СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ТЕКСТИЛЬНОГО МАТЕРИАЛА НА ФОРМОВОЧНУЮ СПОСОБНОСТЬ Российский патент 2001 года по МПК G01N33/36 

Изобретение относится к технике испытаний и измерений, а именно к способам исследования тканей на многоосное растяжение, и может быть использовано в легкой промышленности и сфере бытовых услуг.

За прототип способа испытаний тканей на оценку формовочной способности взят способ испытания текстильного материала по авторскому свидетельству СССР N 1138387, кл. G 01 N 33/36 /1/, включающий подготовку объекта, фиксацию в зажиме разрывной машины и измерение стрелы прогиба образца после приложения растягивающего усилия.

Недостатком прототипа является то, что оценка формовочной способности производится по величине нагрузки, а не по величине деформации образца, что затрудняет практическое применение экспериментальных данных при изготовлении швейных изделий. В данном способе отсутствуют снятие и отдых образца, что не позволяет выявить характеристики вынужденной эластичности и прогнозировать поведение материала при изготовлении и эксплуатации швейных изделий. В определении относительного остаточного приращения площади образца по прототипу отсутствует расчетный способ определения величин рабочей площади образца после задания фиксированной деформации, рабочей площади образца после прекращения действия нагрузки и отдыха. Использование сложного нестандартного оборудования ограничивает возможность применения способа /1/ в производственных условиях.

Техническим результатом изобретения является расширение спектра получаемых характеристик для оценки формовочной способности материалов для одежды (тканей, нетканых и трикотажных полотен, кожи, меха) и повышение их информативности, а также приближение условий испытаний к условиям изготовления и эксплуатации швейных изделий.

Указанный технический результат достигается тем, что, во-первых, растягивающее усилие составляет 0,75 P_p (75% от разрывной нагрузки), что в 1,5-2 раза превышает эксплуатационные воздействия и установлено с целью создания "запаса", который обусловлен как возможным наличием слабых мест в материале, так и случайными превышениями нагрузки. Во-вторых, отдых образца осуществляют в активных средах, снижающих температуру стеклования и переводящих материал в высокоэластическое состояние, и определяют эластичность текстильного материала, которая характеризуется изменением стрелы прогиба после отдыха образца в активной среде (ε₃, %):
ε₃= (f-f′)/f•100, (1)
где f'₁ - стрела прогиба образца после отдыха в активной среде, мм
f - стрела прогиба образца в результате приложения растягивающей нагрузки, мм.

А формовочную способность определяют технологическую и эксплуатационную как относительное остаточное приращение площади образца в процентах по формулам:
при f'₁ < R (фиг. 2):
F_техн = f²/R²•100, (2)

где F -стрела прогиба образца в результате приложения растягивающей нагрузки, мм.

R - радиус шарика, мм;
f'₁ - стрела прогиба образца после отдыха в активной среде, мм
При f'₁ > R (фиг. 3):
F_техн = (2f-R)/R•100, (4)
F_экспл = (2f'₁-R)/R•100, (5)
где f - стрела прогиба образца в результате приложения растягивающей нагрузки, мм;
f'₁ - стрела прогиба образца после отдыха в активной среде, мм;
R - радиус шарика, мм.

При f'₁ = R (фиг. 2);
F=F_техн=F_экспл=100%,
где F - формовочная способность материала, %.

Способ испытания поясняется графиками.

На фиг. 1 - график, поясняющий внешний вид образца до испытания и после приложения растягивающей нагрузки.

На фиг. 2 - график, поясняющий возможный результат испытания при f ≅R и f'₁ ≅ R.

На фиг. 3 - график, поясняющий возможный результат испытания при f > R и f'₁ ≅ R; при f > R и f'₁ > R.

На фиг. 4 - график, поясняющий расчет площади сферического сегмента.

В способе, включающем подготовку, растяжение и отдых образца в активной среде /2/ с проведением измерений на протяжении всего цикла, используют образец круглой формы, внешний срез которого укрепляется бумажным кольцом или дублируется кольцом из клеевого прокладочного материала (фиг. 1). Растяжение осуществляется продавливанием образца шариком, например, на разрывной машине ИР 5074-3 при помощи приспособления для испытания трикотажного полотна и нетканых материалов на продавливание шариком /3/. Величина прикладываемой нагрузки составляет 75% от разрывной. Указанная величина нагрузки определена методом планирования эксперимента и обеспечивает оптимальное увеличение площади образца без нарушения его целостности. Данная величина нагрузки соответствует условиям растяжения, рассчитанным с 1,5-2-кратным "запасом" по сравнению с параметрами, рекомендуемыми общепринятой методикой при оценке остаточной (пластической) деформации при одноосном растяжении - 25-50% от разрывной нагрузки /4-6/. На стадии отдыха образцы помещают в активные среды и определяют эластичность ткани, включая и ее вынужденную составляющую, что позволяет оценить стабильность формы образцов текстильного материала в условиях, имитирующих условия эксплуатации. Эластичность текстильного материала характеризуется изменением стрелы прогиба после отдыха образца в активной среде ( ε₃ %):

где f'₁ - стрела прогиба образца после отдыха в активной среде, мм
f - стрела прогиба образца в результате приложения растягивающей нагрузки, мм.

