122696 (716998), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Изучение получаемых при испытаниях в цикле нагрузка—разгрузка—отдых характеристик механических свойств текстильных материалов представляет большой интерес, а результаты подобных исследований могут использоваться при конструировании деталей одежды, ее изготовлении, при разработке новых материалов с улучшенными свойствами.

Исследованием тканей при растяжении их нагрузками меньше разрывной начали заниматься в начале XX в. русские ученые. Однако эти работы в то время не получили развития.

Успехи в изучении механических свойств полимеров способствовали развертыванию работ по изучению механических свойств текстильных материалов и исследованию релаксационных явлений, вызванных внешними воздействиями на материалы. Значительные работы в этой области выполнили Г.Н.Кукин, А.Н.Соловьев, А.И.Кобляков, И.И.Шалов, А.В.Матуконис, В.М.Милашюс, В. П. Склянников и др.

Сетчатое строение тканей и петельное строение трикотажа обуславливают образование многочисленных связей. Все связи, действующие в материале, принято разделять на две группы: внешние, определяемые особенностями строения материала, и внутренние, обусловленные особенностями строения нитей (пряжи) и волокон.

При переплетении нитей в ткани между ними возникают силы трения и сцепления. В точках контакта нитей основы и утка эти силы значительно возрастают. Кроме того, структура ткани представляет собой пространственную решетку, форма и размеры которой в значительной степени определяют способность ткани деформироваться. В зависимости от вида переплетения, фазы строения ткани изменяются изгиб и взаиморасположение нитей основы и утка, углы обхвата нитей. Все эти внешние связи, определяемые особенностями строения ткани, оказывают существенное влияние на проявление сил трения и сцепления между нитями и, в конечном счете, на деформационную способность ткани.

Наряду с внешними связями в ткани действуют внутренние связи, определяемые силами трения и сцепления между волокнами в нитях (пряже), силами межатомных и межмолекулярных связей в волокнах.

В трикотаже внешние связи характеризуются силами трения и сцепления, возникающими между нитями петель. Вследствие петельного строения трикотажа его внешние связи несколько слабее и подвижнее, чем в ткани. Для изменения этих связей требуется приложить меньшее усилие. Внутренние связи в трикотаже, как и в тканях, обусловлены силами трения и сцепления между волокнами, составляющими нить, и силами межатомных и межмолекулярных связей в волокнах.

Нетканые полотна существенно отличаются по своему строению от тканей и трикотажа, их волокнистое строение в значительной степени определяет образование связей, влияет на их механические свойства. Для прошивных нетканых полотен внешние связи определяются главным образом силами трения и сцепления волокон, образующих материал. Эти силы, в свою очередь, зависят от расположения волокон в материале (ориентированное или неориентированное), вида волокон, способа прошивания и т.п.

Для клееных нетканых полотен внешние связи, кроме того, в значительной степени дополняются силами склеивания отдельных волокон связующим веществом. В зависимости от количества связующего вещества силы склеивания волокна могут быть очень значительными и оказывать преобладающее влияние на механические свойства материала, на его деформационную способность.

Таким образом, ткани, трикотажные и нетканые полотна имеют сложное строение, которое в значительной степени влияет на их деформационную способность, на характер развития релаксационных процессов.

Релаксационными называют процессы, протекающие во времени и приводящие к установлению равновесного состояния материала. Релаксационные процессы в текстильных материалах наблюдаются при всех видах механических воздействий на материал (растяжение, изгиб, сжатие и др.) и являются их характерной особенностью. Эти процессы в текстильных материалах оказывают большое влияние, как на качество изготовления, так и на эксплуатацию швейных изделий.

Одноцикловые испытания при растяжении материалов можно выполнять многими методами, поскольку цикл нагрузка—разгрузка—отдых может осуществляться различно. Рассмотрим четыре основных из этих методов.

1-й метод. Первая половина цикла (нагружение) соответствует режиму ползучести /, а вторая — режиму уменьшения деформации //за счет исчезновения высокоэластической деформации. В качестве входного возбуждения используется нагрузка (рис. 1, а).

2-й метод. Первая половина цикла соответствует режиму релаксации усилия, вторая — режиму астригнации усилия. (Если деформация поддерживается постоянной после ее уменьшения, то происходит обратный релаксационный процесс — увеличение усилия. Этот процесс В.М.Милашюс назвал астригнацией усилия.) 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,б).

3-й метод. Первая половина цикла соответствует режиму релаксации усилия, вторая — режиму уменьшения деформации за счет исчезновения высокоэластической деформации. В первой половине цикла в качестве выходной функции используется изменение усилия, во второй половине — изменение деформации (рис.1, в).

4-й метод. Режим испытания состоит из трех частей: ползучести, релаксации усилия, уменьшения деформации за счет исчезновения высокоэластической деформации (рис.1, 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.

Из одноцикловых характеристик, получаемых при растяжении текстильных материалов, наибольший интерес представляет изучение релаксации напряжения, или деформации, и определение полного удлинения и его составных частей. При изучении релаксации напряжения (усилия) регистрируют величину усилия при заданном постоянном удлинении (см. рис.1, б). По степени уменьшения напряжения за определенное время делают сравнительную оценку материалов. Следует отметить, что проявление релаксации напряжения у тканей имеет почти одинаковый характер, поэтому эта характеристика не получила широкого распространения.

Наиболее широко изучается релаксация деформации материала при действии на него постоянной нагрузки меньше разрывной. Если к пробе текстильного материала приложить постоянную нагрузку, то она начнет деформироваться (растягиваться). Такой процесс называют ползучестью или упругим последействием.

При этом, как правило, в начальный период приложения нагрузки происходит значительная деформация материала. С течением времени деформация постепенно затухает и при достижении определенной величины, соответствующей заданной нагрузке, деформация прекращается — устанавливается равновесное состояние (здесь и в дальнейшем под равновесным состоянием понимается «техническое равновесное» состояние, при котором небольшое изменение материала еще продолжается). Деформация материала, зафиксированная в этот момент, определяет величину полного удлинения L:

L = Lк - Lo,

где Lk— длина пробы материала, измеренная к моменту окончания действия на него заданной нагрузки; Lo — первоначальная длина пробы.

Полная деформация, проявляющаяся в материале при действии постоянной нагрузки, слагается из трех компонент (частей): упругой, высокоэластической и пластической. Однако выделить эти части во время действия нагрузки, как при деформации, так и в период условно установившегося равновесия не представляется возможным. В определенных условиях все три компоненты полной деформации при действии нагрузки проявляются и развиваются одновременно.

Упругая часть (Ly) полной деформации текстильных материалов возникает вследствие появления энергии, вызванной упругим (обратимым) изменением связей. Из-за изменения напряжения связей, находившихся до этого в равновесии, и развивается упругая часть деформации, которая распространяется в материале с огромной скоростью. При этом в первый период действия нагрузки упругая часть деформации, очевидно, является результатом незначительного изменения внешних связей, определяемых силами трения и сцепления между волокнами, проявлением межмолекулярных связей.

С течением времени действия нагрузки происходит существенное изменение связей. Вновь образовавшиеся связи в первый момент своего проявления вследствие незначительного изменения напряжения пополняют упругую часть. Таким образом, по мере роста полной деформации материала происходит непрерывный процесс изменения в связях. При этом, очевидно, все связи в первый момент своего проявления выступают как упругие. С ростом полного удлинения материала изменяются внутренние связи — межволоконные и межмолекулярные в волокнах.

Возникновение высокоэластической части (Lэ) — изменяющейся во времени части полной деформации — объясняется тем, что связи, проявившиеся в первый момент развития. Упругой части деформации, по мере действия внешних сил продолжают накапливать энергию. Этот процесс, протекающий во времени, и приводит к появлению внутренних напряжений, способствующих обратимости высокоэластической части деформации. Участие связей в возникновении эластической части деформации продолжается до тех пор, пока энергия, накопившаяся в связях, не достигнет определенного значения, превышающего предельное для данной связи, и не произойдет нарушения этих связей. Нарушение действовавших связей, очевидно, приводит к появлению новых связей, которые в первый момент проявления пополняют упругую часть деформации и участвуют в возникновении эластической части. Следовательно, при деформации материала происходит непрерывное качественное изменение связей, участвующих в возникновении упругой, а затем высокоэластической частей деформации. Высокоэластическая часть деформации в текстильных материалах в связи с особенностями их строения проявляется в течение длительного времени.

Пластическая часть (Lп) полной деформации появляется в материале вследствие необратимого изменения (нарушения) внешних и внутренних связей. Под действием нагрузки в результате накопления энергии происходит нарушение связей, сопровождающееся перегруппировкой элементов структуры материала. При этом, очевидно, в первую очередь нарушаются менее устойчивые и слабые внешние связи: происходит необратимое сближение нитей и перемещение их в точках контакта, увеличиваются изгибы одних и распрямление других нитей либо меняются изгибы всех нитей и т.п.

Рассмотренные выше особенности деформации материала при действии на него нагрузки, выражающиеся в проявлении трех составных частей полной деформации, характерны и для цикла отдыха, наступающего после разгрузки материала.

После освобождения материала от действия нагрузки происходит обратный релаксационный процесс. Однако участвующие в этом процессе связи, естественно, качественно отличаются от тех связей, которые принимали участие в возникновении упругой и эластической частей деформации на первом этапе ее развития при действии нагрузки. Причем высокоэластическая часть деформации при обратном релаксационном процессе также проявляется длительное время. Этот процесс сопровождается некоторым изменением и пластической части деформации.

Благодаря различной скорости проявления упругой и высокоэластической частей деформации при отдыхе возможно разделение полной деформации на составные части. Вследствие возникновения упругой и высокоэластической (с очень малым периодом релаксации) частей деформации материал в первый момент после снятия нагрузки сокращается по длине. При отдыхе в связи с проявлением высокоэластической части деформации он продолжает укорачиваться. По истечении определенного и притом значительного времени релаксация деформации замедляется и практически прекращается.

Очевидно, такое разделение полной деформации растяжения на составные части условно.

Известно, что упругая часть деформации распространяется в материалах со скоростью, близкой к скорости звука. На существующих же приборах первый отсчет деформации производится обычно через 2 —5 с после разгрузки. За это время, естественно, исчезает не только упругая часть деформации, но и какая-то часть высокоэластической с малым периодом релаксации. Таким образом, фиксируемое значение упругой части полной деформации несколько выше фактического. Эту часть (компоненту) полной деформации Lу принято называть быстрообратимой.

Характеристики

Список файлов реферата