Разрывная нагрузка —наибольшее усилие, выдерживаемое материалом до разрушения и выражающее его способность воспринимать нагрузку.
Для тканей разрывную нагрузку (абсолютную) обычно выражают в ньютонах (Н) или килограмм — силах (кгс); 1 кгс»
Этот показатель является обязательным для большинства тканей различного волокнистого состава. Интерес к нему объясняется сравнительной простотой его определения; кроме того, разрывная нагрузка тканей позволяет косвенно оценить качественный состав сырья, используемого для выработки продукции, а также степень повреждения материала в процессах заключительной отделки. Например, ткани из дефектной шерсти или недостаточно зрелого хлопка имеют заниженные против норм значения разрывной нагрузки. Пережог, перекрас, неправильные опаливание, беление или отделка термореактивными смолами (несминаемая отделка) тоже приводят к снижению разрывной нагрузки ткани. Поэтому, несмотря на то что ткани, особенно бытового назначения, в процессе эксплуатации обычно не испытывают нагрузок, близких к разрывным, последние широко используют для характеристики механических свойств тканей и нормируют в стандартах.
Разрывную нагрузку часто используют для оценки кинетики изнашивания тканей. На рис. 3 приведены типичные кривые изменения разрывной нагрузки тканей в процессе эксплуатации последних. Как видим, высокое начальное значение разрывной нагрузки еще не определяет поведение ткани в носке. У одной ткани (кривая) начальное значение разрывной нагрузки было больше, чем у другой ткани (кривая). Но в процессе эксплуатации первая ткань изнашивается быстрее, и уже после определенного периода и ее разрывная нагрузка меньше, чем у второй ткани. В связи с этим ткань, которой соответствует кривая, имеет меньший срок носки.
Разрывное удлинение (абсолютное)это разница между длиной образца в момент разрыва и зажимной его длиной до разрыва.
Ткани, имеющие высокое удлинение при разрыве, например шерстяные и из синтетических волокон, обладают, как правило, хорошими эластичностью, несмииаемостью, стойкостью к истиранию и т. п.
Как и разрывная нагрузка, удлинение при разрыве в значительной степени зависит от качественного состава сырья, из которого выработана ткань. При одинаковой разрывной нагрузке лучшей в отношении механических свойств считается та ткань, которая имеет более высокое разрывное удлинение. Механические свойства у ткани, которой соответствует кривая /, лучше, чем у ткани, которой соответствует кривая, так как из — за большего разрывного удлинения работа разрыва (заштрихованная площадь) у нее больше. Поскольку работа разрыва характеризует количество энергии, которое необходимо затратить на разрушение материала, первую ткань можно считать более «прочной», чем вторую.
Разрывную нагрузку и удлинение при разрыве тканей определяют путем испытания трех пробных полосок по основе и четырех по утку/Размеры пробных полосок указаны в табл. 6. При возникновении разногласий испытывают пробные полоски размерами 50X100 мм для шерстяных тканей и 50×200 мм для всех остальных тканей. Заготовки для пробных полосок вырезают из образца ткани с помощью специальных металлических шаблонов. Ширина заготовок 30 или 60 мм, длина должна быть больше зажимной длины на 150 мм. Продольные нити удаляют с обеих сторон заготовок до тех пор, пока рабочая ширина пробных полосок тканей не станет равной 25 или 50 мм.
Согласно ГОСТ 3813 —72, пробные полоски подвергают растяжению до разрушения на разрывных машинах трех типов: с переменной скоростью возрастания нагрузки и деформации, с постоянной скоростью возрастания нагрузки, с постоянной скоростью деформирования. Различие между этими машинами заключается в характере нагружения или деформирования испытуемого материала.
На рис. 5 приведены диаграммы нагрузки и деформации, получаемые на разрывных машинах различных типов. Машины второго и третьего типов считаются более совершенными, так как характер роста нагрузки или деформации испытуемых на них материалов не зависит от особенностей механических свойств последних. Это позволяет более правильно оценивать в сравнении механические свойства различных материалов. Машины первого типа лишены такого преимущества. Например, а показаны диаграммы роста нагрузки и деформации двух тканей. Несмотря на то что конечные результаты испытания этих тканей (разрывная нагрузка и удлинение при разрыве) у них одинаковы, нельзя говорить о том, что механические свойства тканей одинаковы. Вместе с тем машины первого типа более просты в устройстве и эксплуатации.
