CC BY
226
УДК 677.014
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТОЙКОСТИ К ИСТИРАНИЮ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Пушнова Людмила Сергеевна, аспирант, [email protected],
Тюменев Юрий Якубович, кандидат технических наук, профессор, [email protected], ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва
The article contains the analysis of existing methods for determining resistance to abrasion textile materials, which showed that in laboratory tests only partially reproduce the depreciation of the material from abrasion, observed in the process of operation of the product. When wearing the products of fabrics and knitwear destroyed as a result of long, but weak abrasive effects. Cycles impacts are separated by long intervals of time during which the fibers have time to relax. On the same cycles of abrasion of the follow so often, that is the premature dynamic fatigue fibers. Decrease of elastic and elastic deformations, which leads to a deterioration in the distribution offorces of resistance to abrasion and accelerates the process of destruction of a sample.
В статье представлен анализ существующих методов определения стойкости к истиранию текстильных материалов, который показал, что в лабораторных испытаниях только частично воспроизводят износ материала от истирания, наблюдаемый в процессе эксплуатации изделия. При носке изделий ткани и трикотаж разрушаются в результате длительных, но слабых истирающих воздействий. Циклы воздействий разделены большими промежутками времени, в течение которых волокна успевают отрелаксировать. На приборах циклы истирания следуют настолько часто, что наступает преждевременная динамическая усталость волокон. Уменьшаются упругие и эластические деформации, что приводит к ухудшению распределения сил сопротивления истиранию и ускоряет процесс разрушения образца.
Keywords: wear, device and method Ключевые слова: истирание, прибор и метод
Истирание — механический фактор износа. Анализ топографии износа показал, что распределение изношенных мест одноименных видов изделий обычно одинаково. В мужских сорочках в первую очередь изнашивается верхняя часть спинки. В мужском
костюме разрушаются: на брюках — низ, участки сиденья, коленей, карманы; на пиджаке — низ и локтевой участок рукава, края борта, обтачка карманов, верхний воротник.
Износ ткани начинается с износа нитей на лицевой стороне, которые образуют вершинами своих изгибов опорную поверхность ткани. Чем больше опорная поверхность ткани, тем выше ее износостойкость. При носке одежды в результате истирания тканей на отдельных ее участках уменьшается пушистость, вследствие чего поверхность ткани становится гладкой и блестящей.
Критериями износостойкости тканей являются: ухудшение механических свойств (прочность, упругость, жесткость и другие), увеличение воздухопроницаемости.
Стойкость ткани к истиранию является одним из основных показателей, характеризующих ее прочность, зависит от строения поверхности ткани, а также от продолжительности воздействия, приводящего к ее разрушению в различных частях одежды. Поскольку одежда изнашивается преимущественно на локтях, коленях, по шаговым швам брюк, краям карманов, то из-за неравномерного износа изделие приходит в негодность [1].
Долговечность изделия зависит не только от износостойкости ткани, но и от конструкции изделия, качества его изготовления и характера носки. Участки наиболее интенсивного износа изделия упрочняют в процессе пошива вторым слоем материала (налокотники, наколенники, ластовицы) или тесьмой (низ брюк).
Стойкость тканей к истиранию зависит от вида волокон и силы закрепления их в структуре материала, геометрических характеристик волокон, их фрикционных свойств, структуры нитей и тканей. Наибольшей стойкостью к истиранию обладают ткани, которые состоят из волокон, имеющих высокую стойкость к многократным деформациям растяжения, кручения. К таким тканям относят лавсановые, капроновые, из натуральных волокон - шерсть, лен, хлопок [2].
Существенно снижает долговечность синтетических волокон при истирании повышение температуры поверхности истираемого материала и образование статического электричества. Под влиянием электрических зарядов уменьшается устойчивость материалов к истиранию, это объясняется ростом интенсивности окислительной деструкции. Только вследствие образования статического электричества долговечность капроновых тканей уменьшается почти на одну треть.
На скорость износа тканей влияют высота рельефа и радиус кривизны волн нитей, образующих опорную поверхность. В гладких плоских тканях, с плавным изгибом нитей признаки износа появляются позднее, чем в тканях с рельефно выступающими перекрытиями на поверхности.
Поскольку износ тканей, трикотажных и нетканых полотен при истирании связан с потерей массы, то устойчивость к истиранию в большой степени определяется объемом заполнения материала волокнами, а также расположением волокон и нитей относительно истирающих поверхностей. Большое влияние на износостойкость текстильных материалов оказывает прочность закрепления волокон в нитях, зависящая от длины волокон и показателей крутки пряжи.
В материалах, прежде всего, разрушается опорная поверхность, величина и характер, которой в большой степени зависит от устойчивости материала к истиранию. В эксплуатации изделий величина опорной поверхности уменьшается. Чем больше опорная поверхность материала, тем меньше интенсивность ее износа, поскольку удельное давление на площадь контакта. Следовательно, истирающие усилия распределяются на большую площадь.
С увеличением длины волокон и повышением коэффициента крутки как однониточной, так и крученой пряжи устойчивость к истиранию материалов возрастает.
Устойчивость к истиранию трикотажа так же, как и тканей, зависит от степени закрепления элементов структуры и величины опорной поверхности. С повышением плотности трикотажного полотна его износостойкость увеличивается, так как растет число участков касания с истирающей поверхностью, и тем самым уменьшается интенсивность истирающих воздействий на элементы петли, сокращается расстояние между точками контакта нити в петле, что способствует лучшему закреплению волокон в структуре полотна [1].
На износостойкость текстильных материалов оказывают влияние отделочные операции. При обработке кремнийорганическим лаком и композицией бутадиенакрилонитрильного карбоксилированного латекса износостойкость хлопчатобумажных тканей повышается в 3—4 раза. Износостойкость материалов из химических волокон, обработанных аппретами на основе аминопроизводных, а также катионо- и анионо- активными водорастворимыми латексами после обработок физическими способами может увеличиваться в 6—8 раз.
К уменьшению устойчивости к истиранию тканей, особенно по сгибам, приводят некоторые отделки. Так, уменьшается устойчивость к истиранию тканей после некоторых гидрофобных отделок, после отделки «стирай-носи», после тиснения [1].
В начальной стадии истирания текстильных материалов, когда еще не наблюдается потеря массы волокон, возникает пиллинг, на поверхности тканей, трикотажных или нетканых полотен появляются пилли — рыхлые комочки из спутанных волокон, удерживающиеся на ножке из нескольких так называемых якорных волокон.
Процесс образования пиллей можно разделить на три периода. В первый период на поверхность материала выходят свободные концы волокон, образующие мшистость. Во второй период выступающие концы волокон перепутываются и закатываются в пилли, удерживаясь в них силами сцепления. В третий период якорные волокна обрываются и пилли удаляются с поверхности материала [2].
В материалах, выработанных из волокон или нитей, обладающих значительной прочностью, растяжимостью, устойчивостью к многократным деформациям, легко электризующихся и имеющих малый начальный модуль жесткости и коэффициент тангенциального сопротивления, пилли образуются быстрее. Следовательно, в изделиях из синтетических волокон пилли образуются более интенсивно, чем в изделиях из натуральных волокон, и они дольше удерживаются на поверхности материала. Вследствие гладкой поверхности и упругости волокон пилли, возникающие на синтетических материалах, более рыхлые.
По мере истирания на поверхности материала происходит зацепление поврежденных волокон, что приводит к интенсивному запутыванию их в пилли. В результате этого пилли уплотняются и размеры их уменьшаются.
Долговечность пиллей зависит от числа и прочности якорных волокон. В процессе истирания число якорных волокон уменьшается, и прочность оставшихся в ножке волокон становится недостаточной, чтобы удержать пиллю, она обрывается. Наиболее устойчиво пилли сохраняются на материалах из капроновых волокон, быстрее обрываются пилли из лавсана и еще быстрее - из нитрона.
Материалы из синтетических волокон, обладающие высоким электрическим сопротивлением, легко электризуются. Между степенью электризации материалов и образованием пиллей существует четкая корреляционная зависимость. Поэтому на тканях, трикотаже и нетканых полотнах из синтетических волокон пилли образуются особенно быстро. Значительной пиллингуемостью обладают полушерстяные изделия, содержащие полиэфирные и полиамидные волокна.
Для уменьшения пиллинга материалы при заключительной отделке обрабатывают химическими реагентами. При нанесении на поверхность материала препарата, образующего тонкую, прозрачную, эластичную пленку, механически препятствующую миграции волокон на поверхность изделия, количество пиллей уменьшается.
Устойчивость к истиранию трикотажа зависит от степени закрепления элементов структуры, величины опорной поверхности. С повышением плотности трикотажного полотна его износостойкость увеличивается, так как растет число участков касания с истирающей поверхностью, тем самым уменьшается интенсивность истирающих
воздействий на элементы петли и сокращается расстояние между точками контакта нити в петле, что способствует лучшему закреплению волокон в структуре полотна.
Стойкость к истиранию определяют в основном двумя способами: лабораторным изнашиванием образцов тканей посредством истирания на приборах ТИ-1, ИТС, ИТ-3, ИТ-ЗМ и ИТ-ЗМ-1 и опытной ноской изделий.
Приборы в зависимости от вида истирания подразделяются на приборы, осуществляющие: 1) чистое истирание; 2) истирание с одновременным растяжением и изгибом; 3) истирание с одновременным смятием. Контакт абразива с образцом материала может происходить по всей его поверхности, по участкам или по сгибам. Направление истирающего усилия может быть ориентированным и неориентированным, абразив может совершать реверсивное или вращательное движение [1].
Наибольшее распространение имеют приборы, производящие чистое, неориентированное истирание. К ним относится прибор ТИ-1М, осуществляющий истирание образца по поверхности, и прибор ДИТ, истирающий образец по кольцу.
Прибор ТИ-1М предназначен для испытания шерстяных и полушерстяных тканей и одеял, трикотажных полотен из всех видов пряжи и нитей, нетканых полотен различных способов производства из волокон всех видов на стойкость к истиранию по плоскости. Принцип действия прибора основан на взаимодействии вращающихся поверхностей проб испытываемого полотна и истирающего материала под давлением [3].
На приборе ТИ-1М абразив закрепляется на диске. Под диском находятся три рабочие головки с резиновыми мембранами, на которых в обоймах закрепляются испытываемые образцы. Давлением воздуха образцы прижимаются к абразиву. Диск и головки с образцами вращаются в одном направлении с одинаковой угловой скоростью, поэтому силы трения, действующие на образец в любой точке истираемой поверхности, при каждом обороте диска одинаковы и направлены в разные стороны. Вследствие того, что образцы прижимаются к абразиву с помощью мембраны и сжатого воздуха, истирание образцов происходит на мягкой основе, что приближает условия испытания к естественным условиям носки.
На приборе ДИТ образец, закрепленный в пяльцах, прижимается к двум абразивам с помощью рычажно-грузовой системы. Пяльцы с образцом неподвижны, а абразивы, закрепленные на бегунке, перемещаются вместе с ними по кольцу, одновременно вращаясь вокруг своей оси. При истирании образца до дыры прибор автоматически останавливается.
Истирание по сгибам согнутых петлями образцов осуществляется на приборах ИТС и ИТИС, имитирующих условия разрушения материала в одежде по местам сгиба. Образцы,
согнутые под углом 180°, вставляют в кассеты и истирают абразивом из капроновой щетки. На приборе абразив совершает возвратно-поступательные движения и истирает образцы, выступающие петлями из кассеты.
На приборе ИТИС истирание происходит при вращении абразива и кассеты с образцами. На результаты испытаний существенно влияют вид абразива, давление на образец и напряжение образца.
В качестве абразива используются наждачный камень, корундовые и металлические поверхности, ткани, капроновые щетки и др. Наждачные и корундовые поверхности вызывают абразивный износ материала - микросрезание волокон с выпадением их из материала. При истирании образца тканями или капроновыми щетками износ носит усталостный характер, в этом случае износостойкость зависит от прочности материала, его упругопластических свойств.
Лабораторные испытания только частично воспроизводят износ материала от истирания, наблюдаемый в процессе эксплуатации изделия. При носке изделий ткани и трикотаж разрушаются в результате длительных, но слабых истирающих воздействий. Циклы воздействий разделены большими промежутками времени, в течение которых волокна успевают отрелаксировать. На приборах циклы истирания следуют настолько часто, что наступает преждевременная динамическая усталость волокон. Уменьшаются упругие и эластические деформации, что приводит к ухудшению распределения сил сопротивления истиранию и ускоряет процесс разрушения образца.[3]
Представленный анализ существующих методов определения стойкости к истиранию текстильных материалов, показал, что методы и приборы подразделяются в зависимости от волокнистого состава, вида контакта между испытуемым материалом и абразивом, характера направления истирания. Сущность методов определения стойкости к истиранию заключается в определении степени сопротивления к разрушению структуры материала при взаимодействии трущихся поверхностей испытуемого и абразивного материала под определенным давлением
Необходимо разработать новый универсальный прибор и метод определения стойкости к истиранию текстильных материалов с учетом международных стандартов, а также абразив, при котором бы материал находился в условиях, наиболее приближенных к естественным условиям износа, и в то же время не слишком разрушался сам.
Литература
1. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности (швейное производство): Учебник для студ. высш. учеб. Заведений / Б. А. Бузов, Н. Д. Алыменкова; под ред. Б. А. Бузова. 2-е изд., стер. М.: Изд. центр «Академия», 2004. 448 с.
2. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности: Учебник для студ. вузов / А.П. Жихарев, Д.Г. Петропавловский, С.К. Кузин, В. Ю. Мишаков. М.: Изд. центр «Академия», 2004. 448 с.
3. Бузов Б. А. Практикум по материаловедению швейного производства: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Б.А. Бузов, Н.Д. Алыменкова, Д.Г. Петропавловский. 2003. 416 с.
