CC BY
11УДК 677.494.675
А.В. Станийчук
РАЗРАБОТКА ОПТИЧЕСКОГО МЕТОДА ОЦЕНКИ ОТНОСИТЕЛЬНОГО УДЛИНЕНИЯ ТРИКОТАЖА
Проведены исследования по разработке оптического метода оценки относительного удлинения трикотажа. Найдены зависимости коэффициента оптической анизотропии и относительного удлинения от прилагаемой нагрузки к растягиваемому образцу трикотажа. Проведенные исследования позволяют сделать заключение, что испытания по предлагаемому методу так же как и по традиционным методам, дают результаты, объективно характеризующие поведение трикотажа при растяжении.
Ключевые слова: оптический метод оценки относительного удлинения трикотажа, трикотажное полотно, коэффициент оптической анизотропии, относительное удлинение, эксплуатационные нагрузки, деформационные свойства трикотажа.
DEVELOPMENT OF OPTICAL EVALUATION METHOD OF TEXTILE FABRICS RELATIVE ELONGATION
The research has been conducted on the development of optical evaluation method of textile fabrics relative elongation. Dependence of a coefficient of optical anisotropy and textile fabrics elongation on applied load on the textile fabrics sample has been established. The research shows that the suggested test method as well as traditional test methods have results which objectively characterize the tensile behavior of textile fabrics.
Key -words: optical evaluation method of textile fabrics relative elongation, textile fabrics, a coefficient of optical anisotropy, relative elongation, exploitation load, deformation properties of textile fabrics
Введение
Определение относительного удлинения трикотажа представляет существенный интерес как с теоретической, так и с практической точки зрения. Такая информация широко используется для сравнения предельных деформационных способностей различных материалов, при общей оценке их свойств без уточнения конкретных условий их применения, а также в тех случаях, когда требуется подбирать материалы с определенными удлинениями.
Наиболее распространенный способ определения удлинений, при котором линейные размеры исследуемых образцов регистрируют измерительными инструментами, является трудоемким и не позволяет с высокой точностью оценивать деформации материалов. Оптические методы определения деформаций исключают контактное взаимодействие с материалом, это дает возможность значительно повысить точность измерений, уменьшить трудоемкость исследований, широко использовать их как
в лабораторных условиях, так и для экспресс-контроля технологических параметров вырабатываемых трикотажных материалов.
Учитывая вышесказанное, предлагается величину относительного удлинения трикотажа определять способом, который описан в работе [1]. Данный способ заключается в том, что исследуемый материал освещают параллельным световым пучком перпендикулярно его поверхности и регистрируют световые потоки Ф1 и Ф2, рассеянные материалом в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах, ориентированных во взаимно-перпендикулярных плоскостях под равными углами к падающему пучку; при этом один из световых потоков Ф1 регистрируют в плоскости, совпадающей с направлением приложения механического напряжения. О величине относительного удлинения судят по величине коэффициента оптической анизотропии х = Ф1/ Ф2.
На рис. 1 приведена схема, поясняющая предлагаемый способ.
Рис. 1. Схема способа контроля величины относительного удлинения трикотажа: 1 - параллельный пучок света; 2 - исследуемый материал; 3 - фотоприемник; 4 - фотоприемник.
Свет параллельным пучком 1 освещает исследуемый материал 2 перпендикулярно его поверхности. Световой поток Ф1, рассеиваемый материалом 2 в телесном угле О, расположенном в плоскости, совпадающей с направлением приложения механического напряжения к исследуемому материалу, регистрируется фотоприемником 3. Оптическая ось фотоприемника 3 является осью симметрии телесного угла О и расположена в плоскости под углом а к оси X. Фотоприемник 4 регистрирует световой поток Фь рассеянный в телесном угле О, и расположен под тем же углом а к оси X, так что его оптическая ось лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения оси фотоприемника 3, т.е. в плоскости Х,У. Пара сил, растягивающих исследуемый материал, направлена вдоль оси Ъ. Реализация указанного способа осуществлялась оптическим прибором [2].
При разработке метода оценки относительного удлинения [3, 4] объектами исследования служили трикотажные полотна различных переплетений, плотностей вязания, цвета, выработанные из различных нитей. Структура полотен представлена различными поперечно-вязаными переплетениями: кулирная гладь (х/б, Т = 71,4); кулирная гладь (п/ш, Т = 50x2); кулирная гладь (капрон, Т = 6);
Постановка задачи исследования
Разработка оптического метода оценки относительного удлинения трикотажа
ластик (х/б, Т = 71.4); интерлок (х/б, Т = 15,4), а также осново-вязаными: трико-сукно (капрон - Ввис, Т = 20); сукно-сукно (Мф - капрон, Т = 24); трико-трико (хлопок -капрон, Т = 10). Такое разнообразие полотен было выбрано для того, чтобы проверить работоспособность метода на широкой группе трикотажных полотен, различающихся своими характеристиками.
Исследуемые образцы вырезались в виде квадрата со срезанными углами. Размер рабочей зоны образцов составлял 220x220 мм. Подготовку образцов к исследованию осуществляли в соответствии со стандартными методами.
