С. Н. Ерофеева, М. В. Короткова ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА С. Н. Ерофеева, М. В. Короткова ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ Учебное пособие Допущено УМК Федерального агентства по образованию в качестве учебного пособия для студентов среднего профессионального образования, обучающихся по специальности 2802 (код по ОКСО 260704. 51) «Технология текстильных изделий» РПК «Политехник» Волгоград 2007 1 УДК 677. 014/. 017 (075. 3) Е 78 Рецензенты: инженер-технолог прядильного производства, и. о. начальника лаборатории ООО «Управляющая компания «Камышинский ХБК»» В. А. Сарыгина; сменный мастер приготовительного прядильного производства ООО «Росконтракт-Камышин» А. А. Завьялов. Ерофеева С. Н., Короткова М. В. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО Учеб. пособие / ВолгГТУ, Волгоград, 2007. – 76 с. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ: ISBN 5-230-04916-2 Предназначено для проведения лабораторных работ со студентами, обучающимися по специальности 2802 «Технология текстильных изделий» (код ОКСО 260704.51), по дисциплине «Материаловедение» Ил. 20. Табл. 24. Библиогр.: 13 назв. Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета Светлана Николаевна Ерофеева, Марина Владиславовна Короткова ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ Учебное пособие Редактор Попова Л. В. Компьютерная верстка Сарафановой Н. М. Темплан 2007 г., поз. № 9. Подписано в печать 27. 04. 2007 г. Формат 60×84 1/16. Бумага листовая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 4,75. Усл. авт. л. 4,63. Тираж 100 экз. Заказ № Волгоградский государственный технический университет 400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28. РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета 400131 Волгоград, ул. Советская, 35. © Волгоградский государственный технический университет, 2007 ISBN 5-230-04916-2 2 ПРЕДИСЛОВИЕ Учебное пособие для проведения лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение» предназначено для закрепления и углубления теоретических знаний, полученных студентами на лекциях, а также для получения практических навыков по определению свойств, расчету основных характеристик и оценке качества текстильных материалов. Теоретическая часть каждой лабораторной работы состоит из основных сведений и методических пояснений, которые носят справочный характер и состоят из определений изучаемых свойств, необходимых формул и описаний устройства приборов, используемых при испытаниях. Рассматриваемые методы испытаний являются стандартными, необходимыми, главным образом, при оценке сортности материалов или применяемыми при техническом контроле производства. К каждой лабораторной работе приведен список литературы, на которую в необходимых случаях в тексте даются ссылки; в ней студенты могут найти сведения о современных методах исследования и новых приборах, еще не стандартизированных или еще не получивших широкого распространения. Для лабораторных работ приведены планы их выполнения, рекомендуемые формы отчетов о работе и контрольные вопросы. После проведения лабораторных работ по данной дисциплине: Студент должен знать: классификацию, строение, свойства, методы испытаний и оценку качества текстильных материалов; область использования и перспективы получения новых текстильных материалов; основные конструктивные, метрологические и технические особенности используемого лабораторного оборудования. Студент должен уметь: работать на оборудовании по определению свойств и качественных показателей текстильных материалов; производить обработку результатов испытаний; оценивать качество текстильных материалов по отдельным и комплексным показателям; определять влияние свойств текстильных материалов на режимы технологических процессов и обосновывать их применение в промышленности. 3 ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Перед лабораторными занятиями студенты должны: повторить теоретический материал по конспекту лекций; подробно ознакомиться с методическими указаниями к лабораторной работе; ознакомиться с оборудованием и средствами исследования, необходимыми для определения различных параметров; ознакомиться с техническими характеристиками и назначением оборудования, используемого в лабораторной работе; ознакомиться с инструкциями по технике безопасности. После выполнения лабораторной работы студент должен представить отчет о проделанной работе с обсуждением полученных результатов и выводов. Каждая лабораторная работа оценивается в соответствии с методикой рейтингового контроля знаний студентов. Пропущенные по уважительным и неуважительным причинам лабораторные работы выполняются на дополнительных занятиях и текущих консультациях с соблюдением выше изложенных правил, составлением отчета о проделанной работе, обсуждением полученных результатов и выводов и оценкой в соответствии с методикой рейтингового контроля знаний студентов. 4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 МИКРОСКОПИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКОН Цель работы: Освоение методов микроскопического исследования строения волокон. Изучение особенностей строения основных видов текстильных волокон. Приобретение навыков анализа. Пояснения к работе Сущность методов световой микроскопии. Для изучения особенностей строения текстильных волокон широко применяется микроскопия. Микроскопией называют метод исследования мельчайших объектов с помощью светового, электронного или других микроскопов для зарисовки, фотографирования или просто рассмотрения их в увеличенном виде. Световая микроскопия использует для освещения объектов дневной свет, а также свет от различных источников освещения. При исследовании строения текстильных волокон чаще всего пользуются биологическими микроскопами, предназначенными для изучения прозрачных объектов в проходящем обыкновенном свете. Оптическая схема биологического микроскопа (рис. 1.1) делится на две системы: осветительную, включающую в себя зеркало 1 и конденсор 4 с апертурной ирисовой диафрагмой 3 и откидной линзой 2, и наблюдательную, состоящую из объектива 5, призмы 6 и окуляра 7. Осветительная система формирует пучок света, попадающего на объект. Свет от источника падает на зеркало, которое отражает его к диафрагме, проходит через конденсор, исследуемый объект и попадает в объектив. В наблюдательной системе микроскопа происходит двухступенчатое увеличение объекта: первая ступень осуществляется объективом, вторая – окуляром. Объектив – это система из нескольких соединенных вместе линз, обращенная к рассматриваемому объекту и дающая его действительное обратное увеличенное изображение. Окуляром называется система линз, обращенная к глазу. По принципу работы она аналогична лупе, но, кроме того, дополнительно увеличивает действительное изображение, даваемое объективом. Призма служит для отклонения пучка лучей от вертикали на 45 о, что удобно при работе с микроскопом. Для правильной работы с микроскопом необходимо знать и уметь определить его основные оптические характеристики: общее увеличение, разрешающую способность и диаметр поля зрения. Общее увеличение Uо микроскопа определяют по формуле Uо = U1U2, (1.1) где U1, U2 – собственное увеличение соответственно объектива и окуляра. 5 Рис. 1.1. Оптическая схема микроскопа. Разрешающая способность микроскопа – это наименьшее расстояние между двумя точками или линиями объектива, которые могут быть видимы раздельно. Разрешающую способность объектива δо и микроскопа δм рассчитывают по приближенным формулам: δо = λ/А (1.2) δм = λ/(А + Ао.ч) (1.3) где λ – длина волны света, нм (для обычного света λ = 589 нм); А – апертура объектива; Ао.ч – апертура осветительной части микроскопа. Апертура объектива – является числовой характеристикой разрешающей силы объектива, т.е. его способности изображать мельчайшие детали объекта, и определяется по формуле: А = n sinα (1.4) где n – показатель преломления среды, находящейся между препаратом и объективом (этот показатель для воздуха равен 1, для воды – 1,33, для глицерина – 1,47); α – угол отклонения крайнего луча, еще попадающего в объектив от точки, находящейся на оптической оси. Чтобы достигнуть наибольшей разрешающей способности микроскопа с объективом данной апертуры, необходимо, чтобы и осветительная система имела такую же апертуру. Однако апертура осветительной системы не должна превышать апертуры объектива; в противном случае на препарат будет попадать излишний свет, который не попадет в объектив, а это приведет к уменьшению контрастности изображения. 6 Разрешающую способность и апертуру можно увеличить применением иммерсии, т. е. заменой воздушной среды между объективом и препаратом жидкостью с большим коэффициентом преломления. Однако следует помнить, что объектив, рассчитанный для жидкой иммерсии, можно применять, только помещая препарат в жидкую среду. Поле зрения – освещенный круг, видимый в окуляр микроскопа. Диаметр поля зрения (мм) вычисляют по формуле: D = Dо/U1 (1.5) где Dо – диаметр поля зрения окуляра, мм; U1 – собственное увеличение объектива. Размер поля зрения имеет важное значение: чем больше поле зрения, тем большая часть объектива попадет в поле зрения и тем легче найти нужный участок исследуемого объекта. Особенности строения текстильных волокон. При исследовании текстильных волокон различных видов с помощью светового микроскопа выявляются следующие особенности их строения. Хлопковое волокно (рис. 1.2) имеет вид трубочки, сплюснутой в той или иной степени в зависимости от толщины стенок, которая увеличивается по мере созревания волокна. При рассмотрении волокна под микроскопом отчетливо виден канал – характерная особенность всех растительных волокон. Хлопковое волокно скручено вокруг продольной оси, причем витки крутки идут попеременно в обоих направлениях. Скрученность волокон хлопка объясняется тем, что микрофибриллы и фибриллы целлюлозы, лежащие послойно в стенке волокна, располагаются по винтовым линиям, поднимающимся под углом 20–45° к оси волокна. а б в г д е Рис. 1.2. Хлопковое волокно разной степени зрелости: а – совершенно незрелое (мертвое); б – незрелое; в – недозрелое; г и д – зрелое; е – перезрелое 7 Рис. 1.3. Элементарное волокно льна под микроскопом Поскольку волокно растет на семени, от которого его потом отрывают, один конец волокна неровный, с рваными очертаниями, а другой – заостренный, закрывающий канал. Канал волокна заполнен протоплазмой, которая у оторванного от семени волокна высыхает, в результате чего поперечный срез волокна приобретает сплюснутую форму. У незрелых волокон поперечный срез имеет сильно сплюснутую лентовидную форму, у среднезрелых – бобовидную, у очень зрелых – эллипсовидную, иногда почти круглую. Элементарные волокна льна (рис. 1.3) имеют заостренные концы и поперечное сечение в виде неправильного пятиугольника с узким каналом или почти овальной формы с более широким и слегка сплюснутым каналом (у более грубых волокон, в частности, расположенных в нижней части стебля). При рассмотрении продольного вида волокон хорошо заметны темные штрихи, расположенные поперек волокна. Эти штрихи называются «сдвигами». Элементарные волокна имеют в среднем длину 10–26 мм. Техническое волокно, выделяемое из стебля льна при его первичной обработке, представляет собой сложный комплекс пучков элементарных волокон, склеенных между собой срединными пластинками, которые состоят из пектиновых веществ и лигнина*. Средняя длина технического волокна колеблется от 50 до 250 мм. Волокна овечьей шерсти в зависимости от строения делятся на четыре типа: пух, переходный волос, ость и мертвый волос (рис. 1.4). Пух – наиболее тонкое извитое волокно, имеет круглое поперечное сечение и состоит из двух основных слоев: наружного – чешуйчатого и внутреннего – коркового. Чешуйки у пуха подобны кольцам с неровными краями, вставленными друг в друга. Корковый слой состоит из веретенообразных клеток фибриллярной структуры длиной 80–90 мкм. Клетки расположены вдоль оси волокна и склеены межклеточным веществом, которое при химических воздействиях распадается раньше, чем кератин веретенообразных клеток. Рис.1.4. Строение шерстяных волокон различных типов: а – пух; б – переходное волокно; в – ость; г – мертвый волос. Веретенообразные клетки коркового слоя можно наблюдать под микроскопом, воздействовав на шерстяное волокно серной кислотой (H2SO4). У переходного волоса в отличие от 8 пуха, кроме чешуйчатого и коркового слоев, имеется еще и третий слой – сердцевинный. Он находится в середине волокна и встречается лишь на коротких участках. Рыхлый сердцевинный слой заполнен пластинчатыми клетками, лежащими одна над другой и расположенными перпендикулярно веретенообразным клеткам коркового слоя. Между ними имеются промежутки, заполненные воздухом (вакуоли), жировыми веществами и пигментом. Ость значительно толще и грубее пуха, почти не имеет извитости. Чешуйки, покрывающие волокно, имеют форму отдельных пластинок. Наряду с чешуйчатым и корковым слоями ость содержит достаточно развитый сердцевинный слой, проходящий по всей длине волокна. Мертвый волос – наиболее грубое неизвитое волокно. Оно покрыто крупными пластинчатыми чешуйками и имеет узкое кольцо коркового слоя и очень большую сердцевину. Поперечное сечение ости и мертвого волоса имеет неправильную овальную форму. Шелк, полученный при разматывании коконов шелкопряда, представляет собой тонкие нити. При рассмотрении коконной нити под микроскопом (рис. 1.5) отчетливо видно, что она состоит из двух элементарных нитей – шелковин, расположенных параллельно друг другу. Шелковины, состоящие из фиброина, склеиваются слоем серицина. Коконная нить неравномерна по толщине (при рассмотрении продольного вида наблюдаются складчатость, местные наплывы серицина), достаточно тонкая, в поперечном сечении имеет две шелковины в виде треугольников со скругленными углами, склеенные между собой серицином. При разматывании коконов несколько коконных нитей склеиваются вместе в одну нить. Серицин придает нити жесткость, поэтому шелк-сырец часто подвергают специальной обработке для растворения серицина. Рис. 1.5. Строение шелковых нитей: а – шелк тутового шелкопряда; б – шелк дубового шелкопряда; 1,3 – коконная нить; 2 – нить обесклееная (шелковина) 9 После обработки обесклеенный шелк содержит только фиброиновые шелковины. Вискозные волокна (рис. 1.6,а) имеют частые продольные полосы, представляющие собой грани зазубрин и извилин. Причина появления зазубрин – неодновременное отвердение вискозных струек по поперечному сечению при формовании волокна. Отвердение начинается с поверхности струйки, после чего застывшая твердая оболочка струйки стягивается постепенно затвердевающей внутренней массой. При рассмотрении поперечных срезов вискозных волокон обнаруживается неравномерность структуры наружного и внутреннего слоев. Это объясняется тем, что при формовании структурные элементы (микрофибриллы), расположенные на поверхности струйки, ориентируются вдоль волокна в большей степени в результате трения о края отверстия фильеры, а микрофибриллы внутреннего слоя ориентированы меньше. Рис. 1.6. Химические волокна: а – вискозное; б – ацетатное; в – капроновое, лавсановое (блестящее и матированное) У ацетатных волокон (рис. 1.6,б) также обнаруживаются характерные продольные полосы, правда, менее частые, чем у вискозных волокон. Поперечные срезы волокон имеют сложный контур с глубокими впадинами. Эти впадины возникают в результате испарения растворителя в процессе формования волокон. Синтетические волокна, формуемые из расплавов (капрон, лавсан и др.), имеют поперечное сечение круглой формы (рис. 1.6,в). Строение волокон сравнительно однородно, поверхность довольно гладкая. Задание: 1. Ознакомиться с устройством светового микроскопа. 2. Приготовить препараты из предложенных текстильных волокон. 3. Поочередно заложить их в микроскоп и рассмотреть продольный вид волокон. 4. Зарисовать увиденное и описать строение волокон. 10 Работа в лаборатории Микроскоп. Наиболее удобен для микроскопии текстильных волокон микроскоп МБР-1 (рис. 1.7). Микроскоп – оптический прибор, дающий увеличенное изображение предметов. Он состоит из зрительной наклонной трубы – тубуса 1, окуляра 2, объективов 3, предметного столика 4, зеркала 5, конденсора 6 с диафрагмой, дисков 7, рукояток 8, револьвера 9 с объективами, тубусодержателя 10, установленного на башмаке 11. Рис. 1.7. Микроскоп МБР-1. В тубус сверху вставляется окуляр, снизу к револьверу привернуты объективы. Окуляр и объектив обозначают цифрами, указывающими величину их увеличения. Произведение увеличений окуляра и объектива дает общее увеличение микроскопа. Чем больше увеличение микроскопа, тем меньше поле зрения и больше изображение рассматриваемого предмета. При микроскопии волокон обычно работают с увеличениями 100 – 400. На предметный столик помещают препарат рассматриваемого объекта. В середине столик имеет круглое отверстие, сквозь которое проходят лучи, отраженные зеркалом. Между зеркалом и предметным столиком находится конденсор для концентрации лучей света с диафрагмой, регулирующей количество света. Трубу устанавливают в положение, при котором рассматриваемый объект находится в фокусе и, следовательно, виден наиболее резко, с помощью дисков для грубой наводки и рукоятки микрометрического винта 11 для точной наводки. Револьверное устройство зрительной трубы дает возможность быстро сменить объектив, не вывертывая его. Предметный столик имеет плоские пружинки 12 для удержания препарата и иногда оборудован препаратоводителем для перемещения препарата в перпендикулярных направлениях с помощью микровинтов. Приготовление препаратов. При исследовании строения текстильных волокон с помощью светового микроскопа готовят препараты продольного вида и поперечных срезов волокон. Препараты продольного вида готовят путем нарезания на среднюю часть чистого предметного стекла коротких (длиной 1–2 мм) отрезков волокон. При этом необходимо следить, чтобы отрезки волокон не лежали плотным пучком, в случае необходимости их разъединяют препаровальной иглой. При рассмотрении волокон в водной или масляной иммерсии на предметное стекло сначала капают предварительно воду или глицерин, а потом уже нарезают волокна. Иногда, если необходимо рассмотреть продольный вид волокна на сравнительно большой его длине (например, при исследовании хлопка), волокна не режут, а укладывают на предметном стекле тонким слоем. Сверху препарат накрывают покровным стеклом. Работа с микроскопом. Микроскоп следует установить на удобное достаточно освещенное место, затем осветить его. Для этого зрительную трубу устанавливают так, чтобы линза объектива отстояла от столика на 1–2 см, и, поворачивая зеркало под углом к источнику света, направляют отраженный луч на линзу объектива. При этом в окуляре будет виден круг освещенного поля зрения. Препарат следует положить на предметный столик так, чтобы объект был расположен над отверстием в столике. Вначале устанавливают на микроскопе небольшое увеличение (100–200 раз). Это дает большое поле зрения и позволяет быстрее находить необходимые для рассмотрения характерные волокна. Для установки трубы в положение, при котором получается резкое изображение объекта, необходимо опустить объектив до минимального просвета между ним и покровным стеклом. При этом глаза должны быть расположены на уровне столика микроскопа, и работающий должен внимательно следить, чтобы линза объектива не коснулась покровного стекла. Далее, глядя в окуляр и очень медленно поворачивая диски 7, поднимают зрительную трубу до появления в поле зрения наиболее резкого изображения объекта. Затем найденное место препарата располагают в центре поля зрения и, поворачивая револьвер, устанавливают объектив с большим увеличением. При отсутствии револьверного устройства как можно выше поднимают зрительную трубу, осторожно заменяют объектив более сильным и вновь находят положение, при котором объектив отчетливо виден. 12 Необходимо учитывать, что чем больше увеличение, тем ближе к объекту линза объектива. Содержание отчета: Отчет должен содержать зарисовки продольного вида волокон с кратким описанием особенностей их строения. Контрольные вопросы: 1. Как классифицируются текстильные волокна по происхождению? 2. Какие существуют виды волокон животного происхождения? 3. Какие существуют виды лубяных волокон? 4. В чем основное отличие свойств искусственных и синтетических волокон? 5. Какие существуют методы структурного анализа волокон? 6. Как установить микроскоп для работы? 7. Что называется препаратом? 8. Из каких веществ состоит большинство текстильных волокон? 9. Что представляют собой под микроскопом волокна хлопка? 10. Почему лен относится к комплексным волокнам? 11. Из каких слоев состоят волокна шерсти? Литература 1. Кукин Г. Н., Соловьев А. Н. Текстильное материаловедение (волокна и нити). – М.: Легпромбытиздат,1989. – С. 16–18. 2. Кобляков А. И. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению. – М.: Легпромбытиздат,1986. – С. 22–32. 3. Монастырский А. Г. Испытание текстильных материалов. – М.: Легкая индустрия, 1970. – С. 22–25; 27–32. 4. Панкратов М. А. Текстильные волокна. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – С. 31–34. 13 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЛОКНА Цель работы: Ознакомиться с устройством кондиционного аппарата. Практически научиться определять влажность хлопка. Пояснения к работе Влажностью текстильного материала называют содержание в нем сорбированных водяных паров, капиллярно и механически удерживаемой воды в жидкой фазе. Сорбированная способность материала, т.е. способность поглощать пары воды из окружающей среды, обусловлена химическим составом волокон, наличием в молекулах полимера гидрофильных атомных групп, активно удерживающих молекулы внутренней поверхности, т.е. поверхности микропор, и ее доступностью для проникновения (диффузии) паров воды. Различают фактическую, нормальную и нормированную влажность материала. Фактическая влажность Wф – влажность, определяемая опытным путем на приборах. Фактическую влажность определяют прямыми и косвенными методами. При определении прямым гравиметрическим методом, т. е. изменением массы образца материала путем взвешивания его до и после высушивания до постоянной массы, фактическую влажность (%) рассчитывают по формуле: WФ (m m C ) 100 , (2.1) mC где m и m C – масса пробы соответственно до и после высушивания. Нормальная влажность W (%) – равновесная влажность материала, которую он приобретает при выдерживании в нормальных климатических условиях, т.е. при температуре t = 20 0С и относительной влажности = 65 %. Нормированная влажность WН (%) – условная влажность, устанавливаемая стандартом или техническими условиями для каждого материала для расчета при поставках (кондиционная влажность); обычно близка к нормальной влажности. Расчет между потребителем и поставщиком производится по кондиционной (нормированной) массе m k партии материала, которую определяют по формуле: m k m (100 W ) ф H , 100 W Ф 14 (2.2) где mф – фактическая масса партии материала, кг. От влажности существенно зависят прочность, деформируемость, жесткость, стойкость к многоцикловым нагрузкам, фрикционные, тепловые, электрические свойства материала. Эта зависимость тем значительнее, чем выше сорбционная способность волокон и нитей. Сушильными (кондиционными) аппаратами называют приборы, предназначенные для определения влажности материалов путем удаления из них влаги высушиванием. Высушивание материалов осуществляется потоком горячего воздуха, инфракрасными лучами или в высокочастотных электрических полях. В настоящее время распространение получили сушильные аппараты с воздушным обогревом. Одним из наиболее распространенных является кондиционный аппарат АК-2 (см. рис. 2.1), который используется для одновременного определения влажности 6 проб. Он состоит из цилиндрической камеры 5 с корпусом, имеющим теплоизоляционный слой. В камере подвешено шесть корзин 12 из металлической сетки. Каждая корзина является сменной чашкой технических весов 1, смонтированных на верхней плите камеры. В центре плиты расположены люк с крышкой для погружения корзин и радиальные пазы с гнездами для размещения подвесок 2 каждой корзины. Подвеска имеет полый цилиндр для дополнительных грузиков, которыми регулируют вес пустых корзин. Материал, погруженный в корзину, высушивается в потоке горячего воздуха. Нагрев и циркуляция воздуха осуществляется электронагревателем 7 и электродвигателем 10 с вентилятором 8. Заслонкой 9 регулируют скорость циркуляции воздуха в центральной части камеры, а заслонкой 6 – подсос свежего воздуха из помещения (схема циркуляции показана стрелками). Рециркуляция воздуха осуществляется через кольцевой зазор между корпусом и внутренней обечайкой 11 (цилиндрическая оболочка без днища). Для визуального контроля температуры воздуха в камере установлен термометр 4. Прибор снабжен терморегулятором для автоматического поддержания постоянной температуры воздуха в камере. Датчиком температуры служит контактный термометр 3, соединенный проводами с электромагнитным реле, автоматически выключающим питание электронагревателя при нагреве воздуха в камере до заданного предела. При температуре воздуха в камере ниже заданного предела на электронагреватель подается напряжение от сети. Когда температура воздуха в камере поднимается до заданного уровня, столбик ртути в контактном термометре достигнет подвижного контактора в капилляре, что приведет к замыканию низковольтной цепи электромагнитного реле. При этом реле разомкнет цепь питания электронагревателя. Нагрев аппарата возобновится, когда вследствие понижения температуры в камере ртуть в 15 капилляре опустится и разомкнет цепь в контактном термометре, а реле замкнет цепь питания нагревателя. Рис. 2.1. Схема кондиционного аппарата АК-2. Поглощение воды полимерными материалами уве-личивает их поляризуемость в электрическом поле вследствие поляризуемости воды, масса которой в материале растет с увеличением влажности. Таким образом, измерение влажности материала может быть сведено к измерению диэлектрической постоянной материала. Электроемкостный влагомер ТЭВ-1 (рис. 2.2) имеет датчик-конденсатор, состоящий из двух коаксиальных цилиндрических обкладок 2 и 3, между которыми закладывают испытуемую пробу волокна. На передней панели прибора установлены шкалы влажности материала 8, миллиамперметр 6 для настройки и контроля прибора, кнопки и рукоятки управления. Зависимость диэлектрической проницаемости волокна, а следовательно, и емкости датчика от влажности волокна имеет нелинейный характер и различна для хлопка и вискозного штапельного волокна. Поэтому шкалы влажности волокна имеют нелинейный характер и проградуированы раздельно для каждого вида материала. Подготовка прибора к проведению испытаний производится следующим образом. Присоединив к клемме 1 (см. рис. 2.2) провод заземле16 ния, включают вилку шнура прибора в розетку электрической сети с напряжением 220 В. Рис. 2.2. Внешний вид влагомера ТЭВ-1. При включении тумблера 9 питания прибора загорается сигнальная лампа 12. После прогрева прибора в течение 5-10 мин ручкой 10 измерительного конденсатора устанавливают стрелку 11 на нулевое деление измерительной шкалы. Установив переключатель шкал 4 с указателем 5 вида материала в положение «хлопок», ручкой регулятора сопротивления R следует привести стрелку микроамперметра 6 в нулевое положение. После этого нажимают кнопку K. Если при этом стрелка микроамперметра отклонится от нуля, не отпуская кнопку, поворотом ручки 7 подстроечного конденсатора устанавливают стрелку микроамперметра на нуль. Затем, освободив кнопку K, следует поставить переключатель 4 в положение «эталон» и вновь нажать кнопку K – при этом стрелка микроамперметра отклонится влево. Вращая ручку 10 измерительного конденсатора, приводят стрелку микроамперметра в нулевое положение. При этом указатель 11 ручки конденсатора должен встать против эталонной метки, обозначенной черным кружком на шкале 8, что подтверждает исправность прибора. Задание: 1. Проверить исправность аппарата, подключение к электросети, исправность весов и уравновешенность корзины. 2. Приготовить навески массой 100 г. 3. Равномерно загрузить в корзину волокно в наименее уплотненном состоянии. 4. Взвесить корзину с навесом и записать массу, время и температуру в аппарате. 5. Подключить аппарат к электросети. 17 6. Через 30 минут взвесить навеску и записать массу, время и температуру. 7. Взвешивать корзину через каждые 10 минут, не считая времени, затраченного на взвешивание, до достижения постоянной массы навески. 8. Подсчитать фактическую влажность материала – Wф и кондиционную массу партии – mк для заданной фактической массы – mф = 4000 кг и 2500 кг. 9. Начертить принципиальную схему кондиционного аппарата. Работа в лаборатории Для испытания хлопка от партии берут один образец второго вида весом 200–300 г. Перед началом работы проверяют весы и уравновешенность грузовой чашки весов и корзин. Затем укладывают пробы в корзины и взвешивают корзины с испытуемым материалом. При этом клочки волокон расщипывают (при расщипывании клочков волокон из них могут выпасть сорные примеси, на вес которых следует уменьшить вес пробы при расчете влажности), пряжу перематывают в мотки, а ткань развертывают. После этого включают аппарат в электросеть. При достижении температуры 105 оС корзины вновь взвешивают (при выключенном вентиляторе, как и при всех остальных взвешиваниях). Третий раз взвешивают обычно не ранее чем через 30 мин, а все последующие – через 10 или 15 мин, исключая время на взвешивание. Взвешивают корзины с точностью 0,05–0,1 г. Проба считается высушенной, если результаты двух последовательных взвешиваний массы пробы будут отличаться не более чем на указываемую в стандартах величину (обычно 0,05 или 0,1 г). Температура при этом не должна выходить за пределы 105–110 оС. Массу, определенную при последнем взвешивании, считают постоянной массой mс сухого материала и, пользуясь формулой (2.1), вычисляют влажность материала. Содержание отчета: Отчет должен содержать: – схему кондиционного аппарата; – описание методики измерений; – таблицу наблюдений (табл. 2.1); – расчет фактической влажности материала и кондиционной массы партии. Таблица 2.1 Таблица наблюдений за изменением массы пробы № п/п Время часы t, оС минуты 1 2 18 Масса пробы, г 3 4 ... n Контрольные вопросы: 1. Что называется гигроскопичностью волокон и нитей? 2. Виды влажности волокон и нитей. 3. Что представляет собой кондиционная влажность и кондиционная масса? 4. Что называется фактической влажностью волокон? 5. Какие приборы применяются для определения фактической влажности волокон и нитей? 6. Основные части кондиционного аппарата. 7. Чем подается воздух в кондиционный аппарат? 8. Чем нагревается воздух в кондиционном аппарате? 9. С помощью чего в кондиционном аппарате поддерживается температура на уровне 105–1100? 10. Назначение диффузора. 11. Какая проба используется для определения влажности хлопкового волокна? 12. На основании чего делается вывод, что проба высушена? Литература 1. Кукин Г. Н., Соловьев А. Н. Текстильное материаловедение. – М.: Легпромбытиздат, 1989. – С. 246–255. 2. Кобляков А. И. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – С. 166–168. 3. Монастырский А. Г. Испытание текстильных материалов. – М.: Легкая индустрия, 1970. – С. 32–42. 4. Иванов С. С. Технический контроль в хлопкопрядении. – М.: Легкая индустрия, 1978. – С. 160–165. 19 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ Цель работы: Научиться определять коэффициент вариации методом сумм. Пояснения к работе Числовые результаты, получающиеся в процессе исследования свойств текстильных материалов, обычно неодинаковы, и по ним трудно оценить исследуемое свойство, особенно при большем числе испытаний. Поэтому проводят уплотнение информации, заменяя многочисленные первичные результаты сводными характеристиками среднего уровня исследуемого свойства и его неравномерности. К таким характеристикам относят среднее арифметическое, среднее квадратическое отклонение и коэффициент вариации. Однако выборочные сводные характеристики, полученные при испытании небольшого материала, нельзя распространять на весь материал. Сводные характеристики для всего материала могут отличаться от выборочных в пределах доверительных границ, которые определяют с заданной доверительной вероятностью, зависящей от закона распределения первичных результатов. При проведении испытаний необходимо очень тщательно, аккуратно и без ошибок записывать в лабораторной работе все первичные результаты измерений. Отбрасывание при этом резко отличающихся (выскакивающих) результатов допускается лишь после соответствующего анализа. При записи такие результаты обводят цветным карандашом. Первичные результаты и подсчитываемые затем сводные характеристики записывают с учетом погрешности приборов и измерений. Способы обработки результатов испытаний При испытании пряжи получают довольно большое количество чисел, при котором трудно составить представление об изучаемом свойстве пряжи. Поэтому по всем полученным числам находят один сводный показатель в виде среднего арифметического. Но одна средняя величина не дает полного представления о свойстве и качестве пряжи. Например: для определения разрывной нагрузки двух образцов нитей было сделано по четыре испытания и получены следующие данные: первый образец – 100, 700, 150 и 650 гс; второй образец – 350, 425, 375 и 450 гс. 20 Средняя разрывная нагрузка у обоих образцов одинакова и равна 400 гс. Но из показаний видно, что второй образец лучше первого, так как обладает большей равномерностью. Поэтому при проведении текстильных стандартных испытаний определяют кроме средней арифметической величины характеристику неровноты, которая называется коэффициентом вариации. Коэффициент вариации характеризует неровноту пряжи по линейной плотности, разрывной нагрузке и другим свойствам в процентах и определяется по формуле: σ C (3.1) 100% M сp где σ – среднее квадратическое отклонение; Мср – среднее арифметическое значение. Среднее квадратическое отклонение определяется по формуле: M M i 2 cp (3.2) n 1 где Мi – отдельные показатели испытаний; Мср – среднее арифметическое значение из всех испытаний; n – количество испытаний. Среднее арифметическое значение определяется по формуле: М ср Мi (3.3) n Определение коэффициента вариации По вышеуказанной формуле определим коэффициент вариации по разрывной нагрузке для двух ранее приведенных образцов нитей. Первый образец – 100, 700, 150 и 650 гс М ср M M i n 1 C М i 100 700 150 650 400 (гс) n 4 2 cp 2 2 2 100 400 700 400 150 400 650 400 4 1 σ 100 % M сp 318 ,8 100 % 79 ,7% 400 Второй образец – 350, 425, 375 и 450 гс М cр Мi 350 425 375 450 n 4 21 400 (гс) 2 318.8 гс M M i n 1 2 cp 2 C 2 2 1350 400 425 400 375 400 450 400 4 1 2 45.6 гс 45.6 100% 100% 11.4% M сp 400 Следовательно, для первого образца нитей С = 79,7 %, а для второго образца С = 11,4 %. Значит второй образец значительно равномернее первого по разрывной нагрузке. Но при определении коэффициента вариации вышеприведенным способом вычисление среднего квадратического отклонения с увеличением числа испытаний становится очень трудоемким. Поэтому для большого количества испытаний (от 25 до 500 и более) для определения коэффициента вариации применяется метод сумм. Вычисление коэффициента вариации методом сумм Определим коэффициент вариации по линейной плотности пряжи при получении следующих показателей: Таблица 3.1 Значения массы пасм пряжи 2.59 2.39 2.61 2.66 2.46 2.59 2.53 2.58 2.50 2.59 Масса пасм, г 2.59 2.39 2.74 2.73 2.49 2.52 2.56 2.64 2.59 2.46 2.63 2.43 2.62 2.60 2.58 2.60 2.55 2.56 2.46 2.68 В начале из всех показателей находим максимальное и минимальное значения: Ммах = 2,74, Ммin = 2,39 Определяем разницу между максимальным и минимальным значениями: R = Ммах – Ммin = 2,74 – 2,39 = 0,35 Затем необходимо определить классовый промежуток R К m Для этого необходимо в зависимости от количества испытаний выбрать количество классов. Таблица 3.2 Рекомендации количества классов 22 Количество испытаний (около) 25 50 100 200 500 более 500 Количество классов 7–11 8–13 9–14 10–16 12–18 14–20 Для n = 30 выбираем m = 7. Тогда классовый промежуток: R 0.35 0.05 m 7 К Желательно, чтобы величина классового промежутка была кратна 5 или 10, что значительно облегчает распределение результатов испытаний по классам. Рекомендуемые величины классовых промежутков – 0,01; 0,1; 1; 10; 100 и т.д. или 0,02; 0,2; 2; 20; 200 и т. д. или 0,05; 0,5; 5; 50; 500 и т. д. Определяем величину Е, на которую минимально отличаются друг от друга отдельные результаты испытаний. Для нашего примера Е = 0,01. Находим разницу между величиной классового промежутка и величиной Е: К – Е = 0,05 – 0,01 = 0,04 После этого находят верхние и нижние границы классов, разносят показатели по этим классам и заполняют следующую таблицу: Таблица 3.3 Классовые показатели Границы классов (-0,04) 2,70 – 2,74 (-0,05) 2,65 – 2,69 (-0,05) 2,60 – 2,64 (-0,05) 2,55 – 2,59 (-0,05) 2,50 – 2,54 (-0,05) 2,45 – 2,49 (-0,05) 2,40 – 2,44 (-0,05) 2,35 – 2,39 Отметка числа случаев Число случаев ׃ 2 2 ׃ 2 4 ׃ ׃ 6 10 ׃ ׃ 10 ׃ ׃ 3 10 ׃ ׃ 4 7 а1 = 16 а2 = 8 2 а1 а2 6 - - 12 b1 ∙ 1 3 5 ׃ 2 2 2 n = 30 Коэффициент вариации: 23 b1 = 22 b2 b2 = 19 С М СР М СР М O 100% ; 2,55 2,60 МО 2,575 ; 2 М ср 2,575 К S1 ; n S1 a1 b1 16 22 6; 0,05 ( 6) 2,565 . 30 Среднее квадратическое отклонение: х σк 2 х 2 S2 n 1 ; S12 ; n S 2 a1 b1 2(a 2 b 2 ) 16 22 2(8 19 ) 92; ( 6 ) 2 90,8 90 ,8; х 92 σ 0,05 0,088; 30 30 1 C σ М ср 100% ; C 0,088 100% 3,4% . 2,575 Задание: 1. В предложенном варианте показателей найти max и min значения. 2. Определить число классов и найти классовый промежуток. 3. Найти верхние и нижние границы классов. 4. Произвести группировку результатов испытаний по классам. 5. Вычислить сводные характеристики результатов испытаний: среднее арифметическое, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации. 6. Сделать выводы по результатам расчетов. Работа в лаборатории В промежуточных результатах, используемых в последующих вычислениях, отбрасывают все лишние цифры и оставляют после округления две неверные цифры. Вторую неверную цифру отбрасывают уже в окончательном результате. Таким образом, итоговый результат должен иметь все верные цифры, за исключением одной последней (сомнительной) в низшем разряде. Если окончательный результат приводят вместе с абсолютной погрешностью или ошибкой выборки, то их также округляют до разряда последней оставленной цифры итогового результата. Например, 12,47 0,63 12,5 0,6; 1028 17 1030 20. Когда отбрасываемая при округлении цифра меньше 5, цифру в сохраняемом смежном разряде не изменяют. Если отбрасываемая цифра больше 5, сохраняемую цифру увеличивают на единицу. Наконец, когда 24 отбрасываемая цифра равна 5, сохраняемую цифру либо увеличивают на единицу, если она нечетная, либо не изменяют, если она четная или нуль. В том случае, когда вместе с цифрой 5 отбрасывают и другие цифры (помимо нулей), сохраняемую цифру увеличивают на единицу. Если же отбрасываемая цифра 5 получилась в результате округления с дополнением, сохраняемую цифру не изменяют. Например, 84,6512 84,7: 2,346 2,35 2,3. Предельная ошибка одного округления равна 0,5 единицы сохраняемого разряда. Ее величина не должна быть больше суммарной ошибки измерения. Содержание отчета: Отчет должен содержать: – предложенный вариант показателей; расчет сводных характеристик методом сумм с применением всех необходимых параметров, формул, таблиц; выводы по полученным результатам испытаний. Контрольные вопросы 1. Какие сводные характеристики определяют при исследовании свойств текстильных материалов? 2. Какой показатель характеризует неравномерность свойств материалов? 3. По какой формуле определяется коэффициент вариации? 4. Каким методом определяется коэффициент вариации при большом количестве испытаний? 5. В чем особенность метода определения коэффициента вариации? 6. С чем сравнивают полученное значение коэффициента вариации? Литература 1. Кукин Г. Н., Соловьев А. Н. Текстильное материаловедение. – М.: Легпромбытиздат, 1989. – С. 61–67. 2. Кобляков А. И. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – С. 11–22. 3. Монастырский А. Г. Испытание текстильных материалов. – М.: Легкая индустрия, 1970. – С.55–59. 4. Иванов С. С. Технический контроль в хлопкопрядении. – М.: Легкая индустрия, 1978. – С. 45–59. 25 26 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ВОЛОКОН ХЛОПКА Цель работы: Научиться определять длину волокон хлопка на приборе Жукова. Пояснения к работе Длина волокна L – это наибольшее расстояние между его концами a и b в распрямленном состоянии. Наибольшее расстояние L0 между концами а и b распрямленного волокна с сохраненными присущими ему извитками условно называется протяженностью. Длина волокон влияет на свойства вырабатываемой из них пряжи. Длина волокон определяет выбор технологического процесса прядения и совокупность применяемых машин. Например, для переработки длинных волокон используют гребнечесание, а короткие волокна перерабатывают без него. В соответствии с длиной волокна устанавливают разводки (расстояния) между рабочими органами машины. Большую роль играет равномерность волокон по длине. Так, на семени хлопчатника растут волокна длиной 7–50 мм. При неравномерном по длине волокне в партии хлопка затрудняется технологический процесс его переработки, увеличивается выход отходов и снижается выход пряжи. Для определения длины хлопка применяют следующие методы: – классификаторский; – с помощью прибора системы Жукова; – с помощью механических приборов [3]. В международной практике для оценки количества хлопкового волокна применяют приборы фирмы «Спинлеб» (США). Эти приборы позволяют за одно испытание определить длину, тонину, разрывную нагрузку волокна [6]. Метод определения длины волокна с помощью прибора Жукова От окончательной ленточки отделяют часть массой, указанной в табл. 4.1. Таблица 4.1 Масса отделяемой части ленточки Длина хлопкового волокна, мм 25/26 и ниже 26/27 – 31/32 32/33 – 44/45 45/46 и выше Масса, мг 28 30 32 35 Из взвешенной части ленточки вручную приготавливают штапель, из которого затем при помощи зажима № 1 и столика-укладчика приготавливают штапель с ровным краем. 27 Далее штапель перекладывают вторично, в результате чего получают штапель, в нижней части которого расположены самые длинные волокна. По мере укладывания одного слоя волокон на другой длина волокон постепенно уменьшается. Такой штапель называется штапелем с послойным расположением волокон. Приготовленный штапель закладывают при помощи зажима № 1 в прибор (валичный сортировщик) Жукова. Основными деталями прибора являются рифленый цилиндр и валик. Образующая цилиндра находится на уровне столика. На одном конце оси цилиндра закреплена червячная шестерня с 60-ю делениями. На другом конце оси цилиндра помещен эксцентрик. С червячной шестерней сцепляется червяк, снабженный рукояткой. К цилиндру прижимается валик, помещающийся в кронштейнах крышки. Последняя может откидываться на своей оси. Валик прижимается к цилиндру пружиной. Пружина давит на крышку через натяжной болт, а другим концом упирается в пластинку. Пружину сжимают, поворачивая рычажок. На опорной пластине укреплена ось фартука. Спиральная пружина заставляет фартук прижиматься к цилиндру. Для отвода фартука эксцентриком служит ручка. Столик, покрытый черным бархатом, имеет самогрузные валики, своими шипами помещающиеся в прорезях стенок прибора. Для отчета делений на шестерне служит указатель. А 9 мм А 9 мм Рис. 4.1. Схема прибора Жукова. При закладке штапеля указатель на червячном колесе устанавливают на 9-е деление. Крышку прибора закрывают и проверяют шаблоном нагрузку на валик, которая должна быть равна 7 кгс. Повернув рукоятку червяка на один оборот, ставят против указателя 10-е деление червячного колеса и зажимом № 2 два раза вытаскивают волокна, не зажатые между валиком и цилиндром. После этого рукоятку червяка каждый раз поворачивают на два оборота, т. е. устанавливают на 12-е, 14-е, 16-е ... 28 деления. На каждом из этих делений дважды производят сбор освобожденных волокон. До 16-го деления червячного колеса раскладку производят с откинутым фартуком, а в дальнейшем его поднимают. Волокна, рассортированные таким образом по группам длин, с интервалом 2 мм укладывают на доску. Каждую группу волокон выдерживают в течение 1 ч и взвешивают на торсионных весах ВТ-20 с погрешностью 0,1 мг. Результаты заносят в табл. 4.2. Таблица 4.2 Рассортировка волокон по группам длин Число делений червячной шестерни – 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 Пределы длин собранной группы волокон – 8,5 – 0,49 10,5 – 12,49 12,5 – 14,49 14,5 – 16,49 16,5 – 18,49 18,5 – 20,49 20,5 – 22,49 22,5 – 24,49 24,5 – 26,49 26,5 – 28,49 28,5 – 30,49 30,5 – 32,49 32,5 – 34,49 34,5 – 36,49 36,5 – 38,49 38,5 – 40,49 40,5 – 42,49 Нормальная средняя длина группы в мм Вес волокон группы в мг Истинный вес волокон группы в мг 7,5 9,5 11,5 13,5 15,5 17,5 19,5 21,5 23,5 25,5 27,5 29,5 31,5 33,5 35,5 37,5 39,5 41,5 ИТОГО: Практически установлено, что в каждой собранной группе волокон хлопка в действительности содержится только 46 % волокон с длиной, соответствующей данной группе. Остальные волокна этой длины распределяются так: 17 % в предыдущей группе (на 2 мм короче) и 37 % в последующей (на 2 мм длиннее). Поэтому после взвешивания и записи масс волокон определяют истинную массу каждой группы. Истинная масса (mn) – это масса группы волокон определенной длины, которую вычисляют в мг по формуле: mn = 0,17 m n-1 + 0,46 m n + 0,37 m n+1, (4.1) где 0,17; 0,37; 0,46 – поправочные коэффициенты; m n – масса группы волокон, имеющих среднюю длину ln ; m n-1 – масса группы волокон, имеющих среднюю длину ln-2; m n+1 – масса группы волокон, имеющих среднюю длину ln+2. 29 Подсчет делают для группы волокон, начиная с 11,5 мм. Истинную массу волокон 7,5 мм в мг вычисляют по формуле: m7,5 = 0,37 m 9,5, (4.2) где m 9,5 – масса группы волокон, имеющих среднюю длину 9,5 мм. Истинную массу для группы волокон 9,5 мм в мг вычисляют по формуле: m9,5 = 0,46 m 9,5 + 0,37 m 11,5, (4.3) где m 11,5 – масса группы волокон, имеющих среднюю длину 11,5 мм. Для ускорения подсчетов следует пользоваться счетным кругом. Счетный круг имеет диаметр 300 мм и разделен на 400 равных делений. На круге имеется неподвижный сектор l–2, нулевое деление которого совмещено с нулем круга. На секторе l–2, который соответствует 17 %, нанесены деления через 0,1 мг. На круг надет подвижный сектор l (46 %) и l + 2 (37 %) с делениями в 0,1 мг. Подсчет производят следующим образом. Определяют истинную массу группы волокон со средней длиной l = 7,5 мм, которая содержится в группе l + 2 = 9,5 мм в количестве 37 %. Для этого складывают вместе сектора l + 2 и l и приставляют нулевую черту сектора l + 2 к нулю круга. На секторе l + 2 отмечают массу волокон группы l + 2 = 9,5 мм и против отметки на круге подсчитывают истинную массу волокон длиной 7,5 мм. Определяют истинную массу группы волокон со средней длиной l = 9,5 мм. Для этого нулевую черту сектора l совмещают с нулем круга, а нуль сектора l + 2 ставят на секторе l против деления, соответствующего массе данной группы волокон. На секторе l + 2 откладывают массу групп волокон со средней длиной 11,5 мм и на круге против деления на секторе l + 2 подсчитывают истинную массу волокон группы длиной l + 9,5 мм. Определяют истинную массу группы волокон со средней длиной l = 11,5 мм. Для этого нулевую черту сектора l ставят против деления на неподвижном секторе l – 2, соответствующего массе группы волокон длиной l = 11,5 – 2 = 9,5 мм. Нулевое деление сектора l + 2 ставят против деления на секторе l, соответствующего массе волокон группы с длиной l = 11,5 мм, против деления на секторе l + 2, соответствующего массе группы волокон с длиной l = 11,5 + 2 = 13,5 мм, читают по шкале круга истинную массу волокон данной группы. Подсчет всех последующих групп волокон до последней включительно производят так же, как и для волокон группы с длиной l = 11,5 мм. Определяют истинную массу волокон последней группы. Для этого нулевую черту сектора l ставят против деления на неподвижном секторе l – 2, соответствующего массе волокон предпоследней группы и против деления на секторе l, соответствующего массе волокон последней группы, читают по шкале круга истинную массу волокон последней группы. Определяют истинную массу волокон, следующих за последней группой. Для этого на секторе l – 2 отмечают массу последней группы и читают 30 против отметки на шкале круга истинную массу группы волокон, следующей за последней. Разница между суммарной массой волокон и суммарной массой не должна превышать 0,1 мг. Для вычисления модальной массодлины по результатам испытаний находят максимальное значение mn волокна длиной ln и две смежные с ней массы mт-1 и mт+1 с волокнами длиной ln-2 и ln+2. Модальную массодлину в мм вычисляют с погрешностью до 0,1 мм по формуле: L мод l n 1 в m n m n 1 m n m n 1 m n m n 1 (4.4) где ln – средняя длина группы волокон с максимальной массой, мм; в = 2 – разница между длинами волокон смежных групп, мм; mn – истинная масса, мг; mn-1 – масса смежной группы волокон длиной ln-2 мг; mn+2 – масса смежной группы волокон длиной ln+2 мг. Для вычисления штапельной массодлины находят максимальную длину ln+1 в мм группы волокон, в пределах которой находится значение модальной массодлины (Lмод) и вычисляют массу волокон (у), длина которых больше модальной, по формуле: l n 1 L мод (4.5) у mn 2 где ln – средняя длина волокон, в пределах которой находится Lмод, мм; mn – масса группы волокон длиной ln, мг. Затем находят сумму масс волокон, длина которых больше модальной, для чего к вычисленному значению у прибавляют значение массы волокон всех групп, средняя длина которых больше ln, мг. jk (4.6) у m j у m n 1 m n 2 ... m k , jn 1 где j – порядковый номер выбранной группы; k – порядковый номер последней группы с волокнами наибольшей длины; n – порядковый номер группы с наибольшей массой волокон; mj – масса выбранной группы, мг. Штапельную массодлину Lшт в мм вычисляют с погрешностью до 0,1 мм по формуле: jk m iB jn 1 j (4.7) L шт l n jk у mj jn 1 31 где i – разница между порядковым номером группы, длина волокон которой больше ln и порядковым номером группы волокон длиной ln; В – разница между длинами волокон смежных групп, мм. Содержание в штапеле коротких волокон (R) в % вычисляют с погрешностью до 0,1 % по формуле: R mi 100 jk m j1 j (4.8) где mj – масса коротких волокон, оставшихся после рассортировки в подающем зажиме, мг: jk m – суммарная масса волокон всех групп штапеля, мг. j1 j Среднюю массодлину (Lср) в мм вычисляют с погрешностью до 0,1 мм по формуле: B jk L ср l n am j jk j1 m j1 j (4.9) где ln – средняя длина группы волокон с наибольшей массой, мм; В = 2 – разница между длинами волокон смежных групп, мм; а – отклонение порядкового номера каждой предыдущей и последующей группы волокон от номера группы с максимальной массой; j k m – суммарная масса волокон всех групп, мг; j1 j j k am j – сумма произведений массы волокон каждой группы на отj1 клонение порядкового номера. Дисперсию отклонений от средней массодлины (2) в мм2 вычисляют с погрешностью до 0,01 мм2 по формуле: 2 2 j k Β 1 j k (4.10) 2 2 σ a m j j k am j j k j 1 j 1 m m j1 j j1 j Среднее квадратическое отклонение () в мм вычисляют с погрешностью до 0,01 мм по формуле: 2 (4.11) σ σ 32 Коэффициент вариации (С) в %, характеризующий неровноту по средней длине (Lср), вычисляют с погрешностью до 0,1 % по формуле: с σ 100% L ср (4.12) где – среднее квадратическое отклонение; Lср – средняя массодлина. Задание: 1. Отделить от окончательной ленточки навеску массой 28–35 мг. 2. Из навески приготовить штапель с послойным расположением волокон. 3. Заложить полученный штапель в валичный сортировщик Жукова. 4. Рассортировать полученный штапель по группам длин. 5. Взвесить все группы на торсионных весах поочередно. 6. Определить истинную массу волокон каждой группы. 7. Записать все данные испытаний в таблицу. 8. Определить модальную, штапельную длину, равномерность хлопка по длине. 9. Кратко описать методику приготовления штапеля и пользование счетным кругом. Работа в лаборатории В комплект прибора системы В.Н. Жукова входят основной прибор – сортировщик, вытяжной (ленточный) прибор, столик-укладчик, два зажима, доска для рассортировки волокон по группам длин и счетный круг. Сортировщик служит для рассортировки волокон по группам длин с интервалами 1; 2 мм и т. д. Разница в длине волокон зависит от классового промежутка, с учетом которого требуется рассортировать волокна на группы. Сначала с помощью вытяжного прибора готовят окончательную ленточку, от которой отделяют часть, необходимую для приготовления штапеля. На столике-укладчике вручную готовят штапель с ровным краем, который затем переукладывают в штапель с ровным краем и послойным расположением волокон. После этого на приборе поднимают крышку 1 (рис. 4.1) и приготовленный штапель 5, зажатый в специальном зажиме 2, укладывают между валиком 9 и цилиндром 8. Ровный край штапеля 5 должен находиться на расстоянии А (9 мм для хлопка и 15 мм для штапельного волокна) от оси цилиндра, что обеспечивается фиксированным положением упорной планки 3 зажима 2. Следовательно, после опускания крышки 1 с валиком 9 волокна длиной А и короче окажутся незажатыми. Повернув рукоятку 4 на один оборот, с помощью червячной передачи 6 перемещают шестерню 7 на один зуб, что соответствует повороту цилиндра на 1 мм по окружности. Это обеспечивает выход из зажимов 33 волокон длиной (А+1) и короче. С помощью другого специального зажима, имеющего определенную силу прижима губок, незажатые волокна извлекают из штапеля и укладывают на доску для рассортировки. Затем поворачивают рукоятку 4 на 2 оборота, в результате чего из линии зажима выходят волокна длиной более (А+1) и короче (А+3). Их также извлекают из штапеля и повторяют операцию до полной рассортировки штапеля. Постоянную силу прижима валика 9 к цилиндру 8 ( 7 даН) создает специальная пружина. Содержание отчета: Отчет должен содержать данные испытаний, занесенные в таблицу 4.2; расчеты модальной, штапельной длины, равномерности волокон по длине; методику приготовления штапеля и пользование счетным кругом. Контрольные вопросы 1. Что называется длиной волокна? 2. Методы определения длины волокна хлопка? 3. В чем особенности приготовления штапеля для определения длины волокна? 4. Какой длины бывают волокна хлопка? 5. Назовите характеристики длины волокон хлопка? 6. Назовите характеристики неравномерности волокон по длине? 7. На что влияет длина волокна и неравномерность волокон по длине при производстве пряжи? Литература 1. Кукин Г. Н., Соловьев А. Н. Текстильное материаловедение. – М.: Легпромбытиздат, 1989. – С. 81–90. 2. Кобляков А. И. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – С. 86–92. 3. Определение длины волокон хлопка: Метод. указания / Сост. С. Н Ерофеева; ВолгГТУ. – Волгоград, 1998. – 22 c. 4. Монастырский А. Г. Испытание текстильных материалов. – М.: Легкая индустрия, 1970. – С. 68–72. 5. Панкратов М. А., Текстильные волокна. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – С. 26–30. 6. Грачева Г. Г. Методы и приборы для оценки количества волокна. – М.: Легпромбытиздат, 1990. – 22 c. 34 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗРЕЛОСТИ ХЛОПКА СРАВНИТЕЛЬНЫМ МЕТОДОМ Цель работы: Освоение методов микроскопического исследования строения волокон, приобретение навыков анализа. Пояснения к работе Созревание волокон хлопка сопровождается постепенным отложением слоев целлюлозы на внутренних стенках – от периферии к центру. При этом наружный диаметр волокон D остается неизменным, а стенки утолщаются, что приводит к сужению канала d. По мере созревания стенки волокон в результате высыхания спадают, появляется извитость. Поэтому при рассмотрении в микроскоп продольного вида волокон можно наблюдать сплюснутые, более или менее закрученные ленточки различной ширины: максимальной у совершенно незрелых волокон и минимальной – у предельно зрелых. У незрелых волокон хлопка с малым содержанием целлюлозы отношение диаметра канала к наружному диаметру, по данным В. С. Федорова составляет 0,95, у волокон средней зрелости 0,50, у предельно зрелых волокон, максимально заполненных целлюлозой 0,2. Однако определить это состояние сложно. Поэтому было принято обозначать совершенно незрелые волокна хлопка условным коэффициентом зрелости Z = 0,0, а предельно зрелые волокна – коэффициентом Z = 5,0. Волокна, находящиеся между этими крайними группами, по коэффициенту зрелости разбиты на 11 групп. Сплюснутые ленточки незрелых и недозрелых волокон имеют неправильную форму поперечного сечения, поэтому точное определение размеров диаметра канала d и наружного диаметра D затруднено и требует много времени, так как необходимо изготовить поперечные срезы волокон, а размеры измерять с помощью окуляра-микрометра. Более практичным и достаточно точным является метод определения степени зрелости по отношению видимой ширины ленточки Е к видимой ширине канала е, ширины канала е к толщине двойной стенки δ, предложенный профессором А.Н. Соловьевым. Данные по коэффициенту зрелости и отношению отдельных элементов структуры волокон хлопка приведены в табл. 5.1. Таблица 5.1 Данные по коэффициенту зрелости Коэффициент зрелости Z 0 1 2δ d D/d E/e e/δ 0,05 0,2 0,95 0,8 1,05 1,25 1,03 1,16 29 5 35 2 0,35 0,65 1,54 1,35 2 Окончание табл. 5. 1 Коэффициент зрелости Z 3 0,5 4 0,65 5 0,8 0,2 2δ d D/d E/e e/δ 0,5 2 1,62 0,35 2,86 2,18 5 3,55 0,5 Не улавливается То же Ниже показана зависимость коэффициента зрелости Z от отношения e/δ: Таблица 5.2 Зависимость коэффициента зрелости Z от отношения e/δ Z 0 0,5 0 1 1,5 2 2,5 3 e/δ 16-29 16-29 8-15 4-7 3 2 1 0,5 4 Очень мало 5 - При определении зрелости этим методом с одного края каждого из 10 препаратов, приготовленных для определения линейной плотности волокна хлопка, находят отношение для 25 волокон. Затем вычисляют средний коэффициент зрелости для 250 волокон и полученный результат округляют до 0,1. На стандартной фотографии (рис. 5.1) изображены 11 волокон, имеющие различную степень зрелости. Сопоставляя внешний вид волокна, рассматриваемого под микроскопом, с одним из наиболее подходящих волокон на этом рисунке, устанавливают коэффициент зрелости волокна. Рис. 5.1. Хлопковые волокна различных степеней зрелости. При определении зрелости волокон сравнительным методом рассматриваемые волокна сравнивают с эталонными рисунками продольного вида волокон разной зрелости. Если рассматриваемое волокно по сте36 пени зрелости одинаково близко к двум соседним, его оценивают средним коэффициентом зрелости. Средний коэффициент зрелости рассчитывают по формуле: Z n i i Z (5.1) n i Задание: 1. От пробной ленточки отделить навеску и приготовить штапель. 2. Разделить полученный штапель на 10 препаратов. 3. Каждый препарат заложить в микроскоп. 4. Определить зрелость 25-и волокон с каждого препарата. 5. Заполнить таблицы отчета о работе. 6. Определить коэффициент зрелости волокон. 7. Сделать вывод о зрелости хлопка. Работа в лаборатории Для анализа хлопка на зрелость используют препараты, приготовленные для определения линейной плотности волокна. Если же линейную плотность волокна не определяют, то от пробной ленточки отделяют часть, из которой приготовляют штапель, а последний раскладывают на 10 препаратов. С одного края каждого из препаратов при увеличении в 300–400 раз просматривают под микроскопом 25 волокон, а всего 250. Просматривать следует по линии, равноудаленной от конца волокон, т. е. посередине штапелька. Оценивать нужно не по одному извитку, а по всему волокну, видимому в поле зрения микроскопа. Если по внешнему виду волокно в равной степени подходит к двум соседним волокнам эталона, то волокну присваивают промежуточный коэффициент, т. е. к меньшему прибавляют 0,25. Средний коэффициент зрелости zср вычисляют с округлением до 0,1 как среднее арифметическое из 250 определений по формуле (5.1). Содержание отчета: Отчет должен содержать: методику определения зрелости хлопковых волокон сравнительным методом; зарисовки продольного вида предельно зрелых, зрелых, недозрелых и совершенно незрелых волокон; результаты оценки зрелости (табл. 5.3, 5.4, 5.5); средний коэффициент зрелости. Таблица 5.3 Отметка числа случаев Коэффициент зрелости Отметка числа 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 37 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 случаев Число волокон 25 38 Таблица 5.4 Число волокон разных степеней зрелости Коэф-т зрелости 0,0 0, 5 1, 0 1, 5 2, 0 2, 5 3, 0 3, 5 4, 0 4,.5 5, 0 СУММА n1 n2 n3 n4 25 25 25 25 Число волокон n5 n6 n7 25 25 25 n8 n9 25 25 n10 25 ∑n 250 Таблица 5.5 Расчет произведения Zi ni Коэффициенты зрелости Zi Число волокон ni Произведение Zi ni 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4, 5 5,0 Контрольные вопросы 1. В чем особенности сравнительного метода определения зрелости хлопка? 2. Сколько существует групп зрелости волокна? 3. Что обозначают коэффициенты зрелости, сколько их? 4. Методика определения зрелости сравнительным методом. 5. Как определяется средний коэффициент зрелости волокна? 6. Как определяется зрелость хлопка расчетным методом? Литература 1. Кукин Г. Н., Соловьев А. Н. Текстильное материаловедение. – М.: Легпромбытиздат, 1989. – С 3–10. 2. Кобляков А. И. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – С. 50–52. 3. Монастырский А. Г. Испытание текстильных материалов. – М.: Легкая индустрия, 1970. – С. 76–81. 4. Панкратов М. А. Текстильные волокна. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – С. 95–96. 39 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗРЕЛОСТИ ХЛОПКА ПОЛЯРИЗАЦИОННЫМ МЕТОДОМ Цель работы: Научиться определять зрелость хлопка поляризационнооптическим методом. Пояснения к работе Метод определения зрелости по интерференционной окраске волокон, рассматриваемых в поляризационном свете, регламентирован как ускоренный метод определения коэффициента зрелости волокон хлопка. Сущность его заключается в том, что при рассмотрении в поляризационном свете волокна хлопка с различной зрелостью и разной толщиной двойной стенки имеют разную ориентацию макромолекул и надмолекулярных структурных элементов вдоль их продольной оси. Поэтому в поляризационном свете они приобретают различную интерференционную окраску. Оптическая часть поляризационного приспособления состоит из верхнего поляроида 1 (рис. 6.1), кристаллической пластинки 3 (красной первого порядка) и нижнего поляроида 4. Основанием приспособления служит скоба, которая винтами укрепляется на предметном столике микроскопа. В свободном конце скобы имеется круглое отверстие, в котором укреплено кольцо. В нижней части кольца установлен нижний поляроид. В стенке кольца, в двух диаметрально расположенных прорезях, помещается кристаллическая пластинка. На кольце укреплен предметный столик приспособления, имеющий клеммы 2 для укрепления препарата с исследуемым хлопком. На столике укреплен кронштейн, в отверстии которого может свободно поворачиваться круглая оправа с укрепленным в ней верхним поляроидом. Правильная установка прибора для работы состоит в том, чтобы метка на оправе совпала с меткой на кронштейне, и препарат был расположен параллельно кристаллической пластинке. Волокна в препарате должны располагаться параллельно меньшей стороне предметных стекол. Общее увеличение микроскопа должно быть в пределах 80–150 при объективе с увеличением 8–10 и окуляре 10–15 раз. Конденсор и диафрагму на время работы вынимают из гнезд. Работать следует при дневном освещении или же при искусственном рассеянном, применяя люминесцентные или матовые лампы. Свет от обычных ламп необходимо пропускать через матовое стекло или папиросную бумагу. При этом методе из пробной ленточки выкладывают штапель массой 25–30 мг с ровным концом и послойным расположением волокон. Из штапеля с помощью зажима № 1 раскладывают на 4 предметных стекла 40 прядки расположенных параллельно друг другу волокон такой густоты, чтобы при увеличении 80–120х в поле зрения микроскопа находилось до 50 волокон. Каждый из препаратов последовательно закрепляют клеммами 2 (рис. 6.1) на столике поляроида. При этом препараты должны быть расположены параллельно длинной оси кристаллической пластинки 3 «красной первого порядка», а поляроиды 1 и 4 должны быть скрещены. В каждом препарате в двух полях зрения просматривают и оценивают окраску около 100 волокон. Общее число просмотренных волокон должно быть не менее 300–400. По данным Е. Г. Эйгес, волокна хлопка по степени зрелости делятся на четыре группы (табл. 6.1). Рис. 6.1. Схема поляроида. Таблица 6.1 Группы зрелости хлопка, определенные поляризационным методом Группа зрелости 1 Характеристика степени зрелости волокон 2 1 Самые зрелые 1 Зрелые 2 Недозрелые 3 Незрелые 4 Совершенно незрелые Окраска волокон 3 Оранжевые и золотисто-желтые с розоватофиолетовыми участками Зеленовато-желтые с зелеными и голубыми участками Синие и голубые, желтые и зеленые с голубыми и синими участками Фиолетовые и синие с фиолетовыми участками Фиолетовые с прозрачно-красными участками, прозрачно-красные Форма волокна и характеристика канала 4 Цилиндрическая, канал узкий Цилиндрическая, канал узкий Лентообразная, канал широкий Лентообразная, канал широкий Лентообразная, канал широкий Сорт волокна определяют по процентному содержанию волокон первой группы зрелости в соответствии с табл. 6.2. 41 Таблица 6.2 Содержание волокон различных групп зрелости по сортам хлопка в % Сорт волокон Группа Разновидность зрелоОтборхлопка 1 2 3 4 5 сти ный 1 2 3 4 5 6 7 8 Тонко73,1 и 73,0–65,1 65,0–49,5 49,4–40,5 10,4–35,5 35,4–28,5 1 волокнистый выше Средне77,1 и 77,0–69,1 69,0–55,5 55,4–43,5 43,4–35,5 35,4–28,5 1 волокнистый выше Тонковолокнистый и 1–20 15–25 17–36 23-45 28–50 30–60 2 средневолокнистый Тонковолокнистый и 0–7 1–10 5–13 5-25 5–30 5–35 3 средневолокнистый Тонковолокнистый и 0–2 0–5 0-6 1,5-7 2–10 3–17 4 средневолокнистый Z 6 9 28,4 и ниже 28,4 и ниже 30 и более 10 и более 4и более Aa Bb Cc Dd (6.1) 100 где Z – средний коэффициент зрелости; А, B, C, D – процентное содержание волокон соответственно 1, 2, 3 и 4 групп зрелости; a, b, c, d – расчетные коэффициенты зрелости, взятые из табл. 6.3. Таблица 6.3 Расчетные коэффициенты зрелости хлопка a, b, c и d по сортам хлопка Группа зрелости 1 1 2 3 4 Сорт хлопка Разновидность хлопка Тонковолокнистый Средневолокнистый Тонковолокнистый и средневолокнистый -//-//- Отборный и 1 2,55 2,4 1,3 1,0 0,5 2и3 4 5и6 2,3 2,3 2,0 2,0 2,0 2,0 1,3 1,0 0,5 1,3 1,0 0,5 1,0 1,0 0,5 Задание: 1. От пробной ленточки отделить навеску и приготовить штапель. 2. Разделить полученный штапель на четыре препарата. 3. Поочередно поместить каждый препарат в поляризационное приспособление к микроскопу. 4. Просмотреть в каждом препарате волокна с двух полей зрения и занести данные в таблицу отчета о работе. 42 5. Определить процентное содержание волокон каждой группы зрелости, сорт и коэффициент зрелости. 6. Сделать вывод о зрелости хлопка. 7. Начертить схему и дать описание поляризационного приспособления. Работа в лаборатории Зрелость хлопка определяют по восьми полям зрения (по два на каждом препарате), просматривая около 350 волокон. Все волокна подразделяют на четыре группы зрелости, причем для каждой группы установлены цвета и оттенки, по которым волокна относят к этим группам согласно табл. 6.1. Волокна следует просматривать по средней линии препарата, на широких участках – по самой низкой интерференционной окраске, соответствующей самой низкой зрелости волокна. При просмотре каждого поля зрения записывают число волокон разных групп по форме отчета о данной работе. После просмотра подсчитывают число волокон в группах и общее число просмотренных волокон, а также вычисляют процентное содержание волокон каждой группы к общему их числу. Затем по процентному содержанию волокон 1-й группы зрелости определяют по табл. 6.2 сорт хлопка, к которому следует отнести рассмотренные волокна. При этом процентные содержания волокон 2, 3 и 4-й групп должны также соответствовать установленному сорту хлопка, указанному в табл. 6.2, в противном случае делается заключение, что оценка зрелости волокон производилась неточно. Средний коэффициент зрелости хлопка рассчитывают по формуле 6.1. Содержание отчета: Отчет должен содержать: методику определения зрелости поляризационным методом; схему и описание поляризационного приспособления; результаты оценки зрелости (в ниже приведенной табл. 6.4); выводы по работе. Таблица 6.4 Результаты оценки зрелости хлопка Поле зрения 1 Число волокон по группам зрелости 2 3 4 1 2 3 4 5 6 Итого волокон по группе % -е содержание волокон в группе Общее число волокон 40 40 40 40 40 40 240 43 Контрольные вопросы 1. Чем характеризуется зрелость волокон хлопка? 2. Какими методами определяется зрелость волокон хлопка? 3. В чем особенность поляризационного метода определения зрелости хлопка? 4. Устройство поляризационного приспособления. 5. Методика определения зрелости хлопка поляризационным методом. 6. Что является характеристикой зрелости хлопка, как она определяется? Литература 1. Кукин Г. Н., Соловьев А. Н. Текстильное материаловедение. – М.: Легпромбытиздат, 1989. – С. 10–16. 2. Кобляков А. И. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – С. 53–55. 3. Монастырский А. Г. Испытание текстильных материалов. – М.: Легкая индустрия, 1970. – С. 81–87. 4. Панкратов М. А. Текстильные волокна. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – С. 96–100. 44 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 РАСПОЗНАВАНИЕ ВОЛОКОН РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ Цель работы: Освоение основных методов распознавания вида текстильных волокон. Пояснения к работе В настоящее время разработано много различных методов распознания волокон в смеси. Основным и наиболее простым являются методы распознания волокон по внешнему виду, характеру горения, растворимости в различных реактивах, окрашиваемости. Распознание волокон по внешнему виду производят путем просмотра продольного вида и поперечных срезов волокон под микроскопом. Этим методом можно безошибочно определить в смеси волокна, имеющие характерные особенности внешнего вида (шерстяные, хлопковые, вискозные и др.). Для распознания волокон, сходных по внешнему виду (капроновые, лавсановые, медно-аммиачные и др.), необходимы дополнительные исследования. Метод распознания волокон по характеру горения прост и не требует специальной аппаратуры. Однако использовать его можно только при анализе однокомпонентной смеси. Этим же путем можно, как правило, безошибочно определить синтетические волокна, но распознать их предельно трудно. При исследовании пробы на сжигание особое внимание следует обратить на характер горения и вид остатка, образующегося при сжигании пробы. Краткие сведения об особенностях горения важнейших видов текстильных волокон приведены в табл. 7.1. Таблица 7.1 Особенности горения текстильных волокон Вид волокна Характер горения Горят быстро с пламенем Остаток после действия огня Серый, ажурный, легко распадающийся пепел Жженой бумаги Круглые, довольно хрупкие пузырьки Уксусной кислоты Полиамидное (капрон, нейлон и др) Горит с пламенем и одновременным плавлением Плавится без пламени, не горит Сургуча Полиэфирные (лавсан, терилен и др) Плавится без пламени, не горит Застывший стекловидный твердый расплав Застывший расплав Хлопок, лен и другие растительные волокна, вискозное, медноаммиачное Ацетатное 45 Запах Отсутствует Окончание табл. 7.1 Вид волокна Полиакрилонитрильное (нитрон, орлон и др.) Стеклянное Асбестовое Характер горения Сначала принимает коричневую окраску, затем плавится, потом загорается Накаливается и плавится, не горит Не горит, остается неизменным Остаток после действия огня Застывший расплав Запах Застывший расплав Отсутствует Отсутствует Важнейшим фактором при распознавании волокон является их растворимость в различных реактивах. Наблюдения за растворимостью волокон можно вести с помощью микроскопа и без него. В первом случае можно наблюдать весь процесс растворения, а не только его конечный результат. Наблюдение же за процессом растворения может дать ценную информацию о виде волокна. Без микроскопа исследуют растворимость лишь однородных образцов. В табл. 7.2. приведены сведения о растворимости отдельных волокон в различных химических реактивах. Пользуясь данными о растворимости волокон в различных реактивах, можно сравнительно легко различить волокна, имеющие примерно одинаковый внешний вид при рассмотрении их под микроскопом. Так, мерсеризованное хлопковое волокно в щелочах не растворяется, а медноаммиачное волокно растворяется в крепком растворе щелочи даже на холоду. В свою очередь оба этих волокна отличаются от полиамидных и полиэфирных тем, что не растворяются в феноле, в то время как капрон и лавсан в феноле растворяются. Полиэфирные волокна устойчивы к действию 60 %-ой кислоты на холоду, в этих же условиях полиамидные волокна растворяются в течение 2–3 мин. Полиамидные волокна отличаются от полиэфирных также тем, что растворяются в муравьиной и уксусной кислотах. Ацетатное волокно отличается от триацетатного тем, что первое растворимо в ацетоне, а второе нет. Характерным растворителем для нитрона является диметилформамид (при нагреве). После установления качественным анализом природы волокон, содержащихся в пробе смешанного или неоднородного полотна, количественным анализом определяют массовую долю (%) составляющих изделие волокон. Массовую долю волокон в неоднородной ткани можно определить путем взвешивания пробы ткани и одной из двух систем нитей этого образца. Приняв за 100 % массу ткани, рассчитывают массовую долю волокон отдельно для каждой из систем нитей. Для смешанных изделий этот метод применять нельзя. 46 Таблица 7.2 Растворимость текстильных волокон в химических реактивах муравьиная кислота фенол ацетон хлорированный углеводород 5 Рб,в Рб,в 6 Рв Рв - - 9 Н Н 10 Н Н 11 - Р Н Р Н Ра, д Рб, г Рб, г Пб,д Пб Рб,д Пб Пб Рв Н Н На На На На Н Н Н Н Н Н - Р Р Рб,в Рб,в Рб,в Рб,в Рв Рв Рв´ Рв - - Н Н Н Н - П Н Н Н Н Н Н Рб Н Н Ра, д Па Н Рб Рб Рб,в Рб,в Рб,д Нб Н Рв Рб Ра, в Ра,г Рб,д Нб Н Рб Рб Рг Р Рг Рбг Н Рб Рб,г Рб,г Н Н Рб Р Рб Рб,г Н - Р Р Р Р Рг Н Р Н Н Н Н Нб П Н Н Н - 2 3 уксусная кислота азотная кислота 1 хлопок мерсеризованный хлопок лен шерсть натуральный шелк вискозное медноаммиачное ацетатное триацетатное капрон анид лавсан нитрон хлорин щелочь Н Н 4 Рб,в Рб,в 8 Р Р медно-аммиачный комплекс соляная кислота Химические реактивы серная кислота Вид волокна 7 Примечание. В таблице приняты следующие условные обозначения; Н – не растворяется; П – плохо растворяется; Р – растворяется; а – в слабом растворе; б – в крепком растворе; в – на холоду; г – при нагревании; д – при кипячении. При определении массовой доли волокон в смешанных изделиях применяют метод, основанный на растворении одного или двух компонентов смеси различными веществами с последующим определением массы оставшихся компонентов. Для выбора растворителей можно пользоваться данными табл. 7.2, где приводятся наиболее часто встречающиеся в практике методы химического анализа количественного содержания волокон в смесях. 47 Таблица 7.3 Результат обработки волокон химическими реактивами Состав смеси Шерсть + хлопок, хлопок + шелк Шерсть + вискозное волокно, шерсть + ацетатное волокно, шерсть + медно-аммиачное волокно Шерсть + капроновое волокно Применяемая обработка Кипячение в 5 %-ом растворе едкого натра в течение 20 мин Обработка 80 %-ой серной кислотой Получаемый результат Шерстяные и шелковые волокна растворяются, хлопок не растворяется Искусственные волокна растворяются, шерсть не растворяется 1. Обработка 80 %-ой серной кислотой 2. Кипячение в 5 %-ом растворе едкого натра Искусственные волокна растворяются, шерсть не растворяется Шерсть растворяется, капроновое волокно не растворяется Лавсановое волокно растворяется, шерсть не растворяется Нитроновое волокно растворяется, шерсть не растворяется При обработке первой навески растворяется ацетатное волокно, при обработке второй – вискозное и ацетатное волокна Шерсть + лавсановое волокно Обработка азотной кислотой Шерсть + нитроновое волокно Обработка при нагревании диметилформамидом или на холоде нитрометаном Испытывают 2 навески: одну обрабатывают ацетоном в течение 30 мин при непрерывном помешивании, вторую – 80 %-ым раствором серной кислоты Испытывают 2 навески: одну обрабатывают фенолом, другую – 80 %-ым раствором серной кислоты Шерсть + вискозное волокно + ацетатное волокно Шерсть + вискозное волокно + капроновое волокно Хлопок + вискозное волокно Обработка при нагревании крепким раствором едкого натра При обработке первой навески растворяется капроновое волокно, при обработке второй – вискозное и капроновое волокна Растворяется вискозное волокно Задание: 1. Приготовить четыре вида текстильных волокон. 2. Опробовать их на горение и сделать вывод. 3. Приготовить четыре препарата с волокнами. 4. Установить на место микроскоп и осветить поле зрения. 5. Поместить препараты поочередно на предметный столик и установить резкое изображение объекта. 6. Поочередно рассмотреть в микроскопе готовые препараты. 7. Записать все особенности внешнего вида волокон и зарисовать их. 8. Заполнить форму отчета о работе, используя все материалы наблюдений и зарисовки. 48 Работа в лаборатории При изучении метода распознавания волокон по особенностям их горения исследуемый пучок волокон пинцетом или щипцами вносят в пламя горелки или спички на 2–3 с. Для изучения метода распознавания волокон под микроскопом приготавливают препараты и изучают продольный вид или поперечный срез волокон при их увеличении в 100–400 раз. Для изучения метода распознавания волокон по их растворимости в различных реактивах проверяют действие различных растворителей на волокна. Для этого небольшой пучок волокон помещают на чистое предметное стекло, капают пипеткой несколько капель реактива и препарировальной иглой пытаются растворить волокно в реактиве. В случае необходимости наблюдают за процессом растворения под микроскопом. С помощью микроскопа можно наблюдать за процессами растворения хлопка, льна и коконной нити в медно-аммиачном комплексе. Для остальных волокон действие реактивов проверяют без микроскопа. Содержание отчета: Отчет должен содержать результаты исследований, занесенные в табл. 7.4: Таблица 7.4 Результаты исследования волокон Наименование волокна Внешний вид Проба на горение 1 2 3 Микроскопия Строение волокна Описание стропод микроскопом ения волокна 4 5 Контрольные вопросы 1. Методы распознавания текстильных волокон. 2. Что выясняют при исследовании внешнего вида волокон? 3. В чем особенности внешнего вида химических и натуральных волокон? 4. Что выясняют пробой на горение? 5. В чем особенности горения волокон хлопка? 6. При сгорании каких волокон остается беловатый пепел? 7. В чем особенности горения волокон шерсти? 8. В чем особенности горения химических волокон? 9. Для чего производится микроскопия волокон? 10. В чем состоит химический метод распознавания волокон? Литература 1. Кукин Г. Н., Соловьев А. Н. Текстильное материаловедение. – М.: Легпромбытиздат, 1989. – С. 18–21. 2. Кобляков А. И. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – С. 55–60. 3. Монастырский А. Г. Испытание текстильных материалов. – М.: Легкая индустрия, 1970. – С. 26–27. 4. Панкратов М. А. Текстильные волокна. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – С. 261–266. 49 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИНЕЙНОЙ ПЛОТНОСТИ НИТЕЙ ДЛИННЫМИ ОТРЕЗКАМИ Цель работы: Изучение методики определения линейной плотности нитей. Пояснения к работе Линейная плотность характеризует толщину нитей. Линейная плотность нитей определяется отношением их массы к длине: Т m (текс) (8.1) L где m – масса, г; L – длина, км. Единица измерения линейной плотности – г/км – принята как международная и имеет условное наименование текс (от начальной части слова текстильный). Тонину нитей иногда характеризуют номером. Номер – это отношение длины нитей L к их массе m: N L (8.2) m где N – метрический номер, мм/мг, м/г, км/кг. Между линейной плотностью нитей и их номером имеется следующая зависимость: TN = 1000 (8.3) Различают фактическую, номинальную, кондиционную и расчетную линейную плотность нитей. Фактической называют линейную плотность нити, определенную опытным путем и рассчитываемую по формуле: m (текс) (8.4) Т™ 3 L n 10 где m – общая масса пасм, г; L – длина нити в пасме, м; n – число пасм. Номинальной То называют линейную плотность одиночной пряжи или нити, запланированной к выработке на производстве. Ее значение рассчитывают при заправке прядильных машин исходя из линейной плотности ленты или ровницы и вытяжки. Номинальную линейную плотность одиночной пряжи обозначают целым числом крученых комплексных нитей из одинаковых по линейной плотности одиночных нитей – рядом цифр, разделенных знаками умножения, например T0 × 2, T0 × 2 × З (первое число обозначает номинальную линейную плотность отдельных 50 скручиваемых нитей, второе и третье – число сложений соответственно при первом и втором скручивании). Для крученых нитей, состоящих из разных по линейной плотности одиночных нитей, номинальная линейная плотность обозначается их суммой, например Т1 + Т2 + ... + Тп – для однокруточной нити; T1 × 2 + Т2 или (Т1 + T2) + (T3 + Т4) – для двухкруточной. Кондиционной (Тк) называют линейную плотность нитей, рассчитанную с учетом их нормированной влажности: Τ к Τ ф 100 Wн / 100 Wф (8.5) где Wн, и Wф – соответственно нормированная и фактическая влажность нитей, %. Длину нити измеряют с помощью мотовила, а массу определяют на квадранте или технических весах. Завод Ивмашприбор выпускает механическое мотовило МПА-1М (рис. 8.1). Мотовило приводится в движение электродвигателем при повороте рукоятки. При достижении установленной длины наматывания мотовило автоматически останавливается. Для этой цели на обратной стороне циферблата счетчика установлены четыре кулачка останова. Рис. 8.1. – Механическое мотовило МПА-1М. Кулачки расположены у делений 25, 50, 75 и 100 циферблата. В рабочее положение кулачок поворачивают рукой в направлении радиуса циферблатной шестерни. Для выключения кулачок устанавливается по хорде. 51 Для получения 100-метровых отрезков в рабочее положение устанавливают один кулачок, расположенный около деления 25. Для получения 50-метровых моточков в рабочее положение устанавливают два кулачка – 25 и 75. Для наматывания 25-метровых моточков в рабочее положение устанавливают все четыре кулачка. Перед заправкой нитей на крону и для снятия моточков круглый щиток, являющийся ограждением вращающейся кроны, откидывают на 180 о против часовой стрелки. В остальном работа на механическом мотовиле типа МТА не отличается от работы на ручном мотовиле. Перед испытанием нити выдерживают в условиях нормальной температуры и влажности. Выдерживание нитей в твердых паковках – бобинах, на катушках и шпулях не достигает цели. Поэтому нити перематывают в моточки, которые помещают на колки специальной доски. Фактическая линейная плотность часто не совпадает с номинальной вследствие неравномерности строения волокон и нитей, непостоянства во времени технологического процесса, изменения климатических условий и других причин. В стандартах на нити установлены допуски отклонений фактической линейной плотности от номинальной, превышение которых недопустимо. Для оценки неравномерности нитей по линейной плотности (по массе отдельных пасм) применяют среднее квадратичное отклонение и коэффициент вариации. Неравномерность нитей по линейной плотности оказывает влияние на обрывность в технологических процессах производства, от нее зависят такие свойства готовых изделий, как прочность при растяжении, стойкость к истиранию, блеск и др. Задание: 1. Подготовить мотовило к работе. 2. Последовательно намотать 30 пасм. 3. Взвесить каждую пасму на квадранте. 4. Результаты испытаний занести в таблицу. 5. Определить фактическую линейную плотность нитей, номер, коэффициент вариации по линейной плотности методом сумм. Работа в лаборатории Для расчета линейной плотности нитей необходимо определить их массу и длину. С этой целью от паковок отматывают моток нитей – пасмы длиной 5; 10; 25; 50; 100 или 200 м в зависимости от линейной плотности нитей, а также испытывают отрезки нитей длиной 1 м. Для отматывания нитей в мотки нужной длины применяют прибор – мотовило, периметр кроны которого равен 1 м. На крону мотовила можно наматы52 вать одновременно 5 пасм. Автоматизированное мотовило МПА-1М имеет специальный механизм для автоматического останова после наматывания на крону нитей заданной длины (25: 50 и 100 м). Пасмы снимают с мотовила тыльными сторонами кистей рук, следя, чтобы нити не перепутывались. Для определения массы пасм используют весовые текстильные квадранты, работающие без применения гирь по принципу равновесия трехплечего рычага. Масса материала указывается на градуированной шкале и определяется по углу отклонения рычага с указательной стрелкой от первоначального равновесного положения. Перед определением массы нитей квадрант устанавливают по уровню, при этом стрелка должна находиться на нулевой отметке шкалы. Зная общую длину всех пасм и их массу, по формуле (8.1) вычисляют линейную плотность нитей. Для получения отрезков нитей длиной 1 м на мотовило наматывают пасму длиной не более 25 м, затем двумя пальцами левой руки зажимают пасму в одном месте и рядом разрезают ее ножницами. Таким образом, получают пучки, состоящие из 25 нитей метровой длины. От каждого пучка берут любые 10 отрезков, которые для удобства взвешивания на торсионных весах превращают в колечки, наматывая поочередно отрезки нитей на концы раскрытого пинцета. Затем определяют фактическую линейную плотность нитей и коэффициент вариации. Содержание отчета: Отчет должен содержать результаты испытаний и расчеты, произведенные по формулам (8.3) и (8.4). Коэффициент вариации определяется методом сумм (cм. лабораторную работу № 3). Результаты испытаний заносят в табл. 8.1. Таблица 8.1 Результаты испытаний № паковок 1 2 3 4 5 Масса пасм, г Сумма m 1. 2. 3. 4. Контрольные вопросы Какие используют показатели толщины для волокон? Что называется линейной плотностью нитей, в чем она измеряется? Как называется характеристика, обратная линейной плотности нитей? Назовите виды линейной плотности нитей. 53 5. Какие методы применяются для определения линейной плотности нитей? 6. Методика определения линейной плотности нитей длинными отрезками. 7. Методика определения линейной плотности нитей короткими отрезками. 8. Какой показатель характеризует неровноту нитей по линейной плотности? 9. Каким методом определяется показатель неровноты нитей по линейной плотности? 10. Почему фактическая линейная плотность нитей чаще не совпадает с номинальной? Литература 1. Кукин Г. Н., Соловьев А. Н. Текстильное материаловедение. – М.: Легпромбытиздат, 1989. – С. 98–109. 2. Кобляков А. И. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – С. 92–95. 3. Монастырский А. Г. Испытание текстильных материалов. – М.: Легкая индустрия, 1970. – С. 157–164. 4. Иванов С. С. Технический контроль в хлопкопрядении. – М.: Легкая индустрия, 1978. – С. 106–109. 54