Долговечность хлопкового волокна к намагниченной воде Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

PHYSICS AND MATHEMATICS

УДК 531.4

Рахимов С.Ш.

зав. кафедрой физики и химии Политехнического института Таджикского технического Университета имениМ.С.Осими в г. Худжанде

DOI: 10.24411/2520- 6990-2020-11596 ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА К НАМАГНИЧЕННОЙ ВОДЕ

Rahimov S.Sh.

Dapartment of physic and chemical, candidate of physics - mathematics science, Docent of Khujand Polytechnic Institute of Tajik Technical University named after M. Osimi.

RESEARCHING DURABILITY OF THE COTTON FIBER IN MAGNETIZED WATER

Аннотация

Изучение долговечность хлопка при различных температурах и нагрузках в намагниченной воде показали, что долговечность зависит от внешней нагрузки по линейному закону и постоянные уравнения долговечности т0 и U0 не зависит от условия проведения эксперимента, а у зависит и могут принимать различные значения и долговечность хлопка можно описать уравнением Журкова. Изменение прочностных характеристик материалов связано с изменением структурно - чувствительным коэффициентом зависящей от способа механической и термической обработки, ориентации полимерных молекул в аморфных областях, молекулярной массы полимеров, введением пластификаторов и наполнителей и условии проведения эксперимента.

Abstract

Learning ofthe durability of the cotton at various temperature and at charging in magnetized water approved, that durability depends on external charging by lineal principle and constant equalization of the durability to т0 and U0 does not depend on the condition of the having experiment but у depends and may accept various meanings and durability of the cotton may be described by equalization of Jurkov. Conversion of firmness depends on the conversion of anatomically-sentimental coefficient depending on the method ofmechanical and thermal treatment, orientation ofpolymeric molecule at amorphous fields molecular mass ofpolymer by taking softeners and extenders and a condition of having experiment.

Ключевые слова: намагниченная вода, прочность, долговечность, пластификатор, агрессивная среда, упрочнение, влияние жидкой среды, энергия активации.

Key words: magnetized water, firmness, durability, softener, aggressive environment, power of activation.

Действия жидкие среды на механические характеристики металлов, полимеров как искусственные, так и естественные и кристаллов общеизвестны. В результате действия среды облегчается и ускоряется процессы, проходящие в разрывных состояниях, как разрывная прочность и деформируемость. Изучая под действием различные поверхностно активные вещества вода, спирт, ацетон, керосин и т.д. были получены изменения прочностных характеристик исследуемых материалов. Обнаружено уменьшение прочностных характеристик и деформационных способностей материалов. Вводя специальные смазки, применяемые в случае обработки давлением, была достигнута процесс облегчение пластического течения металла и улучшение качества поверхности материала, а также изменении прочностные и деформационные способности[1,2,7,8,10].

Такие примеры широко распространено в природе и проявляют себя в понижение прочности или изменения других механических характеристик твердых тел. Приведенные исследования в этом направлении имеют общую основу понижение поверхностной энергии на границе твердого тела с

окружающей средой, которое обуславливает облегчение процессов деформации и разрушения.

Хлопок тоже, как шелк входит в семейства естественных полимеров, который природа щедро дарило человеку, чтобы он использовал на нужды свой потребности. Многочисленные экспериментальные исследования показали, что деформация одиночной хлопчатобумажной пряжи больше, чем крученой. Для одиночной х/б пряжи коэффициент смятия будет меньше, чем крученой. Пряжи большой линейной плотности (тонкие пряжи) имеет больше коэффициент смятия, чем для пряжи меньшей линейной плотности.

Наравне с структурными показателями пряжи и ткани на деформацию нитей влияет характер работы нитей основы и утка на ткацком станке. Нити основы находятся под действием циклически повторяющегося натяжения, учет этих факторов являются в производстве ткани определяющие. Нити утка в зеве получают нагрузку близкую к ударной, время действия которой на современных высокоскоростных станках крайне мало. Большая часть тканей в момент прибоя имеет большее натяжение утка, чем основы. Все эти факторы учитыва-

ются коэффициентом смятия, который теоретически может быть определен в зависимости от фазы строения ткани, а определения этих факторов являются важным для получения тканей высокой качества. Качества вырабатываемой ткани, в первую очередь зависит от натяжения основы и утка. По этой причине изучения механизма деформации хлопка и хлопкопрядильных материалов в производстве ткани и трикотажа являются приоритетны.

