матеріалів. Багатоциклові характеристики розтягнення.
Тема 5. Одноциклові характеристики розтягнення текстильних
Питання:
1. Одноциклові характеристики при розтягуванні матеріалів.
2. Вплив структури матеріалів на їх деформаційну здатність.
3. Характеристика 3-х складових частин повної деформації.
4. Вплив розтяжимості матеріалів на процеси моделювання,
конструювання і технологію виготовлення одягу.
Література: 
1.с.149; 1.с.168; 4.с.126; 4.с.149 
Реферат № 2. Тема 4. Питання:
1. Багатоциклові характеристики при розтягуванні
матеріалів.
Література 1.с.168
1. Одноциклові характеристики при розтягуванні матеріалів.
Розглянути раніше напівциклові характеристики при одновісному розтягуванні ( розривне навантаження і розривне видовження ) оцінюють найбільші механічні можливості матеріалів.
В швейному виробництві, при розмотуванні рулонів полотен, настиланні їх для розкрої, виконанні швів, волого-теплової обробки і інш., матеріали піддаються дії, як правило, невеликим за величиною навантаженням, значення яких складають 1 – 2 % розривних.
В залежності від здатності матеріалу опиратись цім діям встановлюються режими технологічних операцій.
При експлуатації одягу матеріали , з яких вони виготовлені, дуже рідко піддаються одноразовій дії навантаження, яке безперервно наростає і доводить до руйнування. Звичайно матеріали деформуються в результаті
дії сил, величини яких значно менше розривних: вони складають в основному для тканин 1 – 3 даН на ширину смужки 5 см і тільки на окремих ділянках одягу досягають 8 – 9 даН. При експлуатації трикотажних виробів напруга від розтягу трикотажу складають біля 0,1 мПа. Таким чином, і при виготовленні швейних виробів, і при їх експлуатації на матеріал діють невеликі за величиною навантаження, які чергуючись з розвантаженням і відпочинком, розхитують структуру матеріалу і призводять до його ослаблення; а зміни у розмірах і формі матеріалу на окремих ділянках одягу, які відбуваються при цьому значно погіршують її зовнішній вигляд.
Дуже часто при виготовленні і при експлуатації одягу матеріали зазнають навантаження , які по величині значно менші за розривні. Невеликі за величиною навантаження, чергуючись з розвантаженням і відпочинком поступово розхитують і розслаблюють структуру матеріалу, що призводить до втрати зовнішнього вигляду одягу в цілому, до зміни розмірів і форми на деяких ділянках виробів.
В залежності від здатності матеріалів опиратися цим діям встановлюють режими обробки і експлуатації швейних виробів.
При вивченні поведінки матеріалів при одно цикловому розтягуванні спостерігають за деформацією зразків (зміною довжини) на протязі певного часу.
Якщо до зразка матеріалу прикласти навантаження менше , ніж розривне то він починає розтягуватись і деформуватись. При цьому, в початковий період прикладання навантаження відбувається значна деформація. З часом деформація затухає і при досягненні певної величини, відповідній заданому навантаженню, деформація припиняється, тобто встановлюється рівноважний стан. Після зняття навантаження (розвантаження) порушується встановлений рівноважний стан і спостерігається процес зворотної деформації і установлення нового рівноважного стану.
Процеси, протікаючи у часі, що призводять до рівноважного стану називаються релаксаційними.
Релаксаційні процеси є характерною особливістю текстильних матеріалів і спостерігаються при всіх типах механічних дій ( розтяг, згин, кручення, зминання, зсув).
Характер прояву деформації матеріалів у часі при одно цикловому розтягуванні представимо у вигляді графіку (рис.1). 1.с.153
Рис. 1 – Зміни в часі деформації розтягу проби (зразка) при постійній нагрузці та відпочинку.
Як видно з графіку в першій ( 1) момент прикладання навантаження відбувається значна деформація матеріалу. З часом ця інтенсивність знижується (11). По проходженні певного, інколи досить значного часу дії
навантаження, розтяг матеріалу припиняється (111). Встановлюється рівноважний стан.
В цей момент визначається величина повної деформації:
= к - 0 ; мм
де: - величина повної деформації, мм
к - довжина зразка в момент зняття навантаження, мм
0 - початкова довжина зразка, мм.
Зафіксована в цей момент повна деформація складається з трьох частин (деформацій) : пружної, високоеластичної, і пластичної.
Виділити ці частини в момент дії навантаження і в період встановлювання рівноваги неможливо, тому що ці 3 складові повного видовження проявляються і розвиваються одночасно. При звільненні матеріалу від навантаження , під час відпочинку, спостерігається зворотний релаксаційній процес.
Завдяки різній швидкості зникнення пружної і високоеластичної деформацій можливо розділити повну деформацію на її складові частини та їх визначити.
Пружна і високоеластична деформації являються зворотніми, причому пружна деформація появляється і зникає зі швидкістю близькою швидкості звуку. Тому, в перший момент після зняття навантаження матеріал помітно скорочує свою довжину ( на графіку - у ).
Високоеластична деформація появляється і зникає протягом часу. Тому, в період відпочинку , із-за проявлення високоеластичної деформації матеріал продовжує скорочуватись. Протягом певного часу релаксація деформації сповільнюється і майже зупиняється ( на графіку - е).
Пластична деформація - це незворотна частина повної деформації, яка не зникає після довгого часу відпочинку матеріалу ( на графіку - п).
Такий поділ повної деформації розтягу на частини являється умовним, так як при дослідах ( в лабораторії ) спостереження за матеріалами обмежуються кількома годинами, а високоеластична і пластична деформації проявляються протягом довгого часу, іноді сотні годин.
Для визначення одно циклових характеристик матеріалів використовують прилади двох типів :
1. Прилади, які працюють за принципом постійного розтягування зразку матеріалу;
2. Прилади, які працюють за принципом постійного навантаження на зразок матеріалу ( релаксометр).
При випробуванні матеріалів на приладах першоготипу вивчають змину засилля в пробі матеріалу, яка отримала постійне задане видовження. Схема приладу першого типу, який розробили Г.Н.Кукин і А.И. Кобляков вказана на рис. 2.25. 1.с.161 .
Для вивчення релаксації зусилля у матеріалі при постійному розтягненні проби використовують механічний релаксометр МР, який розробили у МТІЛПі Г.П. Румянцева, Б.А. Бузов, В.П. Коротаев. (рис. 2.26) 1.с.162 . Випробування на приладі МР дозволяють регіструвати величини зусилля по контуру проби ( круглої форми), моделювати напруження на зразках інших форм, які наближують випробування матеріалів до умов експлуатації.
Для вивчення релаксації деформації і визначення складових частин повної деформації розтягнення матеріалів використовують прилади другого типу : стойку, РТ-6, Р-5, Р- МТІЛП і інші. Релаксометр Р-МТІЛП, який розробили Б.А.Бузов і Д.Г. Петропавловський має термокріокамеру , яка знімається і яка дає можливість вивчати релаксацію деформації матеріалів в широкому інтервалі температур ( рис. 2.27 ). 1.с.163 .
При вивченні механічних властивостей полімерних матеріалів широко використовують модельні методи. Вони використовують для описування залежності між напругою, терміном її дії і деформацією, для складення диференціальних рівнянь деформації. Модельні методи вивчення релаксаційних процесів в текстильних матеріалах мають великий науковий інтерес, а результати вивчення дозволяють прогнозувати поведінку матеріалів в різних умовах експлуатації. 1.с.162 .
2. Вплив структури матеріалів на їх деформаційну здатність.
Структура текстильних матеріалів має складну будову (Рис. 1), між елементами яких утворюються багато чисельні зв’язки. Всі зв’язки в матеріалах поділяють на 2 групи:
1. Внутрішні - величина яких залежить від особливостей будови волокон, пряжі і ниток;
Модельне зображення молекулярних ланцюгів при деформації полімерів
2. Зовнішні - величина яких залежить від особливостей будови матеріалу.
Рисунок 1 – Види полів в переплетенні
1-основне поле зв’язку; 2-уточне поле зв’язку; 3-основне поле контакту; 4-уточне поле контакту; 5 основне вільне поле; 6- уточне вільне поле;7-поле просвіту між нитками.
Характеристика внутрішніх зв’язків.
Волокна, що складають пряжу і нитки, мають складну будову і структуру. Волокна - це комплекс макромолекул, які зв’язані між собою міжмолекулярними силами які діють в поперечному напрямку. Макромолекули орієнтуються вдовж осі волокна, але в різних волокнах їх місце знаходження може бути орієнтовним, частково орієнтовним, чи хаотичним. Волокна, в яких макромолекули розташовані хаотично мають велику розтяжність. Чим більше орієнтовані макромолекули вздовж осі волокна, тим менша їх розтяжність, а міцність більша.
Отже, деформаційна здатність волокон визначається головним чином їх мікроструктурою і силами міжмолекулярних зв’язків.
Нитки і пряжа також мають складну будову, яка залежить від виду волокнистої сировини, форми і розмірів волокон, їх розміщення в пряжі і нитках, кількості в поперечному перерізі, рівномірності розподілення по довжині, способу виготовлення (кардна, гребінна, апаратна), кручення, напрямку кручення. Це все має значний вплив на формування сил тертя і зчеплення між волокнами в пряжі і нитках, та впливає на їх деформаційну здатність.
Характеристика зовнішніх зв’язків.
Будова і структура тканин ( сітчаста будова) і петельна будова трикотажу також визначають утворення багато чисельних зв’язків, які називаються зовнішніми.
В тканинах при переплетенні ниток основи і утоку між ними виникають сили тертя і зчеплення, величина яких залежить від виду переплетення, фази будови, кутів обхвату, просторової решітки. В точках контакту ниток основи і утоку ці сили значно збільшуються. Крім того, структура тканини уявляє собою просторову решітку, форма і розміри якої в значної степені визначають здатність тканини деформуватися. В залежності від виду переплетення, фази будови тканини змінюються згин і взаємні розташування ниток основи і утоку, кути обхвату ниток. Всі ці зовнішні зв’язки , які визначаються особливостями будови тканини, чинять істотний вплив на проявлення сил тертя і зчеплення між нитками і в кінцевому рахунку на деформаційну здатність тканини.
В трикотажі, як і в тканинах, величина зовнішніх зв’язків визначається силами тертя і зчеплення, які виникають між нитками петель. Через петельну будову трикотажу, його зовнішні зв’язки слабші і рухливіші ніж в тканинах. Для змини цих зв’язків необхідно прикласти менше сили. Внутрішні зв’язки в трикотажі характеризуються силами тертя і зчеплення між волокнами, що утворюють нитки і силами міжмолекулярних зв’язків
у волокнах.
Таким чином, механізм деформації тканин і трикотажу полягає в наступному: при прикладанні навантаження, особливо в початковий момент, деформація матеріалів супроводжується змінами в їх грубій структурі ( макроструктурі), які викликані розвитком зовнішніх зв’язків; з розвитком деформації вступають в дію внутрішні зв’язки; раніше встановлені зв’язки змінюються , з'являються нові; відбувається перебудова мікроструктури.
Неткані матеріали мають істотні відмінності по своєї будові від тканин і трикотажу, їх волоконна будова в значної степені визначає утворення зв’язків , впливає на їх механічні властивості. Деформаційна
здатність нетканих полотен залежить від зовнішніх зв’язків , які утворюються між волокнами, так як ці полотна мають волокнисту будову (наприклад: полотно прошивні неткані матеріали). Для прошивних нетканих полотен зовнішні зв’язки визначаються головним чином силами тертя і зчеплення волокон, які утворюють матеріал. Ці сили у свою чергу залежать від розташування волокон в матеріалі ( орієнтовне або неорієнтоване), виду волокон, способу прошивання.
Таким чином , величина сил тертя і зчеплення між волокнами у прошивних нетканих матеріалах залежить від виду волокон, розташування волокон в полотні і від способу прошивання.
Для клеєних нетканих полотен зовнішні зв’язки , крім того, в значної степені доповнюються силами склеювання окремих волокон зв’язуючим веществом. В залежності від кількості звязуючої речовини сили склеювання волокна можуть бути дуже значними і значно впливати на механічні властивості матеріалу, на його деформаційну здатність.
Таким чином, для клеєних нетканих полотен (флізелін, прокламілін) величина зовнішніх зв’язки залежить від кількості звязуючої речовини (клею). В залежності від кількості звязуючої речовини, сили склеювання волокон можуть бути значними і здійснювати основний вплив на деформаційну здатність полотна і на механічні властивості в цілому.
Таким чином, тканини, трикотаж, неткані полотна мають складну будову, яка в значної степені впливає на їх деформаційну здатність, на характер розвитку релаксаційних процесів.
3. Характеристика 3-х складових частин повної деформації.
Повна деформація при одно цикловому розтягуванні складається з 3-х частин: пружної, високоеластичної і пластичної.
Пружна деформація - це деформація, яка миттєво виникає і швидко зникає. Вона пояснюється виникненням енергії, яка викликана пружними (зворотними) змінами зв’язків. Пружна деформація розповсюджується в матеріалах з великою швидкістю ( швидкістю звуку). Її називають швидкозворотнею деформацією.
В перший момент дії навантаження пружна деформація являється наслідком незначних змін зовнішніх зв’язків і деякої частини внутрішніх зв’язків. З бігом часу дії навантаження, відбувається безперервний процес зміни зовнішніх зв’язків, а з ростом видовження матеріалу починають змінюватись внутрішні зв'язки ( між волоконні і міжмолекулярні у волокнах).
Наявність пружної деформації в матеріалах свідчіть про здатність їх зберігати форму, про високу зносостійкість до тертя і розтягу.
Недоліки:
Тканини з великою пружною деформацією ускладнюють процес виготовлення одягу ( зміщуються при розкрої, потребують значної і довгої волого-теплової обробки – ВТО).
Найбільшою пружною деформацією володіють синтетичні (капрон, лавсан) і чисто вовняні тканини. Найменшою - віскозні.
Величина (доля) пружної деформації в матеріалах зв’язана з їх структурою ( скруткою ниток, видом переплетення, густиною).
Наприклад:
1. Щільні тканини, з пряжі великої крутьки мають велику пружну деформацію. Наприклад тканина "Крепдешин" не зминається.
2. Часті згини ниток в структурі матеріалу забезпечують йому високі пружні властивості. Наприклад полотняне переплетення, або трикотажні переплетення.
3. Підвищити пружність матеріалів здатні деякі види оздоблення (обробка синтетичними смолами). Наприклад незминальне оздоблення.
Високоеластична деформація - ця деформація виникає і змінюється в часі (повільно), інколи сотні годин. Її називають повільнозворотнєю деформацією. Її виникнення пояснюється тим, що зв’язки, які з'явилися в перший момент розвитку пружної деформації продовжують накопичувати енергію. Коли ця енергія досягне певного значення для даних зв’язків, виникне їх порушення. Порушення діючих зв’язків призводить до виникнення нових, які у перший момент поповнюють пружну частину деформації, а потім беруть участь у виникненні еластичної частини. Із всіх текстильних матеріалів найбільше проявлення високо еластичної деформації спостерігається у трикотажних полотен. Ця деформація проявляється до моменту встановлення у матеріалів рівноважного стану.
Якщо, високо еластична деформація протікає швидко (декілька хвилин), то по своєму характеру вона наближається до пружної і не може здійснювати шкідливого впливу на матеріал. Якщо, ця деформація протікає повільно ( декілька годин, чи місяців), то вона, в кінцевому підсумку, викликає зміни розмірів матеріалу, тобто його зсідання. В цьому випадку , по своєму характеру вона наближується до пластичної деформації.
Пластична деформація - це частина повної деформації, яка виникає в зв’язку з незворотними змінами зовнішніх і внутрішніх зв’язків, вона не зникає після зняття навантаження, тому її називають залишковою. Її поява пояснюється тим, що по мірі росту повної деформації, одночасно зі зміщенням елементів структури матеріалу (ниток і волокон) виникає незворотне зміщення макромолекул і їх блоків у волокнах.
Недоліки:
Вироби із матеріалів з великою часткою пластичної деформації дуже зминаються , витягуються, швидко втрачають форму і зношуються.