С учетом сказанного ГОСТ 3813 —72 рекомендует при возникновении разногласий проводить испытания на разрывных машинах с переменной скоростью возрастания нагрузки и деформации, которые работают по следующему принципу.
Пробная полоска ткани заправляется в зажимы. Зажим соединен с рычагом (маятником). Поэтому рассматриваемые машины иногда называют разрывными машинами с маятниковым силоизмерителем, или разрывными машинами маятникового типа. Зажим может опускаться с постоянной скоростью; движение он получает от какого — либо привода, обычно электрического. При движении нижнего зажима усилие через образец передается к верхнему зажиму, и грузовой рычаг начинает отклоняться влево. Нагрузка на образец возрастает пропорционально увеличению угла ср. В момент разрушения пробной полоски стрелка рычага 2 останавливается и на шкале / показывает значение разрывной нагрузки. А по шкале 3 определяют величину удлинения при разрыве.
Читайте также: Какая ткань для гамака для йоги лучше
Сменой груза на рычаге 2 можно изменить диапазон нагрузок, получаемых при испытании.
В СССР серийно выпускается разрывная машина РТ — 250М с маятниковым силоизмерителем, имеющая диапазон нагрузок от 0 до 50 и от 0 до 250 кгс. Заметим здесь, что шкала нагрузок разрывной машины должна подбираться так, чтобы средняя разрывная нагрузка испытуемого образца находилась в пределах 20 —80% максимального значения шкалы.
По ГОСТ 3813 —72, при заправке пробных полосок в зажимы разрывной машины им дают предварительное натяжение путем подвешивания специальных грузов к нижнему концу пробной полоски. Величину грузов предварительного натяжения выбирают в зависимости от размеров пробной полоски и поверхностной плотности испытуемой ткани.
При испытании скорость опускания нижнего зажима разрывной машины должна быть такой, чтобы средняя продолжительность растяжения пробной полоски до разрушения соответствовала 30±5 с для тканей с удлинением менее 150% и 60±15 с для тканей с удлинением 150% и более.
За окончательный результат при определении разрывной нагрузки и удлинения при разрыве принимают среднее арифметическое всех первичных результатов.
Раздирающая нагрузка —усилие (кгс, Н), необходимое 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.
При определении раздирающей нагрузки (ГОСТ 17922 —72) пробные полоски, вырезаемые из образца —три с поперечным расположением нитей основы и четыре с поперечным расположением нитей утка,размечают по схеме. По линии делают надрез и заправляют образовавшиеся язычки в зажимы разрывной машины по линиям АВ и АС. Расстояние между зажимами устанавливают равным 100 мм, скорость опускания нижнего зажима 100 ±10 мм/мин. При движении нижнего зажима нагрузка через продольные нити передается поперечным и они рвутся в направлении надреза. Разрыв пробной полоски ведут до линии аа. Раздирающую нагрузку ткани подсчитывают как среднее арифметическое из результатов первичных испытаний по основе и по утку.
Обычно раздирающая нагрузка тканей намного меньше разрывной нагрузки. Например, если по ГОСТ 5067 —74 раздирающая нагрузка шелковых и полушелковых плательно — костюмных тканей равна не менее 0,8 кгс, то разрывная нагрузка —не менее 20 кгс.
Для хлопчатобумажных и шелковых тканей, имеющих ворс, в стандартах должна нормироваться прочность закрепления ворса.
Прочность закрепления ворса характеризуется усилием, необходимым для выдергивания из ворсовой ткани одной ворсинки. При определении этого показателя (ГОСТ 3815.3 —77) из образца вырезают пять полосок вдоль основы размерами 20X100 мм. К обоим концам каждой полоски пришивают другую полоску ткани шириной 20 мм и длиной 250 мм. Складывая образующуюся ленту пополам, выделяют у испытуемой полоски ткани ряд ворсинок, которые зажимают в верхнем зажиме разрывной машины для испытания одиночной нити. Нижнюю часть ленты под натяжением 25 гс заправляют в нижний зажим разрывной машины. Расстояние между зажимами 200 мм, скорость опускания нижнего зажима 200 мм/мин. В момент полного выдергивания ворсинок отмечают показания шкалы нагрузок. Ворсинки, оставшиеся в верхнем зажиме, пересчитывают, после чего определяют усилие, необходимое для выдергивания одной ворсинки.
Научная электронная библиотека
Туханова В. Ю., Тихонова Т. П., Федотова И. В.,
1. Методы оценки разрывной нагрузки, удлинения при разрыве
Швейные изделия во время эксплуатации постоянно подвергаются внешним механическим и физическим воздействиям, что влияет на потребительские свойства изделий. Для определения получаемых деформаций и разрушения конструкций швейных изделий используют методы оценки разрывной нагрузки и удлинения при разрыве.
Читайте также: Как отстирать ткань от гелевой ручки
ГОСТ 28073-89. Изделия швейные. Методы определения разрывной нагрузки, удлинения ниточных швов, раздвигаемости нитей ткани в швах [33]. Распространяется на швейные изделия всех видов и устанавливает методы определения разрывной нагрузки шва, удлинения ниточных швов, раздвигаемости нитей ткани в швах. Методы, изложенные в стандарте, применяются при выборе новых технологических режимов обработки материалов, новых видов швейных ниток, ниточных швов на стадии проектирования одежды.
Полуцикловые характеристики материалов при одноосном растяжении определяют на разрывной машине (динамометре). В зависимости от формы испытываемой пробы материала различают следующие методы испытаний:
Срип (рис. 1.1, а) – поперечные размеры элементарной пробы 1 меньше ширины зажимов 2 динамометра;
Граб (рис. 1.1, б) – поперечные размеры больше ширины зажимов;
Полуграб (рис. 1.1, в) – смешанный метод.
Показатели свойств материалов при одноосном растяжении определяют на разрывных машинах с постоянной скоростью опускания нижнего зажима, с постоянной скоростью возрастания нагрузки и постоянной скоростью деформирования.
При стандартных испытаниях материалов легкой промышленности применяют разрывные машины маятникового типа РТ-250М-2, РМ-3-1, РМ-30-1, ИР-574-3 и др. Разрывные машины данного типа состоят из силоизмерителя (измерение силы в испытываемой элементарной пробе материала осуществляется по углу отклонения маятника от вертикального положения), приводной станции и рабочих органов (зажимов), соединенных с маятником и приводной станцией. Также разрывные машины фирмы «Инстрон» (с приспособлениями для разных видов испытаний), FP-10/1 (универсальная) [75].
В табл. 1.1 представлены размеры проб для различных видов материалов. На рис. 1.2 пробы при испытании тканей на раздирание различными методами.
Рис. 1.1. Методы закрепления проб материалов в зажимах разрывных машин при одноосном растяжении: а – стрип: 1 – элементарная проба; 2 – зажимы; б – граб; в – полуграб
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 числа нитей на 10 см ткани прочность ткани при раздираниии 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. Виды проб, применяемых при двухосном растяжении материала представлены на рис. 1.5.
Размеры проб для различных видов материалов
Общий размер пробы
из материала, мм
Все ткани, кроме шерстяных
Рис. 1.2. 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»); е – трапециевидный метод; ж – метод Т. Ээг-Олофссона
Полуцикловые характеристики определяют отношение материалов к однократному, обычно кратковременному и лишь иногда к длительному нагружению. Если оно сопровождается разрушением, эти характеристики показывают предельные механические возможности материала. Они также хорошо отражают сильную деструкцию молекул вещества, составляющего материал, в результате воздействия на него различных химических и физических факторов, потерю массы материала и др.
Рис. 1.3. Виды проб, применяемых при двухосном растяжении материала
Одноцикловые характеристики, получаемые чаще всего при длительном нагружении, хорошо выявляют влияние временного фактора, особенности деформации материалов, их способность сохранять форму и др.
Многоцикловые характеристики показывают устойчивость механических свойств при многократных силовых воздействиях. При действии малых сил, но многократно, нарушается структура тел, ослабляются межмолекулярные связи, даже деструктируются молекулы. Таким образом, многоцикловыми характеристиками оценивают устойчивость структуры.
Нецелесообразно получать много характеристик одного и того же класса, так как это усложняет эксперимент, но не дает ценных новых сведений. Не следует для целей, которые обеспечиваются характеристиками одного класса, получать характеристики другого класса. Например, полуцикловые характеристики плохо отражают изменения в структуре и, значит, в механических свойствах, происходящие вследствие многократных силовых воздействий. Пытаться с их помощью отразить подобные постепенные расшатывания структуры нецелесообразно. Наоборот, усталостные характеристики не выражают предельную возможность нагружения тел, так как оцениваются при малых нагрузках, но обеспечивают лучшее объяснение. Одноцикловые испытания при растяжении материалов можно выполнять многими методами, поскольку цикл нагрузка-разгрузка-отдых может осуществляться различно. Четыре основных метода [2]:
Читайте также: Сильно ветвится нервная ткань
1-й метод. Первая половина цикла (нагружение) соответствует режиму ползучести I, а вторая – режиму уменьшения деформации II за счет исчезновения высокоэластической деформации. В качестве входного возбуждения используется нагрузка (рис. 1.4, а).
2-й метод. Первая половина цикла соответствует режиму релаксации усилия I, вторая – режиму астригнации усилия II. В качестве входного возбуждения используется изменение деформации в виде широкого импульса, а в качестве выходной функции – изменение внутреннего усилия в пробе во времени (рис. 1.4, б).
3-й метод. Первая половина цикла соответствует режиму релаксации усилия I, вторая – режиму уменьшения деформации II за счет исчезновения высокоэластической деформации. В первой половине цикла в качестве выходной функции используется изменение усилия, во второй половине – изменение деформации (рис. 1.4, в).
4-й метод. Режим испытания состоит из трех частей: ползучести I, релаксации усилия II, уменьшения деформации за счет исчезновения высокоэластической деформации III (рис. 1.4, 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.
Рис. 1.4. Графики однородных (а, б) и смешанных (в, г) методов одноцикловых испытаний при одноосном растяжении текстильных материалов:
а, г – выходная функция ε = f(t); б, в – выходная функция Р = f(t)
Метод определения разрывной нагрузки при растяжении перпендикулярно шву
Отбор проб. Из отобранных точечных проб материалов вырезают по две полоски, каждая длиной 300 мм и шириной не менее 90 и 130 мм. При испытаниях укороченных проб швов допускается вырезать полоски длиной 300 мм и шириной 70 и 110 мм. Полоски вырезают вдоль ткани или полотна. Подготовленные пробы швов перед испытаниями выдерживают не менее 12 ч в условиях, предусмотренных ГОСТ 10681. В этих же условиях проводят испытания.
Подготовка к испытанию. Полоски материала стачивают попарно вдоль длинной стороны на расстоянии от 5 до 15 мм от края в соответствии с нормативно-технической документацией. Шов выполняют от начала до конца полоски без останова машины и перехватов. Из каждой точечной пробы шва на расстоянии 20 мм от начала строчки карандашом, выдергиванием нити из ткани или мелом намечают последовательно линии на расстоянии 50 и 15–20 мм. Намеченные линии переносят, избегая перекоса, препаровальной иглой, карандашом или мелом на нижнюю деталь. По намеченным линиям изготовляют элементарные пробы швов для испытания. Схема изготовления элементарных проб швов в сложенном и развернутом виде приведена на рис. 1.5.
Рис. 1.5. Схема изготовления проб при определения разрывной нагрузки при растяжении перпендикулярно шву
Проведение испытания. На разрывной машине устанавливают зажимную длину, равную 100 мм. Для укороченных швов (головные уборы, корсетные изделия и т.п.) допускается проводить испытание швов при зажимной длине 50 мм. Предварительное натяжение пробы шва устанавливают в зависимости от удлинения и поверхностной плотности 1 м2 материала в соответствии с табл. 1.2.
Скорость опускания нижнего зажима разрывной машины устанавливают так, чтобы средняя продолжительность процесса растяжения шва до разрыва соответствовала (30 ± 15) с.
Показатели разрывной нагрузки и удлинения при разрыве снимают с соответствующих шкал разрывной машины при разрушении шва. Момент разрушения шва фиксируют по диаграммной записи, останову прибора, звуку разорвавшейся нитки, визуально и др.
Обработка результатов. Характер разрушения шва классифицируют по следующим факторам: разрушению ниток шва; разрушению материала по линии шва; сбросу нитей ткани в шве. За фактическую разрывную нагрузку шва принимают среднее арифметическое значение восьми результатов первичных испытаний, округленное до 1,0 Н (0,1 кгс).
Натяжение пробы материала
Предварительное натяжение Н (гс)
1. Материалы с разрывным удлинением до 50 % и поверхностной плотностью, г/м