Формовочную способность технологическую определяют как относительное общее увеличение площади образца в процентах и рассчитывают по формуле:
F_техн = (S-S₀)/S₀•100, (8)
где S₀ - первоначальная рабочая площадь образца, мм²;
S - рабочая площадь образца после задания фиксированной деформации, мм²;
Формовочную способность эксплуатационную определяют как относительное остаточное приращение площади образца в процентах и рассчитывают по формуле:
F_экспл = (S'₁-S₀)/S₀•100, (9)
где S₀ - первоначальная рабочая площадь образца, мм²;
S'₁ - рабочая площадь образца после прекращения действия нагрузки и отдыха в активной среде, мм².

Увеличение площади полученной объемной поверхности ткани рассчитывается по формулам (2-6), вывод которых представлен в формулах (10-14). Образец рассматривается как сферический сегмент радиуса, величина которого равна величине радиуса шарика R, и высотой, равной стреле прогиба f. Возможны три варианта продавливания: при f < R или f'₁ > R (фиг. 2); при f > R или f'₁ > R (фиг. 3) и при f=R или f'₁=R.

В случае при f<R ( или при f'₁ < R) приращение площади (в процентах) представляет собой разность пощади сферического сегмента и пощади круга (фиг. 4);

где R - радиус шарика, мм;
f - стрела прогиба образца в результате приложения растягивающей нагрузки, мм.

где R - радиус шарика, мм;
f'₁ - стрела прогиба образца после отдыха в активной среде, мм.

Формулы (10-11) получены математическим путем. Расчет производится исходя из графического построения, приведенного на фиг. 4:
r²=R²+(r-f)²
r²=R²+r²-2•r•f+f²
r=(R²+f²)/(2•f)
cos(α_o) = (r-f)/r
α_o= arcos((r-f)/r),
где r - радиус сферического сегмента формуемой поверхности;
α_o - угол сферического сегмента формуемой поверхности.

Рабочая площадь образца после задания фиксированной деформации рассчитывается по формуле:

где dl - дифференциал дуги;
A, B - начальная и конечная точка дуги.

В нашем случае: x=r•cos ( α ); y = r•sin ( α )

dl = r•dα,
где x, y - координаты точки на дуге сферического сегмента формуемой поверхности;
α - угловая координата точки на дуге сферического сегмента формуемой поверхности;
x', y' - первые производные от координат точки на дуге сферического сегмента формуемой поверхности по α ;
d α - дифференциал приращения угловой координаты α


Подставляем

В случае f > R или f'₁ > R площадь поверхности образца после испытания рассчитывается как сумма площадей сферического сегмента радиуса, величина которого равна величине радиуса шарика R, и боковой поверхности цилиндра радиуса R и высотой (f-R). Формовочную способность технологическую и формовочную способность эксплуатационную в процентах определяют по формулам:


В случае f= R или f'₁=R формовочная способность технологическая и формовочная способность эксплуатационная как приращение площади (в процентах) рассчитывается по формуле (14) и составляет 100%:
F = (2•π•R²-π•R²)/(π•R²)•100 = 100, (14)
где F - формовочная способность материала, %.

Пример осуществления способа
Способом определяют формовочную способность текстильных материалов для одежды, а также пакетов одежды, состоящих из различных материалов, что дает возможность обеспечить научно обоснованный выбор материалов, оптимальное расположение конструктивных линий в одежде и изготавливать отечественные конкурентоспособные швейные изделия. Полученные при испытаниях характеристики позволяют прогнозировать формовочную способность различных текстильных материалов и оценивать их формоустойчивость на различных участках одежды (область колена, локтя и т.п.).

В качестве примера приведены результаты испытаний льняных, смешанных и неоднородных тканей на определение формовочной способности (таблица).

Осуществление способа аналогично /1/ и может быть реализовано при помощи известного устройства, например, как в ГОСТ 8847-85 /3/. Испытуемый образец текстильного материала, например ткани, (фиг. 1) в форме круга диаметром 60 мм, внешний срез которого закреплен кольцом бумаги или клеевого прокладочного материала, закрепляют в зажиме разрывной машины с приспособлением для продавливания шариком. В момент достижения заданной величины нагрузки (P= 0,75 P_p) разрывную машину останавливают, фиксируют стрелу прогиба f. После снятия нагрузки образец помещают для отдыха в активную среду. После отдыха в активной среде фиксируют стрелу прогиба после отдыха f'₁.

Эластичность ткани, включая и ее вынужденную составляющую, характеризуют изменением стрелы прогиба после отдыха образца в активной среде ( ε₃ %):

где f'₁ - стрела прогиба образца после отдыха в активной среде, мм;
f - стрела прогиба образца в результате приложения растягивающей нагрузки, мм.