Где и в каких целях используется это природой дареный полимер в повседневной жизни нам известно. Работает крупные хлопка - прядильные комбинаты на различных уголках земного шара для обеспечения повседневной потребности человека и отраслей производства гражданского и военного направления. По этой причине исследование этого материала с целью дальнейшего использования в различных отраслях производства, человеческой деятельности, потребности военной промышленности, защиты экологии человека всё еще является, актуальны и исследования в этой направления являются первоочередным задачей производства материалов и изделия из них.

Методика эксперимента

В работе [3,4,5] подробно описано темпера-турно временной режим проведения эксперимента на растяжения под действием постоянного напряжения. Описаны процессы подготовки образцов из щелка и способы их нагруженные. Именно таким способ и нагружались подготовленные образцы из хлопка. Исследовали долговечность под действием одноосного натяжения. Образцы имели вид волокон длиной рабочей части не менее 22 мм и 10 мм из 10 волокна плотно расположенного между зажимами прибора. Методы намагничивания воды описаны в работе [3].

Поперечное сечение образцов из волокон хлопка, определялись методом, разработанный в работе [6].

Обсуждение полученных результатов

В работах [1,3,7] были опубликованы результаты исследований волокон (вискоза, капрона, нейлона, шелка) и показано, что долговечность исследованных полимеров подчиняется эмпирической формуле вида

т = т0ехр-

Up-Va RT '

(1)

Для металлов и кристаллов такие, же результаты и были получены ранее. Видно, что долговечность материалов зависит от действия внешней нагрузки и температуры среды испытания материала. В зависимости от этих факторов и зависит долговечность материала, где результаты экспериментальных исследований температурной зависимости долговечности хлопка в различных температурах испытания и воздействия нагрузки приведены на рисунке 1.

Исследования показали, что зависимость 1дт от а подчиняются линейному закону. В испытания хлопковых нитей на предмет прочности и деформируемой были получены аналогичные зависимости [3], однако наклон прямых в сравнении с шелком оказались пониженным. Здесь может быт, существенное влияние оказали область образования термических флуктуации в материале из-за структурного различия связей атомов с бензельным кольцом. Полученная зависимость 1дт от а наблюдается в комнатных, высоких и низких температурах. В низких температурах крутизна прямых 1дт(а), нарастает и при достаточно низкой температуре стремится вертикальной прямой (см. рис. 1). Небольшие изменения с приводит к огромному изменению долговечности т. Как видно из полученных результатов с понижением температуры как бы уменьшается вероятность возникновения тепловых флуктуаций и тем самым увеличивается прочность материала в данном случае хлопка.

Рис. 1. Силовой зависимость долговечности хлопкового волокна ввоздухе при различных температурах

(1. 273 К, 2. 313 К, 3. 353 К)

На рисунке 1. приведены зависимости долговечности хлопкового волокна от внешней нагрузки в воздухе при различных температурах испытания. Как видно из представленного рисунка полученная

зависимости ^т от с имеет веерообразной семейств прямые соответствующей различным температурам испытаний. Экстраполируя прямых получили, точку которой назовем полюсом.

Ранее [1,11] многочисленными экспериментальными исследованиями было установлено, что "полюсы" для исследованных различных материалов, как текстильных волокнах, естественных и искусственных полимерах, металлах, монокристаллах лежит практически в одном и том же значения долговечности т—-13 секунд. Недавно проведенные исследования по изучению долговечности шелка

[3] тоже дало идентичные результаты подтверждающей ранее полученных результатов.

Полученные температурные зависимости долговечности для хлопковых волокон при различных фиксированных напряжениях показывает, что «полюсы» лежит действительно в значении т—-13с (рис.2).

Рис. 2. Силовой зависимость долговечности хлопкового волокна в воздухе от обратной температуры 1Л' при фиксированных нагрузках (1. 350 МПа, 2. 250 МПа, 3. 150 МПа)

Опиты позволили определить температурные зависимости долговечности хлопка при фиксированных напряжениях с. Отметим, что диапазон изменения температуры в область высоких температур ограничены из-за ограниченности существования воды в жидкие состояния передел проведения эксперимента заключалось в область от нуля до 800 С. Независимо из - за такие ограничения были получены достоверные результаты. Из рисунка 2 видно, что зависимость 1дт от 1 при разных с с достаточной степенью точности оказывается прямимы линиями, отвечающие различными значениями с, образующими "температурный веер", с полюсом, лежащим на оси ординат в интервале времени 10-12 - 10-14 сек. Как видно из рисунка полюс лежит прямо на оси ординат, что соответствует периоду нулевым колебаниям атомов в положении

равновесия, соответствующим нулевым энергиям атомов.

