 |
Методы испытаний на растяжение до разрушения
|
|
|
|
Методы испытаний текстильных полотен при растяжении до разрыва многочисленны. Они разделяются на одноосные и двухосные, при динамическом и статическом растяжении. Имеются также различия в режиме растяжения, форме элементарной пробы и ее захвата в тиски разрывной машины. Особо выделяются методы испытаний на раздирание.
Одноосное растяжение элементарных проб текстильных полотен происходит раздельно по направлениям: вдоль и поперек полотен, в некоторых случаях под различными углами к продольному и поперечному направлению полотна. Пробы для испытаний вязально-прошивных полотен на растяжение вырезают параллельно прошивным нитям и перпендикулярно им.
Получаемые показатели разрывной нагрузки и других характеристик свойств дают представление об их количественных изменениях в зависимости от приложения растягивающих усилий. Эти показатели существенно отличаются.
Режим растяжения существенно влияет на показатели механических свойств текстильных полотен. При статическом растяжении длительность процесса для текстильных полотен регламентируется до 30 – 60 с, скорость растяжения единичной пробы максимальная и составляет до 0,02 м/с. Скорость при динамическом растяжении: от 1 до 5 м/с (среднескоростное растяжение), от 5 до 100 м/с (высокоскоростное растяжение) и более 100 м/с (сверхскоростное растяжение). Известны [12] следующие методы (и приборы) нагружения при испытании текстильных материалов: гравитационный, при котором меняются скорость деформирования (до 3,5 м/с) и усилие, - маятниковый копер или прибор с падающим грузом (до 11 м/с); электромеханический - приборы с падающим грузом, вращающимся диском (маховиком), с постоянной скоростью деформирования (до 30 м/с) и др.
|
|
|
Схема испытаний с использованием маятникового копра показана на рис. 22, а. Концы пробы 2 заправлены в зажимы 1 и 3, высота маятника в начальном состоянии - h1, высота подъема маятника после разрушения пробы - h1.
Работа разрыва определяется по формуле:
(71)
где Q - масса копра; r - радиус (рабочий) копра; 
; 
.
Рис. 22. Схема испытания с использованием:
а - маятникового копра; б, в - энергии падающего груза
| Скорость перемещения копра - 3,5÷4 м/с, продолжительность растяжения и разрушения - 0,01 с.
В приборах с падающим грузом (рис. 22, б)энергия удара возникает после раздвижки зажимов 2 и 3. Груз 1 падает с высоты Н, ударяя по подставке 4. Скорость центра тяжести при ударе  , где g - ускорение свободного падения груза.
|
Потенциальную энергию удара Ер,Дж, определяют по формуле:
(72)
где m - масса падающего груза.
На показатели разрывной нагрузки влияет режим нагружения элементарной пробы. Разрывные машины для испытаний текстильных полотен в зависимости от задаваемого и поддерживаемого постоянным параметра при нагружении единичных проб разделяются на три группы: с постоянной скоростью опускания нижнего зажима; с постоянной скоростью деформирования пробы; с постоянной скоростью возрастания усилия на пробу.
Разрывные машины первой группы - машины рычажно-маятниковые, со смещением верхнего зажима, связанного с силоизмерителем, до 30 – 40 мм при максимальном усилии. Эти разрывные машины инерционны, что влияет на показатели разрывной нагрузки и разрывного удлинения. Например, при малой деформации единичных проб, но с большой разрывной нагрузкой показатель разрывной нагрузки оказывается несколько завышенным по сравнению с испытаниями на безинерционной разрывной машине, и наоборот, несколько заниженным при большой деформации.
Разрывная нагрузка при испытаниях на разрывных машинах третьей группы в силу инерционности системы (перемещение наклонной плоскости и груза) приводит к увеличению по сравнению с разрывными машины первой и второй групп, разрывной нагрузки и уменьшению разрывного удлинения.
|
|
|
Форма проб и их заправка
Форма единичных проб текстильных полотен, их закрепление в тисках разрывной машины существенно влияют на показателе механических свойств. Наиболее распространена прямоугольная форма единичной пробы (рис. 23, а). Длина пробы между зажимами (зажимная длина) обычно значительно больше ширины. Такой метод заправки пробы известен как стрип-метод. Ширина пробы определяется для ткани между крайними нитями системы, вдоль которой прикладываются растягивающие усилия. Чтобы обеспечить растяжение всех нитей, пробную полоску ткани вырезают на 10 мм шире и затем удаляют нижние нити. При испытании других текстильных полотен ширина полоски пробы соответствует расстоянию между зажимами.
При растяжении полоски происходит ее сужение по ширине. Оно максимально в средней части полоски вследствие того, что нити растягиваемой системы при натяжении изгибают нити пассивной системы (поперечной) и сближаются. Продольные крайние нити полоски в зажимах не могут перемещаться, поэтому образуются переходные зоны. При относительно высокой перенапряженности нитей (в зонах зажима) происходит разрыв. В сильно уплотненных системах, когда сужение затруднено, разрывы пробы могут происходить в ослабленных, дефектных местах, а не на участках пробы у зажима.
Рис. 23. Форма проб и положения зажимов:
а - стрип; б - грэб; в - полугрэб; г - профильная (двойная лопаточка); д - кольцевая (сшитая)
| Для трикотажных полотен характерно разрушение у зажимов тисков, чаще у верхних. При этом у поперечно-вязаного трикотажа наблюдаются случаи роспуска петель. При растяжении трикотажа происходит переориентация элементарных звеньев в силовом поле, сопро- |
вождающаяся часто перетягиванием нитей из одних участков в другие, вследствие чего полоска сужается, иногда значительно (в 2 раза и более). Но нити в петлях у зажимов не могут перемещаться, отдельные участки нитей в петлях оказываются перегруженными и разрушаются. В результате действительная прочность полотен не выявляется.
|
|
|
Неодинакова также деформация полоски в средней части и зонах у зажимов. Деформация участков пробы в заблокированных зонах (близкой к зажимам) значительно меньше, чем средней части.
Другим методом заправки при испытании на растяжение до разрыва является грэб-метод, когда полоска пробы шире тисков зажимов (рис. 23, б). Сужение полоски при таком методе заправки уменьшается, так как оно сдерживается элементами структуры, непосредственно не подвергающимися растяжению. При такой заправке разница в деформации отдельных участков уменьшается и показатели разрывной нагрузки по сравнению с заправкой стрип-методом увеличиваются.
Еще один метод - использование профильной полоски в виде двойной лопаточки (рис. 23, г). При такой форме единичной пробы достигается более объективная оценка показателей механических свойств [6]. Форма такой элементарной пробы (рис. 24) имеет зоны разной ширины: две зоны, сужающиеся зажимов, переходят в прямоугольную среднюю часть, ширина которой по сравнению с шириной в зажиме в 2 раза меньше. В результате разрыв пробы происходит только на среднем участке и, естественно, показатели относительной разрывной нагрузки и разрывного удлинения, особенно у сильно растягивающихся полотен, увеличиваются по сравнению с испытаниями стрип-методом.
Рис. 24. Размеры пробы профильной формы для трикотажных полотен:
а – по И.И. Шалову; б – А.И. Коблякову; в – с зажимами длиной 50 мм.
| Размеры элементарных проб в зоне между зажимами влияют на результаты испытаний. С увеличением размеров проб увеличивается вероятность появления дефектных или ослабленных мест в пробе, в результате чего разрывная нагрузка и относительная деформация уменьшаются. Многочисленные исследования влияния размеров на показатели механических свойств тканей подтвердили |
[13], что оптимальным является рабочий размер 100х25 мм. Оптимальными являются полоски профильной формы в виде двойной лопаточки с рабочей шириной 25 мм и зажимной длиной 50 мм (допускается и 100 мм). При этом длина профильной части должна быть меньше зажимной длины на 10%.
|
|
|
Кроме описанных, существуют испытания текстильных полотен на раздирание, на двухосное растяжение, на фрикционные свойства (коэффициент тангенциального сопротивления), а также на многократное растяжение.
Выбор видов и объема испытаний текстильных полотен, используемых для армирования в композиционных материалах, определяется природой полотна, технологией переработки в композит и условиями эксплуатации полученного изделия.
|
|
|
