Курс лекций Материаловедение

КУРС ЛЕКЦИЙ
Строение и свойства текстильных волокон и нитей.
Рисунок 1 - Классификация текстильных волокон.
Основные характеристики свойств волокон и нитей. Различают качественные и
количественные характеристики (признаки) свойств, имеющие размерность.
Текстильные волокна характеризуются свойствами:
1.
геометрическими,
2.
механическими,
3.
физическими,
4.
химическими.
1. Характеристики
геометрических
свойств
волокон.
Основными
геометрическими свойствами волокон являются длина, толщина и формы
поперечного сечения и продольной оси, которые имеют соответствующие
характеристики.
Форму поперечного сечения определяют при описании структуры волокна и
ее распознавании.
Длина волокна L, мм, — расстояние между концами распрямленного
волокна.
Толщину волокон характеризуют косвенными величинами.
Линейная плотность Т, текс, выражается массой единицы длины
волокна и определяется по формуле
Т = т/ L,
где т — масса волокна, мг; L — длина волокна, м.
Площадь поперечного сечения S, мм2, также является характеристикой
толщины волокна или нити и рассчитывается по формуле
S= 0,001T/ ɣ
где ɣ — плотность вещества волокна, мг/мм3.
Если принять поперечное сечение волокна близким к круглой форме,
можно определить его условный диаметр dусл, мм,
dусл = 0,0357
Продольная форма волокна характеризуется извитостью — числом витков
на 1 см длины, подсчитанной при натяжении, соответствующем массе 10м
волокна.
2. Характеристики механических свойств. Механические свойства
волокон проявляются при приложении внешних сил, среди которых
растягивающие и изгибающие силы имеют наибольшее значение.
Разрывное усилие (нагрузка] Рр, сН (гс), — наибольшее усилие, испытываемое
волокном к моменту его разрыва.
Разрывное напряжение σр, МПа, характеризует разрывную нагрузку,
приходящуюся на единицу площади поперечного сечения; оно определяется
по формуле
σр=0,01 Рр / S
Удельное разрывное усилие (нагрузка) Ру, сН/текс (гс/текс), характеризует
разрывную нагрузку, приходящуюся на единицу толщины
Ру = Рр / Т
Абсолютное разрывное удлинение lр, мм показывает увеличение длины
волокна к моменту разрыва
lр = Lp – L0
где Lp – длина образца к моменту разрыва, мм
L0 – начальная длина образца волокна, мм
Относительное разрывное удлинение εр, %, показывает, какую часть от
первоначальной длины образца составляет его абсолютное удлинение к
моменту разрыва:
εр = 100 lр / L0
При
приложении
растягивающих
усилий
меньше
разрывных
и
последующей разгрузке и отдыхе определяют полную деформацию и ее
составные части (компоненты).
Полная деформация εпол, %, — деформация, которую приобретает волокно
к концу периода нагружения.
Упругая деформация εу, %, — часть полной деформации, которая
практически мгновенно (за десятитысячные доли секунды) исчезает при
прекращении действия внешней силы. Она является следствием действия
небольших изменений средних расстояний между звеньями и атомами
макромолекул при сохранении связей между ними.
Эластическая деформация εэ, %, — часть полной деформации, которая
возникает при нагружении и исчезает после разгрузки постепенно. Она
связана с перегруппировкой и изменением конфигурации макромолекул,
что, как известно, протекает во времени с различной скоростью.
Пластическая деформация εп, %, — неисчезающая часть полной
деформации. Она обусловлена необратимыми смещениями структурных
элементов волокон и отдельных макромолекул, а также возможным
разрывом макромолекул под действием внешних сил.
Упругая деформация и часть эластической деформации с очень высокой
скоростью проявления составляют быстрообратимую компоненту полной
деформации, пластическая и часть эластической с очень малой скоростью
исчезновения — остаточную компоненту, остальная часть деформации —
медленнообратимую.
Эластичность волокна показывает, какую долю в полной деформации
составляет ее обратимая часть; чаще всего она выражается в процентах.
Характеристики
физических
свойств.
К
основным
физическим
свойствам волокон относятся гигроскопические, термические свойства,
устойчивость к светопогоде и др. Гигроскопические свойства оцениваются
фактической, кондиционной, максимальной влажностью.
Фактическая влажность Wф, %, показывает, какую часть от массы сухого
волокна составляет влага, содержащаяся в нем при данных атмосферных
условиях
Wф = 100 (т - mс)/mс
где т и тс — соответственно масса, г, волокна до и после сушки до
постоянной массы.
Кондиционная влажность WК, %, — влажность волокна при нормальных
атмосферных условиях (температуре воздуха 20 °С и относительной влажности
воздуха 65 %).
Максимальная влажность (гигроскопичность) W100 — это влажность волокна
при относительной влажности воздуха, близкой к 100%, и температуре 200С.
Термические свойства волокон характеризуют их поведение при изменении
температуры. Они оцениваются по изменению механических свойств волокон.
Теплостойкость — максимальная температура нагрева, при которой
наблюдаются обратимые изменения механических свойств волокон; с
понижением температуры эти изменения исчезают.
Термостойкость — температура, выше которой происходят необратимые
изменения в структуре и свойствах волокон.
Устойчивость
к
светопогоде
характеризует
способность
волокон
сопротивляться разрушающему действию света, кислорода воздуха, влаги и
тепла. Обычно она оценивается по изменению показателей основных
механических
свойств
после
длительных
воздействий
всех
факторов
светопогоды.
Характеристики химических свойств. Химические свойства волокон
характеризуются их устойчивостью к действию кислот, щелочей и различных
химических реагентов, которые используются при производстве текстильных
материалов (например, в процессе отделки) и при эксплуатации изделий
(стирка, химчистка и др.)
Классификация текстильных нитей.
Рисунок 2 - Классификация текстильных нитей
Пряжа. Это текстильная нить, изготовленная из штапельных волокон.
Пряжа по строению делится на:

одиночную,
состоящую
из
элементарных
волокон
при
скручивании на прядильных машинах;

трощеную, состоящую из двух и более сложенных нитей, не
соединенных между собой круткой;

крученую, состоящую из скрученных двух или более нитей.
Аппаратная пряжа вырабатывается из коротковолокнистого хлопка, шерсти
и смеси с химическими волокнами., с добавлением отходов прядильного
производства. Она состоит из мало распрямленных и мало ориентированных
волокон. Обладает хорошими теплозащитными свойствами.
Кардная
пряжа
химических
вырабатывается
волокон.
Состоит
из
из
средневолокнистого
относительно
хлопка
и
распрямленных
и
ориентированных волокон, которые располагаются по винтовым линиям.
Пряжа не всегда равномерна по толщине и крутке.
Гребенная пряжа вырабатывается из длинноволокнистого хлопка, льна,
шерсти, шелка. Распрямленные и ориентированные волокна равномерно
распределены по длине и поперечному сечению.
Высокообъемная пряжа получается из смеси разноусадочных волокон,
повышенной объемностью и растяжимостью.
Основные характеристики структуры и свойств текстильных нитей –
Линейная плотность, направление крутки, крутка, коэффициент крутки и
величина укрутки.
Линейная плотность Т, текс, определяется по формуле
Т = т/ L,
где т — масса нити, мг; L — длина нити, м.
Метрический номер нити , величина, обратная линейной плотности
NM =L/m
Условный диаметр нити dусл, мм,
T NM =1000
dусл = 0,0357
Расчетный диаметр dР, мм
dР= 0,0357
Направление
крутки
характеризует
расположение
витков
периферийного слоя нити: при правой крутке (Z) составляющие нити
направлены слева вверх направо, при левой крутке (S) – справа налево.
Крутка К, кр./м, определяется числом кручений (витков) периферийного
слоя нити, приходящихся на 1 м длины нити. Величина крутки зависит от
угла кручения, линейной плотности нити и ее средней плотности
может быть определена по формуле
К = 8911tgᵝ
Коэффициент крутки ɑ равен
ɑ = 0,01К
Величина укрутки U, % равна
U = 100(L1 – L0)/L1
Где L1 – длина раскрученной нити, мм
L0 – длина крученой нити, мм
Классификация тканей.
и
Рисунок 3 - Классификация тканей
Характеристика строения ткани.
Плотность расположения нитей в ткани оценивают числом нитей основы (П0) и
утка (Пу) на условной длине ткани, равной 100 мм. Значения П0 и Пу у большинства тканей колеблются в пределах 100 — 500 нитей.
Линейное заполнение ткани по основе Е0 и утку Еу, %, показывает, какую
часть длины ткани L занимают поперечники параллельно лежащих нитей
основы или утка (без учета их переплетения с нитями перпендикулярной
системы). При длине L = 100 мм линейное заполнение составит
По основе Е0 = dО П0
По утку Еу,= dУ Пу
Где dО, dУ – расчетные диаметры основы и утка
Поверхностное заполнение ЕS, %, ткани показывает, какую часть площади
ткани занимает площадь проекций нитей основы и утка.
Поверхностное заполнение составит:
ЕS = Е0 + Еу – 0,01 Е0 Еу
Заполнение по массе Еm,% определяется отношением массы нитей к массе,
которую мог бы иметь материал при условии полного заполнения объема
материала веществом волокна
Еm = 100
Где
Т/
- плотность вещества волокна, мг/мм3,
Т
– средняя плотность нитей
и ткани.
Поверхностная пористость RS =100 - ЕS
(%), показывает отношение
площади сквозных пор к площади ткани.
Объемная пористость RV = 100 - Еу (%), характеризует долю воздушных
промежутков между нитями в объеме ткани.
Общая пористость RОБЩ =100 - Еm (%),характеризует долю всех пор,
образующихся между нитями, внутри нитей и волокон.
Линейное наполнение Н, % показывает, какую часть длины ткани вдоль
нитей основы или утка занимают поперечники нитей обеих систем с учетом их
переплетения
Поверхностное наполнение.
Трикотажные полотна.
Рисунок 4 - Классификация трикотажных полотен
Основные характеристики трикотажа.
Петельный шаг А, высота петельного ряда В, плотность по горизонтали Пг,
плотность по вертикали Пв, длина нити в петле l, поверхностная плотность
трикотажа mS , модуль петли и показатели заполнения.
Петельный шаг А, мм – расстояние между двумя соседними петельными
столбиками. Высота петельного ряда В, мм – расстояние между двумя
соседними рядами.
Пг = 100/А, Пв = 100/В
Длина нити в петле l определяется опытным или расчетным путем.
Линейное заполнение Е, % показывает какая часть прямолинейного
горизонтального или вертикального участка трикотажа занята нитями dн
Ег= 2 dн Пг;
Ев = dн Пв
Поверхностное заполнение Еп, % какая часть от площади, занимаемой
петлей, составляет площадь проекции нити в петле.
Объемное заполнение Еv,% рассчитывается аналогично ткани.
Линейный модуль m показывает, какое число диаметров нити укладывается в
длине нити в петле.
Поверхностный модуль mП отношение площади одной петли в трикотаже к
площади, занимаемой нитью петли.
Изменение линейных размеров материалов (усадка).
Усадка – уменьшение размеров, притяжка – увеличение размеров.
λ= (L1 –L0)100/L0
L1 – длина участка после мокрой обработки
L0 – длина участка до мокрой обработки.
Рисунок 5 - Классификация нетканных полотен
Рисунок 6 – Механические свойства тканей и трикотажа