Способ определения деформационных свойств трикотажного материала

Способ определения деформационных свойств трикотажного материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области текстильного производства, в частности к способу определения деформационных свойств основовязаного сетчатого трикотажа, используемого в качестве эндопротезов при грыжесечении, при нагружении типа мембранного.

Известен способ получения диаграмм растяжения трикотажных материалов: Г.Н.Кукин, А.Н.Соловьев, А.И.Кобляков «Текстильное материаловедение», М.: Легпромбытиздат, 1992 г., с.68 - 74.

Аналогом предлагаемого изобретения является ГОСТ 8847-85, используемый в текстильном материаловедении как способ определения деформационных свойств, а именно разрывных характеристик трикотажных полотен путем одноосного равномерного растяжения с постоянной скоростью с получением диаграмм растяжения «P-ε», где (Н/см) - растягивающее усилие; F - растягивающая сила, приложенная к образцу шириной h; ε - относительная деформация образца. Согласно ГОСТ при одноосном нагружении зажимная длина образца трикотажного полотна L=100 мм, а ширина h=50 мм (т.е. отношение L/h=2). Данный способ позволяет качественно определить деформационные свойства и, в частности, коэффициент упругости, необходимый для расчета деформации при одноосном нагружении для многих трикотажных материалов.

Прототипом заявляемого способа является способ оценки деформационных свойств кулирного трикотажа из текстурированных нитей: диссертационная работа Столярова О.Н. «Деформационные свойства текстурированных нитей и трикотажа», 2005 г., с.98-101, 105, в которой проводится анализ диаграмм одноосного растяжения кулирного трикотажа из различных по молекулярному составу нитей, показана зависимость коэффициентов упругости от деформации при растяжении трикотажа, причем исследования проводились на образцах, подготовленных в соответствии с ГОСТ 8847-85 с отношением L/h=2 с определением коэффициента упругости по начальному участку диаграмм растяжения.

К отличительным особенностям данного способа относится то обстоятельство, что при растяжении в начальном периоде нагружения происходит сильное изменение формы элементарных звеньев (конфигурация петель, смещение точек контакта, изменение ориентации) трикотажного полотна по всей поверхности образца.

Вследствие этого значение коэффициентов упругости, полученное по указанному способу, не может быть использовано для расчета упругой деформации основовязаных сетчатых эндопротезов при характерном для них виде нагружения - мембранном нагружении. Задачей таких протезов является укрепление поврежденных стенок брюшной полости после операции грыжесечения. Протез закрепляется по периферии на стенке брюшной полости и должен препятствовать чрезмерной деформации стенки брюшной полости после грыжесечения под действием внутрибрюшного давления. Условия нагружения сетчатого эндопротеза подобны мембранному, когда поперечное сокращение элементов площади эндопротеза при его продольном удлинении практически отсутствует. Для расчета упругой деформации такого эндопротеза под действием внутрибрюшного давления требуется характеристика упругости трикотажного полотна, отвечающая условиям его мембранного нагружения. Поскольку трикотажное полотно, используемое для изготовления эндопротезов, представляет собой редкую сетку, то при одноосном нагружении выполнение условия L/h=2 приводит к сильному изменению формы элементарных звеньев полотна, значительно отличающемуся от его деформирования в «рабочем» режиме, в результате чего резко возрастает удлинение образца при его поперечном сокращении. В результате коэффициент упругости трикотажа , определенный при этих испытаниях, оказывается очень низким и не отвечает упругости трикотажа в условиях нагружения, когда указанного изменения формы элементов звеньев практически не происходит.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение качества оценки деформационных свойств основовязаных сетчатых эндопротезов за счет определения коэффициентов упругости для расчета деформации сетчатых эндопротезов, укрепляющих брюшную стенку после грыжесечения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения деформационных свойств образцов трикотажных материалов при одноосном нагружении, заключающемся в определении коэффициента упругости образцов по начальному участку диаграммы растяжения, перед проведением испытаний подготавливают из основовязаного сетчатого трикотажа образцы, характеризующиеся диаметром мононитей 0,1 мм, линейной плотностью мононитей от 10,4 до 21,5 текс, петельным шагом A - от 2 до 2,1 мм, высотой петельного ряда B - от 0,7 до 0,9 мм, плотностью вязания по горизонтали П_г - от 48 до 50 пет./100 мм, плотностью вязания по вертикали П_в - от 152 до 155 пет./100 мм и поверхностной плотностью ρ_s - от 62 до 123,5 г/м² с размерами длины L и ширины h их рабочей части, отвечающими отношению L/h, равному не более 0,4, сохраняющему форму петель основовязаного трикотажа по всей поверхности образца.

Существенными признаками заявляемого способа является подготовка образцов из основовязаного сетчатого трикотажа для получения диаграмм растяжения, а именно: образец должен в начальный период одноосного нагружения сохранять форму петель основовязаного трикотажа по всей поверхности образца, что обуславливается указанными выше характеристиками и размерами образца с отношением L/h не более 0,4 и обеспечивает технический результат. Одноосное нагружение выбранных образцов становится подобным мембранному и приближается к условиям реальной эксплуатации сетчатых эндопротезов, укрепляющих брюшную стенку после грыжесечения.

Заявителю и авторам неизвестен способ определения коэффициента упругости с использованием полученных данных, исходя из испытаний, приближенных к условиям эксплуатации основовязаных сетчатых эндопротезов, что позволяет сделать вывод о существенных отличиях заявленного способа определения деформационных свойств трикотажного материала.

Предлагаемый способ определения деформационных свойств основовязаных сетчатых материалов при одноосном нагружении реализуется следующим образом. Коэффициенты упругости определяются для двух видов сетчатых полотен, используемых как эндопротезы - из полипропиленовых (ПП) и поливинилиденфторидных (ПВДФ) мононитей, технологические параметры которых приведены в табл.1

Таблица 1
Технологические параметры основовязаных полотен
Параметр	Значение
Вид мононити	Полотно из ПП мононитей	Полотно из ПВДФ мононитей
Диаметр мононити, мм	0,1	0,1
Линейная плотность мононити, текс	10,4	21,5
Петельный шаг A, мм	2,1	2,0
Высота петельного ряда B, мм	0,7	0,9
Плотность вязания по горизонтали Пг, пет./100 мм	48	50
Плотность вязания по вертикали Пв, пет./100 мм	152	155
Поверхностная плотность ρs, г/м2	62,3	123,5

Диаграммы растяжения образцов основовязаного трикотажного полотна получают на универсальном измерительном комплексе INSTRON 1122. Образцы сетчатого трикотажа с различным отношением длины L и ширины h L/h от 5 до 0,4 стандартизируют по температуре и влажности (ГОСТ 10681-75), помещают в зажимы установки и производят одноосное нагружение с одновременной записью начального участка диаграмм растяжения при постоянной скорости. При каждом значении L/h проводят не менее 5 экспериментов. Полученные результаты усредняют.

В результате испытаний для каждого значения L/h получают начальный участок диаграммы растяжения до значения деформации ε~20% и по наклону касательной к начальному участку диаграммы растяжения получают значения коэффициента упругости .

Наклон начального участка диаграммы при значениях деформации ε~20% используется для определения упругости образцов сетчатого трикотажа , поскольку растяжение в диапазоне деформации до ~20% является допустимым по медицинским требованиям к эндопротезам и практически обратимым сразу после разгрузки, то есть является квазиупругим без заметного проявления релаксационных свойств.

На рис.1 приведены начальные участки диаграмм растяжения для основовязаного трикотажа из ПП мононитей, где кривые 1, 2, 3, 4, 5 и 6 соответствуют отношениям 5, 2, 1, 0,6, 0,5 и 0,4. На рис.2 приведены начальные участки диаграмм растяжения для основовязаного трикотажа из ПВДФ мононитей, где кривые 7, 8, 9, 10, 11, 12 соответствуют отношениям 5, 2, 1, 0,6, 0,5 и 0,4. Штриховыми линиями на рис.1 показаны касательные, проведенные к начальному участку диаграммы растяжения для кривой 2, полученной для образца со стандартным отношением , и кривой 6, полученной для образца с соотношением . Из данных рис.1 и 2 видно, как по мере уменьшения отношения резко возрастает наклон графиков, что означает увеличение коэффициентов упругости G, значения которых приведены в таблице 2.

Таблица 2
L Длина образца, см	h Ширина образца, см	L/h	Сетка из ПП мононитей	Сетка из ПВДФ мононитей
Номера кривых	G, H/см	Номера кривых	G, H/см
25	5	5	1	16	7	6
10	5	2	2	32	8	9
5	5	1	3	44	9	12
3	5	0,6	4	70	10	25
2,5	5	0,5	5	120	11	35
2	5	0,4	6	160	12	49

Из таблицы 2 следует, что при стандартном отношении L/h=2 значение коэффициента упругости составляет 32 H/см для сетки из ПП мононитей и 9 H/см для сетки из ПВДФ мононитей. При уменьшении отношения L/h коэффициент упругости резко возрастает, достигая значений 160 H/см для сетки с ПП нитями и 49 H/см для сетки с ПВДФ нитями при отношении L/h=0,4, т.е. увеличивается более чем в 5 раз.

Тем самым значение коэффициента упругости при одноосном нагружении приближается к значению коэффициента упругости при мембранном нагружении, и это значение может быть использовано для расчета упругой деформации сетчатого эндопротеза в эксплуатационных условиях.

Способ определения деформационных свойств трикотажного материала при одноосном нагружении, заключающийся в определении коэффициента упругости образцов , где Р - растягивающее усилие, ε - относительная деформация образца, по начальному участку диаграммы растяжения, отличающийся тем, что перед проведением испытаний подготавливают образцы из основовязаного сетчатого трикотажа, характеризующегося диаметром мононитей 0,1 мм, линейной плотностью мононитей от 10,4 до 21,5 текс, петельным шагом А от 2 до 2,1 мм, высотой петельного ряда В от 0,7 до 0,9 мм, плотностью вязания по горизонтали П_г от 48 до 50 пет./100 мм, плотностью вязания по вертикали П_в от 152 до 155 пет./100 мм и поверхностной плотностью ρ_s от 62 до 123,5 г/м² с размерами длины L и ширины h их рабочей части, отвечающие отношению L/h, равному не более 0,4, сохраняющему форму петель основовязаного трикотажа по всей поверхности образца.