Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
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.
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.
а б в
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.
Таблица 1.1
Размеры проб для различных видов материалов
|
Материал |
Общий размер пробы |
Рабочий размер пробы, мм |
|||
|
шириной |
длиной |
шириной |
длиной |
||
|
легкоосыпающегося |
трудноосыпающегося |
||||
|
Все ткани, кроме шерстяных |
80 50 |
60 30 |
350 350 |
50 25 |
200 200 |
|
Ткани шерстяные |
80 50 |
60 30 |
250 200 |
50 25 |
100 50 |
|
Трикотажные полотна |
– |
50 |
250 |
50 |
100 |
|
Нетканые полотна |
– |
50 |
200 |
50 |
200 |
|
Войлок |
– |
50 |
200 |
50 |
100 |
а б в г д е ж
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]:
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.
а б в г
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).
Таблица 1.2
Натяжение пробы материала
|
Характеристика материала |
Предварительное натяжение Н (гс) |
|
1. Материалы с разрывным удлинением до 50 % и поверхностной плотностью, г/м |
|
|
до 100 включительно |
0,39 (40) |
|
св. 100 до 200 включительно |
0,78 (80) |
|
св. 200 до 300 включительно |
1,47 (150) |
|
св. 300 до 500 включительно |
2,94 (300) |
|
св. 500 до 800 включительно |
4,9 (500) |
|
св. 800 |
9,8 (1000) |
|
2. Материалы с разрывным удлинением свыше 50 % и поверхностной плотностью, г/м: |
|
|
до 100 включительно |
0,19 (20) |
|
св. 100 до 200 включительно |
0,39 (40) |
|
св. 200 до 300 включительно |
0,78 (80) |
|
св. 300 до 500 включительно |
1,47 (150) |
|
св. 500 до 800 включительно |
2,94 (300) |
|
св. 800 |
4,9 (500) |
Метод определения разрывной нагрузки, удлинения и работы разрыва шва при приложении растягивающей нагрузки вдоль шва
Отбор проб. Из отобранных точечных проб материалов вырезают по шесть полосок размером 25×190 мм; ткани – под углом 45° к нитям основы; трикотажные полотна – вдоль петельных столбиков. Допускаются элементарные пробы шва изготовлять из деталей изделий. Подготовленные пробы швов перед испытаниями выдерживают не менее 12 ч в условиях, предусмотренных ГОСТ 10681 [5]. В этих же условиях проводят испытания.
Подготовка к испытанию. Полоски материала стачивают попарно. Схема изготовления проб для испытаний при приложении растягивающей нагрузки вдоль шва приведена на рис. 1.6.
Рис. 1.6. Схема изготовления проб для испытаний при приложении растягивающей нагрузки вдоль шва
Проведение испытания. На разрывной машине устанавливают зажимную длину 100 мм. Условия проведения испытания как при определении разрывной нагрузки при растяжении перпендикулярно шву.
Обработка результатов. За фактическую разрывную нагрузку принимают среднее арифметическое результатов девяти первичных испытаний швов, округленное до первого десятичного знака. Удлинение шва l1 в процентах вычисляют по формуле:
(1.1)
|
где l – |
изменение длины, мм; |
|
А – |
зажимная длина, мм. |
Удлинение тканей. В направлении основы или утка ткани удлиняются вследствие распрямления и удлинения нитей, расположенных вдоль действующей силы. Обычно распрямление нитей требует меньших усилий, чем их растяжение, сопряженное с изменением наклона спиральных витков крутки, распрямлением и скольжением волокон. Поэтому удлинение ткани, особенно в начале ее растяжения, находится в прямой зависимости от числа изгибов нити, приходящихся на единицу ее длины, и глубины изгибов. В свою очередь, число изгибов нити определяется переплетением и плотностью ткани, а глубина изгиба – толщиной нитей перпендикулярной системы и фазой строения ткани. При прочих равных условиях ткани полотняного переплетения имеют наибольшее удлинение. С увеличением плотности удлинение ткани растет до определенного предела, после которого связанность элементов ткани делается настолько большой, что способность к растяжению уменьшается. Фаза строения оказывает большое влияние на удлинение ткани, особенно в начале нагружения, когда растяжение ткани происходит в основном за счет распрямления нитей [2].
