ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ PŘEDNÁŠKA 7 MECHANICKÉ VLASTNOSTI

Transkript

Katedra textilních materiálů
ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ
PŘEDNÁŠKA 7
MECHANICKÉ VLASTNOSTI
Definice:
Mechanické vlastnosti materiálů - odezva na mechanické
působení od vnějších sil:
1.
2.
3.
4.
5.
na tah
na tlak
na ohyb
na krut
střih
F
F
MK
F
F
F
x
MK
F
1.
F
2.
3.
4.
5.
Druhy namáhání se v praxi většinou vyskytují v kombinaci.
Laboratorně se tato namáhání zkoumají odděleně od sebe, přičemž
normovány jsou pouze zkoušky pevnosti v tahu.
Během mechanického namáhání dochází v textilii ke změně tvaru deformaci, která je závislá na:
• velikosti zatížení
• rychlosti namáhání
• době trvání
Mechanické vlastnosti se uplatní při zpracování vláken a textilií a
proto jsou zařazovány mezi zpracovatelské vlastnosti.
Ultimativní charakteristiky
• pevnost (síla do přetrhu) P [N] popř. F [N]
• napětí do přetrhu σ [Pa]
• protažení do přetrhu ∆l [mm]
• tažnost (deformace do přetrhu) ε [%]
• relativní pevnost Fr, popř. f [N/ tex], resp. [cN / dtex]
• tržná délka LT [km], resp. [m]
Poznámka: v přednáškách
Prof. Militký zavádí pro
relativní pevnost značení Fr,
V učebních textech je
relativní pevnost značena f
Namáhání v tahu
Při namáhání v tahu - odezva materiálu:
pevnost v tahu.
Zkoušky jsou prováděny
na dynamometru –
přístroj pro definované
namáhání vzorků a registraci
síly a deformace (natažení)
Přístroji se také říká
trhací stroj nebo zjednodušeně
trhačka.
Opakování veličin – přednáška 2:
Napětí
absolutní síla F [N] přepočítaná buď na plochu průřezu
vzorku S [m2] nebo na jemnost vzorku T [tex].
Napětí do přetrhu vzorku - pevnost v tahu.
Přepočet na plochu - u homogenních materiálů (kovy):
F[ N ]
σ=
2
S[m ]
[ Pa ]
Napětí
Přepočet na [tex] - u nehomogenních materiálů (vlákna,
příze):
F[ N ]
Fr =
T [tex]
−1
[ N ∗ tex ]
pro vlákna se používají odvozené jednotky:
[cN.dtex-1], [cN.tex-1], [mN.dtex-1],
Převod mezi srojařským Napětím [Pa]
a relativní pevností Fr [N.tex-1]:
F [N ]
F [N ]
σ=
=
= Fr ∗ ρ = f * ρ [ Pa ]
2
S [m ] T [tex ]
ρ [kg. m −3 ]
Po přepočtu vychází Kevlar pevnější, než ocel.
Deformace
Absolutní deformace
∆l = l − l 0
[ mm ]
l – je konečná délka po natažení [ mm ]
l0 – je upínací délka [mm]
l0
Relativní deformace
∆l[mm] l − l0
ε=
=
l0 [mm]
l0
[1]
∆l
ε = *10 2 [%]
l0
Relativní deformace do přetrhu - tažnost [ % ].
Zkoušení pevnosti vláken v tahu
Zkoušení mechanických vlastností - zjištění meze pevnosti. Textilie
je zatěžována až do destrukce - přetrhu vzorku.
Výsledkem jsou ultimativní charakteristiky vztahující se k mezi
pevnosti.
Charakteristické části křivky :
0 : počátek
0 - P : oblast pružných (elastických )
deformací. Deformace se
po uvolnění napětí vrátí.
P: mez pružnosti. Nad tímto bodem
se začínají projevovat plastické
(nevratné) deformace
S: počátek kluzu
A: bod destrukce
C: Maximální síla Fmax
B: deformace při přetrhu
O – A: tuhost vákna
l0
Předpětí
Tahová (pracovní) křivka textilií: síla v počátku
nevzrůstá lineárně s deformací. Projevuje se
zakřivení způsobené tím, že se uvnitř vláken
vyrovnávají vnitřní síly – (natáhne se zvlnění
vláken, proklouznou po sobě řetězce ve
struktuře vláken…)
Předpětí
Pro přesné stanovení deformace vlákna, a pro přesné odečítání
počátečního tangentového modulu, vkládáme před měřením
pevnosti na vlákno předběžnou sílu - předpětí.
Předpětí je stanoveno normou.
Simulační zkoušky
Zkoušení mechanických vlastností - napodobení namáhání při
různých podmínkách.
Normální ovzduší pro zkoušení 20 °C ± 2 °C, φ= 65 % ± 2 %
Pro namáhání ve vysušeném stavu:
Fs - absolutní pevnost
stanovená ve
Pevnost za sucha:
F
vysušeném stavu
fS =
S
F
*10 2
[%]
Pro namáhání v mokrém stavu:
Pevnost za mokra:
Fm
fm =
*10 2
F
[%]
textilie [ N ]
Fm - absolutní pevnost
stanovená v
mokrém stavu (po
smočení) textilie
[N]
F - absolutní pevnost
stanovená za
klimatických
normovaných
podmínek [ N ]
Simulační zkoušky
Pro namáhání v kombinovaném stavu:
Pevnost ve smyčce :
f sm
Fsm
=
*10 2 [%]
2* F
Pevnost v uzlu:
FU
*10 2
fU =
F
[%]
Fsm - abs. pevnost nitě ve smyčce [ N ]
Fu - abs. pevnost nitě v uzlu [ N ]
Hodnoty relativních pevností
ve smyčce a v uzlu jsou vždy menší než 100 %.
Deformace elastická a plastická
Deformace elastická – vratná
Elastické deformace lze očekávat pouze v oblasti malých
sil a deformací, kde průběh F= f (∆l ) je lineární.
Deformace elastická
Bod P – mez pružnosti
Od počátku do bodu P –
elastické deformace
Tečna v počátku ke křivce –
počáteční tangentový
modul (modul pružnosti)
modul pružnosti - první derivace funkce tahové (pracovní) křivky,
(tečna ke křivce v počátku). Většinou ji konstruujeme graficky,
změříme úhel α a vypočítáme tg α .
U textilií je místo pojmu Youngův modul pružnosti používán pojem
počáteční tangentový modul EP . Bod P , kde tečna v počátku
opouští tahovou křivku je definován jako mez pružnosti.
Jednotky modulu pružnosti jsou stejné jako na ose y!
Deformace elastická
Modul pružnosti
σ p Fp * l
=
EP =
ε p S * ∆l
[ Pa ]
Modul počáteční tangentový
Ep =
fp
εp
[ N ∗ tex −1 ]
První derivace ke křivce v
počátku
ETangentový (0) =
df
[ N ∗ tex −1 ]
dε
Tuhost vlákna
Modul sekantový
F ( A)
H=
ε ( A)
[ N ∗ tex −1 ]
Spojnice počátku a konce
křivky
Plastické deformace
Plastické deformace jsou nevratné a jsou to deformace za
bodem P, resp. bodem kluzu
Deformační práce
Deformační práce – plocha
pod křivkou
l
A = ∫ F * dl
[J ]
0
Měrná deformační práce
A A
a= =
m T
-1
[J.tex ]
Mechanické vlastnosti vláken
Vliv podmínek namáhání na průběh a výsledky
zkoušení mechanických vlastností vláken
- Klimatické podmínky (norma: T=20 °C, φ = 65 % )
- Upínací délka l0
- Rychlost zatěžování
Klimatické podmínky
- Rozdílná pevnost za sucha a za mokra (po smočení)
Bavlna, len, konopí ►vzrůst pevnosti za mokra až na
120 %pevnosti za sucha
