Разрывной нагрузкой называется наибольшее усилие, выдерживаемое прямоугольным образцом стандартного размера к моменту разрыва. По принятой в настоящее время системе единиц величина разрывной нагрузки определяется в кГ. По Международной системе единиц ее выражают в единицах силы — ньютонах (н), имеющих размерность кГм/сек (1 кГ = 9,81 н). Показатели разрывных нагрузок для каждого вида материала стандартизованы. Несоответствие цифровым показателям, указанным в ГОСТе, является сигналом недоброкачественности материала. Поэтому показатели прочности остаются основным критерием оценки механических свойств материалов, несмотря на то что испытываемые ими усилия как в процессах швейного производства, так и при эксплуатации одежды составляют лишь небольшую часть разрывных усилий. Даже в прилегающей одежде при резких движениях человека на наиболее напряженных участках (спинка по линии проймы, участок локтя в рукаве и др.) материал испытывает нагрузки, не превышающие 5—10% от разрывных. Чаще они составляют лишь 0,5—1,5 кГ. Разрывное напряжение σр представляет собой отношение прочности Рр к площади S поперечного сечения образца
Разрывным напряжением пользуются для характеристики прочности твердых материалов. Для текстильных материалов, особенно таких, как ткани, трикотажные и нетканые полотна, этот способ выражения относительной прочности, требующий определения площади поперечного сечения испытываемого образца, затруднителен. Между волокнами и нитями находятся воздушные прослойки, поперечные сечения волокон неправильны, многие имеют в середине канал. В результате этого определение действительной площади поперечного сечения материала практически невозможно. Поэтому для текстильных материалов площадь поперечного сечения определяется расчетным путем. Так как объем материала v равен произведению площади поперечного сечения S на длину L, а вес g объему, умноженному на объемный вес β, то
Чаще же в текстильном материаловедении для характеристики относительной прочности нитей и тканей пользуются разрывной длиной. Разрывной длиной Lp называется та условная длина, при которой вес (масса) g образца приближенно равен его прочности (разрывной нагрузке) Р. Прочность Р образца всегда во много раз превосходит его вес g, соответственно во столько же раз разрывная длина Lp больше фактической длины L образца:
Принимая приближенно числовые значения кГ и кг равными, получаем разрывную длину в км. Между разрывной длиной и разрывным напряжением существует зависимость. Подставляя в формулу разрывного напряжения значение 5, имеем:
т. е. разрывная длина равна отношению разрывного напряжения к объемному весу материала.
Зная вес 1 м 2 ткани g1, определяют вес образца, который при ширине 50 мм и длине L равен:
Подставляя в формулу разрывной длины полученные значения, имеем:
Так как при определении прочности ткани в разрыве участвует какая-то одна система нитей — основа или уток, а прочность относится к весу всего квадратного метра ткани, разрывная длина при различной доле веса основных и уточных нитей не в полной мере отражает действительное отношение прочности ткани к единице ее веса.
Для устранения этого недостатка предложено в формулу разрывной длины ввести коэффициент, учитывающий долю веса системы нитей, подвергающейся разрыву:
где А — доля, которую составляет от веса 1 м 2 ткани вес системы нитей, подвергающейся разрыву.
Разрывным удлинением называется деформация, возникающая под действием растягивающей нагрузки к моменту разрыва материала. Разрывное удлинение определяется в абсолютных единицах (мм) как разность конечной LK и первоначальной L0 длины образца:
Рис. 11-4. Диаграмма растяжения материалов для одежды (нечетными цифрами обозначены кривые по основе или длине, четными — по утку или ширине):
1—2 — ткань хлопчатобумажная; 3—4 — полотно льняное; 5—6 — ткань шерстяная гребенная костюмная; 7—8 — трикотаж хлопчатобумажный (гладь); 9—10 — нетканый материал прошивной хлопчатобумажный или в процентах от первоначальной длины (относительное удлинение):
Величина одной конечной деформации в момент разрыва не дает представления о ходе деформации материала, происходящей под действием возрастающей нагрузки. Графическое выражение зависимости удлинения материала от действующей на него нагрузки в течение всего испытания дают диаграммы растяжения. По оси ординат откладывают нагрузку Р или напряжение а, по оси абсцисс — удлинение в абсолютных величинах l или в процентах ε. В большинстве случаев в начале нагружения происходит быстрое удлинение материала, которое по мере увеличения нагрузки замедляется (рис. 11-4). Приближенно кривые растяжения материалов для одежды могут характеризоваться уравнением параболы.