Расчетная энергия активации, определенная по формуле ^2,3 RT(lgт-lgтo) и экспериментальное определенное по полученным графикам зависимостей ^т от с совпадают.

Совпадения значение энергии активации, определенные по результатам экспериментальных исследований долговечности хлопкового волокна, полученные экстраполяции к с=0 и расчетные по формуле значению энергии активации механического разрушении, т.е. энергии сублимации (рис.3)

Результат совпадение энергия активации разрушения и энергия сублимации означают, что в основе процессов разрушения и испарения твердых тел, лежат один и тот же процесс, разрывы межатомных связей.

Рис. 3. Силовой зависимость энергии активации разрушения хлопкового волокна в воздухе

Совместные воздействия внешней среды и напряжений существенным образом изменяют прочность и деформируемость металлических и полимерных материалов. Для обоснованного и правильного выбора материала определения рациональных областей его применения следует располагать данными о его свойствах, знать механизм влияния тех или иных факторов на прочность и другие свойства материала.

Результаты совместной действия намагниченной воды и механической нагрузки показывают, что зависимость 1дт от а тоже представляет собой прямые линии. изменяющиеся по линейному за-кону.[3,10]. Из графика (рис.4) видно, что зависимость в этих исследованиях проходит при низких

значениях внешней нагрузки. Этот результат показывает, что низкомолекулярный жидкость, проникая в твердое тело, в областях с отрицательными значениями плотности, создает условия для разрывов связи, т.е. проникая внутри дилетантов, облегчает процесс деформации межатомных связей под действием тепловой давление и напряжения. Если внешнее напряжение отсутствует, то разрывы связей происходит только под действием тепловые давление внутри дилетантов, что процесс сублимации можно объяснить именно исходя из этого соображения. В отсутствия внешней нагрузки разрывы связей происходит только под действием тепловых флуктуации.

Рис. 4. Силовой зависимость долговечности хлопкового волокна под действием намагниченной воде в различных температурах (1. 273 К, 2. 313 К, 3. 353 К)

Исследования показали, что при деформации полимерных материалов. естественных полимеров, хлопкового волокна в жидких средах, а именно в намагниченной воле, механические характеристики по сравнению с теми которые имеют место при деформации на воздухе, отличается[1,3,11]. Прочность и степень деформации материалов заметно изменяются.

Как видно зависимость 1дт от а наблюдавшейся при высоких и низких температурах и кру-

тизна прямых 1дт(с) в достаточно низкой температуре стремится к вертикальной прямой (рис. 4). График зависимости 1дт от обратной температуры представлены на рисунке 5. Результаты исследования показали, что зависимости долговечности от обратной температуры при фиксированных нагрузках имеет веерообразные семейства прямых, соответствующих различным температурам испытаний. Такой результат и была получена ранее при исследованиях шелковых нитей [3,11].

Рис. 5. Силовой зависимость долговечности хлопкового волокна в намагниченной воде от обратной температуре при фиксированных напряжениях (а =сот^ (1. 350 МПа, 2. 250 МПа, 3. 150 МПа)

Экстраполируя получим точку называемую полюсом. Отметим, что значение т0 равнялось ~10-

13 "

13 сек, по порядку величины совпадающей периодом колебанию атомов в узлах кристаллической решетки. Параметр т0 являются структурно нечувствительным коэффициентом, и она не зависит от способов предварительной обработки материалов. Результаты, полученные ранее [1,3,11] для многочисленных материалов, как металлов, полимеров искусственных и естественных (шелка), стекол различной модификации, кристаллов и др. показали, что значение т0 ^10-13 с. не зависит от технологической обработки, изменения прочности материала. Совпадение значение т0 периоду теплового колебания атомов на узлах кристаллической решетки легла в основу термофлуктуационного подхода к проблемам прочности.

Действительно, как утверждают в работе [12] время ожидания перенапряженных связей зависит от температуры и напряжения по следующему закону

Ud

Td =T0dex^p

Ud=Uod -Y°

(2) (3)

где энергия образования возбужденных связей, иоа - значение иа при с=0, уа -активационный объем образования возбужденных связей.

Как подтверждают экспериментальные результаты, полученные для хлопка, зависимость энергии активации разрушения от внешней нагрузки в намагниченной воде представляют собой прямые линии (рис.6). Экстраполируя значение Щс) при с=0 получим значение начальной энергии активации процесса механического разрушения, совпадающей с энергии сублимации и энергии образования возбужденных связей хлопка. Совпадение этих энергий означает, что на основе процесса разрушения и сублимации лежит один и тот же процесс, разрыв межатомной связи.