Viskóza ► pokles pevnosti z mokra na 50 % pevnosti
za sucha
Syntetická vlákna ► minimální vliv (pokles o 10 %)
Upínací délka
- Přetrh v nejslabším místě
Na krátkých úsecích menší pravděpodobnost
výskytu slabých míst
Na dlouhých úsecích větší pravděpodobnost výskytu
slabých míst
► TVAROVÝ EFEKT
Rychlost zatěžování
- Čím větší čas, tím větší možnost přeskupení vnitřních
sil – rychlost zatěžování musí být stanovena normou
Rychlost zatěžování
- Při zpracování a užívání vláken, nití a textilií dochází
k dynamickému namáhání (velmi rychlé)
► při malé deformaci přenáší textilie větší síly:
» Zpracování vláken mezi pracovními orgány mykacího
stroje, posukovacího stroje, dopřádacího stroje
» Zatkávání útku do osnovy (prošlup)
» Namáhání šicí nitě při šití – frekvence až 100 Hz
NORMOVÁNA RYCHLOST ZATĚŽOVÁNÍ 100 mm/min
NEBO ČAS TRVÁNÍ ZKOUŠKY CCA 20 s – neodpovídá
skutečnosti, ale jsou k dispozici přístroje pro měření
PŘÍSTROJE PRO ZKOUŠENÍ PEVNOSTI A TAŽNOSTI
• přístroje pracující s konstantním přírůstkem síly –
(přístroje typu Schopper)
dF
dt
= konst.
• přístroje pracující s konstantním přírůstkem
deformace – dnešní moderní přístroje s výměnnými
měřicími členy (celly)
dε
= konst.
dt
- Zkoušení jednotlivých
vláken – zdlouhavé
trhačka
• Zkoušení svazku vláken rychlá metoda – zařazena do
linek HVI – Pressley Tester
• Pevnost vláken ve svazku – Pressley Tester
• Pevnost vláken ve svazku – Pressley Tester
• Pevnost vláken ve svazku – Pressley Tester – čelisti
Odříznutí svazku:
Nulová upínací délka
l0= 0 ► délka svazku =
šířka složených čelistí
= 11,65 mm
Popř. s vložkou 1/8 ´´
l0= 3,2 mm ► délka
svazku = 14,85 mm
• Pevnost vláken ve svazku – Pressley Tester – postup
-Pročesání svazku
-Vložení do čelistí
-Uzavření a utažení čelistí
-Odříznutí svazku
-Vložení čelistí do přístroje
-Odtržení
-Otevření čelistí
-Zvážení svazku
-Stanovení Pressley Index
síla [lb]
PI =
hmotnost svazku [mg ]
• Pevnost vláken ve svazku – přepočet na poměrnou pevnost:
• Pro upínací délku l0 = 0
lb
f [cN . tex ] = PI [ ]* 5,36
mg
−1
• Pro upínací délku l0 = 3,2
lb
f [cN . tex ] = PI [ ]* 6,80
mg
−1
•
1 lb = 0,453 kg
Komplexní stanovení jakosti suroviny
• Linky HVI (High Volumen Instruments) :
»
»
»
»
»
Délka vláken
Jemnost vláken
Pevnost vláken
Čistota suroviny
Barva suroviny
- přístroj Fibrograf
- přístroj Micronaire
- přístroj Pressley Tester
- přístroj Trash Tester
- CCD kamera
Linky sestavovány nejprve pro bavlnu – nutnost
rychlého stanovení kvality
Nyní rovněž pro vlnu
Chemická vlákna – garantuje výrobce
Mechanické vlastnosti
… bude-li každý z nás z křemene, je celý národ z kvádrů!
Jan Neruda

ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ PŘEDNÁŠKA 7 MECHANICKÉ VLASTNOSTI

Transkript

Podobné dokumenty

Zpracovatelské vlastnosti textilních vláken 1.

Zkoušení textilií pro bakaláře 1

Rejstřík - biologie všedního dne

dokument PDF - Výzkumné centrum TEXTIL II