счет действующей механической силы, сколько за счет теп­лового движения (флуктуации) структурных элементов (атомов).

Важную роль при межатомных взаимодействиях играет нерав­номерность теплового движения — энергетические флуктуации, которые являются следствием хаотического теплового движения. Отдельные атомы при этом приобретают кинетическую энергию, во много раз большую, чем средняя. В результате превышения энер­гии возрастают и тепловые растягивающие усилия в межатомных связях. Разрыв материала происходит главным образом в результа­те флуктуации тепловой энергии, термического распада межатом - дых связей. Действующее механическое напряжение уменьшает энергетический барьер, активизирует и направляет процесс раз­рушения. Таким образом, механическая прочность материалов со­гласно теории С. Н. Журкова определяется не чисто механической, А кинетической природой, обусловленной тепловыми движения­ми атомов.

С позиции кинетической теории прочности главными фактора­ми, влияющими на прочность материалов, являются абсолютная температура Т, действующее напряжение а и длительность воз­действия напряжения т. Фундаментальной характеристикой проч­ности служит долговечность. Основное уравнение долговечности имеет вид

U0 - уа

Т = т0 ехр —--- —.

И RT

Параметр т0 не зависит от природы и структуры материала. Его величина составляет 10~12—10"13 с — время длительности одного теплового колебания атомов; UQ — энергия активизации разруше­ния, т. е. энергия связей, которую необходимо преодолеть, чтобы разрушить материал; у — структурно-чувствительный коэффици­ент, сильно зависящий от структуры материала. Коэффициент у характеризует неоднородность напряжений в объеме тела и указы­вает, во сколько раз истинное локальное напряжение, под дей­ствием которого практически происходит разрушение, выше сред­него напряжения; а — постоянное напряжение, действующее в процессе испытания; R — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура испытания.

Работы Г. Н.Кукина, А. А.Аскадского, Л. П.Косаревой и дру­гих сотрудников МТИ им. А. Н. Косыгина подтвердили возможность применения основных положений кинетической теории прочно­сти для описания разрушения текстильных нитей.

Исследования Б. А.Бузова и Т. М.Резниковой (МТИЛП) пока­зали, что температурно-временная зависимость прочности при­годна и для таких достаточно сложных сетчатых систем, как ткани. Были изучены кратковременная и длительная прочности хлопча­тобумажных и капроновых тканей при одноосном растяжении в широком диапазоне температур. Испытанию подвергались пробы тканей размером 5x50 мм в диапазоне времени (с), составляю­щем пять-шесть порядков. В процессе опытов фиксировалось фак­тическое время разрушения проб. Эксперименты подтвердили воз­можность применения основного уравнения долговечности для опи­сания процесса разрушения ткани, однако с некоторыми измене­ниями. Как известно, ткань является материалом сложного строе­ния, поэтому определение для нее величины а — постоянного Напряжения, действующего в процессе испытания, — представля­ет значительные трудности. Вследствие этого для расчета долго-

Ig т Рис. 2,11. Зависимость долговечно­

Сти ткани арт. 52188 от нагрузки при

Температуре, ° С: / - +60; 2 — +30; 3 - +20; 4 30.

5- -60

Вечности ткани вместо величи­ны а была использована экви­валентная ей величина — дав­ление, создаваемое постоянной 1 2 3 4 5 6 Л МПа нагрузкой Р и определяемое на

Единицу площади поперечного сечения ткани. За площадь поперечного сечения принималась пло­щадь начального сечения пробы ткани по системе нагружаемых нитей основы (утка). Суммарная площадь поперечного сечения пробы определялась как произведение числа нитей, непосред­ственно участвующих в сопротивлении растяжению, на среднюю площадь поперечного сечения этих нитей. Таким образом, долго­вечность ткани изучалась при постоянной нагрузке, а расчет ее выполнялся по формуле

U0~YP 1 = Т° еХР RT '

Результаты исследований, представленные на рис. 2.11, свиде­тельствуют о том, что основные закономерности температурно - временнбй зависимости прочности характерны и для таких слож­ных сетчатых систем, как ткани. Полученные значения параметров U0 п у согласуются со значениями параметров подобных исследо­ваний волокон и нитей;

Параметр Хлопчатобумажная Капроновая

TOC o "1-3" h z Ткань арт. 3/04 ткань

Арт. 52188

U0, кДж/моль............................. 145 190

У, м3/кмоль................................ 0,7 2,5

5Н 4 3 2- I - 0- -11- -12-

Прочность тканей. При одноосном растяжении вдоль нитеи основы или утка прочность тканей, характеризуемая разрывной нагрузкой Ррт, зависит прежде всего от прочности и числа не­посредственно воспринимающих нагрузку продольных нитей ис­пытываемой пробы. В ткани нити благодаря взаимному пере­плетению связаны трением в единую систему. Поэтому средняя
разрывная нагрузка на одну нить полоски ткани Рр11т, распо­ложенной в направлении действующей силы, может быть больше разрывной нагрузки для такой же нити Рр,, в свободном состо­янии.

Разрывную нагрузку ткани Ррт рассчитывают по формуле

Рр,= Ррп1П = РрмКгП,

Где П — число нитей в сечении полоски ткани; К — коэффициент использования разрывной нагрузки нити в ткани, равный 0,8— 1,2; tj — коэффициент неоднородности нитей по разрывной нагрузке, равный 0,85.

Коэффициент К тем больше, чем чаще связи и больше углы обхвата, определяющие площадь трения взаимно перпендикуляр­ных систем нитей. С ростом длины перекрытий нитей уменьшают­ся число связей и значение коэффициента К. Поэтому полотняное переплетение, имеющее частые связи между нитями, при прочих равных условиях обеспечивает наибольшую прочность ткани.

При повышении числа нитей на 10 см ткани увеличиваются углы обхвата нитей и, следовательно, поверхность трения, возрас­тает связанность элементов ткани, становится больше сила взаим­ного давления нитей основы и утка и степень сцепления волокон в пряже. В результате растут коэффициент Л'и прочность ткани. За пределами оптимального числа нитей на 10 см не только прекра­щается рост прочности, но и вследствие перенапряжения нитей происходит ослабление ткани.

Крученая пряжа, волокна которой достаточно сильно связаны круткой, укрепляется переплетением в ткани меньше, чем слабо скрученная одиночная пряжа.

Неоднородность нитей по разрывной нагрузке снижает проч­ность ткани. Первыми воспринимают нагрузку и разрываются ни­ти, обладающие наименьшим удлинением, после этого нагрузка перераспределяется на оставшиеся нити, в результате чего на каж­дую из них приходится все большее усилие, а разрыв ткани проис­ходит раньше, чем при одновременном разрыве всех нитей.

Учитывая распределение уси­лий, действующих на нити в тка­ни при ее растяжении (рис. 2.12), К. И. Корицкий предложил оп­ределять нагрузку PpjlT по фор­муле

Рр1„ = (Ррн + Р)чсоф,

Рр „sinp

Рис. 2.12. Распределение усилий, действующих на нить в ткани (поданным К. И. Корицкого)

Где F — нагрузка, обусловлен­ная действием сил трения и Уменьшением длины скольже­ния волокон; р — угол наклона

Рис. 2.13. Диаграмма разрывши: нагрузки /р и удлинения ткани при ее растяжении is различных направлениях (зна­чении Рр и г:р но основе при

Основа

J 20 60 " 100 " 140 180 Разрывная нагрузка и удлинение, %

£ s P. X Й £140

Няты за 100%): / — кривая разрывной па|рн:м. 2 — кривая разрывною удлине иия

Нитей к линии приложения растягивающей силы в момент раз­рыва.

Величина /"зависит от трения нитей, силы нормального давле­ния и прогиба нити; она рассчитывается по формуле

/■= pPp.Hsin р/г,

Где р — коэффициент трения нитей; Pp. Msin р — сила нормального давления на одну нить растягиваемой системы; И — величина, пропорциональная прогибу нити.

Таким образом, разрывная нагрузка ткани с учетом параметров ее структуры может быть определена по формуле

Ррт= ЯРр.„(1 + И sin рЛ)г| cos р.

Ткани являются анизотропными телами, поэтому их прочность в различных направлениях неодинакова (рис. 2.13). При приложе­нии усилий растяжения под углом к нитям основы и утка проч ность ткани меньше, чем при приложении усилий в продольном или поперечном направлении. Объясняется это прежде всего тем, что при растяжении проб, вырезанных под углом к нитям основы и утка, обоими зажимами разрывной машины оказывается зажа­той лишь часть нитей пробы. Кроме того, прочность даже этой зажатой части нитей используется не полностью, так как ниш располагаются под некоторым углом к действующей силе.

Удлинение тканей. В направлении основы или утка ткани удли­няются вследствие распрямления и удлинения иитен, расположен­ных вдоль действующей силы. Обычно распрямление нитей требу­ет меньших усилий, чем их растяжение, сопряженное с измене нием наклона спиральных витков крутки, распрямлением и сколь­жением волокон. Поэтому удлинение ткани, особенно в начале ее растяжения, находится в прямой зависимости от числа изгибов ни­ти, приходящихся на единицу ее длины, и глубины H3i ибов. В свою
|чередь, число изгибов нити определяется переплетением и плот­ностью ткани, а глубина изгиба — толщиной нитей перпендику­лярной системы и фазой строения ткани. Поэтому при прочих рав­ных условиях ткани полотняного переплетения имеют наибольшее удлинение. С увеличением плотности удлинение ткани растет до определенного предела, после которого связанность элементов скани делается настолько большой, что способность к растяже - иию уменьшается.

Фаза строения оказывает большое влияние на удлинение тка - ии, особенно в начале нагружения, когда растяжение ткани про­исходит в основном за счет распрямления нитей. Ткани пятой фазы строения могут иметь близкие показатели удлинения и по основе, "И по утку, так как изогнутость их нитей одинакова. Ткани же ос­тальных фаз строения обладают большим удлинением в направле­нии изогнутой системы.

1 Исследования, выполненные в МТИЛПе Б. А.Бузовым и

Д. Алыменковой, показали, что при растяжении пробы дефор­мация ткани имеет сложный характер: она зависит от направления [растяжения относительно нитей основы или утка. Механизм де­формации определяется растяжением и сжатием нитей, их изги­бом в плоскости ткани, изменением угла между нитями основы и утка, образованием на отдельных участках продольных складок.

