Сопротивление, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел, находящихся под действием нормальной нагрузки, называется трением скольжения. В текстильных материалах, у которых на поверхности имеются неровности, извитки, чешуйки, торчащие кончики волоконец, возникает еще цепкость, т. е. сопротивление относительному перемещению двух соприкасающихся тел при нулевой нагрузке. Совместное проявление трения и цепкости называется тангенциальным сопротивлением.
Молекулярно-механическая теория, объясняющая природу трения. Согласно этой теории, трение обуславливается как молекулярным, так и механическим воздействием, которое может возникать лишь в точках фактически соприкасающихся или тесно сближенных поверхностей. Наложенные друг на друга поверхности соприкасаются лишь микроскопическими выступами, имеющимися на этих поверхностях, в результате чего образуются единичные фрикционные связи. Площадь этих выступов обычно меньше 1 % от общей площади всех соприкасающихся тел.
Площадь контакта возрастает при увеличении нормального, т. е. перпендикулярного площади касания давления. Под влиянием давления выступы поверхностей взаимно внедряются и на прижатых друг к другу элементах поверхностей возникают силы молекулярного взаимодействия. Внедрившиеся выступы соприкасающихся поверхностей взаимно зацепляются. Преодоление механического зацепления и молекулярного взаимодействия называется трением.
Единичные фрикционные связи могут осуществляться тремя способами: взаимным внедрением поверхностей соприкасающихся тел (рис. 11-47, а), молекулярным сцеплением поверхностей (рис- 11-47, б) и взаимным зацеплением макронеровностей (рис. 11-47, в). Суммируя все элементарные силы, получаем силу тангенциального сопротивления на всей площади фактического контакта:
где Т — элементарная сила тангенциального сопротивления;
а и β — параметры, зависящие от механических и молекулярных свойств соприкасающихся поверхностей; N — сила нормального давления. Произведение β N выражает трение скольжения, а аSф — цепкость.
Основной характеристикой, определяющей тангенциальное сопротивление, является коэффициент тангенциального сопротивления f, являющийся отношением сил тангенциального сопротивления (или трения) Т к нормальному давлению N, т. е.:
Подставив в формулу значение:
Рис. II-47. Способы осуществления единичных фрикционных связей; а — взаимное внедрение поверхностей; 6 — молекулярное сцепление поверхностей; в — взаимное зацепление макронеровностей.
которое называется обобщенным законом трения.
Из приведенного соотношения следует, что с увеличением нормального давления N коэффициент тангенциального сопротивления уменьшается. Это положение может быть подтверждено данными (рис. 11-48) о зависимости коэффициентов тангенциального сопротивления различных искусственных волокон от величины нормального давления.
Рис. 11-48. Зависимость коэффициента тангенциального сопротивления искусственных волокон от нормального давления: 1 —- ацетатного; 2 — медно-аммйачного; 3 — полинозного; 4 — вискозного.
Рис. I1-49. Наклонная плоскость.
Усилие, необходимое для разрушения связи взаимно внедрившихся элементов двух соприкасающихся поверхностей, зависит от скорости приложения нагрузки и скорости скольжения. Зависимость коэффициента тангенциального сопротивления от скорости скольжения v выражается формулой:
где, а, b, с и d — параметры, зависящие от свойств соприкасающихся тел и от величины давления; е — основание натурального логарифма.
Трение скольжения всегда сопровождается выделением тепла. Многочисленными исследованиями доказано, что чем больше скорость перемещения соприкасающихся тел, тем меньше коэффициент тангенциального сопротивления. Коэффициент трения покоя, как правило, больше коэффициента трения движения. Коэффициент трения также увеличивается в зависимости от времени контакта соприкасающихся поверхностей и влажности.
Для определения коэффициента тангенциального сопротивления (трения) имеется большое количество приборов. Наиболее простым и широко применяемым для тканей, трикотажа и других материалов является наклонная плоскость (рис. 11-49), угол наклона которой можно изменять. На плоскости доски укрепляют испытуемую ткань. Такой же тканью или другой, в зависимости от условий опыта, обтягивают колодку, которую укладывают на наклонную плоскость. Изменяя угол наклона а наклонной плоскости отмечают, при каком его значении колодка начинает перемещаться по плоскости. При этом возникают силы тангенциального сопротивления Т, представляющие собой реакцию силы 6, заставляющей перемещаться колодку. Из разложения сил следует, что:
Читайте также: Рассмотрение под микроскопом готовых микропрепаратов различных растительных тканей
Сила нормального давления на плоскость равна:
Коэффициент тангенциального сопротивления определяют так:
Недостатком этого метода является непостоянная величина давления и различная продолжительность неподвижного контакта между исследуемыми материалами. Роль трения и цепкости в текстильных материалах очень велика как в процессе их получения, так и при использовании. Благодаря трению, возникающему между волокнами при их скручивании в пряжу, можно получить нити непрерывной длины из коротких волокон. Силы тангенциального сопротивления удерживают нити в тканях в занятом ими положении и препятствуют их смещению.
При образовании трикотажа нить, изогнутая в петлю, благодаря трению между нитями, волокнами и внутри волокон сохраняет приданную ей форму. В нетканых материалах, чем выше трение между волокнами, тем меньше возможность сдвига и лучше их закрепление в общей структуре материала. Трение между волокнами в нетканых материалах может быть увеличено путем повышения их шероховатости при обработке дисперсиями кремниевой кислоты и веществами, полученными на основе абиетиновой кислоты.
Характер поверхности нитей, определяющий величину коэффициента тангенциального сопротивления, зависит от цепкости волокон, степени их изогнутости или распрямляемости, беспорядочного или параллельного расположения волокон в нитях, наличия коротких торчащих волоконцев, делающих нити пушистыми, а также компактности и жесткости нитей, обуславливаемых круткой.
Если силы тангенциального сопротивления недостаточны и не могут противостоять механическим усилиям, испытываемым тканью в процессе ее эксплуатации в одежде, происходит раздвижка нитей в швах изделия и осыпание ткани, т. е. скольжение нитей по ее обрезаемому краю. Устойчивость нитей к раздвижке обуславливается структурой ткани и силами трения и взаимного сцепления, возникающего между нитями основы и утка в процессе изготовления и отделки ткани.
При раскрое ткани и трикотажа, имеющих небольшой коэффициент тангенциального сопротивления, происходит смещение слоев в настиле. Поэтому настилы выполняются с небольшим числом слоев и перед разрезанием слои настила укрепляются специальными зажимами. В процессе пошива эти ткани могут также смещаться один слой относительно другого. При проколе материалов иглой, имеющих небольшой коэффициент тангенциального сопротивления, разрушение нитей материала иглой возникает редко. Истирание тканей трикотажа и нетканых материалов в одежде в процессе носки и образование пиллинга связано с трением. Для удобства надевания и снимания верхней одежды, а также для обеспечения свободы движений человека необходимо, чтобы подкладочные ткани обладали незначительным коэффициентом тангенциального сопротивления.
Механические свойства тканей
Выносливость (долговечность), остаточная циклическая деформация текстильных материалов зависят от прочности связей между элементами структуры материала, а также от волокнистого состава материала, числа циклов нагрузка—разгрузка, величины нагрузки (деформации) в каждом цикле и других факторов. Прочность связей между нитями в тканях и трикотаже зависит от их строения и определяется силами трения и сцепления нитей на участках контакта и в местах переплетения, С увеличением плотности и заполнения ткани и трикотажа растет связанность их элементов и вместе с этим возрастает выносливость к многократным растяжениям. Материалы, характеризующиеся однородностью и устойчивостью связей, обладают большей выносливостью.
Читайте также: Мягкая эластичная ткань название
Под влиянием многократных нагрузок изменяется структура и свойства материала. В ткани нити, испытывающие многократное действие растягивающей нагрузки, распрямляются, а нити перпендикулярной системы увеличивают изгиб — изменяется фаза строения ткани. В результате разрывное удлинение ткани в направлении нитей, испытывающих многоцикловое растяжение, уменьшается и несколько увеличивается в направлении нитей другой системы. В этом случае не наблюдается резкого изменения структуры пряжи, а процесс сопровождается незначительной потерей волокнистого вещества ткани.
Для одной и той же ткани нагрузки, многократно прикладываемые под разным углом относительно нитей основы или утка, приводят к накапливанию разной доли остаточных деформаций. Если нагрузку прикладывают под небольшим углом к нитям основы или утка, то она воспринимается главным об разом системой нитей, расположенной в направлении действующей силы. При этом, как уже отмечалось, происходит незначительное изменение структуры нитей и сравнительно медленное накапливание в материале остаточной циклической деформации.
При циклических нагрузках, прикладываемых под большим углом к нитям основы или утка и особенно в направлении, близком к углу 45°, происходит поворот нитей и изменение угла между ними. При разгрузке в каждом цикле угол между нитями частично восстанавливается, однако в следующем цикле вновь происходит поворот нитей и изменение угла между ними. Таким образом, многократное растяжение ткани под углом к нитям основы или утка вызывает непрерывное движение нити и ее трение о соседние нити. При этом происходит отделение волокон от основного стержня пряжи (нити), разрыхление и расшатывание ее структуры, увеличивается поперечник пряжи. Все это приводит к быстрому накапливанию остаточной циклической деформации, причем чем ближе направление прикладываемой нагрузки к углу 45°, тем интенсивнее идет процесс накапливания остаточной циклической деформации в ткани.
