Прочность, жесткость и упругость волокон

Одним из важных показателей механических свойств волокнистых материалов является прочность при растяжении отдельных волокон, характеризующая способность волокна воспринимать растягивающие нагрузки, не разрушаясь. Максимальная нагрузка, которую выдерживает волокно при растяжении до момента разрыва, называется разрывным усилием. Относительная прочность — отношение абсолютной прочности волокна к линейной плотности волокна, выраженной в гексах или денье. В таблице 10 показаны геометрические и механические свойства волокна.

Таблица 10

Волокно

Линейная плотность, те кс

Разрывная

длина,

км

Плотность,

г/см3

Длина волокна, мм

Предел прочности, Н/см2х 10"

Хлопок средневолокнистый

0,20-0,18

23,0-28,0

1,5-1,52

28-34

343-410

Хлопок тонковолокнистый

0,14-0,13

33,0-39,0

1,5-1,52

36-40

480-570

Шерсть

1,25-0,333

9,0-15,0

1,28-1,33

40-200

118-200

Натуральный шелк

0,20-0,11

27,0-31,5

1,37

-

360-420

Вискозное обычное

0,33-0,25

14,5-19,8

1,50-1,54

38-150

222-230

Вискозное высокопрочное

0,25-0,20

19,8-27,0

1,50-1,54

38-150

260-400

Медно-аммиачное

0,22-0,11

14,5-20,7

1,50-1,54

65-85

212-260

Ацетатное

0,22-0,14

10,0-13,0

1,30-1,35

65-85

130-174

Триацетатное

0,22-0,14

11,0-12,0

1,28

65-85

140-152

Капроновое

0,33-0,11

45-60

U4

65-85

500-700

Анидное

0,33-0,11

45-50

1,14

38-110

500-550

Энантовое

0,33-0,11

40-45

1,10

38-110

500-550

Полиакрилонитрильное (нитрон)

0,62-0,11

32-39

1,10-1,17

38-110

360-450

Полиэфирное (лавсан)

0,62-0,11

35-54

1,38

38-110

450-640

Хлориновое

0,40-0,20

12-15

1,47-1,60

38-65

175-215

Полипропиленовое

0,40-0,20

35-80

0,91

38-65

315-450

Рами

0,73-0,62

50

1,51

60-160

630-930

Лен

2,50-1,25

55

1,50

40-125

785-1280

Пенька

40,0-7,70

53-62

1,48

50-250

880

Джут

5,0-2,22

27-53

1,48

120-300

325

Кенаф

6,65-4,0

-

2,56

120-300

330

Стеклянная

-

76

2,4-2,6

-

1460-7500

Другим важным механическим свойством волокнистых материалов является жесткость — способность волокна сопротивляться прикладываемым усилиям, вызывающим изменение его геометрических размеров. Жесткость волокон определяется химической природой и структурой молекул вещества.

Она существенно влияет на технологические свойства волокон и эксплуатационные свойства изделий, вырабатываемых из нетканых текстильных материалов. Более жесткие волокна труднее перерабатывать, они имеют ограниченное использование, например, в производстве нетканых текстильных материалов, идущих на пошив белья. В то же время в качестве бортовка и подкладочных материалов они иногда незаменимы. В зависимости от характера приложенных усилий различают три вида жесткости: при растяжении, изгибе и кручении. Жесткости при растяжении и изгибе особенно важны при переработке волокнистых материалов, при заполнении гарнитуры расчесывающих органов, при съеме волокон с расчесывающих органов. Сопротивление волокна деформации растяжения при формировании холста характеризуется модулем упругости.

Модуль упругости характеризуется отношением напряжения и относительного удлинения на прямом участке диаграммы растяжения материала при условии, что на этом участке диаграммы деформация прямо пропорциональна приложенному напряжению, т.е. точно следует закону Гука и является полностью упругой. Для полимерных текстильных волокон, у которых предел пропорциональности наступает в самой начальной стадии растяжения (например, при деформации до 1 %), модуль упругости практического значения не имеет.