Невелика частина пластичної деформації в матеріалах повинна бути, так як надає виробам форму.
Визначають складові частини повної деформації на приладах - релаксометрах, шляхом замірів довжини зразків до навантаження, після довготривалого навантаження, після розвантаження і після довготривалого відпочинку. 1.с.161
4. Вплив розтяжності матеріалів на процеси моделювання,
конструювання і технологію виготовлення одягу.
Розтяжність матеріалів значно впливає на процеси моделювання, конструювання та вибір технології виготовлення швейних виробів.
Матеріали з високою розтяжністю складні в обробці: при настиланні можуть перекошуватись, при зшиванні на швейних машинах края зеднувальних деталей витягуються, при прасуванні вироби можуть деформуватися , особливо по косих зрізах. Для попередження зміни форми на цих ділянках прокладають малорозтягуючу тасьму ( клейову чи з бавовняної тканини). Наприклад: по краю бортів, в пройми рукавів та інших ділянках.
Вироби з матеріалів, що значно розтягуються бажано проектувати з великою свободою облягання. Наприклад: крій по косій, якій до мінімуму виключають дії розтягуючи зусиль.
При конструюванні виробів із матеріалів, що значно розтягуються (особливо трикотажних полотен) рекомендується величину пластичної деформації закладати у розрахункові формули, що характеризують ширину виробу.
При виготовленні швейних виробів матеріали одержують дію невеликих за величиною навантажень. По даним ЦНІІШПу та МТІЛПу , при раз дублюванні тканини і змотуванні її з рулону, переміщенні на браковочно-мірільних машинах , при настиланні, виконанні операцій зшивання і формування величина діючого на тканину навантаження складає 1 – 2% розривної, а значення повної деформації розтягнення достигає 2 – 5%.
Б.П. Поздняковим встановлено, що в білизні з бязі і сатину в направленні ниток основи розтягнення тканини більше, ніж в направленні ниток утоку. Найбільше видовження тканини відбувається в рукавах в ділянці ліктів, воно не перевищує 5%.
У роботі Л.Н.Панькової вивчалися величини і розподілення засиль розтягнення тканини в чоловічому одягу з використанням тензометричного методу вимірювання. По даним цієї роботи, на спинці чоловічого піджаку в області середнього і нижнього ділянок шву пройми тканини одержують найбільші навантаження, які досягають на окремих ділянках 16Н на смушку шириною 10 мм.
Б.А.Бузов виконував дослідження деформації тканини на різних ділянках чоловічого верхнього одягу. Результати досліджень показали,що розподілення і величини деформації розтягнення тканини в цьому одязі залежать від характеру рухів чоловіка. Найбільше розтягнення тканина зазнає на тих ділянках одягу, де при руху чоловіка найбільш різко збільшуються розміри його тіла. Встановлено, що при виконанні чоловіком різких рухів на спинці і рукавах виробів у зонах, які прилягають до середнього і нижнього ділянок пройми, тканина має найбільше розтягнення. Причому в діагональному направленні ( під кутом 22,5; 67,5 і особливо 450 до ниток основи) розтягнення тканини значно більше, ніж за основою або утоком, і складає 10 – 15%. На окремих ділянках одягу розтягнення досягає 2- - 22%, що складає 35 – 40% розривного видовження. По основі тканина розтягується на 3 – 5%, а по утоку - на 6 – 9%, причому найбільше видовження по утоку складає біля 50% розривного, а по основі - не більше 20% розривного
На ділянках одягу, які розміщуються на рівні плечового поясу або лінії талії, тобто вище або нижче лінії грудей, розтягнення тканини значно менше, ніж в області середньої і нижньої частин пройми.
Величина і розподілення деформації розтягнення тканини по ділянкам одягу залежить також від відповідності розміру одягу розмірам тіла чоловіка, його фізичному розвитку. З збільшенням розмірів тіла чоловіка змінюється не тільки видовження тканини, але і характер розподілення її деформації по ділянкам одягу. 1.с.145 .
Розтягнення матеріалу в одязі при її експлуатації можливо визначити декількома методами: безпосередньо вимірюванням; методом "нитки"; методом тензометрирування. 1.с.148 .
-"-