Сложный характер деформации вызывает неравномерность уд­линения отдельных участков пробы. На рис. 2.14 представлены гра­фики деформации ткани по участкам пробы в зависимости от на - ,правления растяжения (угла <р) и величины полного удлинения пробы (в процентах от разрывного), схематически показан также характер изменения размеров и формы проб.

Для рассмотренных случаев растяжения проб, вырезанных по 'основе (ф = 0°) и под углом ф = 15°, <р = фпр, <р = 30° и ф = 45° к, основе, деформация крайних участков проб, примыкающих к за­жимам, значительно больше, чем средних участков. Особенно за­ветна разница в степени деформации участков при растяжении, Проб под углом ф = 15° и ф = фпр (где <рпр — угол растяжения пробы, в которой все нити основы, расположенные в рабочей зоне раз - 'рывной машины, закреплены только одним концом: одна поло - дана нитей — в верхнем зажиме, а другая половина — в нижнем [зажиме).

Для проб, вырезанных под углом 45° к основе (<р = 45°), кривые растяжения ткани по участкам расположены почти рядом, что сви­детельствует о более равномерном распределении общего удлине­ния по участкам пробы. Однако на первом этапе растяжения (при­мерно до 20 % удлинения пробы) больше деформируется средний Участок и немного меньше — крайние. При дальнейшем растя­жении крайние участки начинают деформироваться больше, чем средний.

А — ф = 0°; б — ф = ф,|р; в — ф = 45°, г — ф = 15°; Э — ф = 30°

Сложный характер распределения деформаций связан с тем. что нити в пробах по-разному расположены относительно зажи­мов и, следовательно, по-разному воспринимают прикладывае­мую нагрузку. Это наглядно видно на схемах изменения размеров и формы проб (см. рис. 2.14). При растяжении ткани по основе (ф = 0°) зона наибольшего поперечного сокращения располагается в цент­ральной части пробы. При растяжении ткани под углами 15°, фпр и

Наблюдается резкое изменение формы и размеров проб. В пробе ^ф = 15°) появляются две зоны наибольшего поперечного сокраще - дия, которые располагаются ближе к зажимам; в пробах (<р = <рмр, ф = 30°) зоны наибольшего поперечного сокращения смещаются к центральной части пробы, а сами пробы приобретают сложную конфигурацию. В пробе (ф = 45°) максимальное поперечное сокра­щение наблюдается в центральной зоне, а сама проба получает достаточно правильную форму. Выявленные закономерности де­формации ткани по участкам пробы при ее растяжении и измене­Ния формы проб представляют значительный интерес для конст­рукторов и технологов швейного производства.

Прочность и удлинение трикотажа. При расчете ориентировоч­Ных значений разрывной нагрузки трикотажа Ртр учитывают число НИтей п, сопротивляющихся растягивающим усилиям в каждом петельном ряду или столбике, разрывную нагрузку нити Яр,, и плотность полотна П — число петельных рядов (77,,) или столби­ков (Д.), участвующих в разрыве. Расчет ведут по формуле

Ртр = Рр11пИ

Разрывную нагрузку по горизонтали для трикотажа главных переплетений, в котором /7=1, рассчитывают по формуле

Р = Р П

1 тр 1 ' р н'-'п'

В трикотаже производных переплетений в каждом ряду имеют­ся две нити, т. е. п = 2, поэтому расчетная формула принимает вид

Р = 2Р П

1 тр 1 ^ р. II ' 1 Г.■

Для трикотажа кулирных переплетений, в котором в каждой петле столбика имеются две ветви, т. е. и = 2. разрывную нагрузку по вертикали определяют по формуле

Р =2 Р П

' Ip. i р. н'Ч'

В трикотаже основовязаных переплетений п > 3, и разрывную Нагрузку, действующую по вертикали, рассчитывают с учетом этой Величины.

Для трикотажа расчетное значение разрывной нагрузки, как Правило, превышает значение нагрузки, полученное эксперимен­тально, что объясняется, во-первых, неравномерностью нитей по Прочности, и, во-вторых, сложным пространственным располо­жением нитей в петлях трикотажа относительно направления при­кладываемого усилия.

Удлинение трикотажа значительно больше, чем тканей. В нача­ле растяжения трикотажа происходит упорядочение петельной структуры, затем форма петель изменяется, одни участки распрям­ляются, другие изгибаются.

При приложении растягивающих усилий в направлении петель­ных столбиков (по вертикали) увеличиваются размеры петельны палочек и уменьшаются размеры игольных дуг и протяжек, т. е. уменьшается петельный шаг/) и увеличивается высота петельною ряда В. При приложении усилий растяжения в направлении пе­тельных рядов, наоборот, увеличиваются размеры дуг, протяжек и, следовательно, петельный шаг А и уменьшаются размеры пе­тельных палочек, определяющих высоту петельного ряда В. Для каждого переплетения существуют предельные значения высоты петельного ряда В и петельного шага А.

Относительное разрывное удлинение элементарной ячейки по длине трикотажного полотна г„, %, определяют по формуле

Гв = 100(Дт.„ - S0)/

А относительное разрывное удлинение ее по ширине полотна с,, %,— по формуле

Г, = 100(Лтах - Л0)/Д,

Где В0 и А0 — высота петельного ряда и петельный шаг исходного недеформированного образца, мм; 5тах и Атах — высота петельного ряда и петельный шаг к моменту разрыва образца, мм.

При переходе из одного участка петли в другой нить, напряга­ясь, деформируется. Таким образом, прикладываемые нагрузки вызывают не только относительное перемещение нитей в петлях, но и изменение размеров самих нитей. Преобладание того или иного фактора зависит от соотношения сил, необходимых для растяже­ния нитей и их перемещения. Так как при растяжении трикотаж-

Рр, даН

Рис. 2.15. Диаграммы:

А — разрывной нагрузки; б — разрывного удлинения трикотажных полотен пр" растяжении в различных направлениях; / — переплетение гладь; 2— переплет ннс дву. тастик (интерлок); 3 — переплетение пике

,j{oro полотна наблюдается значительное увеличение углов обхвата ццтей в петлях, в некоторых случаях сила, необходимая для сме­щения точек контакта, оказывается больше прочности нити, тог­Да нить разрывается, а полотно разрушается. Поскольку удлинение нити требует значительно больших усилий, чем изменение кон­фигурации петли, прирост длины нити на последних стадиях рас­тяжения происходит при нагрузке, близкой к разрывной, и со­ставляет небольшую долю от общего удлинения трикотажа.

Помимо изменения ориентации нити в петлях при растяжении, трикотажа изменяется ориентация петельных столбиков и рядов относительно направления действия растягивающей силы. Это осо­бенно заметно при растяжении трикотажного полотна под углами к петельным рядам и столбикам. Наибольшее растяжение трико­тажного полотна происходит по ширине и в направлении под не­большими углами к петельным рядам (рис. 2. (5).

Прочность и удлинение нетканых полотен. Прочность прошив­ных нетканых полотен определяется свойствами волокнистого хол­ста и скрепляющей его ниточной сетки. При разрыве нетканого полотна прежде всего рвутся прошивные нити, а затем уже рас­таскиваются волокна холста. Разрывная нагрузка для прошивного Нетканого полотна Ррнп может быть определена как сумма разрыв­ных нагрузок для волокнистого холста Л. и нитей прошивной сет­ки Рс:

Р = Р + Р

1 р н п ' ~ ' с

Прочность закрепления волокон в холсте значительно меньше прочности одиночных волокон и определяется в основном силами трения и сцепления волокон, зажатых в каждой петле. Поэтому при растяжении пробы (полоски) в направлении ориентации во­локон происходит главным образом их растаскивание, а не разрыв. С увеличением массы волокон и их длины растут силы трения и сцепления, возникающие между волокнами, однако разрыва во­локон, как правило, не наблюдается. В нетканом полотне двух - Гребеночного переплетения обеспечивается лучшее закрепление во - 'локон, чем в полотне одногребеночного переплетения. Поэтому "большая часть нетканых полотен, используемых для верхней одеж - ЙЬ1, вырабатывается с применением двухгребеночного перепле­тения.

161

! Прочность прошивных нетканых полотен по длине больше, чем По ширине. В результате отделочных операций, главным образом Валки, прочность по ширине таких полотен может быть увеличена Почти вдвое. При этом полотна с более частой прошивкой, в кото­рых движение волокон ограничено, меньше уплотняются в про­цессе валки и потому получают меньшее упрочнение. Разрывное Удлинение прошивных нетканых полотен по ширине и длине очень Различается. Однако при начальных нагрузках эти полотна имеют

^ Bytol,
значительные деформации в обоих направлениях, что неблаю - приятно отражается на устойчивости формы одежды в процессе носки.

Прочность и удлинение клееных нетканых полотен зависят oi вида волокнистого материала, расположения волокон, типа свя­зующего, его количества и характера распределения. Под действи­ем растягивающих усилий происходят поворот и распрямление формирующих нетканые полотна волокон, растяжение распрям­ленных волокон и, наконец, перемещение волокон относительно друг друга. Разрывную нагрузку Ррнп клееных нетканых полотен рассчитывают по формуле

Р = Р К

' р. И.II ' H'V

Где Рп — разрывная нагрузка волокон, расположенных в сечении пробы полотна; К — коэффициент использования разрывной на­грузки волокон.

Средства для испытания материалов на растяжение. Разрывную нагрузку и разрывное удлинение текстильных материалов опреде­ляют на разрывных машинах.

В зависимости от времени нагружения материала до его разру­шения различают испытания статические (кратковременные — про­должительность нагружения до 1 — 1,5 мин, длительные — про­должительность нагружения от нескольких минут до 103— 104 ч) и динамические (при импульсных нагрузках ударного характера).

В соответствии с требованиями стандартов разрывные машины для статических испытаний делят на жесткие и нежесткие. К жест­ким относятся разрывные машины, у которых смещение зажима, связанного с силоизмерителем, не превышает 0,5 мм. В таких ма­шинах применяют электронные или торсионные силоизмернтедп. Для создания электронных силоизмерителей используют тензомст - рические, индуктивные, емкостные, трансформаторные и другие датчики силы.

Из этой группы машин для испытания текстильных материалов применяют разрывные машины с механическим приводом, рабо­тающие с постоянной скоростью перемещения одного из зажимов и растягивающие пробу с равномерной скоростью деформирова­ния. Скорость перемещения подвижного зажима на этих машинах 1 — 1000 мм/мин.

Разрывные машины первой группы отличаются большой жест­костью, имеют надежную конструкцию, но требуют большой точ­ности при их изготовлении. Эти машины применяют главным об­разом в исследовательских работах.

Ко второй группе — нежестких машин — относят разрывны0 машины, у которых смешение зажима, связанного с силоизме­рителем, может достигать 30 — 40 мм при максимальном усилии - Эти машины оснащены рычажно-маятниковым силоизмерите.'сч1

Рис. 2.16. Схема разрывной машины ' РТ-250М-2:

Я — электродвигатель; 2 — шкала нагру­зок; 3 — рейка, вращающая стрелку на [цкале ширузок; 4— маятник; J— рычаг; (f— корректирующее устройство; 7 — за­жимы; 8 — шкала деформации; 9 — рей - |садля изменения деформации; 10 — шток; // — проба матернала

И имеют постоянную скорость перемещения нижнего зажима. Для испытания текстильных ма­териалов применяют машины РТ-250М-1 (с устройством для записи диаграммы в координа­тах нагрузка — деформация) и РТ-250М-2 (рис. 2.16).

При растяжении пробы мате­риала возникает усилие, которое через верхний зажим и рычаг отклоняет маятник. Маятник пере­мещает рейку, которая вращает рабочую стрелку, показывающую усилие на шкале нагрузок. Деформация пробы измеряется рейкой, соединенной с нижним концом штока. Указатель шкалы деформа­ции связан через корректирующее устройство с рычагом маятни­кового силоизмерителя. При отклонении маятника от вертикаль­ного положения корректирующее устройство и указатель шкалы опускаются на величину, равную вертикальному перемещению верх­него зажима. Нижний зажим перемещается с помощью электро­двигателя. Таким образом, деформация пробы определяется как разность перемещения верхнего и нижнего зажимов.

Испытательные лаборатории швейных предприятий и учебных Заведений оснащены в основном разрывными машинами РТ-250, (соторые отличаются несложной конструкцией, простотой и удоб­ством обслуживания.

Разрывные машины РТ-250 иногда модернизируют, заменяя рычажно-маятниковый силоизмеритель тензометрическим. Для это­Го в верхней части машины устанавливают датчик силы, с кото­рым соединяют верхний зажим (рис. 2.17).

3 4 5

Разрывные машины для динамических испытаний применяют­ся сравнительно редко, в тех случаях, когда нужно моделировать Динамические нагрузки, например нагрузки, испытываемые тка - Нями в момент раскрытия парашюта. К. ним относится машина Маятникового типа (рис. 2.18). Маятник с грузом поднимают на рЫсогу /;,. Падая с этой высоты, он получает ускоренное движение |1о дуге и накапливает при этом запас энергии, достаточный для

Того, чтобы подняться на высо­ту С противоположной сторон 1,1 дуги. Если в зажимах (неподвиж­ном, укрепленном на станиц,: машины, и подвижном, находя­щемся на маятнике) закрепле­на проба, маятник, падая, раз­рывает пробу и затрачивает ца это часть своей энергии, и резуль­тате чего он поднимается толь­ко на высоту /ъ.

В разрывных машинах для ди­намических испытаний усилие к пробе прикладывается со скоро­стью до 120 м/мин. В результате испытания определяется работа, затраченная на разрыв пробы, но формуле

Рис. 2.

17. Схема тензометрического силоизмерителя:

Пругая балка; 2 — датчик; 3 — зажим

/- У

Rp = /77м(/?| - 1ь),

Где тм — вес маятника. Измерительное устройство машины градуируют непосредственно в единицах затраченной работы (Дж), что позволяет не вычислять работу, а снимать показания по шкале измерительного устройства. Работу, затраченную на разрыв пробы, можно рассчитать и по формуле

R = /77v/(COS(p2 - COS(p[),

Где г — расстояние от оси качания маятника до центра подвижно­го зажима; ф2 — угол отклонения маятника после разрыва пробы: ф, — угол поворота маятника при подъеме в исходное положение.

Фь

Рис. 2.18. Принципиальная схема разрывной машины маятникового типа для динамических испытаний: / — неподвижный зажим; 2 — подвиж­ный зажим

Растяжение материалов при Изготовлении и эксплуатации Швейных изделий. При изготов­лении швейных изделий матери­алы испытывают действие не­больших по величине нагрузок По данным ЦНИИШПа и МТИЛПа, при раздублированип ткани и сметывании ее с р.ю - на, перемещении на браков"1!" но-мерильных машинах, при на­стилании, выполнении опера­ций стачивания и формования величина действующей на ткань нагрузки составляет 1 — 2 % ри->"

.рывной, а значение полной деформации растяжения достигает 2 —

Б. П.Поздняковым установлено, что в белье из бязи и сатина в ■направлении нитей основы растяжение ткани больше, чем в направ­лении нитей утка. Наибольшее удлинение ткани происходит в ру­кавах, в области локтя, оно не превышает 5 %. В работе JT. Н. Пан­товой, выполненной под руководством Г. Н. Кукина, изучались ве­личины и распределение усилий растяжения ткани в мужской одеж­де с использованием те изометрического метода измерения. По дан­ным этой работы на спинке мужского пиджака в области среднего И нижнего участков шва проймы ткань испытывает наибольшие нагрузки, достигающие на отдельных участках 16 Н на полоску шириной 10 мм. Б. А. Бузовым проводились исследования дефор­мации ткани на различных участках мужской верхней одежды. Ре­зультаты исследований показали, что распределение и величины деформации растяжений ткани в этой одежде зависят от характера движений человека. Наибольшее растяжение ткань испытывает на тех участках одежды, где при движении человека наиболее резко увеличиваются размеры его тела. Установлено, что при выполне­нии человеком резких движений на спинке и рукавах изделий в зонах, прилегающих к среднему и нижнему участкам проймы, ткань испытывает наибольшее растяжение. Причем в диагональных на­правлениях (под углом 22,5; 67,5 и особенно 45° к нитям основы) растяжение ткаии значительно больше, чем по основе или утку, и составляет 10—15%. На отдельных участках одежды растяжение достигает 20 — 22 %, что соответствует 35 — 40% разрывного удли­нения. По основе ткань растягивается на 3 — 5 %, а по утку — на 6—9%, причем наибольшее удлинение по утку составляет около 50 % разрывного, а по основе — не более 20 % разрывного. Анало­гичные результаты были получены при изучении деформации рас­тяжения гкани в деталях детской одежды Ю. А.Костиным и др.

На участках одежды, расположенных на уровне плечевого по­яса или линии талии, т. е. выше или ниже линии груди, растяже­ние ткани значительно меньше, чем в области средней и нижней частей проймы.

Величина и распределение деформации растяжения ткани по Участкам одежды зависят также от соответствия размера одежды размерам тела человека, его физического развития. С увеличением размеров тела человека изменяется не только удлинение ткани, но И характер распределения ее деформации по участкам одежды.

Наибольшее растяжение полотна в трикотажных изделиях (верх­них и бельевых) наблюдается на участках спинки и полочки в об­ласти средней и нижней частей проймы. Растяжение трикотажного Полотна в изделиях зависит от вида полотна и его растяжимости, Вида изделия и условий его эксплуатации, характера движений, Выполняемых человеком, и других факторов. По данным В. П. Ру-
мяицева и А. И. Коблякова, максимальное растяжение трикотаж­ного полотна в мужской сорочке (фуфайке) на спинке в обласщ среднего и нижнего участков проймы составляет 8 — 25 % (5— 12 % разрывного удлинения). В верхних трикотажных изделиях, по дан­ным А. А.Карцевой, относительное удлинение полотна на тех же участках спинки не превышает 5 %, а в изделиях спортивного на­значения полотно деформируется на 35 — 55 % (в зависимости от растяжимости полотна).

Значительный интерес представляют результаты, полученные Б. А. Бузовым при измерении деформации ткани в одежде одновре­менно в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Исследо­ванию подвергалась мужская одежда свободного и прилегающего покроя, изготовленная из хлопчатобумажной диагонали (рис. 2.19).

Рис. 2.19. Участки измерения деформации в мужской одежде: а — свободного покроя; б — прилегающего покроя

Б

А

Для анализа деформации ткани на участках одежды при опре­делении растяжения в двух взаимно перпендикулярных направле­ниях был использован коэффициент поперечного сокращения тка­ни. Для хлопчатобумажной диагонали, из которой были изготов­лены изделия, коэффициент поперечного сокращения при рас­тяжении стандартных полосок, вырезанных в направлении нитей основы, утка и под углами 22,5; 45 и 67,5° к нитям основы, из­меняется от -0,92 до -1,33 (для полосок, вырезанных вдоль нитей основы, от -0,92 до -1, вдоль нитей утка от -1 до -1,25, под углом 22,5° к нитям утка от -0,93 до -1,33, под углом 45° от -1,08 до -1,33, под углом 67,5° от -1,09 до -1,33). Очевидно, уменьшение абсолютного значения коэффициента поперечного сокращения сви­детельствует о том, что ткань в направлении, перпендикулярном основному растяжению, испытывает сдерживающее усилие. При
растяжении ткани одновременно в двух взаимно перпендикуляр­ных направлениях коэффициент будет с положительным знаком.

Результаты определения деформации ткани на различных участ­ках одежды представлены в табл. 2.4.

Из представленных в табл. 2.4 данных видно, что на большин­Стве участков спинки в одежде свободного покроя значение коэф­фициента поперечного сокращения соответствует значениям, по­лученным при растяжении стандартных полосок из указанной ткани. В одежде прилегающего покроя на многих участках абсолютное значение коэффициента поперечного сокращения ткани меньше значений, полученных при испытании стандартных полосок, т. е. на этих участках в направлениях, перпендикулярных основному растяжению, ткань испытывает сдерживающее усилие; на отдель­ных участках коэффициент А"имеет положительное значение, сви­детельствующее о том, что ткань растягивается одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Таким образом, деформация ткани на некоторых участках одеж­ды, особенно прилегающего покроя, существенно отличается от деформации при растяжении стандартных полосок, когда ткань, растягиваясь в направлении прикладываемой нагрузки, в перпен­дикулярном направлении только сужается. В этом случае метод пе­рехода от деформации к нагрузке путем одноосного растяжения стандартных полосок на разрывной машине не позволяет опреде­лять действительные значения нагрузок, испытываемых тканью в одежде.

Большое влияние на характер распределения и величину де­формации растяжения материала в одежде оказывают конструк­тивные особенности одежды, расположение швов в ней, вид ма­териала и его свойства, условия окружающей среды и другие фак­торы.

Растяжение материала в одежде при се эксплуатации можно определить несколькими методами: непосредственным измерени­ем, методом «нитки» и Тензометрированием.

При использовании метода непосредственного измерения пред­варительно на участке одежды в направлении нитей основы, утка или под углом к ним отмечают две точки. Далее, измеряя расстоя­ние между этими точками до начала движения (человек находится в исходном положении) и в момент выполнения движения (на некоторое время движение должно быть задержано), определяют величину растяжения материала на данном участке. Этим методом Можно определять растяжение материала только иа отдельных, открытых, участках одежды при однократных движениях. Точность результатов измерения невысокая.

При использовании метода «нитки» на участке одежды в вы­бранном направлении отмечают две точки и между ними прокла­дывают отрезок хлопчатобумажной нитки в 6 сложений. Один ко-

Табл и ца 2.4

Значения коэффициента поперечного сокращения ткани (по данным Б. А. Бузова)

Покрой Одежды	Орнситирная точка на шве Проймы (см. рис. 2.19)	Направление основного растяжения	Значение коэффициента для участков, располо­женных на расстоянии от ориентирных точек, см
		3	9	15
Свобод­ный	Г	Вдоль утка Под углом к утку, град:	-1,25	-0,71	-0,54
		22,5	-1,22	-1,29	—
		45	-1,43	-0,88	-0,83
		67,5	-1,14	-0,66	-0,53
		Вдоль основы	-1,29	-0,32	-1,02
	Г2	Вдоль утка Под углом к утку, град:	-0,17	--	—
		22,5	-0,86	-1,13	-0,76
		45	-1,28	-1,16	-0,32
		67,5	-0,68	-1,22	-1,08
		Вдольосновы	—	-0,47	—
Приле­гающий (плотно)	О,	Вдоль утка Под углом к утку, град:	-0,56	-0,54	- 0,45
		22,5	-0,74	-0,84	-0,47
		45	-0,83	-0,43	+ 0,30
		67,5	-0,65	-0,49	-0,1 1
		Вдольосновы	—	-0,29	—
	О2	Вдоль утка Под углом к утку, град:	-0,88	-0,23	- 0,23
		22,5	-0,84	+ 0,37	+ 0,1 1
		45	-1,22	+ 0,33	+ 0,34
		67,5	-0,53	+ 0,48	+ 0,77
		Вдольосновы	-0,39	—	—

Рис. 2.20. Схема упругого элемента на иглах:

J — скоба; 2 — тепзорезкетор; 3 — игла; 4 — материал

Нец нитки закрепляют в первой точке, а другой ее конец во вто­рой точке протягивают в виде одного стежка через материал и оставляют свободным.

В исходном положении на нитке при входе ее в материал во второй точке делают отметку. В результате растяжения материала на данном участке и изменения расстояния между двумя заданны­ми точками происходит перетягивание нитки за счет ее свободно­го конца. После выполнения одного движения на свободном кон­це нитки делают вторую отметку. Расстояние между двумя отмет­ками на нитке и характеризует растяжение материала на данном участке в заданном направлении.

С помощью нитки можно измерять растяжение материала на различных участках одежды и при самых различных движениях. Точность измерения значительно выше, чем при непосредствен­ном измерении.

Тензометрирование — наиболее совершенный и точный метод измерения деформации растяжения материала в одежде. Этот метод предусматривает использование упругого элемента в виде П-об- разной скобы (рис. 2.20), изготовленной из фосфористой бронзы толщиной 0,1 —0,15 мм, с наклеенными на верхнюю часть тензо - резисторами (проволочными датчиками сопротивления). Скоба на материале закрепляется с помощью игл. Применение упругих эле­ментов в виде скобы позволяет измерять деформацию растяжения и сокращения материала на самых различных участках одежды при многократных движениях и с записью процессов деформации.

В ИвТИ (В. В. Веселовым и др.) для измерения деформации ма­териала применялись аналогичные скобы с повышенной жестко­стью боковых стоек, к концам которых были припаяны горизон­тально расположенные иглы. С помощью этих игл скобу «при­шпиливают» к материалу. При таком способе крепления скоба кроме Внецентренного растяжения испытывает кручение, что не обеспе­чивает достоверности результатов.

Одноцикловые характеристики. В швейном производстве, в част­ности при разматывании рулона полотна, настилании его для рас­кроя, выполнении швов, влажно-тепловой обработки и т. п., ма­териалы подвергаются действию, как правило, небольших по ве­личине нагрузок, значение которых составляет 1 —2 % разрывных.

В зависимости от способности материала сопротивляться этим воздействиям устанавливаются режимы технологических операций,

При эксплуатации одежды материалы, из которых она изготов­лена, в редких случаях подвергаются однократному воздействию непрерывно возрастающей и доходящей до разрушающей нагруз­ки. Обычно материалы деформируются в результате действия уси­лий, величины которых значительно меньше разрывных: для тка­ней они составляют в основном 1 —3 даН на ширину полоски 5 см и только на отдельных участках одежды достигают 8 — 9 даН. При эксплуатации трикотажных изделий напряжение от растяжения три­котажа составляет около 0,1 МПа.

Таким образом, и в производстве швейных изделий, и при их эксплуатации на материал действуют небольшие нагрузки, кото­рые, чередуясь с разгрузкой и отдыхом, расшатывают структуру материала и приводят к его ослаблению; происходящие при этом изменения в размерах и форме материала на отдельных участках одежды значительно ухудшают ее внешний вид.

Изучение получаемых при испытаниях в цикле нагрузка—раз­грузка—отдых характеристик механических свойств текстильных материалов представляет большой интерес, а результаты подоб­ных исследований могут использоваться при конструировании де­талей одежды, ее изготовлении, при разработке новых материалов с улучшенными свойствами.

Исследованием тканей при растяжении их нагрузками меньше разрывной начали заниматься в начале XX в. русские ученые. Од­нако эти работы в то время не получили развития.

Успехи в изучении механических свойств полимеров способ­ствовали развертыванию работ по изучению механических свойств текстильных материалов и исследованию релаксационных явлений, вызванных внешними воздействиями на материалы. Значительные работы в этой области выполнили Г. Н.Кукин, А. Н.Соловьев,

A. И. Кобляков, И. И.Шалов, А. В. Матуконис, В. М. Милашюе,

B. П. Склянников и др.

Сетчатое строение тканей и петельное строение трикотажа обус­ловливают образование многочисленных связей. Все связи, дейст­вующие в материале, принято разделять на две группы: внешние, определяемые особенностями строения материала, и внутренние, обусловленные особенностями строения нитей (пряжи) и волокон.

При переплетении нитей в ткани между ними возникают силы трения и сцепления. В точках контакта нитей основы и утка эти силы значительно возрастают. Кроме того, структура ткани пред­ставляет собой пространственную решетку, форма и размеры ко­торой в значительной степени определяют способность ткани Де­формироваться, В зависимости от вида переплетения, фазы строе­ния ткани изменяются изгиб и взаиморасположение нитей осно­вы и утка, углы обхвата нитей. Все эти внешние связи, определяе­jdbie особенностями строения ткани, оказывают существенное вли­яние на проявление сил трения и сцепления между нитями и в конечном счете на деформационную способность ткани.

Наряду с внешними связями в ткани действуют внутренние связи, определяемые силами трения и сцепления между волокна­ми в нитях (пряже), силами межатомных и межмолекулярных свя­зей в волокнах.

В трикотаже внешние связи характеризуются силами трения и сцепления, возникающими между нитями петель. Вследствие пе­тельного строения трикотажа его внешние связи несколько слабее и подвижнее, чем в ткани. Для изменения этих связей требуется приложить меньшее усилие. Внутренние связи в трикотаже, как и в тканях, обусловлены силами трения и сцепления между волок­нами, составляющими нить, и силами межатомных и межмолеку­лярных связей в волокнах.

Нетканые полотна существенно отличаются по своему строе­нию от тканей и трикотажа, их волокнистое строение в значитель­ной степени определяет образование связей, влияет на их механи­ческие свойства. Для прошивных нетканых полотен внешние связи определяются главным образом силами трения и сцепления воло­кон, образующих материал. Эти силы, в свою очередь, зависят от расположения волокон в материале (ориентированное или неори­ентированное), вида волокон, способа прошивания и т. п.

Для клееных нетканых полотен внешние связи, кроме того, в значительной степени дополняются силами склеивания отдель­ных волокон связующим веществом. В зависимости от количества связующего вещества силы склеивания волокна могут быть очень значительными и оказывать преобладающее влияние на меха­нические свойства материала, на его деформационную способ­ность.

Таким образом, ткани, трикотажные и нетканые полотна име­ют сложное строение, которое в значительной степени влияет на их деформационную способность, на характер развития релакса­ционных процессов.

Релаксационными называют процессы, протекающие во вре­мени и приводящие к установлению равновесного состояния ма­териала. Релаксационные процессы в текстильных материалах на­блюдаются при всех видах механических воздействий на материал (растяжение, изгиб, сжатие и др.) и являются их характерной осо­бенностью. Эти процессы в текстильных материалах оказывают большое влияние как на качество изготовления, так и на эксплу­атацию швейных изделий.

Одноцикловые испытания при растяжении материалов можно Выполнять многими методами, поскольку цикл нагрузка —разгруз­ка—отдых может осуществляться различно. Рассмотрим четыре ос­новных из этих методов.

1- Й метод. Первая половина цикла (нагруженис) соответствуе i режиму ползучести /, а вторая — режиму уменьшения деформа­ции IIЗа счет исчезновения высокоэластической деформации. В ка честве входного возбуждения используется нагрузка (рис. 2.21, и)

2- Й метод. Первая половина цикла соответствует режиму ре - лаксации усилия /, вторая — режиму астригнации усилия II (Если деформация поддерживается постоянной после ее уменьшения, то происходит обратный релаксационный процесс — увеличение усилия. Этот процесс В. М. Милашюс назвал астригнацией уси­лия.) В качестве входного возбуждения используется изменение деформации в виде широкого импульса, а в качестве выходной функции — изменение внутреннего усилия в пробе во времени (рис. 2.21, б).

