Силы трения материалов и силы трения волокон и нитей, с которых они изготовлены, влияют на такие важные свойства тканей, как устойчивость к истиранию, раздвижка нитей в швах и обсыпки, скольжения и сопротивление ему. Наличие сил трения влияет также на условия и параметры многих технологических операций настилания тканей, раскроя, сшивания материалов, а также на выбор конструкции швов и методов обработки открытых срезов швейного изделия; на назначение материалов. Так, например, для изготовления подложек в одежде используют материалы, которые имеют гладкую поверхность, т.е. низкие силы трения и сцепления с другими слоями материалов. Это способствует удобству при эксплуатации одежды.
Трения — это силы противодействия относительному перемещению тел, которые касаются друг друга, в плоскости их взаимного столкновения.
Скольжение — это свойство, которое является обратной трению.
Важной характеристикой трения является трение скольжения, которое определяется отношением силы трения материалов Т к силы нормального давления N. Коэффициент трения определяется по формуле.
Большинство текстильных материалов имеют неровную, шершавую поверхность. При столкновении текстильных материалов возникают силы сопротивления перемещению одного слоя материала относительно другого, основной характеристикой которых является коэффициент тангенциального сопротивления, который рассчитывается по формуле:
Определяют коэффициент методом нахильної плоскости (рис. 15). Плоскость обтягивают материалом, что испытывается, и располагают на ней колодку определенной массы m , которая тоже обтянута тем же материалом. Плавно изменяют угол наклона плоскости и фиксируют его величину в тот момент, когда колодка начинает смещаться вниз. При этом создается своеобразный треугольник сил: масса колодки T , которая направлена из центра тяжести колодки вертикально вниз; сила трения Т o , которая направлена в направлении, противоположном движению колодки, и сила нормального давления колодки на плоскость N, которая направлена на центр тяжести колодки. Согласно закону равенства углов, угол наклона плоскости а будет равен углу между силами нормального давления N и массы колодки m .
методом нахильної плоскости.
Сила трения и сила нормального давления колодки на материал определяются по законам тригонометрии по формулам: Т o = m к * sina , N = m к* cosa .
Коэффициент сопротивления свободному перемещению слоев материалов, который называют коэффициентом тангенциального сопротивления, определяют по формуле.
На силы трения влияют такие факторы:
— состояние поверхности материала;
— силы взаимного давления материалов;
— температура, влажность, время контакта.
Трение скольжения сопровождается изъятием тепла и електризуємістю.
Наименьшее сопротивление скольжению оказывают материалы плотные, с гладкой поверхностью; которые произведены из шелковых, слабо скрученных нитей; переплетениями: саржевым, атласным, сатиновым. Увеличивают гладкость поверхности такие операции отделки, как каландрирование, аппретирование, нанесение пленочных покрытий.
Скольжение тканей затрудняет процессы настилания и раскроя материалов, а также процессы пошива одежды.
Механические свойства тканей
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.
Читайте также: Цветы из ткани металлическими инструментами
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:
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.