Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Техническое регулирование


Нетканых, искусственных и композицион. материалов/Техническое регулирование/Определение эксплуатационных свойств текстильных материалов в условиях динамических нагружений

Определение эксплуатационных свойств текстильных материалов в условиях динамических нагружений

23 ноября 2004
Рынок легкой промышленности №40, 2004

Махонь Александра Николаевна

Одним из важных эксплуатационных требований к одежде и обуви является высокая прочность. Она определяется предельной нагрузкой, предшествующей разрушению. Причем прочность изделия определяется прочностью материала и прочностью швов. Однако при эксплуатации бытовых изделий предельная нагрузка встречается редко. Более важной является стойкость изделий (материалов) к многократным нагрузкам, которые меньше разрывных.

Стандартизованные методики испытания текстильных материалов и швов в основном предназначены для определения полуцикловых или одноцикловых неразрушающих характеристик, которые не позволяют в полной мере оценить свойства, проявляющиеся в процессе эксплуатации. Существующие методы, использующие многоцикловые деформации, отличаются длительностью проведения испытаний, кроме того, они используют один вид деформационной нагрузки, что отрицательно влияет на объективность полученных результатов, поскольку реальные условия носки одежды и обуви (с верхом из текстильных материалов) сопровождаются многофакторными, динамически изменяющимися нагрузками.

Для получения достоверной информации об эксплуатационных свойствах текстиль­ных материа­лов раз­ра­ботан новый лабораторный способ оценки данных свойств.1

Характерной особенностью нового способа является то, что одновременно с многократным изгибом образцов материалов осуществляется их растяжение в поперечном направлении по всей поверхности.

На основании способа разработан и изготовлен прибор для лабораторных динамических испытаний различных текстильных полотен, позволяющий моделировать износ материалов и их соединений в условиях одновременно приложенной деформации изгиба и растяжения. Новизна и промышленная применимость устройства подтверждена патентом.2

Работа прибора (рис. 1) осуществляется от электрического двигателя 1, передающего вращательное движение через червячный редуктор 2 цилиндрическому устройству 3. Цилиндрическое устройство представляет собой гибкий рукав с отверстиями по всей длине, расположенный внутри резиновой трубки, концы которой склеены между собой. Устройство закреплено в упорно-опорном подшипнике на опоре 4 и способно изменять свое положение на платформе, вызывая деформацию изгиба образца материала 5, закрепленного на цилиндрическом устройстве. Деформация образцов на приборе осуществляется путем многократного изгиба с одновременным растяжением их по всей поверхности. Растяжение осуществляется посредством заполнения воздухом цилиндрического устройства и его вращения со скоростью 90 циклов/мин. Для установления давления внутри цилиндрического устройства служит манометр 6; для установления количества циклов деформации - счетчик оборотов 7; для подачи воздуха - ниппель 8.

Для оценки эксплуатационных свойств подготавливается образец, представляющий собой цилиндрическую оболочку из исследуемого материала с продольным швом, на который предварительно наносится контрольная разметка в виде сетки квадратов. По окончании испытаний разметка позволяет оценивать величину остаточной деформации по изменению площади рабочей зоны образца. Образец надевается на цилиндрическое устройство и закрепляется в зажимах. Устройство заполняется воздухом под давлением, значение которого рассчитывается по установленной экспериментальным путем формуле (1):

Р = k · Fp / S ,                        (1)

где Р - давление в цилиндрическом устройстве, Па; Fp - сила растяжения образца, Н; S - площадь образца, м2; k - коэффициент, зависящий от поверхностной плотности материала.

После установления давления, в результате чего образец получает растяжение в поперечном направлении по всей поверхности, цилиндрическому устройству с образцом придают вращение вокруг своей оси, что создает циклически изменяющуюся изгибающую нагрузку, величина которой зависит от угла изгиба.

Образец материала таким образом испытывает одновременно деформацию многократного изгиба и растяжения. Варьирование угла изгиба и давления внутри цилиндрического устройства обеспечивает создание необходимых знакопеременных деформирующих нагрузок, и, как следствие, имитирует различные условия носки.

Длительность лабораторных испытаний (количество циклов деформации) зависит от решаемых задач, которыми могут служить: определение выносливости материала; определение изменений эксплуатационных показателей после определенного количества циклов испытаний в динамических условиях; анализ видимых изменений в структуре материала после определенного количества циклов динамических испытаний; ускоренные испытания при нагрузках, близких к максимальным.

По завершении установленного количества циклов испытаний образец снимается с устройства, после чего анализируется изменение внешнего вида (неисчезающие складки, раздвижка или обрыв нитей, разрыв по основе или утку и др.) и измеряются показатели качества, необходимые для оценки эксплуатационных свойств.

