Способ оценки деформационных свойств швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки в процессе эксплуатации

Способ оценки деформационных свойств швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки в процессе эксплуатации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к отраслям текстильной и легкой промышленности и может быть использовано как в производстве крученых швейных лавсановых нитей, так и в швейном и обувном производстве.

Известен способ получения кривых ползучести ε_t=f(t) образцов тканей, простроченных лавсановыми нитями различной степени крутки (две степени крутки (Погорелова М.Л. Анализ механизма деформирования ниточных соединений. Канд. дисс., Кострома, 2002.)). Недостатком данного способа является отсутствие анализа влияния крутки на деформационные свойства, в работе проводится сравнение прочностных свойств строчных швов швейных лавсановых нитей при разном растягивающем напряжении образцов.

Также в качестве аналога можно сослаться на работу (Цобкалло Е.С.Характеристики механических свойств деформированных волокнистых материалов, методы их оценки и прогнозирования. Докт. дисс., С.-Пб., СПГУТД, 2002. Рег. № 30Д/62 от 12.07.2002, в которой получены диаграммы растяжения лавсановых нитей различной линейной плотности. В работе проведен анализ различных участков диаграммы с позиций накопления разрывов валентных связей, установлены пределы безопасных уровней напряжений для лавсановых нитей (участки I и II диаграммы растяжения - фиг.1). Однако в данном способе рассмотрено поведение под нагрузкой некрученых лавсановых нитей, то есть влияние крутки на механические свойства нитей не рассматривается.

В качестве прототипа взят известный способ оценки качества швейных нитей в зависимости от крутки (Матуконис А.В. Производство, свойства и применение неоднородных нитей. М., Легпромиздат, 1987).

В указанном способе проводится анализ диаграмм растяжения вискозно-капроновых и триацетат-лавсановых нитей с различной величиной крутки. Показано, что при величине крутки до 1000 кр./м диаграмма растяжения имеет характер двухступенчатого разрыва, при крутке К>1000 кр./м диаграмма растяжения имеет характер многоступенчатого разрыва. Объяснение этому эффекту дается с позиций рассмотрения различных свойств вискозной и капроновой составляющих этой нити. Показано изменение модуля упругости Е (жесткости) нити от величины крутки. Однако, как известно, величина модуля упругости Е в процессе растяжения нити не является постоянной величиной. Приводятся графики зависимости разрывного напряжения σ_р. и разрывного удлинения σ_р. от величины крутки, в то время как рабочие нагрузки и удлинения, как правило, достигают величин до 50% от разрывных. Не рассматривается также связь рабочих нагрузок с диаграммами растяжения. Кроме того, не рассматривается растяжение нитей с различной величиной крутки в режиме ползучести ε_t=f(t) при σ=const, где наиболее ярко проявляются деформационные свойства нитей, по которым судят о поведении нити при ее работе в узлах швейных машин.

Техническим результатом изобретения является возможность подбора таких рабочих напряжений на нить, при которых влияние крутки на ее деформационные свойства исключаются, то есть целесообразно выбирать нить с низкой степенью крутки, производство которой гораздо экономичнее, чем нити с высокой степенью крутки.

Поставленная задача достигается тем, что способ оценки деформационных свойств швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки в процессе эксплуатации, включающий растяжение с постоянной скоростью m образцов синтетических нитей с различной степенью крутки до разрыва с получением диаграмм растяжения "σ-ε" (где σ - растягивающее напряжение в нити; ε - относительная деформация нити, соответствующая этому напряжению), анализ зависимости механических характеристик синтетических нитей от величины крутки, по которому судят о влиянии крутки на механические свойства нитей. Растяжению подвергают образцы швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки K₁, К₂, ..., K_j, ..., K_m и линейной плотности T₁, T₂, ..., T_j, ..., T_m. Полученные диаграммы по меняющейся жесткости нити, связанной с изменением модуля упругости Е в процессе растяжения, условно разделяют на три участка I, II, III, каждый из которых характеризуется своим интервалом рабочих напряжений σ_пред. и деформацией ε_пред. при соблюдении условия σ_пред.I,<σ_пред.II<σ_пред.III и ε_пред.I,<ε_пред.II<ε_пред.III. В пределах первых двух участков выбирают ряд значений рабочих растягивающих напряжений σ₁, σ₂, ..., σ_i, ..., σ_n. Величина выбранных рабочих напряжений не превышает 50% от разрывных напряжений лавсановых нитей, что соответствует рабочим напряжениям в нитях в швейных машинах. Затем последовательно при каждом из этих напряжений испытывают образцы этих же нитей с различной степенью крутки K_j (j=1, 2, ..., m) и линейной плотности T_j в режиме ползучести в течение времени действия растягивающего груза P_j на нить, равном 1 мин, а величину растягивающего груза P_j, которое создает в каждой нити с соответствующей величиной крутки K_j (j=1, 2, ..., m) и линейной плотности T_j одинаковые рабочие напряжения σ₁=const, определяют из формулы

,

где σ_i - величина выбранного рабочего напряжения с диаграммы растяжения; для всех испытываемых образцов σ_i=const;

P_j - величина растягивающего груза j-го образца со степенью крутки K_j и линейной плотности T_j, создающего в образце рабочее напряжение σ_i=const;

T_j - величина линейной плотности j-го образца;

γ - удельная плотность лавсана γ=1,36 г/см³.

Откуда

Испытания образцов швейных лавсановых нитей в режиме ползучести проводят на релаксометре деформаций.

В результате испытания получают для каждой нити с соответствующей степенью крутки K_j и линейной плотности T_j значения минутной деформации ε_(t=1')j=M_j при выбранном рабочем напряжении σ_i; строят график зависимости полученной минутной деформации ε_(t=1')j от степени крутки K_j швейных лавсановых нитей при напряжении σ_i, то есть ε_(t=1')j=f(K_j), затем вычисляют среднее значение минутной деформации ε_(t=1')jcp=M_i для всех полученных значений ε_(t=1')j, при выбранном значении рабочего напряжения σ₁, с последующим графическим построением этой величины и сравнением ее с величиной минутной деформации каждого из образцов соответствующей степенью крутки, испытанных при выбранном рабочем напряжении σ_i. Среднее значение минутной деформации ε_(t=1')jcp=M_i рассчитывают как среднее арифметическое значений минутных деформаций испытанных m образцов при выбранном рабочем напряжении σ_i.

Графически зависимость ε_(t=1')jcp.=f(K_j) представляет собой горизонтальную прямую; затем для данного уровня выбранного рабочего напряжения σ_i рассчитываю величину среднего квадратического отклонения σ_i.кв. от средней величины минутной деформации M_j по формуле

,

где M_j - величина минутной деформации j-го образца Mj=_ε(t=1')j;

- средняя величина минутной деформации испытанных m образцов с различной степенью крутки и линейной плотности при уровне рабочего напряжения σ_i;

m - число последовательно испытанных образцов,

после чего для этого уровня напряжения σ_i определяют величину коэффициента вариации С по формуле

.

далее последовательно испытывают швейные лавсановые нити с различной степенью крутки и линейной плотности в режиме ползучести при других выбранных с диаграмм растяжения рабочих напряжениях σ₁, σ₂, ..., σ_i, ..., σ_n, с последующим получением для каждого уровня рабочего напряжения σ_1кв., σ_2кв., ..., σ_iкв., ..., σ_nкв. и коэффициентов вариации C₁, C₂, ..., С_i, ..., С_n, затем сравнивают полученные значения коэффициентов вариации с величиной технически допустимого коэффициента вариации С_доп.=10%. Выбор швейных лавсановых нитей с любой степенью крутки, при которой деформация нити не зависит от степени крутки, осуществляют при условии С_i<С_доп..

Ценность данного вывода заключается в том, что экспериментально определена область рабочих напряжений, при которой деформирование швейных лавсановых нитей не зависит от степени крутки. При наличии на складе швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки K₁, К₂, ..., K_j, ..., K_m для данных рабочих напряжений можно выбрать швейную лавсановую нить с любой степенью крутки, кроме того, полученный вывод позволяет предприятиям, производящим швейные лавсановые нити, выпускать нити с наименьшей степенью крутки, сэкономив на времени, затраченном на крутку.

