Геометрические свойства волокон и нитей

 

Под геометрическими свойствами понимают размеры и форму волокон и нитей, а основными характеристиками их размеров являются длина и толщина. Форму поперечных сечений определяют при структурном анализе. Толщину измеряют как для волокон, так и для нитей, тогда как длину и ее неравномерность - только для волокон. От длины и толщины волокон существенно зависит не только свойства текстильных форм, но и выбор технологии их текстильной переработки. Толщина нитей определяет материалоемкость, толщину изделий и их физико-механические характеристики.

Под длиной волокна понимают наибольшее расстояние между его концами. В массе волокон длина их неодинакова, поэтому используют различные сводные характеристики длины и неравномерности волокон по длине, а также дополнительные характеристики. К числу сводных характеристик относят среднюю (фактическую) длину Lа.

                   (3)

где L_i - длина отдельного волокна; n_i - число волокон длиной L_i.

и среднюю массодлину L_g, определяемую по уравнению:

              (4)

где М_i - масса волокон длиной L_i.

Для характеристики длины некоторых волокон используют модальную L, штапельную массодлину L. Модальная массодлина L соответствует длине волокон, составляющих группу с наибольшей массой. Штапельная массодлина L=1,1 m.

Для оценки неравномерности длины волокон используют элементы и понятия математической статистики (среднеквадратичное отклонение, коэффициент вариации, диаграммы распределения и др.)

Известны несколько специализированных методов определения длины волокон:

- промер отдельных волокон;

- сортировка штапелей или разделение штапеля волокон на классы длин;

- измерение длины волокон без разделения штапеля на группы длин;

- измерение длины волокон очесыванием зажатой части продукта.

Для реализации перечисленных методов используют различные механические, электрические и оптические приборы. Толщину волокон и нитей характеризуют линейными размерами поперечного сечения (рис 8), его площадью или массой единицы длины, называемой линейной плотностью.

Рис. 8 – Формы поперечного сечения волокон и нитей

Относительно малая по сравнению с длиной величина поперечных размеров волокон и незначительная абсолютная их величина привели к применению для оценки толщины волокон термина “тонина”.

Использование для характеристик толщины волокон и нитей средних размеров (диаметра) поперечного сечения при его неправильной форме, а также при наличии пустот внутри элементарного волокна или нити и воздушных прослоек между элементарными нитями - может привести к неправильной оценке их толщины. Поэтому толщину чаще характеризуют косвенно массой единицы длины - линейной плотностью или показателем толщины. Для обратной характеристики, т. е. тонины волокон и нитей, используют номер и показатель тонины.

Наиболее часто толщину волокон и нитей характеризуют линейной плотностью Т:

                                      (5)

где М - масса, мг, г; L - длина, м, км.

Единица линейной плотности мг/м или г/км имеет условное наименование текс.

Целесообразно линейную плотность (толщину) тонких волокон выражать в мг/км, т.е. в миллитексах (мтекс), а толстых нитей, веревок и канатов в кг/км, т.е. в килотексах (ктекс).

Чем выше показатель линейной плотности волокон или нитей, тем они толще, т.е. этот показатель характеризует толщину.

Судить о размерах площади поперечного сечения волокон и нитей из вещества с разной плотностью γ только по показателю линейной плотности Т нельзя. Так, например, при одинаковой линейной плотности 0,2 текс площадь поперечного сечения капроновой элементарной нити (γ = 1,14) будет равна 10³·0,2/1,14 = 175 мкм², а стеклянной элементарной нити (γ = 2,5) будет равна 10³·0,2/2,5 = 80 мкм², т. е. в два с лишним раза меньше.

Толщину волокон и нитей, имеющих близкую к круглой форму поперечного сечения и полностью заполненных веществом, можно характеризовать диаметром сечения d_yc. Тогда площадь поперечного сечения  с учетом формулы , а . Здесь d_yc представляет собой воображаемый поперечник волокон, пряжи или комплексных нитей, когда внутри самих волокон или между отдельными волокнами в пряже или элементарными нитями в комплексных нитях поры или пустоты отсутствуют.

В волокнах имеются микропустоты, канал (в хлопке), сердцевина (в остевом и мертвом волокне шерсти), пустоты за счет неплотного прилегания друг к другу волокон в пряже или элементарных нитей в химических комплексных нитях. Поэтому диаметр сечения, измеренный по внешнему контуру, больше условного d_yc и называется расчетным d_р. При определении d_р, мм, вместо плотности у, мг/мм³, используют среднюю плотность ρ волокон или нитей:

                    (6)

Линейную плотность, мтекс, определяют по формуле:

                                 (7)

Между площадью поперечного сечения S и линейной плотностью существует связь:

                                 (8)

где M - масса текстильной формы, мг; L¢ - длина текстильной формы, мм; S – площадь поперечного сечения, мм²; r - плотность вещества, мг/мм³.

Подставив формулу (8) в уравнение (7) имеем:

            (9)

При сравнении толщины волокон и нитей с разной плотностью целесообразно использовать показатель толщины t:

                        (10)

Показатель толщины определяет площадь, заполненную 1000 волокон или нитей.

Другой, но обратной характеристикой, является показатель тонины 1/мм²:

      (11)

Он имеет реальный физический смысл и равен числу волокон или нитей с общей площадью поперечного сечения 1 мм².

Тонину волокон и нитей иногда характеризуют номером N, мм/мг, м/г, км/кг:

                                   (12)

где L₀ – длина образца, мм, м, км; M₀ – масса образца, мг, г, кг.

Для сопоставления номера N, м/г и линейной плотности Т, текс, используют соотношение:

                                (13)

За рубежом используют другую единицу линейной плотности - денье, соответствующую массе, г, нити длиной 9 км. Линейную плотность, выраженную в денье, обычно называют “титр”.

                                      (14)

где T_i – линейная плотность, выраженная в титрах или денье.

К характеристикам толщины волокон и нитей относят также условный d_ус. и d_р расчетный диаметры, удельную поверхность и кроющую способность.

Условный диаметр вычисляют по формуле:

    (15)

где t - показатель толщины, определяемый по формуле (10).

Для круглых элементарных волокон и нитей d_ус » d_р.

Удельная поверхность F₀ и кроющая способность F₁ косвенно характеризуют тонину волокон и нитей. Удельную поверхность определяют отношением боковой поверхности к объему:

(16)

где L – длина волокна, мм; Р – периметр поперечного сечения, мм; S – площадь поперечного сечения, мм²; r - плотность вещества волокна, мг/м³; Т – линейная плотность, текс; t - показатель толщины, определяемый по формуле (10).

Кроящая способность F₁,м /кг, аналогична удельной поверхности и определяет площадь, полностью перекрываемой нитью массой 1 кг.

                     (17)

где L – длина нити, м; d_p – расчетный диаметр нити, мм; М – масса нити, кг.

Для определения характеристик толщины волокон и нитей используют специальные толщиномеры, микроскопы с окулярным микрометром или проектор, имеющий на экране шкалу. Для некоторых типов волокон и нитей диаметр и линейную плотность определяют по воздухопроницаемости слоя, используют специальные вибрационные установки и др.

 

Предыдущая123456789101112Следующая

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: