Микроскопические исследования структурных изменений волокон ткани в процессе эксплуатации одежды

УДК 677.017

микроскопические исследования структурных изменений волокон ткани в процессе эксплуатации одежды

Лисиенкова Л.Н.,

кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой,

филиал Южно-Уральского государственного университета, г. Златоуст,

Стельмашенко В.И.,

кандидат технических наук, профессор,

ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», г. Москва,

Баранова Е.В., старший преподаватель,

филиал Южно-Уральского государственного университета, г. Златоуст.

The structural organization of materials at the micro and macro levels influence the main reliability indicators of modern materials and clothing such as stability of shape, recoverability, durability. The structural changes in fiber and thread alter the material properties and lead to damages to the original or .set-up product parameters. The analysis of morphological changes in the structure of the fabric fibers uses the raster microscopy to detect the pattern of change in the original structure of the fabric fibers in the process of wear. The assessment of deformation properties in spatial stretch shows that used material samples have decreasing proportion of plastic deformation and increasing percentage of elastic component. The hereditary viscoelasticity theory and the material ability to remember all the prior exposure explains the deformation properties.

Важнейшие показатели надежности современных материалов и пакетов одежды (формоустойчи-вость, восстанавливаемость, потеря прочности) связаны со структурной организацией материалов на микро- и макроуровнях. Структурные изменения волокон и нитей изменяют свойства материалов и приводят к нарушению исходного или заданного состояния изделия.

В исследовании использовали пробы образцов исходного материала и участков изделия (жакет женский, 46размера средней полнотной группы), прошедшего эксплуатационную носку (3,5 года). Выбор участков изделия для отбора образцов проводили с учетом топографии износа. Для анализа морфологических изменений структуры волокон ткани в процессе эксплуатации в работе использована растровая микроскопия. Определён характер изменения исходной структуры волокон ткани в процессе износа.

Оценка деформационных свойств при пространственном растяжении позволила установить, что у образцов бывшего в эксплуатации материала уменьшается доля пластической деформации и увеличивается упругая компонента, что объясняется теорией наследственной вязкоупругости и способностью материала «помнить» все предшествующие воздействия.

Ключевые слова: морфологические изменения структуры волокон ткани, растровая микроскопия, оценка деформационных свойств при пространственном растяжении.

Особенностью современных материалов и пакетов одежды, которые характеризуются высокими предельными прочностными характеристиками, является ярко выраженный релаксационный характер их поведения и способность накапливать значительные остаточные деформации при эксплуатации. Важнейшие показатели

надежности (формоустойчивость, восстанавливаемость, потеря прочности) связаны со структурной организацией материалов на микро- и макроуровнях. Структурные изменения волокон и нитей влияют на свойства материалов и приводят к нарушению исходного или заданного состояния изделия.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

В данной работе проведен анализ морфологических изменений структуры волокон ткани в процессе эксплуатации. Использовалась растровая микроскопия, которая позволила исследовать характер изменения исходной структуры волокон ткани в процессе износа. Важным преимуществом рассматриваемого метода является высокая глубина изображения и контраста

Для исследования использовали пробы образцов исходного материала и участков изделия (жакет женский, 46 размера средней полнотной группы, прошедший эксплуатационную носку 3,5 года). Выбор участков изделия для отбора образцов проводили с учетом топографии износа [1]. Характеристика объектов исследования приведена в табл. 1.

Для изучения структурных изменений волокон ткани на ультрамикротоме были подготовлены пробы срезов (перпендикулярно нитям основы) указанных в вышеприведенной таблице образцов. Для усиления контраста подготовленные образцы напылялись тонким слоем золота. Микроскопические исследования проводили на растровом микроскопе фирмы JEOL (Япония) при различных увеличениях (х110, х330), что по-

зволило исследовать срезы целиком и локальные участки на различной толщине. Результаты микроскопических исследований срезов образцов позволяют установить, что исходный образец № 1 состоит из достаточно равномерной системы основных нитей из смеси шерстяных и синтетических (полиэфирных) волокон. Визуально просматривается рельеф опорной поверхности ткани. Структура волокон характеризуется равномерной толщиной, гладкой наружной поверхностью полиэфирных и плотным чешуйчатым слоем шерстяных волокон. В структуре образца № 2, бывшего в эксплуатации, наблюдается изменение плотности нитей в ткани, рельефа поверхности, уменьшение толщины материала, обусловленные вероятно технологическими и

эксплуатационными воздействиями. Выявлены изменения структуры волокон: микротрещины и неравномерность диаметра по длине, волнистость поверхности полиэфирных волокон и повреждение чешуйчатого слоя шерстяных волокон. Это позволяет подтвердить, что при эксплуатации волокна подвергались истиранию, изгибу, растяжению. Структура волокон образца № 3, которая также имеет изменения по сравне-

Таблица 1

Характеристика объектов исследования

Номер образца Поверхностная плотность г/м2 Линейная плотность нитей, Текс, основа/уток Плотность ткани, число нитей /100мм основа/уток Толщина ткани, мм Переплете- ние Волокнистый состав, % основа/уток

Исходный образец материала

№ 1 Ткань костюмная полу шерстяная (Россия, ГОСТ 28000—2004) 220 21х2 / 44 260 / 240 0,47 саржа 2/1 ВШрс67,ВПэф33/ ВШрс64,ВПэф36

Жакет женский из ткани костюмной полушерстяной ткани *

№ 2 Участок линии подгиба низа рукава

№ 3 Локтевая часть рукава

Микроскопические исследования структурных изменений волокон ткани в процессе эксплуатации одежды

нию с исходным образцом: нарушение чешуйчатого слоя шерстяных волокон, поверхностные микротрещины и неравномерность толщины вследствие многоцикловых растягивающих усилий полиэфирных волокон.

Таким образом, для шерстяных волокон наиболее существенным фактором износа является истирающее воздействие, что и приводит в основном к повреждению чешуйчатого слоя. Растяжение, сжатие, кручение, изгиб в меньшей степени деформируют волокна шерсти по сравнению с полиэфирными. Очевидно, это связанно с молекулярной структурой кератина. Изменение морфологии полиэфирных волокон в основном связанно с многоцикловыми деформациями изгиба, растяжения, что приводит к поверхностным микротрещинам и накоплению остаточных деформаций вследствие релаксационных процессов.

Для оценки степени влияния изменений структуры на деформационные свойства материала исследовали упруго-пластические характеристики образцов № 1—3 при многоосном пространственном растяжении, устройство и методика изложены в работе [2]. Порядок подготовки и испытания проб соответствовали ГОСТ 10681—75, ГОСТ 20566—75, 14067—91, 12023— 2003. Величина относительной среднеквадратической ошибки при статистической обработке результатов не превышала 8,0% при достоверности 0,95, а коэффициент вариации 6,0-8,8%. В таблице 2 представлены компоненты полной деформации для образцов № 1—3, рассчитанные по экспериментальным данным.

Анализ результатов показал, что у образцов № 2, 3 (бывших в эксплуатации) снижается ве-

личина остаточной деформации. Уменьшение доли остаточной и повышение упругой деформаций у образцов в процессе эксплуатации объясняется теорией наследственной вязкоупругости и способностью ткани (волокна) «помнить» все предшествующие воздействия [3]. При снятии нагрузки появляется остаточная деформация, величина которой убывает при каждом последующем цикле “нагрузка-разгрузка“. Постепенно материал меняет свои свойства — доля пластической деформации убывает, а упругой — растет.

Таким образом, проведенные микроскопические исследования позволили установить, что износ приводит к морфологическим изменениям структуры волокон и соответственно к изменению исходных деформационных свойств материала.

Выводы

1. Растровой электронной микроскопией установлено, что для шерстяных волокон наиболее существенным фактором износа в эксплуатации является истирающее воздействие, приводящее к повреждению чешуйчатого слоя. Изменение морфологии полиэфирных волокон связанно с многоцикловыми деформациями растяжения и приводит к поверхностным микротрещинам и накоплению остаточных деформаций.

2. Оценка деформационных свойств при пространственном растяжении позволила установить, что у образцов бывшего в эксплуатации материала уменьшается доля пластической деформации и увеличивается упругая компонента, что объясняется теорией наследственной вязкоупругости и способностью материала «помнить» все предшествующие воздействия.

Таблица 2

Составные части деформации

Номер образца Составные части деформации, % Доли деформации

Полная, £0 Быстрообратимая, £ ’ У Медленнообратимая, £э Остаточная, £ ' п Л£ у Л£ э Л£ п

№ 1 6,58 5,50 0,12 0,96 0,83 0,02 0,15

№ 2 6,92 6,09 0,16 0,67 0,88 0,01 0,01

№ 3 7,06 6,41 0,14 0,51 0,91 0,02 0,07

материаловедение

Литература

1. Гущина К.Г., Беляева С.А., Командрикова Е.Я. и др. Эксплуатационные свойства материалов для одежды и методы оценки их качества: Справочник. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.

2. Баранова Е.В., Лисиенкова Л.Н., Стельмашенко В.И., Саламатин А.В. Устройство для определения деформационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов: заявка на изобретение РФ № 2007114927 от 20.04.2007.

3. Бурмистров А.Г., КочеровА.В., Компьютерный комплекс «RELAX» для оценки качества материалов// Кожевеннообувная промышленность. 1998, № 1. С. 17—19.

УДК 621.771.8

исследование трибологических свойств композиционного покрытия, нанесенного фрикционно-химическим методом

Корнеев А.А.,

кандидат технических наук, доцент,

ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», г. Москва.

The efficiency and quality of utilities and consumer services depends on the technical condition of the technological equipment. The wear and damage of the working surfaces is the most common cause for failure of the machinery working parts. Composite coating applied by the friction-chemical method is a simple and effective way to improve the durability of friction units. The coating test results (of durability, antifrictionality, and tear resistance) show that the tribological characteristics of friction units in the technological equipment for utilities and consumer services improve with the application of the composite coatings.

Эффективность и качество работы предприятий коммунального и бытового обслуживания во многом зависят от технического состояния парка технологического оборудования. Наиболее распространенной причиной выхода из строя деталей и рабочих органов машин является износ и повреждение рабочих поверхностей. Одним из простых и эффективных способов повышения износостойкости узлов трения является композиционное покрытие, нанесенное фрикционно-химическим методом. В статье показаны результаты испытаний этого покрытия на износостойкость, антифрикционность, задирную стойкость. Результаты экспериментов позволяют сделать вывод о возможностях улучшения трибологических характеристик узлов трения технологического оборудования коммунального хозяйства и бытового обслуживания путем нанесения композиционного покрытия.

Ключевые слова: композиционное покрытие, износостойкость, фрикционно-химический метод.

Эффективность и качество работы предприятий коммунального и бытового обслуживания во многом зависят от технического состояния парка технологического оборудования. Современное состояние теории рабочих процессов машин, наличие обширной экспериментальной техники для определения рабочих нагрузок и высокий уровень развития прикладной теории упругости при относительно хороших знаниях физических и механических свойств материалов позволяют обеспечить достаточную прочность деталей машин с большой гарантией от поломок

их в нормальных условиях эксплуатации. Поэтому наиболее распространенной причиной выхода из строя деталей и рабочих органов машин коммунального и бытового назначения является не поломка, а износ и повреждение рабочих поверхностей.

Независимо от вида оборудования срок службы его узлов трения будет определяться конструктивными (схема контакта, макро- и микрогеометрия поверхностей, конструкция рабочих поверхностей, способ подвода смазки), технологическими (структура, химические, физические