способ испытания текстильных материалов при одноцикловом растяжении

Формула изобретения

Способ испытания текстильных материалов при одноцикловом растяжении под постоянной нагрузкой меньше разрывной, по которому образец из испытываемого материала подвергают динамическому растяжению постоянной нагрузкой 10-25% от разрывной и отдыху в свободном состоянии в водной среде в течение 15-30 мин при температуре 20-100°C и измеряют деформацию, отличающийся тем, что на этапе динамического растяжения постоянной нагрузкой установку с пробами помещают в печь сверхвысокочастотного электромагнитного поля при мощности микроволн 580-620 Вт и выдерживают в течение 1-1,5 мин.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к способам исследования физико-механических свойств текстильных материалов, в частности к способам исследования релаксационных характеристик текстильных материалов при одноосном одноцикловом растяжении, и может быть использовано в текстильном материаловедении, легкой промышленности и бытовом обслуживании.

Известен способ исследования релаксационных характеристик текстильных материалов (тканей, трикотажных, нетканых и других) при одноосном одноцикловом растяжении, предназначенный для испытания при постоянном усилии на приборе «Релаксометр Р-МТИЛП», заключающийся в фиксации пробы текстильного материала (25×200 мм) в верхний неподвижный зажим прибора. Нижний конец пробы фиксируется в зажим, к которому прикладывается растягивающее (нагружающее) усилие 10-25% от разрывной нагрузки. Испытания проводят при комнатной температуре 20±2°C. Продолжительность действия растягивающего усилия на пробу составляет 60 мин. Измерение величины деформации (удлинения) пробы материала осуществляют с помощью индикатора, соединенного с пробой через передаточный механизм. После снятия нагрузки проба отдыхает в течение 120±1 мин. Продолжительность от разгрузки до первого измерения длины пробы составляет 2-5 сек. Второе измерение производят через 120±1 мин после разгрузки. Затем рассчитывают величину полной деформации пробы, %, ( _пол=100(l_к-l₀)/l₀ ) и составные части полной деформации, %, условно упругую ( _y=100(l_к-l_к)/l₀ ), условно эластическую ( _э=100(l₁-l₂)/l₀ ) и условно пластическую ( _п=100(l₂-l₀)/l₀ ), где l_к - длина пробы перед разгрузкой, l₀ - первоначальная длина пробы, l₁ - длина пробы через 2-5 сек после разгрузки, l₂ - длина пробы через 120 мин после разгрузки. Величина полной деформации характеризует способность материала к формообразованию, пластической - к формозакреплению, упругой и эластической - к сохранению формы в процессе эксплуатации изделий (стр.222-224. Жихарев А.П. Практикум по материаловедению в производстве изделий легкой промышленности: Учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений / А.П.Жихарев, Б.Я.Краснов, Д.Г.Петропавловский. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 464 с.).

Недостатком данного способа является высокая продолжительность эксперимента 180±2 минут, а также несоответствие условий испытания и релаксации напряжений (20±2°C) условиям формования изделий (100-150°C), что приводит к получению недостоверных результатов и неверной оценки формовочной способности текстильных материалов.

Известен способ определения полной деформации текстильных материалов и ее компонентов при растяжении нагрузкой меньше разрывной (10-25% от разрывной), по которому испытание проводят на «релаксометре типа стойка», состоящем из узла крепления пробы ткани, механизма нагружения, датчика измерения удлинения пробы, измерительной линейки и секундомера. Испытания проводят при комнатной температуре 20±2°C. Пробу выдерживают под нагрузкой в течение 120±1 мин. По истечении этого времени определяют величину полной деформации пробы материала ( _пол=100(l_к-l₀)/l₀ ). Затем пробу разгружают, измеряют ее длину и определяют величину условно упругой составляющей полной деформации ( _у=100(l_к-l₁)/l₀ ). Элементарную пробу текстильного материала продолжают выдерживать в ненагруженном состоянии в течение 120±1 мин, вновь измеряют длину пробы и определяют величину условно эластической ( _э=100(l₁-l₂)/l₀ ) и условно пластической ( _п=100(l₂-l₀)/l₀ ) деформации, где l_к - длина пробы перед разгрузкой, l₀ - первоначальная длина пробы, l₁ - длина пробы через 2-5 сек после разгрузки, l₂ - длина пробы через 120 мин после разгрузки (ГОСТ 29104.22-91 Ткани технические. Метод определения компонентов полного удлинения при растяжении нагрузкой меньше разрывной. М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. - 5 с.).

Недостатками данного способа являются высокая продолжительность эксперимента 240±2 минут, а также несоответствие условий испытания и релаксации напряжений (температура 20±2°C) условиям формования изделий (температура 100-150°C), что приводит к получению недостоверных результатов и неверной оценки формовочной способности материалов.

Известен способ испытания текстильных материалов (тканей, трикотажных, нетканых и других) при одноцикловом одноосном растяжении и постоянной нагрузке меньше разрывной, 10-25% от разрывной, по которому образец из испытываемого материала подвергают динамическому растяжению нагрузкой меньше разрывной в течение 60 минут, при комнатной температуре 20±2°C. Полную деформацию регистрируют как изменение длины образца через 60±1 мин нагружения и завершения затухающих свободных колебаний образца, о чем свидетельствует отсутствие прироста длины образца под действием приложенной нагрузки ( _пол=100·(l_к-l₀)/l ₀). Для определения релаксационных характеристик через 2-5 сек после снятия нагрузки фиксируют условно упругую деформацию ( _у=100·(l_к-l₁)/l ₀). Затем на стадии отдыха образец снимают с установки и на 15-30 мин в свободном состоянии погружают в емкость с активной средой (водой или водными растворами, например сульфата натрия) при температуре 20-100°C, с целью перевода образца в высокоэластическое состояние, ускорения релаксационного процесса и выявления вынужденной условно эластической деформации ( _э=100·(l₁-l₂)/l ₀) и условно пластической деформации ( _п=100·(l₂-l₀)/l ₀), где l_к - длина пробы перед разгрузкой, l ₀ - первоначальная длина пробы, l₁ - длина пробы через 2-5 сек после разгрузки, l₂ - длина пробы через 120 мин после разгрузки.

Испытание образцов на динамическое растяжение постоянной нагрузкой проводят на установке «Релаксометр типа стойка», состоящей из узла крепления пробы ткани, механизма нагружения, датчика измерения удлинения пробы, измерительной линейки и секундомера. Образец пробы закрепляют в зажимы установки и фиксируют начальную точку для отсчета полной деформации. Растягивающее усилие - нагрузку, подвешивают к нижнему концу пробы. Время фиксируют секундомером, а изменение длины пробы - измерительной линейкой. В результате в способе испытания условия эксперимента на стадии отдыха приближены к реальным условиям фиксации формы материалов на этапе завершения процесса формования деталей швейных изделий, а затраты времени на эксперимент сокращаются со 180 до 90±1 мин. (А.С. SU 1796980, кл. G01N 3/30. Способ испытания текстильного материала на растяжение методом исследования релаксационных характеристик /Н.А.Смирнова, К.Е.Перепелкин, Ж.Ю.Койтова и И.Г.Леонтьева. - заявка № 4904269/28; заявлено 22.01.1991; опубл. 23.02.1993. Бюл. № 7) (Прототип).

Недостатком данного способа является высокая продолжительность эксперимента 90±2 мин, а также условия эксперимента лишь частично приближены к реальным условиям процесса формования деталей швейных изделий, так как процесс нагружения пробы текстильного материала протекает при температуре 20±2°C, в то время как процесс формования деталей одежды происходит при повышенной температуре 90-150°C (в зависимости от волокнистого состава текстильного материала), что не позволяет получить достоверные результаты деформационных свойств и формовочной способности текстильных материалов.

Задачей предлагаемого изобретения является сокращение затрат времени и приближение условий проведения испытания по определению релаксационных характеристик текстильных материалов при одноцикловом растяжении к условиям процесса изготовления и эксплуатации одежды для получения реальных характеристик деформационных свойств и формовочной способности материалов для одежды и повышения качества и надежности швейных изделий.

Решение задачи достигается тем, что в способе испытания текстильных материалов - тканей, трикотажных, нетканых и других, при одноцикловом растяжении и постоянной нагрузке меньше разрывной, 10-25% от разрывной, образец из испытываемого материала подвергают динамическому растяжению нагрузкой и отдыху в свободном состоянии в водной среде в течение 15-30 мин при температуре 20-100°C и измеряют деформацию, по которой судят о деформационной и формовочной способности и релаксационных характеристиках материалов и формоустойчивости швейных изделий, дополнительно образец на этапе динамического растяжения постоянной нагрузкой подвергают воздействию сверхвысокочастотного (СВЧ) электромагнитного поля (ЭМП) при мощности микроволн 580-620 Вт и выдерживают в течение 1-1,5 мин.

Данные испытания ткани арт. 23336 по разработанному способу представлены в таблице 1.

Способ осуществляли следующим образом: испытуемые образцы размером 25×200 мм вырезанные по пять штук по основе, утку и под углом 45 градусов к нитям основы, после кондиционирования при нормальных условиях (ГОСТ 10681-75) закрепляют в верхний неподвижный зажим установки «Релаксометр типа стойка», изготовленной из неэлектропроводного материала. Установку помещают в камеру СВЧ ЭМП печи. Печь СВЧ ЭМП бытового назначения, размеры камеры 500×500×1000 мм. Нижний конец пробы фиксируют в зажим, к которому прикладывают растягивающее (нагружающее) усилие 15 Н (для сопоставимости условий испытания выбрана постоянная нагрузка - 10% от разрывной).

Измерение деформации (удлинения) пробы в ходе эксперимента осуществляют по шкале измерительной линейки (ГОСТ 17435-72) с помощью стрелки, закрепленной на нижнем конце пробы по линии фиксации растягивающего усилия, и отмечают начальную точку для отсчета полной деформации проб. Задают мощность СВЧ микроволн 580-620 Вт и выдерживают пробы в течение 1-1,5 мин под воздействия СВЧ ЭМП. По истечении заданного времени печь СВЧ ЭМП автоматически отключается и подается звуковой сигнал. Полную деформацию регистрируют как изменение длины образца через 1-1,5 мин нагружения под воздействием СВЧ ЭМП и завершения затухающих свободных колебаний образца, о чем свидетельствует отсутствие прироста длины пробы. Температура пробы возрастает до 80-90°C, что приводит к ускорению перехода волокнообразующего полимера из стеклообразного в высокоэластическое состояние и деформированию образца текстильного материала под нагрузкой, таким образом, условия эксперимента приближены к условиям формования деталей одежды. Температуру пробы измеряют термопарой ТР-01 (ISO 49V6F22). Полную деформацию пробы материала рассчитывают по формуле: _пол=100·(l_к-l₀)/l ₀. Условно упругую деформацию фиксируют (измеряют) через 2-5 сек после снятия нагрузки и рассчитывают по формуле: _у=100·(l_к-l₁)/l ₀.

С целью ускорения релаксационного процесса и имитации условий формования деталей одежды на стадии отдыха пробу снимают с установки и на 20 мин в свободном состоянии погружают в открытую емкость с горячей водой при температуре 80±1°C, которая постепенно остывает до температуры 25±5°C. После отдыха пробу вынимают из емкости с водой и измеряют линейкой расстояние между метками. Определяют значение условной эластической деформации по формуле: _э=100·(l₁-l₂)/l ₀) и определяют условно пластическую деформацию по формуле: _п=100·(l₂-l₀)/l ₀, где l_к - длина пробы перед разгрузкой, l ₀ - первоначальная длина пробы, l₁ - длина пробы через 2-5 сек после разгрузки, l₂ - длина пробы через 20 мин после разгрузки.

В результате затраты времени на проведение эксперимента сокращены (по сравнению с прототипом) с 90±1 мин до 22±2 мин, и условия эксперимента приближены к реальным условиям процесса формования деталей швейных изделий. Полученные результаты полной деформации и ее составных частей имеют реальный характер и позволяют прогнозировать формоустойчивость и качество швейных изделий и обоснованно выбирать материалы в пакет одежды.

Полную деформацию и ее составные части оценивают как среднее арифметическое из 5 замеров (испытаний) по основе и по утку. Результаты испытаний ткани арт. 23336 представлены в таблице 1, аналогичная зависимость наблюдается и на других материалах. Характеристика структуры материалов, которые испытывали по разработанному способу: ткань арт. 23336 (камвольная полушерстяная (44% шерсти, 56% лавсана) пестротканая костюмная ткань, поверхностной плотности 248 г/м); трикотажное полотно арт. 847511261701 (пестровязаное 70Ш 30ПАН, поверхностной плотности 450 г/м²); нетканое полотно арт. 928607 (полушерстяной ватин поверхностной плотности 420 г/м²), композиционный многослойный материал арт. КМ-238 (клеевое соединение ткани (50% лавсан и 50% капрон) и трикотажного 100% капронового полотна), поверхностной плотности 318 г/м².

Как видно из таблицы 1, максимальная деформация ( _пол) ткани арт. 23336 наблюдается при мощности микроволн СВЧ ЭМП 580-620 Вт и продолжительности действия нагрузки 1-1,5 мин (Примеры 6, 7, 10, 11, 14 и 15). При этом полная деформация возрастает примерно в 2 раза по сравнению с прототипом, так как в условиях эксперимента по предлагаемому способу ускоряется переход волокнообразующего полимера из стеклообразного в высокоэластическое состояние и облегчается деформирование структурных элементов образца текстильного материала, что приближает условия эксперимента к условиям формования деталей одежды. Отмечено значительное увеличение пластической (остаточной) ( _п) деформации, что свидетельствует о хорошей формовочной способности, а по-прежнему высокое значение упругой ( _у) и эластической ( _э) деформаций свидетельствуют о высокой формоустойчивости материалов в процессе эксплуатации одежды.

Снижение мощности микроволн СВЧ ЭМП ниже 580 Вт или продолжительности воздействия нагрузки менее 1 мин не дает желаемого результата, так как состояние равновесия не достигнуто и деформация материала и длина образца продолжают увеличиваться (примеры 1-4, 5, 9, 13).

Увеличение мощности микроволн СВЧ ЭМП более 620 Вт или продолжительности воздействия нагрузки более 2 мин экономически не целесообразно, так как дальнейшее увеличение деформации (длины) образца не происходит из-за достижения равновесия в структуре материала при данной нагрузке (примеры 8, 12, 16-20).

Таким образом, преимущество предлагаемого способа заключается в снижении затрат времени на проведение испытания, а также в проведении испытаний в условиях, приближенных к условиям изготовления и эксплуатации одежды, в результате полученные значения полной деформации и ее компонентов носят реальный характер, что позволит дать объективную оценку формовочной способности и формоустойчивости материалов, дать рекомендации рационального конфекционирования материалов в пакет изделия и технологии его изготовления и обеспечит качество швейного изделия.