Подготовленный образец устанавливали в зажимы устройства для плоскостного растяжения материалов [2], после чего образец нагружали предварительной нагрузкой, выбранной таким образом, чтобы под ее действием образец лишь расправился, не получив деформации. Для этого применяли специальные подвесные зажимы с изменяющимися массами. Затем распрямленный образец закрепляли в противоположных зажимах.
Датчик оптического прибора, совмещенный с координатным столиком, устанавливали над образцом таким образом, чтобы фотоприемник канала X был ориентирован в плоскости, совпадающей с направлением приложения нагрузки к исследуемому образцу. Источник света - Не № лазер облучал исследуемый материал в направлении нормали плоскости его растяжения. На индикаторе оптического прибора устанавливали значении коэффициента анизотропии ж = 1, что соответствовало начальному значению для отсчета показаний.
Управление процессом деформирования образцов на универсальной установке производилось по специальной программе [2].
После ввода параметров работы устройства для плоскостного растяжения материалов система автоматического управления дает команду электромеханическому приводу устройства, которое посредством зажимов растягивает исследуемый образец. Усилия при растяжении пробы передавались тензометрической системой на гальванометр светолучевого осциллографа, одновременно электронный блок оптического прибора передавал сигналы на другой гальванометр этого же прибора. Таким образом, были получены осциллограммы с одновременной регистрацией кривых растяжения и изменения коэффициента анизотропии светорассеяния исследуемых образцов.
При проведении эксперимента образцы растягивались постоянной заданной нагрузкой, значение которой увеличивали с равными интервалами (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 ... Н). Контрольный замер удлинения образца производили инструментальной линейкой.
Исследования показали, что при увеличении растягивающей нагрузки значения величин коэффициента анизотропии ж убывают. Это затрудняет сравнение кривых изменения ж с кривыми относительного удлинения в, которые с увеличением нагрузки растут. Поэтому для удобства графического представления зависимостей была использована обратная величина коэффициента анизотропии
- 1/ж.
Результаты испытаний были сведены в табл. 1, 2 в которых представлены величины 1/ж и относительных удлинений £ % для исследованных трикотажных полотен, соответствующие различным значениям нагрузки Р. По полученным данным были построены зависимости 1/ж от Р и е от Р (рис. 2
- 7). На рис. 2-7 пунктирными линиями показаны зависимости обратной величины коэффициента анизотропии от приложенной нагрузки, а сплошными линиями - зависимости относительного удлинения от приложенной нагрузки. По графикам видно, что данные зависимости для всех исследуемых полотен имеют одинаковый характер.
Полученные кривые изменения относительного удлинения и кривые изменения обратной величины коэффициента анизотропии от приложенной нагрузки были аппроксимированы методом наименьших квадратов.
Таблица 1
Значения обратной величины коэффициента анизотропии и относительного удлинения при двухосном растяжении (измерение по петельному столбику)*
Вид переплетения, вид сырья 1 /ж Прикладываемая нагрузка, Р, Н
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Кулир- ная гладь, х/б 1,080 23,0 1,130 33,0 1,150 40,5 1,170 45,0 1,180 47,0 1,190 48,0 1,210 50,0 1,220 51,0 1,225 52,0
Кулир-ная гладь, п/ш 1,110 22,5 1,140 33,0 1,160 40,0 1,180 44,9 1,190 47,0 1,220 49,0 1,230 50,5 1,240 51,6 1,260 55,0
Кулир-ная гладь, капрон 1,100 22,0 1,140 27,0 1,160 32,0 1,170 36,0 1,190 40,0 1,200 42,0 1,220 44,0 1,230 47,0 1,240 49,0
Ластик, х/б 8 1,090 14,5 1,150 18,0 1,170 20,5 1,180 21,8 1,190 23,0 1,210 24,7 1,220 25,3 1,240 26,0 1,250 27,0
Интер- лок, х/б 1,110 10,0 1,140 15,1 1,170 19,3 1,190 22,5 1,210 26,0 1,230 28,1 1,250 31,4 1,260 33,1 1,264 35,6
Трико-сукно; капрон, ВВис 1,123 25,0 1,169 32,5 1,193 38,0 1,218 43,0 1,230 45,0 1,240 47,0 1,249 49,0 1,259 52,0 1,261 55,0
Сукно-сукно; МФ-капрон 1,130 8,8 1,160 13,0 1,180 16,6 1,200 20,0 1,220 22,5 1,240 25,0 1,270 28,5 1,300 30,0 1,320 33,0
Трико-трико; хлопок, капрон 1,100 16,0 1,140 25,5 1,160 31,5 1,170 37,0 1,190 39,8 1,200 43,0 1,220 47,0 1,230 50,0 1,240 52,0