Рис.6. Силовой зависимость энергии активации разрушения хлопка в намагниченной воде

Этот вывод в корне противоречить господствующему теории силового подхода к разрушению, согласно которому разрыв межатомных связей происходит только в результате механические воздействия.

Термофлуктуационная теория утверждает [3], что скорость развития разрушения и деформации твердых тел управляется тепловыми флуктуациями энергия активации образования, которых определяется формулой U=U0 -уст. Как внешние нагрузки и тепловые флуктуации способствует деформации межатомных связей и тем самым приводить к разрыву, вылету атомов твердого тела из поверхности материала сопровождающегося процессу сублимации. Вылет атомов из поверхности материалов под действием тепловых флуктуаций являются разрушение в полном смысле слова.

Механические напряжений только понижают величину энергии активации Ш и тем самым увеличивают вероятность образования разрушающих термических флуктуации.

Исследование показали, что разрыв межатомной связи происходит в результате образования термической флуктуации, внутри которых межатомные связи растягиваются до предельного разрывного удлинения.

Таким образом [3,7,8,9,12], в основе современной представлении о механизме разрушения полимеров и других твердых тел лежит существование возбужденных межатомных связей в область с отрицательными значениями плотности, дилетантов деформация которых близка к предельному разрывному удлинению.

Выводы:

1. В основе разрушения хлопковых волокон в воздухе и в намагниченной воде лежит тепловые флуктуации энергия образования, которых равно энергию активации разрушения, энергия сублимации и энергии образования возбужденных связей хлопка.

2. В основе процесса разрушения твердых тел лежит распад перенапряженные межатомных связей под действием тепловых флуктуаций.

3. Изменения наклона прямых зависимостей долговечности от нагрузки, возможно, связаны структурным различиям связей атомов с бензель-ным кольцом.

4. Термические флуктуации могут возникать внутри дилетантов размеры, которые соизмеримы длине свободного пробега фононов в материале, полимере.

5. Расстояние между атомами внутри дилетантов в значительной степени больше чем средней в материале и близки к разрывным.

6. Растянутые межатомные связи, инициируют в первую очередь разрывов межатомной связи внутри дилетантов под действием тепловых флук-туаций.

7. Энергия тепловой флуктуации оказалось равно энергия активации процесса разрушения и энергии сублимации.

Литературы:

1. Регел В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. Наука, М. (1974), 560 с.

2. ^шко А.И., Спас Я. М., Тынньй А. Н. ФХММ, 1968, № 5.

3. Султонов У.,Алиев С.,Рахимов С.Ш., Джа-лилов Б.Ф., Джалилов Ф. Долговечность шелка при воздействии намагниченной воды и внешней нагрузки. «Ученые записки» серия естественные и экономические науки, Изд. ХГУ им. Акад. Б. Гафу-рова, №1, 2016 стр. 10-16.

4. Журков С.Н., Санфирова Т.П. Докл. АН СССР, 101, 237. (1955).

5. Журков С.Н., Нарзуллаев Б. Н. ЖТФ, 23, 1677 (1953).

6. Джалилов Ф., Хомидов М., Алиев С., Рахимов С. Ш. Сб. Научно-практической конф. преподавателей ХФТТУ. 1992. с. 26 - 30.

7. Слуцкер А. И., Веттегрень В. И., Гиляров В. М., Поликарпов Ю. И. Характеристика элементарных актов в кинетике механического разрушения полимеров. ФТТ. т.49. Вип. 9 стр. 1608 - 1617 (2007).

8. Абдуманнонов А., Алиев С., Рахимов С.Ш., Джалилов Б.Ф., Джалилов Ф. Деформация межатомных связей естественных полимеров //Ученые записки. Серия естественные и экономические науки. ХГУ им Б.Гафурова. -2017, №1. с.45 - 52.

9. Zhurkov S. N., Vettegren V. J., Novak J. J., Korsukov V. E. Proc. Sec. Int. conf. Fracture "Fracture

1969" /Ed. P.E. Pratt. Chapman 8 c Hall, London (1969) p.545.

10. Busser W. F., Lessing E. T., Loughborouch D. L, Larrick L. J. Ahhl. Phys, 13, 715 (1942).

11. Султанов У., Максуди А.Т., Джалилов Б.Ф., Рахимов С.Ш., Джалилов Ф. Влияние продолжительности действия намагниченной воды на прочность и деформируемость шелковых волокон. Ученые записки. Серия естественные и экономические науки. ХГУ им Б. Гафурова. -2018, №4, с. 52-59.

12. Веттегрень В.И. Физика твердого тела. 1986 с. 3417.