Основными полуцикловыми характеристиками свойств материалов при одноосном растяжении являются следующие:
● абсолютное удлинение
Δl = l1 – l, (1.2)
|
где l1 – |
длина рабочей части при действии внешней силы, которая меньше разрушающей; |
|
l – |
длина рабочей части элементарной пробы до растяжения; |
● относительное удлинение ε (%) – относительное изменение длины рабочей части пробы материала:
; (1.3)
● абсолютное удлинение при разрыве Δl* – изменение линейного размера рабочей части элементарной пробы материала при действии разрушающей силы Р*:
Δl* = l* – l, (1.4)
где l* – длина рабочей части в момент разрушения;
● относительное удлинение при разрыве ε* (%) – относительное изменение длины рабочей части элементарной пробы материала при разрушении [50]:
(1.5)
ГОСТ Р ИСО 2960-99 [74]. Материалы текстильные. Определение прочности при продавливании и растяжения продавливанием методом диафрагмы. Настоящий стандарт устанавливает метод определения разрывных характеристик и растяжения текстильных материалов при продавливании. Метод распространяется на ткани и трикотажные полотна, гардинно-тюлевые и кружевные материалы, вязаные и свойлачиваемые, а также на другие текстильные материалы, технология производства которых иная (например, нетканые).
Для некоторых видов текстильных материалов, например, гардинно-тюлевых, недостаточно проведение испытаний на разрыв, поэтому измерение разрывных нагрузок и растяжимости при продавливании методом диафрагмы является альтернативным критерием прочности для этих материалов. Испытание может относиться и к текстильным материалам, подвергаемым разрушающему внутреннему давлению в процессе эксплуатации, например, диафрагмы насоса, фильтры и т.д.
В данном испытании проба разрушается в направлении, имеющем минимальное разрывное удлинение, но разрывная нагрузка при продавливании не может быть легко вычислена в этом направлении, так как на нее оказывают влияние другие характеристики ткани при двухосном напряжении.
Настоящий метод допускает испытание проб двух размеров. Установлено, что большие пробы разрываются при более низком давлении, чем пробы меньшего размера, для любой ткани произведение P∙D α является постоянным (где P – сопротивление ткани продавливанию, D – диаметр пробы, α – имеет значения от 1,1 до 1,3. Так, если Р1 – разрывная нагрузка при продавливании для проб диаметром 30 мм, а Р2 – для проб диаметром 113 мм, то Р1 приблизительно равно 5Р2.
Диаметр 30 мм выбран, потому что это значение соответствует диаметру 1,2 дюйма, применявшемуся долгое время; диаметр 113 мм принят в ряде стран, применяющих метрическую систему единиц, и позволяет провести более точное измерение растяжения продавливанием.
Сущность метода. Участок испытываемой пробы зажимают на эластичной диафрагме при помощи плоского кольцеобразного зажимного приспособления и на нижнюю сторону диафрагмы прикладывают увеличивающееся давление жидкости до его заданной величины или до разрушения пробы. При испытании можно использовать жидкость или газ.
В табл. 1.3 представлены результаты исследований деформации растяжения материала в одежде [3].
Таблица 1.3
Результаты исследований деформации растяжения материала в одежде
|
Исследователь Цель, объект, метод исследования |
Результаты (установлено, что) |
|
1 |
2 |
|
Б.П. Поздняков |
1. В белье из бязи и сатина в направлении нитей основы растяжение ткани больше, чем в направлении нитей утка. 2. Наибольшее удлинение ткани происходит в рукавах в области локтя, и составляет в изделиях из бязи в среднем 5,2 %, а из сатина – 3,1 % |
|
Деформация растяжения ткани в мужском белье при носке (удлинение и вызывающие его нагрузки). Измерялись усилия растяжения тканей на участке локтей при сгибании рук, в плечах при наклоне туловища и в коленях при сгибании ног |
|
|
Л.Н. Панкова, Г.Н. Кукин |
На спинке мужского пиджака в области среднего и нижнего участков шва проймы ткань испытывает наибольшие |
|
Величины и распределение усилий растяжения ткани в мужской одежде; тензометрический метод измерения |
|
|
Б.А. Бузов, Ю.А. Костин (деформация ткани в деталях детской одежды) |
1. Распределение и величины деформа- 2. Наибольшее растяжение ткань испытывает на участках одежды, где при движении человека резко увеличиваются размеры его тела. 3. При выполнении человеком резких движений на спинке и рукавах изделий в зонах, прилегающих к среднему и нижнему участкам проймы, ткань испытывает наибольшее растяжение: по основе и утку 8–10 %, в диагональных направлениях 25–30 % |
|
Распределение деформации ткани на различных участках изделия свободного покроя (гимнастерки) и оболочки (плотно облегающей корпус) при выполнении движения, при котором происходит наибольшее увеличение размеров торса. Деформация ткани на различных участках верхней одежды |
|
|
1 |
2 |
|
4. На отдельных участках одежды растяжение достигает 20–22 %, что соответствует 35–40 % разрывного удлинения. По основе ткань растяги- 5. В корпусной одежде на спинке и полочке в области проймы величина нагрузки, испытываемой тканью колеблется от 0,5 до 3 Н и лишь при таких резких движениях, как подъем рук выше головы, достигает 10 Н. 6. Большая часть движений в корпусной одежде вызывает максимальные растяжения по утку и частично под углом 45°. Движение в различных фазах приводит к возникновению усилий, различных по величине, но не превышают 10 Н |
|
|
Б.А. Бузов |
1. Использован коэффициент поперечного сокращения материала K. На большинстве участков спинки в одежде свободного покроя значение коэффициента K соответствует значениям, полученным при растяжении стандартных полосок из ткани. 2. В одежде прилегающего покроя на многих участках абсолютное значение коэффициента K меньше значений, полученных при испытании стандартных полосок, т.е. |
|
Деформация ткани в одежде одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях; мужская одежда свободного и прилегающего покроя. Участки измерения деформации показаны на рис. 1.3 |
|
|
1 |
2 |
|
сдерживающее усилие. На отдельных участках ткань растягивается одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях |
|
|
В.П. Румянцев, А.И. Кобляков, |
Максимальное растяжение трикотажного полотна в мужской сорочке (фуфайке) на спинке в области среднего и нижнего участков проймы составляет 8–25 % (5–12 % разрывного удлинения). Относительное удлинение полотна на этих участках спинки не превышает 5 %, а в изделиях спортивного назначения полотно деформируется на 35–55 % (в зависимости от растяжимости полотна) |
|
Деформация трикотажных полотен в изделиях при эксплуатации |
|
|
Н.Я. Третьякова |
1. Наименьшие значения общей деформации ткани в женских юбках наблюдались в направлении нити основы, наибольшие – по диагонали. 2. Усадка исходных материалов рассмотрена как важнейший показатель, обусловливающий размероустойчивость одежды |
|
Исследование поведения в эксплуатации группы однослойной одежды: белья, блуз, женских и детских платьев и костюмов |
|
|
Коллектив Ивановского текстильного института |
1. Ткань в пакете пальто во время носки испытывает деформации, как растяжения, так и продольного изгиба одновременно в нескольких направлениях. |
|
1 |
2 |
|
2. Наибольшая деформация отмечена на спинке на уровне локтевого шва и составляет 22 % по утку. Максимальная величина деформации продольного изгиба составляет 16,1 % и направлена под углом 45° к утку. |
|
|
3. При движениях в полочке отмечаются деформации растяжения, направленные по утку и под углом 45° к нему. Деформация растяжения по основе не превышает 2 % |
Резюме
Методы определения разрывной нагрузки, удлинения при разрыве направлены на изучение свойств тканей и швов. В зависимости от вида задачи на испытание (изменение в структуре материала вследствие многократных силовых воздействиях или изучение вопроса предельного нагружения конструкции) применяют разные методы исследования. Для получения данных о полуцикловых, одноцикловых, многоцикловых характеристиках материалов необходимо специальное оборудование типа РТ-250М-2, РМ-3-1, РМ-30-1, ИР-574-3, разрывные машины фирмы «Инстрон», FP-10/1.
Вопросы для самопроверки
1. Перечислите методы испытаний разрывной нагрузки материалов?
2. Для каких материалов разрывные характеристики определяются продавливанием методом диафрагмы?
3. Назовите отличия в методах определения разрывных характеристик при приложении нагрузки перпендикулярно шву и вдоль шва.