Формовочную способность технологическую и формовочную способность эксплуатационную в процентах определяют по формулам:
При f'₁ < R (см. фиг. 2):
F_техн=f²/R²•100, (16)

где f - стрела прогиба образца в результате приложения растягивающей нагрузки, мм.

R - радиус шарика, мм;
f'₁ - стрела прогиба образца после отдыха в активной среде, мм
При f'₁ > R (см. фиг. 3):
F_техн=(2f-R)/R•100, (18)
F_экспл = (2f'₁-R)/R•100, (19)
где f - стрела прогиба образца в результате приложения растягивающей нагрузки, мм;
f'₁ - стрела прогиба образца после отдыха в активной среде, мм;
R - радиус шарика, мм.

При f'₁=R (см. фиг. 2):
F=100%, (20)
где F - формовочная способность материала, %.

Способ может использоваться и при многоцикловых испытаниях при повторении указанного цикла.

Предлагаемый способ испытания текстильного материала на формовочную способность позволяет объективно оценить способность материал приобретать пространственную форму и устойчиво ее сохранять в процессе эксплуатации одежды, что позволяет сделать обоснованный выбор материалов для изготовления формованных швейных изделий и прогнозировать их качество.

Преимуществом изобретения является:
- приближение условий испытания к условиям изготовления формованных швейных изделий и к условиям эксплуатации одежды;
- расширение информативности получаемых характеристик за счет определения технологической и эксплуатационной формуемости и эластичности, что позволяет прогнозировать способность плоского материала увеличивать площадь;
- сохранение целостности структуры испытуемого образца ткани.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1138387, кл. G 01 N 33/36. В.Е.Кузьмичев, В. Н. Карамышев, В. В.Веселов. Способ определения формовочных свойств текстильных материалов и устройство для его реализации, 07.02.1985 - 4 с. - Прототип.

2. Патент N 1796980, Смирнова Н.А., Перепелкин К.Е. и др. Способ испытания текстильного материала на растяжение методом исследования релаксационных характеристик.

3. ГОСТ 8847-85 Полотна трикотажные. Методы определения разрывных характеристик и растяжимости при нагрузках меньше разрывных.

4. Кукин Г.Н., Соловьев А.Н. Текстильное материаловедение. - М.: Легкая индустрия, 1964. - 322 с.: ил.

5. Лабораторный практикум по материаловедению швейного производства: Учеб. пособие для вузов/ Б.А.Бузов, Н.Д.Алыменкова, Д.Г.Петропавловский и др. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Легпромбытиздат, 1991. - 432 с,: ил.

6. Манарова Т.А., Потапова Л.Б. Текстильное материаловедение. - М.: Минвуз СССР, МТИ им. Косыгина, 1986 - с. 56.

Изобретение используется в легкой промышленности и сфере бытовых услуг при исследовании тканей на многоосное растяжение. Способ включает подготовку объекта, фиксацию в зажиме разрывной машины и измерение стрелы прогиба образца после приложения растягивающего усилия, снятие и отдых. Растягивающее усилие составляет 0,75 P_p, где Р_p - разрывная нагрузка, и отдых образца осуществляют в активных средах, а формовочную способность технологическую и формовочную способность эксплуатационную в процентах определяют по формулам:
при f'₁<R: F_техн=f²/R²•100, F_экспл=f'₁ ²/R²•100,
при f'₁>R: F_техн=(2f-R)/R•100, F_экспл=(2f'₁-R)/R•100,
при f'₁= R: F=100%, где f - стрела прогиба образца в результате приложения растягивающей нагрузки, мм; R - радиус шарика, мм; f'₁ - стрела прогиба образца после отдыха в активной среде, мм, F - формовочная способность материала, %. Способ позволяет расширить спектр получаемых характеристик и приблизить условия испытания к условиям изготовления и эксплуатации швейных изделий. 4 ил., 1 табл.

Способ испытания текстильного материала на формовочную способность, включающий подготовку объекта, фиксацию в зажиме разрывной машины и измерение стрелы прогиба образца после приложения растягивающего усилия, отличающийся тем, что включает снятие и отдых, причем растягивающее усилие составляет 0,75 Р_р, где Р_р - разрывная нагрузка, и отдых образца осуществляют в активных средах, а формовочную способность технологическую и формовочную способность эксплуатационную в процентах определяют по формулам
при f'₁ < R:
F_техн = f²/R²•100,
F_экспл = f'₁ ²/R²•100,
при f'₁ > R:
F_техн = (2f - R)/R•100,
F_экспл = (2f'₁ - R)/R•100,
при f'₁ = R:
F = 100%,
где f - стрела прогиба образца в результате приложения растягивающей нагрузки, мм;
R - радиус шарика, мм;
f'₁ - стрела прогиба образца после отдыха в активной среде, мм;
F - формовочная способность материала, %.