Способ определения хрупкости волокон Советский патент 1991 года по МПК G01N33/36 

Изобретение относится к области текстильного материаловедения, в частности к определению механических характеристик волокон.

Целью изобретения является повышение точности определения хрупкости волокон за счет учета влияния напряжения растяжения.

На фиг.1 представлена схема установки для подготовки образца волокон к испытаниям; на фиг. 2 - подготовленный образец волокна для испытаний; на фиг 3 - схема испытания; на фиг. 4 - график зависи - мости напряжения растяжения волокна при его разрушении от отношения радиуса изгиба к радиусу волокна.

Схема на фиг.1 содержит подставку 1 контрастного цвета, цилиндрический стержень 2, подготавливаемое волокно 3, два ограничителя 4 с выемками для бумажной .полоски 5 с линией 6 сгиба.

Схема на фиг.2 включает верхний зажим 7 (показан условно) разрывной машины, стержень 8 известного радиуса.

Способ определения хрупкости осуществляют следующим образом.

Для испытаний нарезают штапельки, например углеродного низкомодульного волокна .длиной 70 - 75 мм, из которых пинцетом вынимают последовательно по одному волокну. Диаметр волокна определяют микроскопическим методом (диаметр волокна d 13 мкм, г- 6,5 мкм).

О vj О О О

сл

Затем выбирают радиус изгиба волокон из диапазона, при котором отношение радиуса изгиба к радиусу волокна составляет от 25 до 75.

Тогда диапазон радиуса изгиба состав- ляет от 0,16 до 0,49 мм. Затем волокно при помощи приспособления (фиг.1), состоящего из подставки 1 контрастного цвета, двух ограничителей 4 с выемками для бумажной полоски и цилиндрического стержня 2. фор- мируют в петлю 3 с длиной рабочей зоны 50 мм. Для этого волокно огибают вокруг цилиндрического стержня 2, диаметр которого (Di) выбран из удобства формирования петли и из условия минимального влияния изгиба на напряженность в волокне (Di 8 мм), а концы волокна заклеивают в бумажную полоску 5 размером 10 X 20 мм, перегибая ее в месте 6 сгиба. При этом расстояние а (фиг.2 ) между закрепляемы- ми концами волокон выбирают из диапазона от 1 мм до 3-х значений максимального радиуса изгиба, т.е. от 1 мм до 1,47 мм. Если расстояние между концами находится за пределами указанного диапазона, то растя- гивающее усилие действует под углом на концы волокна, за счет чего в месте закрепления концов возникают сдвиговые напряжения, приводящие к разрушению образца вне зоны изгиба. Для проклеивания бумаж- ной полоски применяют клей ПВА. Недопустимо затекание клея в рабочую зону волокна. Затем петлю осторожно снимают пинцетом (фиг.2) и просушивают в свободном состоянии при комнатной температуре в течение 24 ч.

Из имеющегося набора стальных стержней различных радиусов для испытания низкомодульного углеродного волокна выбирают 3-5 стержней (с шагом изменения радиуса 0,05 - 0,1 мм), с учетом диапазон радиуса изгиба, т.е. радиусов 0,16; 0,21: 0,29; 0,35; 0,41; 0,49 (мм).

Все стержни выполняют одинаковой массы (0,4 г), необходимой для обхвата во- локном стержня и распрямления петли. Для испытания применялись стержни, выполненные в форме крючка.

Для испытания применяют разрывные машины с постоянной скоростью растяже- ния в диапазоне 0 - 100 сН с погрешностью не более + 0,1%. Испытания можно проводить на разрывной машине М-27 (ВНР). Приготовленный образец (фиг. 16) зажимают бумажной полоской в верхнем зажиме 7 (фиг.1) петлей вниз. Стержень известного радиуса 8 (R 0,49 мм) пропускают в петлю волокна 3 и опускают его между губками открытого нижнего зажима (не показан), вследствие чего формируется зона изгиба

образца с заданным напряжением изгиба, определяемым по формуле:

Сизг Е

где Е - модуль деформации. Под действием груза предварительного натяжения образец приводят в состояние равновесия, добиваясь соосности петли волокна 3 и стержня 8, после чего нижний зажим со стержнем плавно закрывают. Включают разрывную машину, после.чего нижний зажим со стержнем опускается с выбранной скоростью до разрушения1 образца в зоне изгиба (скорость деформирования выбирается для каждого волокна таким образом, чтобы время до разрушения волокна составляло 10 - 15с).