Читайте также: Для чего используют синтетические ткани
где Р — нагрузка в кГ; ε — относительное удлинение в %; l — абсолютное удлинение в мм; а, β, п — коэффициенты, зависящие от волокнистого состава и структуры материала.
В процессах швейного производства, а также при эксплуатации готовых изделий материалы для одежды подвергаются нагрузкам, которые значительно меньше разрывных.
Рис. 11-5. Диаграмма работы разрыва ткани
Поэтому особый интерес представляет величина деформации материала на первых этапах его нагружения. Материалы с одинаковым разрывным удлинением, но различно деформирующиеся на начальных стадиях растяжения, совершенно по-разному ведут себя при настилании, раскрое, пошиве, влажно-тепловой обработке, а также в изделиях при их эксплуатации. Разными должны быть для них и припуски на свободное облегание фигуры и свободу движений. Чтобы не стеснять движений человека и не вызывать преждевременной усталости материала, припуски в изделиях из малорастягивающихся материалов должны быть больше. Интервалы безразличия при построении ростовочно-полнотного ассортимента одежды должны устанавливаться с учетом способности материала растягиваться. Так как одежда из легко растягивающихся материалов, например трикотажных полотен, подходит людям со значительно большим диапазоном размерных признаков, то и выпускается она в меньшем ассортименте размеров, чем одежда из тканей.
Работа разрыва показывает, какое количество энергии затрачивается на т о, чтобы преодолеть энергию связи между частицами материала и довести его до полного разрушения. Характеризуется работа разрыва Rp геометрической площадью, ограниченной кривой разрыва и максимальными координатами Pv и lр (рис. 11-5):
где т) — коэффициент полноты диаграммы, определяемый отношением площади, ограниченной кривой растяжения, ко всей прямоугольной площади диаграммы, ограниченной сторонами Рр и lр, откуда
Практически площадь под кривой растяжения определяется планиметрически. При выпуклой кривой коэффициент полноты диаграммы и, следовательно, работа разрыва больше, при вогнутой — меньше. Таким образом, коэффициент полноты диаграммы характеризует относительную работу, затрачиваемую на разрыв образца. Чем больше коэффициент полноты диаграммы, тем лучше материал сопротивляется разрыву.
Работа разрыва материалов, имеющих большее удлинение при небольшой прочности, может быть больше, чем материалов с большой прочностью, но малой растяжимостью. Например, трикотаж несмотря на значительно меньшую, чем у тканей, прочность и большую растяжимость требует для разрыва большей затраты энергии, чем некоторые ткани. Для получения сравнимых результатов работы разрыва материалов с различным весом (массой) или объемом, вводится понятие относительной (удельной) работы разрыва, т. е. работы, отнесенной к единице массы rg или единице объема rv:
ПОЛУЦИКЛОВЫЕ РАЗРЫВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
1. Полуцикловые разрывные характеристики.
2. Полуцикловые неразрывные характеристики.
Текстильные изделия чаще всего испытывают деформацию растяжения. Этот вид деформации наиболее изучен.
Классификация характеристик, получаемых при растяжении материала, представлена на схеме.
Рис. Классификация характеристик, получаемых при растяжении материала
ПОЛУЦИКЛОВЫЕ РАЗРЫВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Полуцикловые разрывные характеристики используются главным образом для оценки предельных механических возможностей текстильных изделий. 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 признаками доброкачественности материала.
Одноосное растяжение. Рассмотрим основные полуцикловые разрывные характеристики, получаемые при простом одноосном растяжении.
 |
Показатели полуцикловых характеристик устанавливают при растяжении материала на разрывных машинах. Основные формы образцов, используемых для испытания на простое одноосное растяжение, и способы закрепления их в зажимах разрывной машины показаны на рис. 1.
Рис. 1 Формы образцов материалов и способы их закрепления в зажимах разрывной машины
Образец прямоугольной формы (рис. 1, а) принят в качестве стандартного для испытания тканей, трикотажных и нетканых полотен. Метод испытания, основанный на применении такого образца, часто называют стрип-методом. Для тканей установлены следующие размеры пробного образца: ширина — 25 мм, зажимная длина — 50 мм (в спорных случаях ширина 50 мм и зажимная длина 200 мм, а для шерстяных—100 мм). Для трикотажных и нетканых полотен ширина образца 50 мм и зажимная длина 100 мм.
Читайте также: Работа разрыва ткани это
Образцы, форма которых показана на рис. 1, б и в, применяются главным образом в исследовательской работе. Для испытания сильнорастяжимых материалов (трикотажные полотна, пленочные и другие материалы) иногда используют образцы в виде двойной лопаточки или в виде кольца, сшитого из полоски материала (рис. 1, г и д). При испытании текстильных материалов на простое одноосное растяжение получают следующие основные характеристики механических свойств.
Разрывная нагрузка (р.н.) Рр — усилие, выдерживаемое пробными образцами материала при растяжении их до разрыва, выраженное в ньютонах или деканьютонах (килограмм-силах). Она определяется на приборах, называемых разрывными машинами. Р.н. часто называют абсолютной прочностью.
Удлинение при разрыве (абсолютное разрывное удлинение) lр— приращение длины растягиваемого пробного образца изделия к моменту его разрыва. Получают абсолютную величину удлинения lр, мм, как разность конечной LK и первоначальной L0 длины образца.
Относительную величину удлинения изделия к моменту разрыва εропределяют как отношение lр к L0 и выражают либо в долях единицы
Кроме того, принято определять удлинение при стандартной разрывной нагрузке — приращение длины растягиваемого пробного образца в момент достижения разрывной нагрузки, предусмотренной стандартами или техническими условиями на изделие.
При простом одноосном растяжении пробного образца наблюдается уменьшение его поперечных размеров (рис. 2). Это характерно для многих текстильных изделий. Наиболее значительно уменьшаются размеры в середине образца. Оценивают это свойство изделий коэффициентом поперечного сокращения К, который определяют как отношение относительного сокращения образца εс к относительному его удлинению εр.
где в и в1 —ширина образца до и после растяжения в мм;
L и L1 — длина образца до и после растяжения в мм.
Значение К для текстильных изделий колеблется в пределах 0,5 — 1,3.
Рис. 2. Изменение формы и размеров образца изделия при растяжении
Для всех текстильных изделий 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 изделия.
При оценке механических свойств текстильных материалов важно знать не только разрывную нагрузку и удлинение к моменту разрыва, но и характер деформации материала. Графическое представление о зависимости между нагрузкой и удлинением при растяжении материалов дают диаграммы растяжения (рис. 3). Запись таких диаграмм производится с помощью самопишущего прибора на разрывной машине.
Рис. 3. Диаграммы нагрузка — удлинение (нечетными цифрами обозначены кривые удлинения материалов по основе (длине), четными — по утку (ширине):
1—2—Хлопчатобумажная ткань; 3—4— льняное полотно; 5—6 — хлопчатобумажная и шерстяная ткань; 7—8 — трикотажное хлопчатобумажное (гладь) полотно; 9—10 — нетканое хлопчатобумажное — холстопрошивное полотно
Как видно из рисунка, 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 у тканей, что объясняется главным образом особенностями структуры.
Для оценки прочностных свойств текстильных изделий применяют также относительные характеристики.
Относительная разрывная нагрузка Р0,даН·км/кг (кгс·км/кг), определяется отношением разрывной нагрузки, приходящейся на 1 мм ширины пробного образца материала, к массе 1 м 2 этого материала.
где т — масса 1 м 2 материала, кг;
b — ширина рабочей части пробного образца, мм.
Показатель относительной разрывной нагрузки, учитывающий массу материала, позволяет оценивать разные по массе материалы.
Важная характеристика прочностных свойств текстильных материалов — удельная (расчетная) разрывная нагрузка Ру — разрывная нагрузка, приходящаяся на элемент структуры материала (на одну нить основы или утка в ткани, на один петельный ряд или столбик в трикотаже, на одну строчку прошива нетканых полотен).
где Рр — разрывная нагрузка, даН (кгс);
Т – линейная плотность материала — число нитей в ткани, рядов или столбиков в трикотаже, строчек прошива в нетканом полотне, вдоль которых производится разрыв образца испытываемого материала.
Читайте также: Губчатая ткань состоит из клеток
Используя показатели разрывной нагрузки и плотности вещества (нитей), можно рассчитывать значение разрывного напряжения σр, Па (Н/м 2 ) (механическое напряжение) по формуле:
где ρ — плотность (объемная масса) вещества (нитей), кг/м 3 .
При растяжении образцов затрачивается определенная работа, которая расходуется на преодоление энергии связей, действующих в материале (между волокнами и нитями, между макромолекулами в структуре волокна).
Работа разрыва показывает, какое количество энергии затрачивается на то, чтобы преодолеть энергию связи между частицами материала и довести его до полного разрушения. Характеризуется работа разрыва Rp геометрической площадью, ограниченной кривой разрыва и максимальными координатами Pр и lр. Абсолютную работу, затраченную на разрыв образца, можно рассчитать по формуле Rр, (кгс·см; Дж):
где η — коэффициент полноты диаграммы растяжения, определяемый отношением площади, ограниченной кривой растяжения, ко всей прямоугольной площади диаграммы, ограниченной сторонами Рр и lр, откуда:
Чем больше значение η, тем выше величина работы, совершаемой материалом при разрыве. Величина коэффициента η для разных текстильных материалов различна и составляет: для тканей 0,25—0,75; для трикотажных полотен 0,15—0,4; для нетканых (клееных) полотен 0,5—0,8.
Для материалов различной массы принято рассчитывать удельную работу разрыва rм, Дж, по формуле:
где т — масса 1 м 2 материала, г.
Одноосное раздирание. При эксплуатации одежды, туристических палаток, чехлов и других изделий, изготовленных из тканей, ткани на участках карманов, клапанов и т. п. испытывают механическое напряжение. Это напряжение концентрируется на незначительном участке ткани, на группе или даже одной нити, вызывая разрушение ткани. Прочность при раздирании характеризуется раздирающей нагрузкой Рразд — усилием (кгс, даН), необходимым для разрыва специально надрезанной пробной полоски ткани. Эта нагрузка характеризует способность тканей выдерживать усилие, которое концентрируется на сравнительно небольшом ее участке, например при надрывах, при жестком закреплении края ткани и т. д. Существуют различные методы испытания тканей на раздирание. Г. Н. Кукин и Е. Ф. Федорова классифицируют методы испытаний на раздирание на две группы.
Методы первой группыхарактеризуются тем, что при испытании пробных образцов (полосок) происходит разрыв нитей, расположенных перпендикулярно направлению прикладываемой нагрузки.
Методы второй группы отличаются тем, что при испытании пробных образцов разрываются нити, расположенные вдоль направления действующей нагрузки.
Структура материала оказывает существенное влияние на показатели раздирающей нагрузки. 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, равном 0,7—0,8.
Абсолютное значение раздирающей нагрузки Рразд определяют по формуле
где Рн. т — разрушающая нагрузка для нити в ткани.
Двухосное и многоосное растяжение. При изготовлении швейных изделий (особенно при формовании деталей), а также при эксплуатации одежды, парашютов, зонтов, парусов и других изделий материал, из которых они выполнены, в результате действующих нагрузок подвергается растяжению одновременно в различных направлениях. При этом развивающиеся в материале напряжения и деформации, как правило, не одинаковы в различных направлениях и зависят главным образом от строения и свойств материала, а также от вида и размеров изделия, характера выполняемой работы и других факторов. Изучение поведения текстильных материалов при двухосном и многоосном растяжении вызывает все больший интерес, а результаты этих исследований используются при разработке новых материалов, проектировании швейных изделий, оценке их качества.
Применяемые в настоящее время методы испытания подразделяют на две группы: первая — методы двухосного растяжения и вторая — методы многоосного растяжения.
Двухосное растяжение — одновременное деформирование материала в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Многоосное растяжение материал получает в основном при действии нагрузки, прикладываемой перпендикулярно плоскости образца. Такого вида нагрузки материал испытывает при продавливании его шариком или мембраной.
- 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