Таблица 2
Значения обратной величины коэффициента анизотропии и относительного удлинения при двухосном растяжении (измерение по петельному ряду)*
Вид переплетения, вид сырья 1/ж Прикладываемая нагрузка, Р, Н
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Кулир- ная гладь, х/б 1,095 24,0 1,145 34,0 1,165 42,0 1,187 47,0 1,193 50,0 1,202 51,0 1,224 53,0 1,235 54,0 1,241 55,0
Кулир-ная гладь, п/ш 1,127 24,5 1,158 35,0 1,175 41,0 1,195 47,0 1,207 50,0 1,234 51,0 1,246 52,5 1,255 53,6 1,277 57,0
Кулир-ная гладь, капрон 1,115 24,0 1,156 29,0 1,177 34,0 1,186 38,0 1,205 42,0 1,235 44,0 1,243 46,0 1,245 49,0 1,257 51,0
Ластик, х/б £ 1,107 14,5 1,165 18,0 1,185 20,5 1,183 21,8 1,205 23,0 1,226 24,7 1,235 25,3 1,255 26,0 1,266 27,0
Интер- лок, х/б 1,126 11,0 1,155 16,1 1,185 20,3 1,203 24,5 1,225 27,0 1,245 28,1 1,266 33,4 1,275 35,1 1,280 37,6
Трико-сукно; капрон, ВВис 1,111 23,0 1,160 31,0 1,183 37,0 1,205 42,0 1,220 44,0 1,233 46,0 1,243 48,0 1,254 51,0 1,259 54,0
Сукно-сукно; МФ-капрон 1,115 7,8 1,145 10,0 1,165 13,6 1,185 17,0 1,205 19,0 1,225 22,0 1,255 25,0 1,285 27,0 1,305 30,0
Трико-трико; хлопок, капрон 1,090 14,0 1,130 23,5 1,150 29,5 1,160 35,0 1,180 37,3 1,190 41,0 1,210 45,0 1,220 48,0 1,230 50,1
Рис. 2. Зависимость обратной величины коэффициента анизотропии 1/ж (пунктирная линия) и относительного удлинения в (сплошная линия) от приложенной нагрузки Р при двухосном растяжении кулирной глади х/б, Т = 71,4.
Рис. 4. Зависимость обратной величины коэффициента анизотропии 1/ж (пунктирная линия) и относительного удлинения в (сплошная линия) от приложенной нагрузки Р при двухосном растяжении ластика х/б, Т = 71,42.
Рис. 6. Зависимость обратной величины коэффициента анизотропии 1/ж (пунктирная линия) и относительного удлинения в (сплошная линия) от приложенной нагрузки Р при двухосном растяжении сукно - сукно, МФ-капрон, Т = 24.
В результате найдены аналитические выражения, описывающие полученные кривые, общий вид которых представляет: для относительных удлинений
где Ь1 и а2, Ь2 - коэффициенты, зависящие от вида материала.
Величины коэффициентов корреляции для всех аппроксимированных кривых находятся в пределах Я = 0,97 - 0,99. Это говорит о том, что найденные нами выражения (1) и (2) в виде степенных функций с высокой точностью описывают экспериментальные зависимости \l& = f (Р) и £ = {(Р).
Учитывая изложенное, а также то, что исследованию подвергался широкий ассортимент трикотажных полотен различных переплетений, плотностей вязания, вида, толщины и цвета нитей, с достаточной вероятностью можно считать, что зависимость 1/ж = Г (Р) адекватна зависимости £ = Г (Р) для каждого конкретного трикотажного материала.
Проведенные исследования позволяют сделать заключение, что испытания предлагаемым методом, как и традиционными, дают результаты, объективно характеризующие поведение трикотажа при растяжении. А поскольку использование разработанного метода позволяет оценивать относительное удлинение трикотажа с меньшей трудоемкостью, чем традиционными, не контактируя с исследуемым материалом, то следует признать преимущество разработанного метода.
1. Оптический способ контроля волокносодержащих материалов / Шляхтенко П.Г., Садовский В.В., Виноградов Б.А.,Сергеев A.B. // Текстильная промышленность. - 1994. - № 1. - С. 31-32.
2. Исследование деформационных свойств трикотажа при плоскостном растяжении / Станийчук A.B., Медведев A.M. // Дизайн. Материалы. Технология. -СПбГУПТД. - 2016. - № 1 (41). - С. 59-66.
3. Садовский, В.В., Станийчук, A.B. Разработка метода оценки деформации растяжения трикотажных материалов // Роль студенческих объединений в развитии научно-технического прогресса в текстильной и легкой промышленности: Тез. докл. межрегионального научно-практического семинара. Иваново, 18-20 мая 1993 г. -Иваново, 1993. - С. 11-12.
4. Виноградов, Б.А., Садовский, В.В. Станийчук, A.B. Разработка метода оценки относительного удлинения плоских волокносодержащих материалов с применением лазерных источников излучения // Тематический сборник по разделу «Наукоемкие технологии» программы «Дальний Восток России». - Благовещенск, 1994. -
ь,
s =а1 ■ р 2,
для обратных величин коэффициентов анизотропии
1/ж = а2 • рЬг,
(1)
(2)
Выводы
С. 17-23.