После разрушения волокна фиксируют значение растягивающей нагрузки (Р) в момент разрушения волокна. Испытания, при которых образец разрушился не в зоне изгиба (определяют визуально), не учитывают. Возвращают нижний зажим в исходное положение, открывают верхний зажим, удаляют испытанный образец, производят перезаправку прибора и повторяют испытания (всего на 50 волокнах). Затем меняют стержень с другим радиусом изгиба из указанного ряда и производят также испытания 50 волокон. Аналогично производят испытания волокон на всех стержнях выбранного ряда радиусов изгиба.

За величину .растягивающего усилия при разрушении образца принимают среднее арифметическое всех испытаний при одном радиусе стержня:

pi/n,

I 1

где Р I-разрывное усилие в момент разрыва образца при определенном радиусе изгиба;

п - количество испытаний (п 50).

Растягивающее напряжение в зоне изгиба в момент разрушения образца рассчитывают по формуле

г - р

GP-TS

где S - площадь поперечного сечения волокна.

Для углеродного низкомодульного волокна S 13,3 10 мм , Расчетные значения приведены в таблице.

Затем по полученным значениям Gp строо

ят график зависимости вида -

(фиг.4), имеющую линейный характер в указанном диапазоне радиусов. На фиг.4 по

оси абцисс приведены значения -, по оси

график 9 зависимости является прямолинейным, 0) считают, что разрушение

ординат Gp

- (т)

При Gp - О (Р волокна произошло только от изгибающих напряжений, радиус изгиба в этом случае будет минимально возможным и характеризует хрупкость волокна. Эту точку находят на продолжении прямой графика 9. Для углеродного низкомодульного волокна вели R

чина хрупкости (-р-) равна 15.

Для низкомодульного углеродного во- локна показано, что достижение цели невозможно при соблюдении условия R (25-75). Если R 25 (п. 1 таблицы), то радиус изгиба близок к критической величине и значения растягивающего усилия зафиксировать не представляется возможным ввиду ею малости. Если R 75 (п.2 таблицы), то наблюдается отклонение графика 9 зависимости (фиг.З) от линейного закона, что объясняется малым влиянием изгибающих мэ ч-яже- ний на прочность волокна при этих условиях изгиба и Gp приближается к значению разрывной прочности неизогнутого волокна. Если расстояние между концами зафикси рованного петлей волокна (а) находится яз пределами неравенства 1 а 3R (мм) примеры IY, Y, то наблюдается разрушение волокна не в зоне изгиба, а у верхнего зажима. Это.происходит в результате действия

сдвиговых напряжений, возникающих при приложении растягивающего усилия под углом к концам волокна.

Данный способ позволяет проводить более точную оценку хрупкости волокон за счет последовательного учета изгибающего и растягивающего напряжений при исключении неконтролируемого изменения напряженности волокон.

Формула изобретения

1.Способ определения хрупкости волокон, заключающийся в том, что закрепляют концы волокон, формируя их в виде петли, изгибают волокна по радиусу, затем растягивают в направлении оси симметрии петли до разрушения, а хрупкость волокон определяют с учетом величины разрывной нагрузки, отличающийся тем.что, с целью повышения точности определения хрупкости, определяют зависимость между напряжением растяжения и отношением радиуса изгиба к радиусу волокна, а хрупкость определяют-по величине указанного отношения радиусов при гипотетическом нулевом значении напряжения растяжения.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем. что радиус изгиба волокон выбирают из диапазона, при котором отношение его к радиусу волокна составляет от 25 до 75.

3 Способ по п.1,отличающийся тем, что расстояние между закрепляемыми концами волокон выбирают из диапазона от 1 мм до трех значений наибольшего радиуса изгиба.

Изобретение относится к текстильному материаловедению, в частности, к определению механических характеристик текстильных волокон. Цель изобретения - повышение точности определения хрупкости волокон. Из штапелька волокон длиной 70 - 75 мин отбирают отдельные волокна, закрепляют концы волокон и формируют их в виде петли. Затем концы волокон зажимают в верхнем зажиме разрывной машины 7, а в петлю пропускают стержень 8 определенного радиуса, по которому осуществляется изгиб волокна. Петлю волокна подвергают для ориентирования предварительной нагрузке, после чего стержень 8 закрепляют в нижний зажим разрывной машины. При перемещении вниз нижнего зажима волокно растягивают до разрушения в зоне изгиба. Определяют зависимость между напряжением растяжения и отношением радиуса изгиба к радиусу волокна, а о хрупкости судят по величине указанного отношения радиусов при гипотетическом нулевом значении напряжения растяжения. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Не фиксируется шкалой прибора Образец разрушается у верхнего зажима

ФигЛ

V////////A-7 Ф г/jo .

1,8

1,0

Р фиеЗ

0.5

20

6010

Редактор О.Спесивых

4060

фиеЛ

Составитель В.Морозов

Техред М.МоргенталКорректор А.Осауленко

L/

JJ

фие.1

R()r

с.

60100