3- Й метод. Первая половина цикла соответствует режиму ре­лаксации усилия I, вторая — режиму уменьшения деформации // за счет исчезновения высокоэластической деформации. В первой половине цикла в качестве выходной функции используется из­менение усилия, во второй половине — изменение деформации (рис. 2.21, в).

4- Й метод. Режим испытания состоит из трех частей: ползучес­ти /, релаксации усилия //, уменьшения деформации за счет ис­чезновения высокоэластической деформации III (рис. 2.21, г).

Помимо этих четырех методов к одноцикловым испытаниям относят метод, при котором пробу постепенно деформируют, а затем постепенно разгружают. Осуществляется этот метод испыта­ния за относительно короткое время на разрывных машинах.

Число испытаний может быть увеличено вследствие варьирова­ния амплитуды возбуждающей функции. Зависимость же релакса­ционных характеристик от температуры и относительной влажно­сти воздуха требует учета и этих факторов.

И '

Рис. 2.21. Графики однородных (а, б) и смешанных (в. г) методов одноиик - ловых испытаний при одноосном растяжении текстильных материален' А. г — выходная функция с = F(T); о, в — вычодная функция Р = F(I)

Отдых |

Растяжение

Рис. 2.22. Изменение но времени деформации растяжения пробы рри постоянном нагрузке и от­дыхе

Разгрузка

Из одно цикловых характеристик, получаемых при растяжении текстильных материалов, наибольший интерес представляет изу­чение релаксации напряжения, или деформации, и определение полного удлинения и его составных частей. При изучении релакса­ции напряжения (усилия) регистрируют величину усилия при за­данном постоянном удлинении (см. рис. 2.21, б). По степени умень­шения напряжения за определенное время делают сравнительную оценку материалов. Следует отметить, что проявление релаксации напряжения у тканей имеет почти одинаковый характер, поэтому эта характеристика не получила широкого распространения.

Наиболее широко изучается релаксация деформации материала при действии на него постоянной нагрузки меньше разрывной. Если К пробе текстильного материала приложить постоянную нагрузку (рис. 2.22), то она начнет деформироваться (растягиваться). Такой процесс называют ползучестью или упругим последействием.

При этом, как правило, в начальный период приложения на­грузки происходит значительная деформация материала, С течени­ем времени деформация постепенно затухает и при достижении определенной величины, соответствующей заданной нагрузке, деформация прекращается — устанавливается равновесное состо­яние (здесь и в дальнейшем под равновесным состоянием понима­ется «техническое равновесное» состояние, при котором неболь­шое изменение материала еше продолжается). Деформация мате­риала, зафиксированная в этот момент, определяет величину пол­ного удлинения /:

/= LK-L0,

Где LK — длина пробы материала, измеренная к моменту оконча­ния действия на него заданной нагрузки; L0 — первоначальная Длина пробы.

Полная деформация, проявляющаяся в материале при действии Постоянной нагрузки, слагается из трех компонент (частей): упру­гой, высокоэластической и пластической. Однако выделить эти части Во время действия нагрузки как при деформации, так и в период Условно установившегося равновесия не представляется возмож­ным, В определенных условиях все три компоненты полной дефор­мации при действии нагрузки проявляются и развиваются одно­временно.

Упругая часть (/у) полной деформации текстильных материалов возникает вследствие появления энергии, вызванной упругим (об­ратимым) изменением связей. Из-за изменения напряжения свя­зей, находившихся до этого в равновесии, и развивается упругая часть деформации, которая распространяется в материале с ог­ромной скоростью. При этом в первый период действия нагрузки упругая часть деформации, очевидно, является результатом не­значительного изменения внешних связей, определяемых силами трения и сцепления между волокнами, проявлением межмолеку­лярных связей.

С течением времени действия нагрузки происходит существен­ное изменение связей. Вновь образовавшиеся связи в первый мо­мент своего проявления вследствие незначительного изменения напряжения пополняют упругую часть. Таким образом, по мере роста полной деформации материала происходит непрерывный процесс изменения в связях. При этом, очевидно, все связи в пер­вый момент своего проявления выступают как упругие. С ростом полного удлинения материала изменяются внутренние связи — меж­волоконные и межмолекулярные в волокнах.

Возникновение высокоэластической части (/э) — изменяющейся во времени части полной деформации — объясняется тем, что свя­зи, проявившиеся в первый момент развития упругой части де­формации, по мере действия внешних сил продолжают накапли­вать энергию. Этот процесс, протекающий во времени, и приво­дит к появлению внутренних напряжений, способствующих обра­тимости высокоэластической части деформации. Участие связей в возникновении эластической части деформации продолжается до тех пор, пока энергия, накопившаяся в связях, не достигнет опре­деленного значения, превышающего предельное для данной свя­зи, и не произойдет нарушения этих связей. Нарушение действо­вавших связей, очевидно, приводит к появлению новых связей, которые в первый момент проявления пополняют упругую часть деформации и участвуют в возникновении эластической части. Следовательно, при деформации материала происходит непрерыв­ное качественное изменение связей, участвующих в возникнове­нии упругой, а затем высокоэластической частей деформации. Высокоэластическая часть деформации в текстильных материалах в связи с особенностями их строения проявляется в течение дли­тельного времени.

Пластическая часть (/п) полной деформации появляется в ма­териале вследствие необратимого изменения (нарушения) внеш­них и внутренних связей. Под действием нагрузки в результате накопления энергии происходит нарушение связей, сопровож­дающееся перегруппировкой элементов структуры материала. Пр11 этом, очевидно, в первую очередь нарушаются менее устойчивые и слабые внешние связи: происходит необратимое сближение Ш1" тей и перемещение их в точках контакта, увеличиваются изгибы одних и распрямление других нитей либо меняются изгибы всех нитей и т. п.

Рассмотренные выше особенности деформации материала при действии на него нагрузки, выражающиеся в проявлении трех со­ставных частей полной деформации, характерны и для цикла от­дыха, наступающего после разгрузки материала.

После освобождения материала от действия нагрузки происхо­дит обратный релаксационный процесс. Однако участвующие в этом процессе связи, естественно, качественно отличаются от тех свя­зей, которые принимали участие в возникновении упругой и эла­стической частей деформации на первом этапе ее развития при действии нагрузки. Причем высокоэластическая часть деформации при обратном релаксационном процессе также проявляется дли­тельное время. Этот процесс сопровождается некоторым измене­нием и пластической части деформации.

Благодаря различной скорости проявления упругой и высоко­эластической частей деформации при отдыхе возможно разделе­ние полной деформации на составные части. Вследствие возник­новения упругой и высокоэластической (с очень малым периодом релаксации) частей деформации материал в первый момент после снятия нагрузкн сокращается подлине. При отдыхе в связи с про­явлением высокоэластической части деформации он продолжает укорачиваться. По истечении определенного и притом значитель­ного времени релаксация деформации замедляется и практически прекращается.

Очевидно, такое разделение полной деформации растяжения на составные части условно.

Известно, что упругая часть деформации распространяется в материалах со скоростью, близкой к скорости звука. На существу­ющих же приборах первый отсчет деформации производится обычно через 2—5 с после разгрузки. За это время, естественно, исчезает не только упругая часть деформации, но и какая-то часть высоко - эластической с малым периодом релаксации. Таким образом, фик­сируемое значение упругой части полной деформации несколько выше фактического. Эту часть (компоненту) полной деформации /у принято называть быстрообратимой.

Высокоэластическая часть деформации проявляется в течение Длительного времени (сотен часов). При массовых испытаниях тек­стильных материалов наблюдения за отдыхом материала ограни­чиваются несколькими часами. Проявляющуюся за это время от­дыха часть деформации /э принято называть медленнообратимой. Часть эластической деформации, которая не успела проявить себя За короткое время отдыха, попадает в пластическую и несколько Превышает ее истинную величину. Поэтому правильнее эту часть Деформации /п называть остаточной.

Таким образом, значения частей полной деформации растяже­ния текстильного материала, получаемые после освобождения ею от действия нагрузки, при отдыхе, носят условный характер. Сле­дует отметить, что и полное удлинение материала, фиксируемое при действии малых нагрузок, также условно. Дело в том, что ре­лаксация деформации в текстильных материалах продолжается зна­чительное время, при этом чем выше чувствительность прибора, регистрирующего деформацию, тем дольше можно наблюдать ре­лаксационный процесс. Кроме того, на проявление релаксации де­формации материала существенное влияние оказывают условия ок­ружающей среды (влажность, температура и др,). Однако, несмот­ря на условный характер полного удлинения и его составных час­тей, описанный способ изучения релаксации деформации и опреде­ления компонент полного удлинения текстильного материала при действии на него малых нагрузок благодаря наглядности и относи­тельной простоте наиболее распространен и широко используется.

В дальнейшем для краткости термины «условная полная дефор­мация», «условная быстрообратимая (упругая) деформация», «ус­ловная медленнообратимая (высокоэластическая) деформация» и «условная остаточная (пластическая) деформация» будут написа­ны без слова «условная». Однако при употреблении этих терминов их следует понимать в условном значении.

Полная абсолютная деформация растяжения, развившаяся в ма­териале к моменту разгрузки, слагается из трех компонент (частей):

/ = /у + 13 + /Л,

Значения этих компонент определяют следующим образом;

/у = LK ~ L{, /э = Lk- ~ Lj, Ln~L2~ L0,

Где L, — длина пробы материала в момент первого измерения сра­зу же после снятия нагрузки; L2 — длина пробы после отдыха в течение определенного (заданного) времени.

Полную деформацию растяжения и ее составные части часто выражают в относительных величинах (относительная полная г., относительная быстрообратимая еу, относительная медленнообра­тимая еэ, относительная остаточная г„), получаемых делением аб­солютных значений на первоначальную длину пробы материала:

£ = I/Lq, еу = /у/LQ, еэ = IJLQ Еп = /п/Z.0,

Для выражения полученных значений деформаций в процентах их умножают на 100,

При изучении деформаций растяжения текстильных материа­лов для их сравнения принято также компоненты полной дефор­мации выражать в долях от полной:

Дгу = е./г; Де^ = Zjz Деп = £„/£,

!рри этом

Дгу + + Де„ = 1,

Учитывая условный характер быстрообратимой и медленнооб - ратимой компонент, их часто объединяют под общим названием обратимая часть полной деформации; деформация остаточная — необратимая часть.

Влияние различных факторов на проявление одноцикловых ха­рактеристик. Релаксация деформации текстильных материалов при отдыхе после освобождения от действия статической нагрузки про­должается длительное время. В тканях техническое равновесие в основном устанавливается через 300 — 400 ч действия статической нагрузки и 100 — 200 ч отдыха после освобождения от нагрузки. В трикотаже релаксация деформации растяжения при отдыхе про­должается более длительное время.

Наиболее интенсивно релаксационный процесс протекает в, первый период действия отды­ха (рис, 2.23). Стечением време­ни релаксация деформации за - ;тухает и устанавливается отно­сительно равновесное состоя­ние. Следует отметить, что ве­личина нагрузки в долях от раз­рывной 0,1 — 0,25 для тканей и 0,01—0,05 для трикотажа не оказывает существенного вли­яния на время развития дефор­мации и релаксации деформа­ции при действии нагрузки и! при отдыхе.

1 1 1 1 I 1 1 2 34 24 120	1 1 1 I I г 1 2 34 24 120	240
Нагрузка	Отдых

Разгрузка Время, ч

Величина статической на - ггрузки, действующей на мате­риал, значительно влияет на величину полной деформации. растяжения материала и соот-

|,Рис. 2.23 Релаксация деформации 'Тканей и трикотажа (по данным, Г. Н. Кукина и А. И. Коблякова):

■' — льняная ткань; 2— хлопковая ткань (бязь); 3 — капроновая ткань, 4 — шерс­тяная ткань; 5— штапельная вискоз­ная ткань; 6 — трикотаж переплете­нием двуластик; 7 — трикотаж пере­плетением гладь; 8 — трикотаж пере­плетением ластик
ношение составных частей полного удлинения. При увеличении нагрузки растет полная деформация и существенно изменяются ее части: быстрообратимая, медленнообратимая и остаточная. В тка­нях развитие деформации, вызванное увеличением нагрузки, со. провождается нарушением отдельных связей и приводит к poeiy остаточной деформации; доли быстрообратимой и медленнообра - тимой деформаций при повышении статической нагрузки умень­шаются.

Проявление полной деформации и ее составных частей в зна­чительной степени зависит от структуры ткани: числа нитей на 10 см, вида переплетения, характера отделки и т. ri. Условные зна­чения полной деформации и ее компонент, полученные при ис­пытании стандартных проб, вырезанных по основе (нагрузка — 0,25 разрывной, продолжительность действия нагрузки 1 ч, отды­ха 2 ч), приведены в табл. 2.5.

Ткань

При приложении нагрузки под углами к нитям основы или угка растет полная деформация ткани и изменяется соотношение со­ставных частей: доля обратимой части уменьшается, а доля не­обратимой увеличивается. Особенно увеличиваются полная дефор­мация и доля ее необратимой части при приложении нагрузки в направлении под углом 45° к нитям основы (утка). Это объясняется поворотом нитей основы и утка в точках их пересечения (перехо­да) и связано главным образом с числом нитей на 10 см материа-

Табл и на 2.5

Значения компонент полной деформации тканей

Доли компонент полной деформации

Остаточной

Ситец

3 3 5,5 5,5 1,5

Ткань карманная Борювка льняная Шелк рукавный Саржа подкладочная Шерстяная костюмная 0,35 0,3 0,35

TOC o "1-3" h z 0,8 0,1 0,1

0,36 0.19 0.45

0.54 0,19 0,27

0.66 0,34 -

0,9 0,1

TOC o "1-3" h z 0,7 0.2 0,1

0,6 0,15 0.25

17 10 10

0.5 0,25 0,25

0.9 0,1

0,6 0,3 0.1

и видом переплетения. Чем меньше число нитей на 10 см мате­риала и больше длина перекрытия, а следовательно, слабее связи МсЖДУ нитями, тем легче поворачиваются нити в точках их пересе­чения. Поэтому уже при малых нагрузках, действующих на ткани в направлении под углом к нитям основы (утка), наблюдается зна­чительное полное удлинение ткани с увеличением доли необрати­мой части деформации.

В табл. 2.6 приведены значения полной деформации и ее обра­тимой и необратимой частей, полученные при растяжении проб шириной 100 мм при нагрузке, равной 19,6 Н (2 кгс) и приложен­ной под углом 45° к нитям основы.

Таблица 2.6 Значения деформации для некоторых тканей при приложении нагрузки под углом 45° к нитям основы (по данным Т. А. Модестовой и Б. А. Бузова) Ткань (волокнистый состав) Пере плетение Поверх­ностное заполне­ние, % Полная деформа­ция, % Доли компонент полной деформации Необрати­мой Обрати­мой Бязь (хлопковая) Полотняное 75 36 0,37 0,63 Платьевая (вискоз­ » 76 32 0,42 0.58 Ная) Панама (вискоз­ » 75 39,6 0,4 0,6 Ная) Шотландка (вис­ » 72 25,4 0,2 0,8 Козная) Платьевая (шер­ » 75 38 0,21 0,79 Стяная) Поплин (хлопко­ » 84 18 0,17 0,83 Вый) Кашемир (хлопко­ Саржевое 95 38 0,38 0,67 Вый) Саржа (полушел­ » 90 42 0,4 0,6 Ковая) Кашемир (полу­ » 89 36,4 0,3 0,7 Шерстяной) Сукно (шерстя­ » 89 28 0,23 0,77 Ное) Шевиот (полушер­ » 97 35,2 0,14 0,8 Стяной) Бостон (шерстя­ » 98 26,2 0,1 0,9 Ной)

Как видно из табл. 2.6, соотношение обратимой и необратимом частей деформации растяжения зависит от вида переплетения, поверхностного заполнения материала, его волокнистого состава.

Проявление составных частей деформации растяжения трико­тажа по сравнению с тканями имеет некоторые особенности, оп­ределяемые петельным строением трикотажа. Так, незначительное увеличение статической нагрузки при кратковременном ее деи - ствии приводит к резкому увеличению полного удлинения с пре­имущественным развитием упругой деформации. Со временем дей­ствия статической нагрузки изменяется соотношение частей пол­ной деформации растяжения трикотажа: обратимая часть дефор­мации уменьшается, необратимая растет. При значительном уве­личении статической нагрузки увеличивается остаточная часть пол­ной деформации трикотажа.

Таким образом, чем меньше нагрузка, действующая на матери­ал, и время ее действия, тем больше доля упругой компоненты. Поэтому одежда, материал которой при носке испытывает крат­ковременное действие незначительной нагрузки, лучше сохраняет форму и размеры.

Большое влияние на развитие релаксационных процессов в тек­стильных материалах оказывают влага и температура. При погло­щении паров воды из окружающей среды и еще в большей степе­ни при непосредственном погружении текстильных изделий в воду молекулы воды, проникая между макромолекулами, формирую­щими текстильные волокна, ослабляют их связи, т. е. влага дей­ствует как пластификатор.

Особенности релаксационных процессов в ткани под влиянием влажности и температуры при режимах, близких к условиям швей­ного производства, изучались во МТИЛПе. Эксперименты про­водились с чистошерстяной тканью драп арт. Н-3339 на релакео- метре Р-МТИЛП. Всего было задано шесть режимов испытаний (табл. 2.7).

Размер проб 35 х 200 мм. Постоянная нагрузка — 1 % разрывной. Время нахождения пробы под нагрузкой 5 мин, из них в течение 2 мин на пробу действовала нагрузка и в течение 3 мин происхо­дила релаксация при зафиксированной деформации. Температура пропаривания проб для увлажнения (100 ± 5)°С. Отдых после раз­грузки при температуре 20 °С 60 мин.

Как видно из графиков, представленных на рис. 2.24, значение полной деформации при действии постоянной нагрузки состави­ло 6 — 7 % и только для режимов III и IV — 8 — 9 %: доли компо­нент полной деформации при отдыхе в заданных режимах суще­ственно различаются. Так, при повышении температуры сушки от 20 (режим I) до 160 °С (режим II) время активной релаксант' деформации увеличивается. Повышение влажности ткани от 15 (ре­жим I) до 25% (режим III) практически не влияет на характер

Та Г) л и ца 2.7

Параметры режимов исследования релаксационных процессов в ткани

(драп арт. Н-3339)

Режим	Влажность пробы, %	Температура, °С, при действий нагрузки
В течение периых 2 мин	В течение последу­ющих 3 мин (сушка)
1	15	20	20
II	15	20	160****
III	25*	100**	20
IV	25	100**	160
V	25	2Q***	20
VI	25	20***	160

* Влажность [фоб, рапную 25%, получали после их пропаривания. ** Пробы пропаривались при действии нагрузки. *** Пробы пропаривались до закрепления их в зажимы релаксометра. **** Пробы нагревались до температуры 60 — 70 °С.

Релаксации деформации, в то же время доля остаточной деформа­ции ткани (режим ///) заметно возрастает.

Пропаривание с одновременным действием нагрузки и сушка ткани как при температуре 20 °С (режим III), так и при температу­ре 160 °С (режим IV) заметно увеличивают долю остаточной де­формации; при этом сушка при температуре 160 "С приводит к увеличению периода активной релаксации ткани.

Предварительное пропарива­ние проб (режимы V и VI) и последующая их сушка при тем­пературе 160°С способствуют преимущественному развитию обратимой части деформации (режим VI).

-v // ■ - V — /

1. мим

0 10 20 30 40 50 60

24

Нагрузка

Отдых

Таким образом, релаксация Деформации ткани при отдыхе значительно изменяется в зави-

Рис. 2.24, Релаксация деформации Чистошерстяной ткани (нагрузка — I Гс разрывной);

VI — режимы исследования релакса­ционных процессов в ткани

Симости от режимов обработки ткани и существенно влияет ца качество выполнения технологических операций в швейном про­изводстве.

Приборы для определения одноцикловыххарактеристик. Для опре­деления одноцикловых характеристик материалов применяют прибо­ры, работающие по принципу: 1) постоянного растяжения пробы материала; 2) постоянной нагрузки на пробу (релаксометры).

При испытании материалов на приборах первого типа изучают изменения усилия в пробе материала, получившей постоянное заданное удлинение. Прибор первого типа разработан Г. Н. Кукц - ным и А. И. Кобляковым (рис. 2.25). При испытаниях на этом при­боре вращением рукоятки все нижние зажимы 2 опускаются па определенную величину, а пробы ткани при этом получают задан­ную деформацию. Релаксация усилия (напряжения) в материале регистрируется с помощью тензометрического силоизмерителя — балки 5, на которой закреплен верхний зажим 4.

