Полуцикловые разрывные и неразрывные характеристики, получаемые при одноосном растяжении материалов, методы их определения.
Текстильные материалы в одежде чаще всего испытывают деформацию растяжения. Этот вид деформации наиболее изучен.
Классификация характеристик, получаемых при растяжении материала, представлена на схеме 2.1.
Полуцикловые разрывные характеристики. Эти характеристики используются главным образом для оценки предельных механических возможностей текстильных материалов. 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 нормативными показателями качества материала.
Одноосное растяжение. Рассмотрим основные полуцикловые разрывные характеристики, получаемые при простом одноосном растяжении.
Рис. 2.2. Формы проб материалов и способы их закрепления в зажимах разрывной машины: а-прямоугольной; б, в — формы, применяемые и исследовательской работе; г- в виде двойной лопаточки; д — кольцо
Показатели полуцикловых характеристик устанавливают при растяжении материала на разрывных машинах.
Проба прямоугольной формы (рис. 2.2, а) принята в качестве стандартной для испытания тканей, трикотажных и нетканых полотен. Метод испытания, основанный на применении такой пробы, часто называют стрип-методом. Для тканей установлены следующие размеры пробы: ширина 25 мм, зажимная длина 50 мм (в спорных случаях ширина 50 мм и зажимная длина 200 мм, а для шерстяных тканей 100 мм). Для трикотажных и нетканых полотен ширина пробы 50 мм, зажимная длина 100 мм.
Пробы, формы которых показаны на рис. 2.2, б, в, применяют главным образом в исследовательской работе. Для испытания сильнорастяжимых материалов (например, трикотажных полотен) иногда используют пробы в виде двойной лопаточки или в виде кольца, сшитого из полоски материала (рис. 2.2, г, д).
При испытании текстильных материалов на одноосное растяжение получают следующие основные характеристики механических свойств.
Разрывная нагрузка Рр — усилие, выдерживаемое пробами материала при растяжении их до разрыва. Разрывная нагрузка выражается в ньютонах (Н) или деканьютонах (даН); 1 даН = 10 Н = 1,02 кгс.
Удлинение при разрыве (разрывное удлинение) — приращение длины растягиваемой пробы материала к моменту ее разрыва. Абсолютную величину удлинения lр, мм, получают как разность конечной LK и первоначальной L0 длин пробы. Относительную величину удлинения материала к моменту его разрыва eр определяют как отношение абсолютной величины удлинения lр к первоначальной длине L0 и выражают либо в долях единицы:
Eр= lр/ L0.
Либо в процентах Eр= 100lр/ L0.
Удлинение при стандартной Разрывной нагрузке — приращение длины растягиваемой пробы в момент достижения разрывной нагрузки, предусмотренной стандартами пли техническими условиями на материал.
Коэффициентом поперечного сокращения К, который определяют как отношение относительного сокращения пробы εс к относительному ее удлинению е, т.е. К= ε с / ε (для текстильных материалов К=0,5-1,3)
Полуцикловые неразрывные характеристики.
К основным полуцикловым неразрывным характеристикам, получаемым при одноосном растяжении текстильных материалов, относятся: усилие Рε(t), развиваемое в материале при его растяжении на заданную величину е за определенное время t; удлинение материала εp(t) при действии заданной нагрузки (усилия) Р в течение определенного времени t. Эти характеристики используют главным образом в исследовательских работах.
Характерная особенность текстильных материалов — их значительная растяжимость. При этом зависимость между нагрузкой и удлинением имеет, как правило, сложный характер, свидетельствующий об изменении жесткости материала по мере его растяжения. Показатель жесткости выступает как характеристика сопротивления материала, его структурных элементов деформированию. Легкорастяжимые материалы обладают меньшей жесткостью, малорастяжимые — большей.
В качестве одной из характеристик жесткости текстильных материалов при растяжении используется модуль жесткости Е (называемый также начальным модулем первого рода, модулем продольной упругости). Модуль жесткости оценивается отношением напряжения σ, развиваемого в материале, к относительной деформации материала ε для участка прямой пропорциональной зависимости на диаграмме напряжение — деформация и выражается в паскалях (Па).
Проф. А. Н.Соловьев предложил оценивать жесткость материалов при растяжении модулем начальной жесткости Е1, модулем текущей жесткости ЕТε и модулем текущей - конечной жесткости Етк.
Модуль начальной жесткости Е1, соответствует напряжению в образце материала при его растяжении на 1 % и характеризует сопротивление материала деформированию:
Модуль текущей жесткости ЕТε (при z = 0) позволяет оценить сопротивление материала деформированию при любой величине удлинения.
Конечную жесткость материала оценивают модулем текущей конечной жесткости Етк, рассчитанным для момента разрыва пробы материала (при z= 0 и ε = ε р)
Прочностные свойства материалов. Основная проблема прочности — раскрытие механизма разрушения материалов, выяснение причин несоответствия (занижения) фактической прочности материалов теоретическому ее значению.
Таким образом, статистическая теория прочности рассматривает разрушение как процесс, протекающий во времени. Основное положение статистической теории прочности состоит в том, что вероятность появления наиболее опасных дефектов значительно меньше, чем менее опасных, и самый опасный дефект, расположенный на поверхности, определяет прочность материала. Практика испытания материалов подтверждает этот факт. Пробы, имеющие малые размеры (минимальное поперечное сечение), характеризуются повышенной прочностью. С уменьшением размеров проб текстильных материалов их прочность возрастает.
При изучении прочностных свойств было замечено, что процесс разрушения материала, имеющий временной характер, зависит не только от величины действующей нагрузки, но и от температуры испытания, структуры материала.
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. Поэтому при прочих равных условиях ткани полотняного переплетения имеют наибольшее удлинение. С увеличением плотности удлинение ткани растет до определенного предела, после которого связанность элементов скани делается настолько большой, что способность к растяжению уменьшается.
Средства для испытания материалов на растяжение. Разрывную нагрузку и разрывное удлинение текстильных материалов определяют на разрывных машинах.
В зависимости от времени нагружения материала до его разрушения различают испытания статические (кратковременные — продолжительность нагружения до 1 — 1,5 мин, длительные — продолжительность нагружения от нескольких минут до 103— 104 ч) и динамические (при импульсных нагрузках ударного характера).