Если при каких-то выбранных рабочих напряжениях с диаграммы растяжения величина коэффициента вариации С окажется выше 10% (С>10%), а это, естественно, соответствует большим величинам рабочих напряжений, выбранных из диаграмм растяжения швейных лавсановых нитей, то при выборе швейной лавсановой нити необходимо учитывать степень крутки. Опыт показывает, что такие напряжения практически превышают рабочие напряжения, возникающие в швейных лавсановых нитях при работе в швейных машинах.

В том случае, когда величина рабочего напряжения в нити определяется условиями ее работы, данный способ позволяет оценить безопасность ее работы и выбрать нить с соответствующей круткой.

В способе оценки деформационных свойств швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки испытания m образцов швейных лавсановых нитей проводят в режиме ползучести на релаксометре деформаций (Сталевич A.M., Тиранов В.Г. Аппаратура для исследования деформационных и прочностных свойств синтетических нитей // Текстильная промышленность в СССР. Вып.20. - М., 1979. - 28 с.) при выбранных рабочих напряжениях σ₁, σ₂, ..., σ_j, ..., σ_n, значения которых выбирают из предварительно полученных диаграмм растяжения этих образцов на приборе "Instron" в координатах "σ-ε". Полученные диаграммы швейных лавсановых нитей по меняющейся жесткости их в процессе растяжения, связанной с изменением модуля упругости Е, условно разделяют на три участка, каждый из которых характеризуется своим интервалом рабочих напряжений σ_пред. и деформаций ε_пред. при соблюдении условия σ_пред.I,<σ_пред.II<σ_пред.III и ε_пред.I,<ε_пред.II<ε_пред.III. Выбор значений рабочих напряжений σ₁, σ₂, ..., σ_i, ..., σ_n осуществляется в безопасных участках диаграмм с точки зрения накопления разрывов валентных связей в лавсановых нитях σ_пред.I<σ_пред.II. Величина выбранных рабочих напряжений не превышает 50% от разрывных напряжений лавсановых нитей, что соответствует рабочим напряжениям в нитях в швейных машинах. За оценку деформационных свойств швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки K_j (j=1, 2, ..., m) и линейной плотности T_j выбрано значение минутной деформации ε_t=1' при условии, что выбранное с диаграммы растяжения рабочее напряжение σ_i для всех испытываемых образцов швейных лавсановых нитей, отличающихся степенью крутки K_j и линейной плотностью T_j, является при испытании на ползучесть постоянным. Для выполнения поставленного условия для выбранного рабочего напряжения σ_i определяют для каждого образца с круткой K_j и линейной плотностью T_j величину растягивающего груза из зависимости

где σ_i - величина рабочего напряжения, взятая из диаграммы растяжения для всех образцов (j=1, 2, ..., m), с различной степенью крутки К_j и линейной плотности T_j в процессе испытания, является постоянной величиной;

P_j - величина растягивающего груза j-го образца с линейной плотностью T_j;

T_j - линейная плотность j-го образца;

γ - удельная плотность лавсана γ=7,36 г/см³.

Для всех m образцов с различной степенью крутки и линейной плотности при выбранном значении рабочего напряжения σ_i определяют свои значения растягивающих грузов P₁, P₂, ..., P_j, ..., P_m, которые создают в испытываемых образцах одинаковое напряжение σ_i. При этом выбранном напряжении для каждого образца получают свое значение минутной деформации ε_(t=1')1, ε_(t=1')2, ..., ε_(t=1')j, ..., ε_(t=1')m, затем для выбранного значения рабочего напряжения σ_i рассчитывают среднюю величину минутной деформации ε_(t=1')ср.= как среднее арифметическое минутных деформаций испытанных m образцов

.

Для данного уровня выбранного рабочего напряжения σ_i строят график зависимости минутных деформаций испытанных образцов от степени их крутки ε_(t=1')j=f(K_i), затем на данном графике проводят горизонтальную прямую ε_(t=1')ср.==const, после чего для этого уровня напряжения σ_i рассчитывают величину среднего квадратического отклонения σ_iкв. от этой прямой, т.е. от средней величины минутной деформации по формуле

,

где M_ji - величина минутной деформации j-го образца M_ji=ε_(t=1')j при уровне рабочего напряжения σ_i;

- средняя величина минутной деформации испытанных m образцов с различной степенью крутки K_j (j=1, 2, ..., m) и линейной плотности T_j при уровне рабочего напряжения σ_i;

m - число последовательно испытанных образцов.

Определив значение σ_iкв. для m образцов при выбранном значении рабочего напряжения σ_i, определяют величину коэффициента вариации С_i для этого уровня напряжения σ_i

Такие испытания образцов швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки и линейной плотности проводят далее последовательно при всех значениях выбранных рабочих напряжений σ₁, σ₂, ..., σ_i, ..., σ_n, получая для каждого уровня рабочих напряжений значение коэффициентов вариации C₁, C₂, ..., C_i, ..., C_n.

Затем проводят сравнение значений полученных коэффициентов вариации с величиной технически допустимого коэффициента вариации С=10% (Боровков А.А. Математическая статистика. Оценка параметров. Проверка гипотез. М., Наука, 1985).

При каких-то выбранных значениях рабочих напряжений σ коэффициенты вариации получаются ниже 10% (С<10%), это указывает на то, что деформационные свойства нити не зависят от степени крутки, то есть график зависимости минутной деформации швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки K_j и линейной плотности Т_j для данных уровней напряжений представляет собой горизонтальную прямую в координатах (ε_(t=1')j, K_j). Это говорит о том, что если при работе швейной лавсановой нити в швейной машине рабочее напряжение в ней будет равно напряжению, которому соответствует коэффициент вариации менее 10%, то швейную нить целесообразно выбирать с наименьшей степенью крутки, так как деформационные свойства нити при этих напряжениях не зависят от степени крутки швейной лавсановой нити.

Ценность данного вывода заключается в том, что экспериментально определена область рабочих напряжений, при которой деформирование швейных лавсановых нитей не зависит от степени крутки. При наличии на складе швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки K₁, K₂, ..., К_j, ..., К_m для данных рабочих напряжений можно выбрать швейную лавсановую нить с любой степенью крутки, кроме того, полученный вывод позволяет предприятиям, производящим швейные лавсановые нити, выпускать нити с наименьшей степенью крутки, сэкономив на времени, затраченном на крутку.

Если при каких-то выбранных рабочих напряжениях с диаграммы растяжения величина коэффициента вариации С окажется выше 10% (C>10%), а это, естественно, соответствует большим величинам рабочих напряжений, выбранных из диаграмм растяжения швейных лавсановых нитей, то при выборе швейной лавсановой нити необходимо учитывать степень крутки. Опыт показывает, что такие напряжения практически превышают рабочие напряжения, возникающие в швейных лавсановых нитях при работе в швейных машинах.

Приводим пример осуществления способа оценки деформационных свойств швейных лавсановых нитей.

Образцы крученых швейных лавсановых нитей девяти вариантов одинаковой рабочей длины l_o различаются степенью крутки K_j (j=1, 2, ..., m), (m=9)

K₁<K₂<...<K_j<...<K_m

и величиной линейной плотности Т_j

Т₁<Т₂<...<Т_j<...<Т_m,

испытывают на растяжение в режиме активного нагружения на приборе "Instron", получают диаграммы растяжения в координатах "σ-ε" (фиг.1). Полученные диаграммы по меняющейся жесткости нитей в процессе растяжения, что соответствует изменению модуля упругости Е, условно делят на три участка, каждому из которых соответствует величина предельного напряжения σ_прел. и величина предельной деформации ε_пред. при условии σ_пред.I,<σ_пред.II<σ_пред.III и ε_пред.I,<ε_пред.II<ε_пред.III.

Выбирают ряд рабочих растягивающих напряжений в пределах двух первых участков, которые считают безопасными для нити с точки зрения накопления разрывов в швейных лавсановых нитях: σ₁=50 МПа, σ₁=82,2 МПа, σ₁=100 МПа, σ₁=125 МПа.

Затем последовательно проводят испытания образцов швейных нитей на растяжение в режиме ползучести на релаксометре деформаций при каждом из выбранных рабочих напряжений σ_i при условии, что выбранная величина рабочего растягивающего напряжения является величиной постоянной для всех образцов нитей в процессе испытания на ползучесть. Для выполнения этого условия для каждого варианта нити (j=1, 2, ..., m) подбирают величину растягивающего груза P_j, который создает в нити выбранную величину растягивающего напряжения, то есть σ_i=const.

Подбор растягивающего груза для каждого варианта нити производят по формуле

откуда

Рассчитанные значения грузов P_j для всех девяти вариантов образцов швейных лавсановых нитей для каждого уровня, выбранного с диаграммы растяжения рабочих напряжений, приведены в таблице.

Значения минутных деформаций 9-ти вариантов швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки при разных величинах растягивающих напряжений.
σ, МПа/вар.	£t=r, %	ε(t=1')ср.=	aкв.	С
1	2	3	4	5	6	7	8	9
50	1,34	1,45	1,62	1,48	1,48	1,48	1,30	1,48	1,47	1,46	0,092	5,5
82,2	2,78	3,25	3,38	3,40	3,30	3,24	2,96	3,41	3,19	3,21	0,21	6,6
100	4,52	4,84	5,20	3,92	4,58	4,48	4,12	4,85	4,76	4,65	0,41	8,7
125	5,68	8,28	9,06	9,54	7,62	7,12	7,11	8,28	8,71	7,93	1,18	14,9
К, кр/м	576	530	546	579	575	575	558	549	545

Затем при каждом уровне выбранного рабочего напряжения σ₁, σ₂, σ₃, σ₄ последовательно проводят испытания образцов швейных лавсановых нитей в режиме ползучести при нагрузках на нити Р₁, Р₂, ..., Р_j, ..., Р₉, соответствующих данному уровню выбранного напряжения и рассчитанных по вышеприведенной формуле (2). Получают для данного уровня выбранного рабочего напряжения величины минутных деформаций ε_(t=1') для каждого образца швейной нити: ε_(t=1')1, ε_(t=1')2, ..., ε_(t=1')j, ..., ε_(t=1')9.

Значения минутных деформаций для каждого уровня выбранного рабочего напряжения представлены в таблице. После чего последовательно для каждого уровня рабочих напряжений определяют среднее арифметическое значение минутной деформации ε_(t=1')ср.=, получают , , , .

Строят графики зависимости минутной деформации ε_(t=1') от степени крутки К_j швейной лавсановой нити для каждого уровня рабочего напряжения (фиг.2), проводят на этом графике горизонтальные прямые для каждого уровня рабочего напряжения ε_(t=1')ср.==const; после чего для каждого уровня рабочего напряжения рассчитывают величину среднего квадратического отклонения σ_кв. по формуле

Затем определяют для каждого уровня выбранного рабочего напряжения коэффициент вариации по формуле

значения σ_кв. и коэффициентов вариации С для каждого уровня рабочего напряжения C₁, С₂, С₃, С₄ представлены в таблице.

Сравнивают значения коэффициентов C₁, С₂, С₃, С₄ для каждого уровня выбранного рабочего напряжения σ₁, σ₂, σ₃, σ₄ с величиной технически допустимого коэффициента вариации С_доп.=10%. Для вычисления этих значений была составлена программа "Определение доверительной области прогнозирования нелинейно-наследственной вязкоупругости текстильных материалов".

При сравнении полученных результатов вариации для всех четырех уровней рабочих напряжений следует, что при рабочих напряжениях σ₁, σ₂, σ₃ величина коэффициента вариации С меньше величины технически допустимого значения, то есть С<10%. Это говорит о том, что при значениях рабочих напряжений σ до 100 МПа и деформациях швейных лавсановых нитей ε примерно до 2,8% деформационные свойства крученых швейных лавсановых нитей не зависят от степени крутки К, это соответствует напряжениям и деформациям первого участка диаграммы растяжения. При рабочих напряжениях σ>100 МПа С>10% - это соответствует второму участку диаграммы растяжения и в этом случае необходимо при выборе швейной лавсановой нити учитывать степень крутки. Таким образом, проведенные исследования позволяют определить по диаграммам растяжения швейных лавсановых нитей величину предельных рабочих напряжений, при которых деформационные свойства этих нитей не зависят от степени крутки.

Указанные в описании величины и их размерность:

ε - относительная деформация, %,

К - крутка нити - (кр/м), Т - линейная плотность нити, Текс,

σ - нормальное напряжение, МПа,

Е - модуль нормальной упругости, МПа,

Р - величина растягивающего груза, Н,

γ - удельная плотность нити, г/см³,

С - коэффициент вариации, %.

Способ оценки деформационных свойств швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки в процессе эксплуатации, включающий растяжение с постоянной скоростью образцов синтетических нитей с различной степенью крутки до разрыва с получением диаграмм растяжения, анализ зависимости механических характеристик синтетических нитей от величины крутки, по которому судят о влиянии крутки на механические свойства нитей, отличающийся тем, что растяжению подвергают образцы швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки и линейной плотности, получают диаграммы растяжения этих образцов, полученные диаграммы по меняющейся жесткости нити, связанной с величиной модуля упругости в процессе растяжения, условно разделяют на три участка I, II, III, каждый из которых характеризуется своим интервалом рабочих напряжений σ_пред. и деформацией ε_пред. при соблюдении условия σ_пред.I<σ_пред.II<σ_пред.III и ε_пред.I<ε_пред.II<ε_пред.III, затем в пределах первых двух участков выбирают ряд значений рабочих растягивающих напряжений, затем последовательно при каждом из этих напряжений испытывают образцы этих же нитей с различной степенью крутки и линейной плотности в режиме ползучести в течение времени действия растягивающего груза на нить, равном одной минуте, а величину растягивающего груза для каждой нити с соответствующей величиной крутки и линейной плотности определяют из условия создания этим грузом в каждой испытываемой нити одинаковой величины ранее выбранного рабочего напряжения

где σ_i - величина выбранного рабочего напряжения с диаграммы растяжения; для всех испытываемых образцов σ_i=const;

P_j - величина растягивающего груза j-го образца со степенью крутки K_j и линейной плотности T_j, создающего в образце рабочее напряжение σ_i=const;

Т_j - величина линейной плотности j-го образца;

γ - удельная плотность лавсана, γ=1,36 г/см³;

из этих условий определяют величину P_j для каждого образца со степенью крутки K_j и линейной плотности T_j

в результате испытания получают для каждой нити с соответствующей степенью крутки и линейной плотности значение минутной деформации при выбранном напряжении; строят график зависимости полученной минутной деформации от степени крутки швейных лавсановых нитей при том же напряжении, затем вычисляют среднее значение минутной деформации для всех полученных значений деформации при выбранном значении рабочего напряжения с последующим графическим построением этой величины и сравнением ее с величиной минутной деформации каждого из образцов с соответствующей степенью крутки, испытанных при выбранном рабочем напряжении, затем для данного уровня выбранного рабочего напряжения σ_i рассчитывают величину среднего квадратического отклонения от средней величины минутной деформации по формуле

где M_j - величина минутной деформации j-го образца, M_j=е_(t=1')j;

- средняя величина минутной деформации испытанных m образцов с различной степенью крутки и линейной плотности при уровне рабочего напряжения σ_i;

m - число последовательно испытанных образцов;

затем для выбранного уровня напряжения σ_i определяют величину коэффициента вариации С_i по формуле

далее последовательно испытывают швейные лавсановые нити с различной степенью крутки и линейной плотности в режиме ползучести при других значениях выбранных с диаграмм растяжения рабочих напряжениях с последующим получением для каждого уровня рабочего напряжения и коэффициентов вариации, затем сравнивают полученные значения коэффициентов вариации с величиной технически допустимого коэффициента вариации С_доп=10%, а выбор швейных лавсановых нитей с любой степенью крутки, при которой деформация нити не зависит от степени крутки, осуществляют при условии С_i<С_доп..