Для изучения релаксации усилия в материале при постоянном растяжении пробы используют механический релаксометр MP, раз­работанный во МТИЛПе Г. П. Румянцевой, Б. А. Бузовым, В. П. Ко- ротаевым (рис. 2.26). Прибор оснащен 16 зажимами, каждый пз которых связан с механизмом задания деформации. Испытания па приборе MP позволяют регистрировать величины усилий по кон - туру пробы (круглой формы), моделировать напряженное состоя­ние на образцах других форм, приближая испытания материалов к условиям их эксплуатации.

Для изучения релаксации деформации и определения состав­ных частей полной деформации растяжения материала использу­ют приборы второго типа: стойку, РТ-6, Р-5, Р-МТИЛП и др.

В релаксометре Р-МТИЛП, разработанном Б. А. Бузовым п Д. Г.Петропавловским (рис. 2.27), для устранения влияния массы

Рис. 2.25. Схема прибора для испытания пробы материала при постоянной Деформации: / — рукоятка; 2, 4 — зажимы; 3 — ткань; 5— балка-енлоизмеритель

Рис. 2.26. Схема механического релаксометра MP:

/— проба; 2 — зажимы; 3— тяга; 4— тензометр; 5— рычаг; 6 — кронштейн; 7 — стопорный пиит; 8 — стойка; 9 — плита; 10—ролик; 11— грос; 12— вал; 13 — блок; 14, 15 — зчбчатые колеса; 16— винт; 17— ходопая ганка; 18— пружина; 19— ось

Нижнего подвижного зажима, а также жестко соединенных с ним штока и грузовой площад­ки на динамику релаксационно­го процесса гибкая связь соеди­нена непосредственно с нижним концом пробы через полый шток и отверстие в основании нижнего подвижного зажима. Конструкция зажима позволяет быстро разгружать пробу благо­даря особому ее закреплению.

Прибор оснащен съемной термокриокамерой, что дает воз­можность изучать релаксацию Деформации материалов в ши­роком интервале температур.

Рие. 2.27. Схема релаксометра Р-МТИЛП:

1 - основание; 2, 14 — гибкие связи; 3 — стойка; 4— фузовая площадка; 5 — груз; Б, 11, 18 — балки; 7— роликовая на­правляющая; 8 — винтовой фиксатор; 9 — грузовой шток; 10 — подвижный зажим; /.? — неподвижный зажим; 13 — Проба; 15. 16 — шкивы; /7—ось; 19 — Индикатор; 20 — фиксатор

Модельные методы изучения релаксационных процессов. При изучении механических свойсщ полимерных материалов применяют модельные методы. Они используются для описания зави­симостей между напряжением, временем его действия и деформацией, для составления диф­ференциальных уравнений деформации.

Механические модели использовались для описания релаксации нитей (Г. Н. Кукиным, А. Н.Соловьевым, А. В.Матуконисом, Ф. Винк - лером), трикотажа (А. И. Кобляковым), тканей (Б. А. Бузовым, Д. Г.Петропавловским). Модель­ные методы изучения релаксационных процес­сов в текстильных материалах представляют боль - Рис. 2.28. Модель шой научный интерес, а результаты изучения Максвелла позволяют прогнозировать поведение материа­лов в различных условиях эксплуатации. Простейшей механической моделью является модель, предло­женная Максвеллом (рис. 2.28), — последовательно соединенные идеально упругая пружина и поршень, погруженный в вязкую жидкость, течение которой подчиняется закону Ньютона. Под дей­ствием напряжения а мгновенно проявляется упругая деформация пружины су и в течение всего времени действия напряжения раз­вивается вязкое течение — необратимая часть деформации гн. В каж­дый момент времени полная деформация г определяется как сум­ма деформаций су и сн, т. е. с = су + сн. Дифференцируя по времени T это равенство, получаем

Dc _ Dzy Deu Dt Dt Dt Для упругой пружины по закону Гука

Dzy _ 1 da ~di ~ ~E~di'

Где Е — модуль упругости; 1 /Е — податливость пружины.

Напряжение вязкого элемента будет такое, как и упругого. По­этому согласно закону Ньютона

А = г) V,

Где

_ сDe^ = а

V~ dt ' dt Л

Таким образом, дифференциальное уравнение, описывающее деформацию, имеет вид

Dz _ 1 Da а Dt Е Dt ц'

При с = const

— = 0 и + - = 0,

Dt И Е Dt л '

Цли

Dt N

Интегрируя это выражение от 0 до T и от а0 до а, получаем а =

Обозначим-^ = т, тогда а = а0ехр --> где а0 — начальное на-

T т

Рряжение; T — время; т — константа, характеризующая темп ре­лаксации напряжения во времени или время релаксации напряже­ния в пробе материала.

. При т = T напряжение а = а0е~', т. е. т — время, за которое на­чальное напряжение а0 уменьшится в е раз. При а = const

А а,

С = —I— /.

Е т|

Для текстильных материалов, имеющих эластический харак­тер деформации, предложены более сложные механические мо­дели.

!< А. И.Кобляков для изучения механизма ^растяжения трикотажа использовал трех - Компонентную модель Кельвина —Фойгта Црис. 2.29), в которой первый элемент соот­ветствует начальной фазе релаксации, вто­рой — замедленной фазе и третий — фазе с ^Заторможенными процессами. Модель, ис­пользованная А. И. Кобляковым, хорошо |описывает процесс деформирования при на­пряжении в пробе материала, не превыша­ющем 10% разрывного.

В общем виде уравнение деформации для Такой эластической (механической) моде­Ли имеет вид

1 Рис. 2.29. Трехкомпо-

=1 Л

£ = е Т с7!,1)"1- нентная модель Кель-

0 вина—Фойгта

При постоянном напряжении

Где т], т2, т3 (О,, От, 03) — среднее время релаксации (запаздыва­ния) соответственно быстропротекающих, замедленных и затор­моженных процессов; аь а2, As — деформации со средним време­нем релаксации ть т2, т3.

После снятия внешних усилий

-L

Г = с, е 0| + с2е + г3е~"', (21)

Где сь е2, £з> — деформации, исчезающие со средним временем запаздывания 9Ь 02, 03.

Для периода отдыха А. И. Кобляков предложил следующий гра­фоаналитический метод расчета параметров уравнений. Уравнение (2.1) записывается в виде

TOC o "1-3" h z Е = £1е-а'' +С2е-^' +Е3е-"1', (2.2)

Где

А, = 1/0,; (2.3)

А2=1/0:; (2.4)

А, = 1/0.,. (2.5) Первое граничное условие модели при T ~ 0

С = с, + с2 + с3 = е0,

Где с0 — деформация пробы перед разгрузкой, или полная дефор­мация.

Второе граничное условие при T = оо

£я = £, + е2 + с3 = 0.

Последовательность расчета параметров модели по методу А. И. Коблякова следующая.

1. Определяют параметры с3, а3 и 03. Для этого из равенства (2 2) исключают компоненты, характеризующие быстро - и медленно - протекающие процессы:

C„ =E, e-"''+c2e-u--'. (2.6)

Тогда релаксационный процесс заторможенной эластической деформации будет описан как

£ = г, е-"-'. (2.7)

После логарифмирования этого равенства получают уравнение

Lge = lge3 - a3/lge.

Данное уравнение является уравнением прямой вида V = А + Bt. Где

А = lgfi3; (2.8)

В=-0,4343а3. (2.9)

По значениям lge и T строят график (рис. 2.30, а), на котором отмечают участок прямой MNU совпадающий с наибольшим чис­лом экспериментальных точек. Далее способом наименьших квад­ратов рассчитывают значения А и В:

«ZMZО2- ' «Е'ЧМ2 '

Параметры модели г>„ а3, 83 устанавливают, используя равен­ства (2.5, 2.8, 2.9).

2. Определяют параметры с2, а2 и 02. Для этого из равенства (2.2) исключают только компоненты быстрообратимой части де­формации. Тогда

Г = ciC-"-'' + г3е-"у ,

Или

Г-с3е-а-' = С2е-н''. (2.10)

Обозначив г - г^е-0'' = t и прологарифмировав выражение (2.10), Получают уравнение прямой

Lge' = lge2 - (a2lge)/,

JtoiH y2 = С + Dt, 1где

C= lge2; (2.11)

/> = -0,43430,. (2.12)

По значениям lge" и T строят график (рис. 2.30, б), на котором отмечают участок прямой M2N->. Затем рассчитывают параметры С и D.

Рис. 2.30. Графики для определения параметров обобщенной трехкомпп - нентной модели (по данным А. И. Коблякова)

С_Z/2Z>'2-Z/Z^, zj = »Z/2Z^-Z/Z^ «ZMZ'F ' »Z'2-(Z')2

Параметры с,, а, и 02 рассчитывают, используя равенства (2.4. 2.11, 2.12).

3. Определяют параметры £,, а, и 9). Для этого уравнение (2.2) приводят к виду

Г - с3е"а'' - Е2е~а-'' = Е, е~"''.

Используя принятое обозначение с - = с' и обозначив г'-с? с~":' = с", записывают с" = с^'"1'.

После логарифмирования lge" = lg;;, - (a^ge)/ получают уравне­ние прямой з'3 = G + Ft, Где

G=lgc,; (2.13)

F= -0,4343a,. (2.14)

По значениям lge" и T строят график (рис. 2.30, в), на котором отмечают отрезок прямой M^N^. Затем рассчитывают параметры 0 и F

«Z'MZ'f ' " "Z'MZ'f '

Используя равенства (2.3, 2.13, 2.14,), устанавливают парлмем - ры с,, а, и 9,.

Рассмотренный графоаналитический метод расчета процесса деформации трикотажных полотен обеспечивает хорошее совпа­дение расчетных величин с экспериментальными данными.

Применение этого метода Б. А. Бузовым и Д. Г. Петропавловским рыявило возможность использования трехзвенной модели Кельви­на—Фойгта для количественного описания деформации тканей (сак в режиме ползучести, так и в режиме эластического восста­новления. Однако методика расчета параметров моделей потребо­вала уточнения и корректировки. Эксперименты показали, что на начальном этапе, который составляет 0,1—0,15 с, величина де­формации, а также темп замедления ее дальнейшего развития за­висят от уровня нагрузки, вида материала и направления растяже­ния. Однако во всех случаях эксперимента отмечалось, что дефор­мацию ткани на этом этапе составляет преимущественно упругая компонента, развивающаяся в линейной зависимости от времени. Поэтому при определении быстропротекающих процессов пред­ложено вести расчет по двум первым точкам экспериментальной кривой, что существенно уменьшает погрешность вычислений всех параметров модели.

Многоцикловые характеристики. При изготовлении и особенно при эксплуатации одежды материал испытывает многократно повторяющееся растяжение, которое вызывает изменение струк­туры материала и при водит. к ухудшению его свойств. Этот про­цесс сопровождается изменением размеров и формы одежды, об­разованием на отдельных ее участках вздутий (в области локтя, колена и др.).

Изучение поведения текстильного материала при воздействии на него многоциклового растяжения позволяет полнее оценивать pro эксплуатационные и технологические свойства. 1 Процесс постепенного изменения структуры и свойств матери­ала вследствие его многократной деформации называется утомле­нием. В результате утомления материала появляется усталость — Нарушение или ухудшение свойств материала, не сопровождаю­щееся существенной потерей массы.

В начальный период многократного воздействия в соответствии С циклом нагрузка — разгрузка (порядка десятков и сотен цик - Йов) материал деформируется, но его структура, как правило, ста­билизируется. На этой стадии многократного растяжения вначале ртмечается быстрый прирост остаточной циклической деформа­ции. Затем в результате некоторой упорядоченности структуры ма­териала прирост замедленной деформации, пополняющей остаточ­ную часть, практически прекращается, а доля высокоэластической реформации, проявляющейся за время, совпадающее со временем Ьтдыха в каждом цикле, возрастает. Это объясняется тем, что в Начальный период цикла более подвижные и слабые связи наруша­ется, перегруппировываются элементы структуры материала, сбли­жаются соседние нити и волокна, возникают новые связи. Одновре­менно происходит ориентация волокон относительно осей нитей и Молекулярных цепей полимера. В результате материал упрочняется.

Дальнейшее увеличение числа циклов многократного растяже­ния, не сопровождающееся ростом нагрузки (деформации) в каж­дом цикле, не вызывает заметного изменения структуры материи ла и его свойств. Дело в том, что материал, претерпев структурные изменения в первый период, в дальнейшем приспосабливается к новым условиям. Внешние и внутренние связи, участвующие и сопротивлении действию нагрузки в каждом цикле, в условиях установившегося режима растяжения проявляются в виде упруюц и эластической циклической деформаций с малым периодом ре­лаксации. В этих условиях материал в состоянии выдерживать де­сятки тысяч циклов без резкого ухудшения свойств.

В заключительной стадии многоциклового воздействия (десят­ки и сотни тысяч циклов) вследствие утомления материала насту­пает его усталость. Явление усталости наблюдается на отдельных наиболее слабых участках или в местах, имеющих какие-либо де­фекты. В этот период происходят интенсивный рост остаточной циклической деформации материала и его разрушение.

При многоцикловом растяжении материала получают следую­щие характеристики: выносливость, долговечность, остаточную ци­клическую деформацию и ее компоненты, предел выносливости.

Выносливость пр — число циклов, которое выдерживает матери­ал до разрушения при заданной деформации (нагрузке) в каждом цикле.

Долговечность /р — время от начала многоциклового растяже­ния до момента разрушения при заданной деформации (нагрузке) в каждом цикле.

Остаточная циклическая деформация е0[1, %, — деформация, накопившаяся за определенное, заданное число циклов. Остаточ­ная циклическая деформация состоит из пластической и высоко­эластической, период релаксации которой превышает время раз­грузки и отдыха в каждом цикле. Ее определяют по формуле

Ео. и = 100 'оА

Где /оц — абсолютное удлинение пробы материала после заданного числа циклов; L0 — зажимная (рабочая) длина пробы материала:

4> u= Еу — Z/Q,

Где Lx — длина пробы к моменту разгрузки.

Практика показывает, что при сравнительно малой деформа­ции (нагрузке), задаваемой в каждом цикле, материал может вы­держивать большое число циклов без разрушения и без заметного нарастания остаточной циклической деформации. С учетом этого обстоятельства текстильные материалы принято характеризован' пределом выносливости. Под пределом выносливости понимается то наибольшее значение деформации (нагрузки), задаваемое в каж­дом цикле, при котором материал выдерживает очень большое jpfCJio циклов нагружения. Для каждого материала предел вынос­ливости устанавливается экспериментально.

«• Влияние некоторых факторов на многоцикловые характеристи­Ки. С увеличением числа нитей на 10 см (петель) и заполнения ^кани и трикотажа растет связанность их элементов и возрастает выносливость к многократным растяжениям. Материалы, характе­ризующиеся однородностью и устойчивостью связей, обладают большей выносливостью.

Нагрузки, многократно прикладываемые под разными углами Относительно нитей основы или утка, приводят к накапливанию разной по величине остаточной деформации. Если нагрузка при­кидывается под небольшим углом к нитям основы или утка, то Структура изменяется незначительно и сравнительно медленно Накапливается в материале остаточная циклическая деформация. ■ При циклических нагрузках, действующих в направлениях, близ - Pix к углу 45°, наблюдаются многократный поворот нитей основы р утка в точках контакта и непрерывное изменение угла между ритями. В результате нити разрыхляются, структура материала рас - щатывается. Все это приводит к быстрому накапливанию оааточ - рой циклической деформации.

• Для трикотажного полотна утомление и накапливание остаточ - Йой циклической деформации существенно зависят от его предва­рительного статического растяжения. Как известно, при статичес­ком растяжении полотна на определенную величину повышается Ьднородность его структуры, возрастает устойчивость внешних и Внутренних связей, Такое предварительно напряженное полотно При многократном растяжении деформируется с преобладанием упругой компоненты в каждом цикле, а накапливание остаточной циклической деформации в полотне заметно уменьшается. При &том, однако, существенно возрастает доля заторможенной высо - (соэластической компоненты. Стечением времени эча компонента Проявляется и приводит к изменению размеров полотна. При кон­струировании деталей одежды эту особенность поведения трико­тажного полотна при многократном растяжении необходимо учи­тывать,

I Величина остаточной циклической деформации материала в рачительной степени зависит от его волокнистого состава. Мате­риалы, выработанные из волокон, обладающих большой упругос­тью (синтетические, шерстяные, натуральные шелковые и др.). рри многоцикловом воздействии нагрузки характеризуются незна­чительной остаточной циклической деформацией. ( Введение в состав материала волокон, обладающих малой уп­ругостью, приводит к росту остаточной циклической деформации. Гак, по данным ЦНИИшерсти, у чистошерстяной ткани бостон рри растяжении в каждом цикле на 2 % после 50 тыс, циклов оста­точная циклическая деформация по основе составляет 1,6%, а у полушерстяного трико (43 % шерсти) при тех же режимах мною - циклового воздействия — 5.9 %,

Выносливость материала и интенсивность накапливания осщ - точной циклической деформации в большой степени зависят от величины нагрузки (деформации) в каждом цикле. Для всех мате­риалов увеличение нагрузки (деформации) в цикле приводщ к резкому снижению выносливости, интенсивному нарастанию ос­таточной циклической деформации.

Приборы для определения многоцикловых характеристик. Для Многократного одноосного растяжения текстильных материалов предназначены приборы нескольких типов. Различают приборы; 1) сохраняющие в каждом цикле постоянство амплитуды абсо­лютной заданной циклической деформации; 2) сохраняющие в каждом цикле постоянство амплитуды относительной заданном циклической деформации; 3) сохраняющие в каждом цикле по­стоянство амплитуды заданной циклической нагрузки (механичес­кого давления).

Приборы первого и второго типов, сравнительно простые по конструкции и обслуживанию, получили наибольшее распростра­нение. К приборам первого типа относят: УП-1 (разработан кафед­рой материаловедения КТИЛПа и СКВ Минвуза СССР), ротаци­онный пульсатор (разработан в Каунасском политехническом ин­ституте) и ПКМ-1 (разработан в МТИ Г. Н. Кукиным и модерни­зирован А. И.Кобляковым, В. П.Румянцевым и А. И.Новиковым).

На приборе УП-1 многократное растяжение пробы (рис. 2.31, а) осуществляется путем возвратно-поступательного перемещения зажима 2 от эксцентрикового механизма I. Зажим 4 соединен со штоком, который под действием противовеса может перемещать­ся вверх, выбирая накапливающуюся остаточную циклическую де­формацию.

На ротационном пульсаторе проба (рис. 2.31, б) в виде трубки закрепляется в зажимах. Зажим 4 соединен с головкой вала и при вращении вала циклически деформирует пробу. Зажим 2 пульса­тора связан с противовесом, с помощью которого происходит вы­бирание остаточной циклической деформации.

На приборе ПКМ-1 проба (рис. 2.31, в) получает многократное растяжение путем возвратно-поступательного движения верхнего зажима от эксцентрика, связанного со штоком, который под деи - ствием противовеса перемещается вниз и выбирает остаточную циклическую деформацию.

К приборам второго типа относится прибор М. И.Павловой и А. И.Исаева. Проба материала (рис. 2.31, г) закрепляется в зажи­мах. При работе прибора путем вращения эксцентрика проба по­лучает многократное растяжение. Под действием противовеса вы­бирается остаточная циклическая деформация, которая регистри­руется самописцем.

Рис. 2.31. Схемы: Jf — прибора УП-1: I — эксцентриковый механизм; 2, 4— зажимы; 3— проба; 5 — Цггок; 6 — противовес; б — ротационного пульсатора: I — противовес; 2, 4 — за - кзшы; 3 — проба; 5 — головка вала; в — прибора ПКМ-1: / — эксцентрик; 2 — Ррхний зажим; 3— проба; 4— шток; 5— противовес; г — прибора для много - Кратного растяжения материала: /— самописец; 2— противовес; 3 — проба; 4, 5 — !< зажимы; 6— эксцентрик

Г К приборам третьего типа относят различные пульсаторы. При­боры этого типа считаются удобными для исследовании, однако Ьни имеют довольно сложную конструкцию, что затрудняет их Широкое изготовление и применение.

I Разработан ряд приборов, предназначенных для двухосного и Многоосного многоциклового растяжения текстильных материа­лов. К числу таких приборов принадлежат прибор мембранного рИпа, пульсатор МРД-1 (разработан Л. И. Кобляковым и В. П. Ру­мянцевым), приборы ERDT-2 (разработан М. М. Гутаускасом), РРД-5 (разработан А. И. Кобляковым и А. И. Новиковым) и др.