В трикотаже нарушение связей происходит легче, чем в ткани, вследствие слабости контактов между нитями петель. По этой причине в ходе многократного растяжения перетягивание нити в петлях происходит значительно легче, чем в ткани, петли при этом меняют свою форму, резко изменяется структура трикотажа. Однако в период разгрузки (в каждом цикле) вследствие упругости петель и слабости внешних связей трикотаж легко восстанавливает свои размеры. Благодаря этому накопление остаточной циклической деформации в трикотаже происходит сравнительно медленно.
При многократном растяжении трикотажа по вертикали меньше всего накапливается остаточная циклическая деформация; по мере приближения направления действующей силы к горизонтали, величина остаточной деформации растет. Наибольшую остаточную циклическую деформацию трикотаж имеет по горизонтали. Особенно сильно она проявляется в хлопчатобумажной глади и ластике. В прошивных нетканых материалах прочность связей между волокнами ватки определяется главным образом переплетением и плотностью прошива скрепляющих нитей.
Прикладываемые по вертикали многократные нагрузки воспринимаются каркасными нитями, скрепляющими ватку. Они приводят к изменению угла наклона протяжек и стягиванию петель, в которых закреплены волокна ватки. При разгрузке угол наклона протяжки восстанавливается, но не полностью, сдерживаемый волокнами ватки. Таким образом, прикладываемые по вертикали многократные нагрузки приводят к накоплению остаточных деформаций.
Читайте также: Убрать жвачку с джинсовой ткани
Рис. 11-31. Зависимость остаточной циклической деформации от числа циклов нагрузка-разгрузка при амплитуде растяжения в цикле 1, 2—3% и 3, 4—30%: 1 — диагональ хлопчатобумажная; 2—серошинельное сукно; 3 — двуластик хлопчатобумажный; 4 — гладь хлопчатобумажная
При многократном растяжении по горизонтали сопротивление каркасных нитей меньше и поэтому ватка, волокна которой расположены главным образом в направлении действующей силы, растягивается больше, при этом волокна, смещаясь относительно друг друга, частично вытягиваются из петель. Их возврату в первоначальное положение препятствуют силы тангенциального сопротивления. Каркасные же нити почти не способствуют обратному смещению волокон. Поэтому накопление остаточной циклической деформации нетканых материалов по горизонтали особенно велико и часто приводит к быстрой потере формы изготовленной из них одежды.
Существенное влияние на проявление многоцикловых характеристик оказывает число циклов нагрузка—разгрузка. С увеличением числа повторных нагрузок, действующих на материал, растет остаточная циклическая деформация. На рис. 11-31 представлены кривые, характеризующие зависимость остаточной циклической деформации от числа циклов нагрузка—разгрузка для различных текстильных материалов. Как видно из графиков, особенно резко нарастание остаточной деформации происходит в первых сотнях циклов действия растягивающей нагрузки.
Величина остаточной циклической деформации материала в значительной степени зависит от его волокнистого состава. Материалы, выработанные из волокон, обладающих высокой упругостью и эластичностью (синтетические волокна, шерсть, натуральный шелк и др.), при многоцикловом воздействии характеризуются незначительной остаточной циклической деформацией.
Введение в состав материала волокон, обладающих малой упругостью и эластичностью, приводит к росту остаточной циклической деформации. Так, у чистошерстяной ткани бостон при растяжении в каждом цикле на 2% после 50 000 циклов остаточная циклическая деформация по основе составляет 1,6%, а у полушерстяного трико (43% шерсти) при тех же режимах многоциклового воздействия — 5,9%. Выносливость материала и интенсивность накапливания остаточной циклической деформации в большой степени зависит от величины нагрузки или деформации в каждом цикле. Выполненные исследования показывают, что для всех материалов увеличение нагрузки или деформации в цикле приводит к резкому снижению выносливости, к интенсивному нарастанию остаточной циклической деформации.
Вместе с тем, практика показывает, что при сравнительно малой деформации (нагрузке), задаваемой в каждом цикле, текстильный материал может работать без разрушения и без заметного нарастания остаточной циклической деформации большое число циклов. Так, наблюдения показывают, что при небольшой деформации материала при носке одежды срок службы одежды значительно возрастает. Учитывая это обстоятельство, текстильные материалы принято характеризовать пределом выносливости. Под пределом выносливости понимается то наибольшее значение деформации (нагрузки), задаваемое в каждом цикле, при котором материал выдерживает очень большое заранее заданное число циклов. По каждому материалу предел выносливости устанавливается экспериментально.
Приборы и методы для определения многоцикловых характеристик.
Существует несколько типов приборов, предназначенных для многократного растяжения текстильных материалов: 1) сохраняющие в каждом цикле постоянство заданной амплитуды абсолютной деформации и закон растяжения; 2) сохраняющие в каждом цикле постоянство заданной амплитуды относительной деформации и закон растяжения; 3) сохраняющие при испытании постоянство заданной амплитуды циклической нагрузки, наибольшее значение полной нагрузки и закон нагружения.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом