СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТРИКОТАЖНОГО ПОЛОТНА ПРИ ДВУХОСНОМ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОМ СОСТОЯНИИ
METHOD OF MEASURING DEFORMATION PROPERTIES OF KNITTED FABRIC WITH BIAXIAL STRESS-STRAIN STATE

Изобретение относится к области испытаний текстильных материалов, главным образом, трикотажных полотен и изделий с целью определения деформационных характеристик материала, в частности, определении зависимости напряженного состояния полотна от величины деформации.
Более конкретно, изобретение относится к испытанию трикотажных полотен при двухосной деформации трубчатых образцов, относящихся, например, к технологии чулочно-носочного производства. Характеристики деформационных свойств являются основными при проектировании и производстве трикотажных изделий, при надевании и эксплуатации которых возникает двухосная деформация трикотажного полотна. При этом, в зависимости от деформационных характеристик при растяжении полотна, в частности, коэффициентов упругости или жесткости, возникает определенный уровень компрессионного взаимодействия трикотажного полотна и участков изделий с опорной поверхностью тела человека и, как следствие, определенные условия комфорта (или дискомфорта) при носке изделий. Знание характеристик упругости при двухосной деформации трикотажного полотна позволяет рассчитывать и проектировать размеры изделий и выбирать деформационные свойства полотен в зависимости от назначения изделий и предъявляемых требований. Определение деформационных характеристик при двухосном растяжении имеет также существенное значение для трикотажных полотен, используемых для формирования из полотна различных оболочек в виде пространственных поверхностей технического назначения, в частности, при использовании трикотажного материала как наполнителя пластмасс, изготовления поверхностей антенн, надувных сооружения и пр.
Известны способы измерения деформационных свойств различных участков готовых трикотажных изделий при нагрузках меньше разрывных, которые позволяют определять величину деформации при определенной нагрузке к участку полотна, то есть получать дискретную оценку растяжимости участка трикотажного полотна и сравнивать ее с требуемым значением [Торкунова З.А. Испытания трикотажа. - Легпромбытиздат, М., 1985 - С.97].
К таким способам относится способ определения деформационных характеристик трикотажных полотен, в частности, при нагрузках меньше разрывных при определенной величине максимальной нагрузки, путем нагружения участка полотна с заданными размерами по длине и ширине с определенной скоростью и регистрацией величины продольной деформации, при этом трубчатый участок полотна, например, торс чулочно-носочного изделия или кольцевую пробу периметром 200 мм размещают на двух консольных стержнях (лапках прибора), один из который неподвижен, а второй - соединен с рычажной системой нагружения и возможностью перемещения и деформации участка полотна до установленной величины нагрузки [ГОСТ 19712-89 «Изделия трикотажные. Методы определения разрывных характеристик и растяжимости при нагрузках, меньше разрывных»].
Недостаток предложенного способа заключается в получении дискретной оценки максимальной растяжимости материала при заданной величине нагрузке при одноосной деформации трикотажного полотна, которая неадекватна условиям эксплуатации трикотажного, в частности, чулочно-носочного изделия, когда материал подвергается двухосному:
продольному и поперечному растяжению. Способ реализуется на испытательных машинах типа СЕТМЕ [«Electric stretch tester» Mod. 315/ Mod. 115 Италия], HIFOMACO [HT 36L Stretch tester США] и др.
Известен также способ испытания деформационных свойств трикотажного материала при нагрузках меньше разрывных, например, чулочно-носочных, в виде образцов кольцевой формы [Кобляков А.И. Структура и механические свойства трикотажа. - М.: Легкая индустрия, 1973. - 240 с., с.211], изготовленных путем соединения кромок образца с заданными размерами по длине и ширине швейным швом и размещения образца на валики верхнего и нижнего зажимов нагрузочного устройства (динамометра). Однако условия таких испытаний соответствуют одноосному нагружению и не позволяют получать характеристики жесткости материала при двухосной деформации, необходимые для проектирования, и в полной мере не характеризуют условия эксплуатации изделий.
Известен аналогичный способ измерения деформационных свойств трикотажного полотна при испытании участков изделия, в частности, чулочно-носочных [ГОСТ 19712-89]. Метод заключается в том, что внутри трубчатого участка изделия - участка следа, размещают раздвижную форму, состоящую из нескольких соединенных между собой пластин с возможностью их продольного перемещения, размеры которых по ширине равны ширине трубчатого участка следа чулочно-носочного изделия. Участок следа закрепляют совместно с пластинами формы в зажимах, один из которых неподвижен, а второй соединен с рычажной системой нагружения с возможностью перемещения и деформацией участка следа до установленной величины нагрузки.
Способ имеет ограниченные возможности применения, в частности относится к оценке растяжимости участка следа чулочно-носочных готовых изделий и ограничен технологическим контролем растяжимости при заданной нагрузке, при этом не определяются какие-либо характеристики сопротивления деформации, в частности жесткости трикотажного материала при двухосном растяжении.
Известен также способ измерения деформационных свойств плоских текстильных материалов, в частности трикотажных материалов и тканей при двухосном приложении нагрузок в плоскости образца, при котором образцы прямоугольной (квадратной) формы зажимают за противоположные кромки в зажимы двух расположенных перпендикулярно друг другу нагрузочных кареток, при котором квадратный образец фиксируют путем накалывания его противоположных кромок на иглы расположенных перпендикулярно друг другу нагрузочных кареток [Fletcher H.M., Hansen A.M., Duensing M.E. Method for Evaluation the Elastic Properties of knitted fabrics. // Тех. Res. J. 1949, №1, р.94].
Применение способа для трикотажных материалов ограничено из-за роспуска и разрыва его кромок вследствие концентрации напряжений и краевого эффекта, и в полной мере не отражает условия двухосного растяжения трикотажных полотен при эксплуатации изделий. Кроме того, измерение деформационных характеристик требует наличия двух систем нагружения и регистрации величины нагрузки и деформации, что усложняет процесс измерения и обработки данных.
Известен также способ измерения деформационных свойств трикотажных полотен при двухосном растяжении и пространственной деформации, при которых кромки плоского образца определенных размеров закрепляют по его периметру путем прижатия к кольцевой опоре и деформируют образец перпендикулярно его плоскости инструментом (орудием) пространственной, в частности шаровой, формы его рабочей поверхности (в виде полусферы) [Кобляков А.И. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению. - М.: Легпромбытиздат, 1986-344 с., с.247] и [ГОСТ 8847-85 «Полотна трикотажные. Методы определения разрывных характеристик и растяжимости при нагрузках, меньше разрывных»].
Для испытаний применяют различные режимы нагружения по скорости деформаций и приложения нагрузки. Применение способа ограничено получением некоторых интегральных оценок двухосной деформации без определения характеристик жесткости и деформации по двух взаимно перпендикулярным осям, что необходимо для проектирования изделий из трикотажных полотен.
Известен также способ трехмерной деформации трикотажного материала по двум осям в плоскости образца и перпендикулярно плоскости образца [Патент РФ №2077718. Устройство для исследования деформационных свойств плоских волокносодержащих материалов. / Виноградов Б.А., Садовский В.В., Станийчук А.В. Опубл. БИ 1997, №11]. Применение прибора ограничено получением интегральных оценок сопротивлению деформации, а также оценки составных частей деформации трикотажного полотна.
Известен способ измерения и регистрации деформационных характеристик образцов текстильных материалов, в частности трикотажа, заключающийся в том, что прямоугольный образец трикотажного материала с заданными размерами по длине и ширине, например, 50×200 мм, закрепляют в тисках (зажимах) верхних и нижних нагрузочного модуля стандартной испытательной машины (например, модели H1K - SS - серии фирмы Tinius Olsen [http://www.tiniusolsen.com], модели MT - 120 фирмы Метротекс (Россия) и др. фирм). Образец подвергают одноосному нагружению с заданной скоростью деформации и регистрируют зависимость величины нагрузки от величины деформации полотна. Наличие кривых деформации позволяет рассчитывать характеристики сопротивления деформации (жесткости материала). Однако при проведении таких испытаний поперечная деформация образца постоянно изменяется и не соответствует заданной величине, соответствующей условиям эксплуатации, например, поперечной деформации в определенной области (участке) изделия при одевании чулочно-носочного изделия на тело человека. Это не позволяет результаты испытаний использовать для проектирования изделия и контроля качества готовой продукции, в частности определять уровень компрессии изделия на тело человека по величине коэффициента жесткости (коэффициента сопротивления) деформации трикотажного материала.
Предлагаемый способ лишен указанных недостатков и создает новые возможности более точного контроля деформационных свойств трикотажа, в частности чулочно-носочных изделий, с учетом двухосной деформации при эксплуатации изделий и выбора условий обеспечения заданного уровня компрессионного воздействия на тело человека. Для традиционных изделий это обеспечивает необходимые условия комфортности при их носке, для изделий профилактического и медицинского назначения - регулируемый (с постоянным изменением) уровень компрессии в соответствии с медицинскими требованиями.
Основной целью изобретения является получение оценок деформационных свойств трикотажного полотна при двухосном напряженно-деформированном состоянии, соответствующих, например, условиям двухосной деформации чулочно-носочных изделий при их эксплуатации, полученным при одноосной деформации трубчатых образцов на стандартных разрывных машинах.
По результатам испытаний представляется возможным по кривым деформации выбирать характеристики растяжения: коэффициент жесткости и величину деформации, обеспечивающие заданный уровень компрессионного воздействия изделия на тело человека.
Существующие способы одноосной и двухосной деформации не позволяют получать оценки, адекватные условиям деформации при эксплуатации изделий.
Способ измерения деформационных свойств трикотажного полотна при двухосном напряженно-деформированном состоянии заключается в том, что прямоугольный образец с заданными размерами по длине и ширине подвергают одноосной деформации на стандартной разрывной машине, снабженной нагрузочным модулем, и определяют зависимость нагрузки от величины деформации (в виде кривых деформации).
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг.1 - общий вид измерительного устройства, реализующего предлагаемый способ;
Фиг.2 - укрупненный фрагмент размещения двух пластин внутри трубчатого образца трикотажного полотна (показан пунктиром) и зажима образца в тисках нагрузочного устройства.
Для проведения испытаний используется одна из стандартных машин для определения деформационных свойств текстильных материалов, которая обычно относится к категории разрывных машин и осуществляет одноосное растяжение образца. Основным компонентом таких машин является нагрузочный (испытательный) модуль 1 (Фиг 1) настольного или стационарного типа, вертикальные стойки 2 и 3 которого образуют вместе с основанием 4 жесткую раму 5. Между стойками 2 и 3 размещена с возможностью перемещения траверса (ползун) 6, снабженная приводом и датчиком нагрузки известного типа (например, тензодатчиком). Траверса 6 снабжена верхними тисками 7, оснащенными механическими зажимами 8 с зажимным винтом 9, а основание 4 - нижними тисками 10 с зажимами 11 и винтом 12.
Нагрузочный модуль 1 оснащен пультом управления 13, предназначенный для задания условий и параметров испытаний, режимов нагружения образца и тарирования устройства. Нагрузочный модуль 1 посредством электрических соединений включают в электрическую сеть и соединяют с известными средствами отображения (визуализации на экране дисплея), регистрации и распечатки данных испытаний (на чертеже не показано).
Для реализации способа используют комплект пар пластин 15 и 16 (Фиг.2), состоящий, по меньшей мере, из трех пар с заданными размерами по длине и отличающиеся размерами по ширине L, которая дискретно изменяется (например, в диапазоне 10-50%, соответствующей величине поперечной деформации материала).
Для испытаний применяют трубчатый образец трикотажа 14 с продольной (вертикальной) и поперечной ориентацией петельных столбиков в зависимости от условий эксплуатации материала. Например, для чулочно-носочных изделий образцы изготавливают с вертикальной ориентацией петельных столбиков. Образец закрепляют вместе с кромкой одной пластины 15 в тисках 7 верхнего зажима 8, а в тисках 10 нижнего зажима 11 с кромкой другой пластины 16 и деформируют в продольном направлении с возможностью перемещения пластин относительно друг друга, обеспечивая тем самым сохранение величины поперечной деформации при испытании постоянной. При деформации определяют зависимость нагрузки от величины продольной деформации и регистрируют кривую деформации известным способом, в том числе отображают на экране дисплея.
Трубчатый образец изготавливают с заданными размерами по длине и ширине из трикотажного полотна путем соединения на швейной машине продольной кромки швом, например, краеобметочным, растяжимость которого превышает растяжимость основного материала.
A
A
Для снятия деформационных характеристик при различной по величине поперечной деформации проводят последовательно несколько испытаний, например три испытания с величиной поперечной деформации ε, равной, например, 10, 30 и 50% (ε=0,1; 0,3; 0,5) с соответствующем применением пластин различной ширины L (Фиг 2).
В результате испытаний получают несколько кривых деформации, по которым определяют коэффициент жесткости материала по известной в сопротивлении материалов методологии. Это позволяет оценивать напряженное состояние трикотажа по кривым одноосной деформации для заданных при эксплуатации условий двухосной деформации.
Изобретение не исключает проведение испытаний образцов при различной ориентации петельных рядов трикотажного полотна относительно продольной оси нагружения образца при испытаниях, то есть с продольной и поперечной ориентацией петельных столбиков, что расширяет оценку деформационных свойств и анизотропию материала в зависимости от условий эксплуатации.