В том случае, если необходимо осуществлять оценку качественных показателей материала, образец разрезается по ниточному шву. Из него выкраиваются образцы, размеры которых определяются соответствующими методиками испытаний.

В том случае, если осуществляется оценка ниточного шва, то образец разрезается в диаметрально противоположном направлении, после чего подвергается необходимому комплексу испытаний по определению значений показателей и их сравнению с показателями контрольного образца или нормативных документов.

Анализ результатов испытаний, проведенных до многоцикловых нагружений, в сравнении с результатами, полученными после проведенных испытаний, позволяют оценить усталостные явления в материале, которые выражаются в ухудшении таких его свойств, как формоустойчивость, износостойкость и других эксплуатационных показателей.

Для реализации предложенного способа разработана методика испытаний текстильных материалов в динамических условиях. В соответствии с этой методикой на рабочую площадь образца исследуемого материала наносится разметка, позволяющая определить изменение формы и размера после многократных деформационных нагрузок и объективно оценить динамическую формоустойчивость.

Далее по стандартной методике3 определяют поверхностную плотность ткани. По разработанной на основе экспериментальных данных номограмме (рис. 2) находят коэффициент, зависящий от поверхностной плотности материала.

Нагрузка, необходимая для растяжения образца до появления первых признаков разрушения, определяется в соответствии с ГОСТ 3813-72.4

Далее для исследуемого материала производят расчет давления в цилиндрическом устройстве по формуле (1) и осуществляют нагружение образца материала при выбранных режимах.

Частота нагружения на приборе является постоянной - 90 цикл/мин или 5400 цикл/ч, что соответствует количеству движений человека при ходьбе в умеренном темпе.

Таким образом, количество циклов деформации на приборе может соответствовать определенному условному периоду носки изделия.

Кроме подготовки образцов и определения режимов испытания, методика устанавливает порядок определения эксплуатационных показателей до и после динамических испытаний.

Результаты измерений эксплуатационных показателей исследуемых материалов до и после многоцикловых испытаний (табл. 1) показывают, что испытания разных материалов в одинаковых условиях (угол изгиба - 60°, количество циклов 100 тыс.) приводят к различному износу тканей.

Различие в поведении тканей в системе динамических нагружений подтверждается различным изменением контролируемых показателей.

Как видим, наблюдается снижение формоустойчивости, оцениваемой по изменению площади рабочей зоны образца, максимальное значение которой - у образца №3 (11,4%). Снижение прочности материала заметно у всех исследуемых образцов в среднем на 13,5%.

Степень износа образца материала после снятия многократных нагружений оказывает существенное влияние на потерю прочности.

На рис. 3 представлена фотография образца №3 с видимыми нарушениями целостности структуры ткани.

Анализ результатов испытаний ниточных соединений исследуемых образцов в соответствии со стандартной методикой по ГОСТ 28073-895 (табл. 2) позволяет судить об изменениях их свойств, проявляющихся в процессе эксплуатации изделий - снижении прочности (в среднем на 9%) и уменьшении нагрузки, при которой начинается раздвижка нитей в шве (в среднем на 30%).

Таким образом, разработанный способ и устройство позволяют выполнять анализ усталостных явлений в материале, которые выражаются в ухудшении внешнего вида изделия и его свойств: формоустойчивости и износостойкости материалов, износостойкости ниточных соединений и могут быть использованы на стадии проектирования изделий с целью прогнозирования эксплуатационных свойств.

ПРИМЕЧАНИЯ

1 Заявка РБ а 20000977, G 01 N, Способ оценки эксплуатационных свойств эластичных материалов и швов/ А.Н.Буркин, К.С.Матвеев, М.В.Шевцова, Е.А.Шеремет ( ВY).- № а 20000977; Заявл. 27.10.2000 ; Опубл. 30.06.2002 , Бюл. №2, Приоритет. 27.10.2000 - 1 с.

2 Пат. 870,МПК:7 А 43 D 1/00. Прибор для испытания эластичных материалов и швов / А.Н.Буркин, К.С.Матвеев, А.Н.Махонь, О.А.Терентьева, С.Г.Ковчур - №870; Заявл.17.09.2002; Опубл.30.06.2003 // Афцыйны бюлетэнь / Национальный центр интеллектуальной собственности РБ - 2003.- №2 - с.236

3 ГОСТ 3811-72 (ИСО 3801-77, ИСО 3932-76, ИСО 3933-76) Материалы текстильные. Ткани, нетканые полотна и штучные изделия. Методы определения линейных размеров, линейной и поверхностной плотностей.

4 ГОСТ 3813-72. (ИСО 5081-77, ИСО 5082-82) Ткани и штучные изделия. Методы определения разрывных характеристик при растяжении.

5 ГОСТ 28073-89. Изделия швейные. Методы определения разрывной нагрузки, удлинения ниточных швов, раздвигаемости нитей ткани в швах.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