Поэтому для таких волокон целесообразно определять начальный модуль, вычисленный для условий кратковременного нагружения малыми нагрузками, когда деформация полностью обратима и преобладает ее упругая часть. Кроме начального модуля для волокон очень важен модуль жесткости, характеризующий стойкость материала к действию растягивающих нагрузок. Модуль упругости является постоянной величиной, он проявляется по-разному в зависимости от условий испытания, но не зависит от приложенного напряжения. Модуль жесткости — величина, изменяющаяся в ходе испытания в зависимости от приложенной нагрузки или деформации. В табл. 11 приведены упругие свойства волокон и значения коэффициентов формы сечения.

Под действием любых внешних механических сил волокна деформируются. Причем характер и величина деформации зависят от характера и величины приложенной нагрузки, скорости приложения и длительности действия нагрузки, параметров окружающей среды, а также от свойств самого материала. Деформация текстильных волокнистых материалов складывается из трех частей:

  • а) упругой деформации, образующейся при приложении нагрузки и мгновенно исчезающей после ее снятия;
  • б) эластичной деформации, развивающейся под действием нагрузки и исчезающей во времени после снятия нагрузки;
  • в) необратимой пластической деформации, не исчезающей даже во времени после удаления нагрузки.

Таблица 11

Волокно

Жесткость при изгибе(удельная),

(Нм2)/текс2

Модуль упругости при изгибе,

Н/м2 (10"5)

Модуль упругости при растяжении,

Н/м2 (10'5)

Коэффициент формы сечения

Разрывное удлинение, %

Начальный модуль упругости,

Н/текс

Акриловое

4,62

6,33

7,3

10,0

7,0

-

-

-

Анид

1,78

306

2,9

4,92

3,04

0,91

26,0

2,64

Дакрон

3,78

5,18

8,9

12,2

12,5

-

-

-

Лавсан

5,18

6,89

12,2

16,2

13,4

-

-

-

Шерсть

0,58

2,13

1,19

4,44

3,18

0,80

29,8

3,02

Ардил

0,58

1,76

1,19

3,61

3,3

-

-

-

Фибролан

1,28

2,22

2,64

4,60

3,7

-

-

-

Вискозное

3,4

4,5

-

-

8,6

,074

15,7

6,52

Ацетатное

1,8

4,8

-

-

3,72

0,67

23,7

3,51

Хлопок

-

-

3,61

-

7,3

0,71

6,8

7,25

Лен

-

-

-

-

2,7

0,96

3,0

18,0

Натуральный

шелк

-

9,80

0,59

23,4

7,32

Стеклянное

8,9

-

-

-

73

1,0

2,5

29,2

Все три вида деформации могут возникать одновременно. Причем величина деформации каждого вида и их соотношение зависят от соотношения скоростей деформации и релаксационных процессов, протекающих в волокне. Точное определение величины деформации каждого вида представляет значительные трудности. В табл. 12 приведены составные части деформации, полученные на релаксометре РМ-5 при действии нагрузки в течение 4-х часов и такой же длительности отдыха. Нагрузка при испытаниях составляла 25 % от разрывной, температура воздуха 20 град. С, относительная влажность 65 %.

Таблица 12

Волокно или нить

Линейная плотность, текс

Общая деформация.

%

Составные части деформации, % от общей

условноупругая

эластическая

пластическая

Вискозная комплексная нить

9

6,4

И

19

70

обычная

9

4,9

12

20

68

упрочненная

5

6,3

76

21

3

Капроновая комплексная нить

0.4

9,5

71

13

16

Капроновое штапельное волокно

0,3

16,2

49

24

27

Нитроновое волокно

0,6

8,6

45

26

29

Хлопок средневолокнистый

0,2

4,0

23

21

56

Шерсть тонкая

0,4

4,5

71

16

13

Шерсть-сырец

2,5

3,3

30

31

39

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >