Textilní zkušebnictví část IV a Jiří Militký Snímky s červenou hlavičkou jsou pouze pro doplnění (nezkouší se)
Testování vláken geometrie
Vlastnosti vláken Geometrické vlastnosti: délka, jemnost a tvar příčného řezu, povrchová struktura… Mechanické vlastnosti : napětí při přetrhu (pevnost), deformace při přetrhu (tažnost), počáteční modul, tuhost, houževnatost, ohybová tuhost, křehkost, únava.. Tepelné a termo-mechanické vlastnosti : bod tání, přechodové teploty, tepelná vodivost, ztrátový úhel, dynamický modul, ztrátový modul,… Elektrické vlastnosti : statický náboj, povrchová rezistivita, objemová rezistivita, dielektrická konstanta… Sorpční charakteristiky: navlhavost, příčné bobtnání, podélné bobtnání, objemové bobtnání, teplo sorpce… Oděr a opotřebení Chemická odolnost, odolnost proti povětrnostním vlivům, odolnost proti hoření…
Přímé stanovení délky vláken I
fj
nj/n
lj
lj
Měření na třídícím kuličkovém přístroji Načítání počtu vláken v určité třídě je řešeno stisknutím klávesy 3 po vytažení vlákna ze svěru v čelisti 1. Šířka klávesy je šířka třídy Δl. Jsou načítány počty vláken ve třídách Měření na skleněné desce Používá se zejména pro stanovení délky vláken vytažených z přízí. Skleněná deska s adhesivem, na ni se natáhnou vlákna a jednotlivě se měří.
Výsledky měření:
L [mm]
nj.........počet vláken v j-té třídě (délky lj)
Přímé stanovení délky vláken II Optoelektrické měření vláken napřímených proudem vzduchu. Pro získání relevantních f (l) Chemická vlákna 500 Vlna 2 400
AFIS - Uster
zdroj
Přibližná délka vláken KUHN mc ls n S mc l l s ml l n S ml
příjmač
l = 8-12 mm urovnaný chomáček
mc ml
Nepřímé stanovení délky vláken I Stanovení délky vláken z hmotností
Rozteč mezi hřebeny: ba
2 4 mm
vl
5 10 mm
lýková
25 mm
Vzdálenost mezi zuby 0,5; 1; 1,3 mm
Dvě hřebenová pole, v jednom je chomáč vláken uložen v původním neroztříděném stavu, do druhého se rovnají na společnou základnu. Vlákna se vytahují z hřebenů podle délek a jsou vážena na přesných vahách. Prázdné hřebeny jsou shozeny do dolní polohy. Hřebeny jsou od sebe vzdáleny o Δ.
Nepřímé stanovení délky vláken II Stanovení délky vláken z třásně Uplatnění tam, kde je zapotřebí rychle a přesně změřit charakteristiky vlákenné suroviny. Pro rychlost a přesnost měření jsou tyto metody zařazeny do linek HVI ( HVI = High Volumen Instruments) Základní metodou nepřímého měření délky vláken v třásni je FIBROGRAPH. . Vytvoření třásně na zařízení FIBROSAMPLER Měření třásně ve vlastním FIBROGRAFU vytvoření grafického záznamu FIBROGRAMU
(FIBROLINER) perforovaný buben stírací kartáč
Nepřímé stanovení délky vláken III
původní
lj
0%
lj
100 % l
B Mechanický princip (Uster Staple Diagram) Tloušťka třásně se měří při konst. tlaku po 30 s vibraci.
C. Optoelektrický princip FIBROGRAM - Wira Celková povrchová plocha úseků třásně je měřena pomocí průchodu světla fotoelektricky. světelná clona
odřezané
xFj
xj
Proměřené třásně (fibrogram) A Kapacitní princip (ALMETR, TEXTLAB, AL 100(vlna), AL 101 (bavlna)). Třáseň se pohybuje mezi elektrodami kondenzátoru (1.8 mm šířka). Jeho kapacita se měří lineárně s hmotou uvnitř. Napětí je úměrné hustotě vláken delších než lj.
lj
svazek fotobuňky vláken
Třáseň A.....sevření a vyčesání mc
Rovnoměrné rozdělení vláken po délce Lo . nj, lj................f(l) Pravděpodobnost, že vlákno délky lj bude sevřeno v místě A
L0 n j n f lj lj
fj(lj)
P*j c l j
1 c l0
P * j
xj nj
Počet vláken délky lj v místě A:
nj n lj
Počet vláken delších nebo rovných lj v místě A :
x j c n j lj H j c n j l j c n l j f l j l j k
i j
i
Průměrné vlákno
Pro stejná :
Pj wj
lj
vj
v
v
vj ,
j
j
Podíl zastoupení vláken v j-té třídě Objem VPj = Sj lj Hmotnost mPj = VPj * j Tj
Jemnost
m Pj
Sj * j
lj
Celkem v j-té třídě: Vj = nj V Pj mj = nj mPj Převody: wj
mj
m
Vj j
V
j
j
j
n j VPj j
n
VPj j
j
vj j
v
j
j
Hmotnostní: w j
Četnostní:
fj
Objemový:
mj
mc nj
vj
n Vj
mj
m
j
Vj
V Vj Dále uvažujeme stejné n j VPj f j VPj n f j lj Sj f j l j Tj wj n V n f V f l S j Pj j Pj j j j f j l j Tj mj fj
nj
n
j
mc
m Pj
m m Pj
j
wj m Pj
wj m c m Pj
wj
Tj l j
wj
T
j
lj
1
Zpracování dat wj
Pro stejné jemnosti Tj = T: Střední četnostní délka: La l j f j
wj wj
lj
Lw l j w j
Lw La 1 V 2 l
f
j
lj
j
lj
wj
l
lj
f S l H f S Barbe: f B f j
j
lj
f
j
La
l j2
La L w
l2 f j l j2 f j l j Vl
fj
j
Střední hmotnostní délka: f j l j2
f
wj
Hauter:
1 wj
f j lj
l La
2
j
j
j
j
S j l j2
j
Sj lj
Pro vlnu
B H 1 VH2
l
F l f t dt
P l 1 F l
lmax
0
Délka vláken
f t dt l
Variační koeficient délky vláken je pro přírodní vlákna poměrně vysoký . Pro bavlnu je to 40% a vlnu je to kolem 50%. Je tedy důležité sledovat rozdělení délek vláken a nestačí pouze výpočet průměru a rozptylu. bavlna viskóza
Délka vlákna je definována jako vzdálenost konců napřímeného vlákna bez obloučků a bez napětí
l
P(l)
diagram
l0,025 l0,5
l
2,5% vláken jsou delší are longer je delších
0,025
0,5
Staplová křivka
P(l)
Variační koeficient délek
Délka vláken – hustota CV (*100) L pravděpodobnosti Modální délka l
a
relativní četnost [%]
lj df l Rozdělení délek vláken lze 0 standardně charakterizovat tzv. dl l l četnostní hustotou pravděpodobnosti f(l), kdy se vychází z počtu vláken nj vyskytujících se v j-tém intervalu lM j délka vláken [mm] lj [lj, lj +]. Alternativně lze n j n f l dl n * * f l j rozdělení délek vláken lj charakterizovat tzv. hmotnostní Průměrná délka La l f l dl hustotou pravděpodobnosti g(l), 0 Rozptyl délek kdy se vychází z hmotnosti wj vláken vyskytujících se v j- tém 2 2 l l - Lp f l dl intervalu [lj, lj +]. M
0
Délka vláken – histogram ˆf j ,l jd j k ....1 ˆj n ˆf j n
Charakterizace délek vláken
Horní kvartilová délka (UQL) 0.25 je definována jako délka, kterou převyšuje 25% vláken
Mediánová délka (ME)
je definována jako délka, kterou převyšuje 50% vláken
f l dl P UQL
UQL
0.5
f l dl P ME
ME
Délka „Upper Half Mean“ (UHM) UHM 2 l f l dl Průměrná délka 50% nejdelších vláken. ME Horní kvartilová průměrná délka (UQML) 1 Průměrná délka 25% nejdelších vláken UQML l f l dl P UQL UQL Procentní délka rozpětí - Span T % 1 (SL(T)) Určuje procento vláken, které P l dl dosahují alespoň předepsanou vzdálenost 100 La SL(T) T% (obyčejně 2.5% and 50% ).
Charakterizace variability délek vláken Index stejnoměrnosti (UI %)
La UI 100 UHM
UI je poměr průměrné délky a délky UHM
Podíl stejnoměrnosti (UR %)
UR je podíl SL(50%) a SL(2.5% ) Je menší o faktor přibližně 1.8 než UI
Obsah krátkých vláken (SFC %) Je to procento vláken kratších než jedna polovina palce (12.7 mm). ljd
Disperze
D
lmax
E 0 0,25(0J)
UR
0,75(0J) J
SL 2.5
100
12.7
SCF 100 f t dt 100 1 P 12.7 0
E e 100 % E
e
SL 50
E........ efektivní délka horní (kvartil) e......... efektivní délka dolní (kvartil) D........ interkvartilová odchylka
Charakterizace délek vláken pro normální rozdělení I Chyba aproximace kolem 1%
Z experimentálních dat se spočítá četnostní průměr La a rozptyl l2 resp. variační koeficient CV. Jako f(l) se pak uvažuje hustota pravděpodobnosti normálního rozdělení. Pro různé (kvantilové) délky a index stejnoměrnosti pak platí Horní kvartilová délka (UQL) Mediánová délka (ME) Me La Index stejnoměrnosti (UI %)
Délka „Upper Half Mean“ (UHM)
UQL 0.6745 l + La
La 1 0.6745 CV
La UI 100 0.6745 l + La
UHM La 1 0.8 CV
Horní kvartilová průměrná délka (UQML) UHM La 1 1.27 CV
Charakterizace délek vláken pro normální rozdělení II Chyba aproximace kolem 1%
1 12.7 / La SCF % 50 100 erf Obsah krátkých vláken (SFC %) CV 2
Procentní délky rozpětí - Span (SL(T)) nelze vyjádřit v analytickém tvaru. Na základě numerického řešení byly sestaveny diagramy jejich závislosti na průměrné délce La = ML a rozptylu 2 Podíl stejnoměrnosti (UR %)
Příklad
Chyba aproximace kolem 1%
Brazilské bavlny
četnostní hustota pravděpodobnosti La 20.7 mm CV 49.2 %
hmotnostní hustota pravděpodobnosti Lw 25.7 mm CVw 34 %
Délka vláken – distribuční funkce F(l) [%] x
Fx
F x f l dl 0
lM x
Modální délka d2 F l 0 2 dl l lM
l [mm]
Pro normální rozdělení je f l
l La exp 2 2 2 l
1 l
2
2 l La l L 1 1 a F x exp erf 2 l 2 l 2 2l l 2 x
Délka vláken – diagram P l 1 F l
lmax
f t dt
normální rozdělení
l
experimentální
Pro normální rozdělení je P x 1
l La erf 2 l 2
1 l
Hmotnostní diagram
Délka vláken P l dl – fibrogram I l 0 T 0 T T 1 T l La
T(l)
T y 0 l T
lmax
l f l dl
l
experimentální
P
normální rozdělení
y T T l
T(0)
T(0).....podíl vláken delších než
T()
l......průměrná délka vláken delších než
l
l
Hmotnostní fibrogram
Pro normální rozdělení je
2 l L l L l L l L a a a a 1 T l l erf exp 2 2 Lp 2l 2l 2 2 l l
Délka vláken fibrogram II Na úrovni 50 % se odečítá délka vláken přináležející 50 % -nímu dělicímu bodu. Tyto délky se odečítají také na úrovních 25 % a na 2,5 %. Z délek SL(50) a SL (2,5) se vypočte stejnoměrnost staplu ( UR): SL 50
UR SL 2,5
Dobrá stejnoměrnost staplu je více než 0,45 (45%) - Seřízení pracovních orgánů přádelnické technologie -
Délka vláken – staplová křivka I Staplová křivka je inverzní funkce k diagramu
Kladený stapl
l
f(l)
ˆf n j j n
lj
k
j
1
P(l) n
j
k 1 k ˆ ˆx j fi n i , n i j1 j1 ljd Křivka:
l j l jd La
ˆx j ,l jd j k ....1
k
ˆx j
1
ˆx
l
Délka vláken – staplová křivka II Hmotnostní stapl Křivka: ˆx jw ,l jd j k ....1
Hmotnostní hustota pravděpodobnosti
ljd
g(l)
ˆg j
Lw mj........hmotnost pro délky lj+
mj m
j
l
ˆx
G(l) m jw 1 ˆ i mi n i li ˆx jw g Vztah mezi f (l) a g (l): m i j1 j1 n j resp. m m l S mj j j j j j a také f j Platí g j m n l* f l lj 1 n j lj g l a nakonec g f j j Pak E l nl l jk
k
Rozbor staplové L ..střední délka (mediánová) křivky L .... průměrná délka s
a
ljd
La
ls
S 0Z
S 0
0,5*(0Z)
Z
ljd
Krátká vlákna
lmax
l1
JZ K * 100 0Z
lmax/2 1/2l1 0 ( 0,25*(0P))
PJZ
%
Pro spřadatelnost je kritická délka kolem 10 mm.
Kritická délka kritická délka Lc je délka vlákna v matrici, pro kterou je síla potřebná Vlákna s délkou vyšší než Lc k jejich udržení v matrici Fs právě mají tendenci prasknout při deformaci příze a využití jejich rovna jejich pevnosti Fv pevnosti je tedy úplné. Vlákna s Fv Av f Fs Ai délkou menší než Lc mají tendenci k vytažení z matrice Ai je povrchová plocha mezi bez prasknutí. vláknem a matricí Av je plocha příčného řezu vlákna je smykové napětí mezi vláknem a matricí f je napětí do přetrhu vlákna. Pro kruhová vlákna poloměru r je
Lc
r f 2
70
d [mikrometr]
Ohebnost vláken
Vztah mezi počátečním modulem a průměrem vlákna s flexibilitou jako má polyesterový monofil o průměru 56 m a modulu 12 GPa.
60
50
40
30
20
10
0
100
200
300
400
500
600
700
800
E [GPa]
Ohebnost vláken závisí na počátečním modulu v tahu E a plošném momentu setrvačnosti I. Pro kruhová vlákna průměru d je
I d 4 / 64
Mírou ohebnosti vláken je parametr Fe = 1/(M R), kde M je ohybový moment a R je poloměr křivosti vlákna. Pro ohyb nosníku obecně platí: MR = E I. Pak pro kruhová vlákna poloměru d platí, že 64 Vlákna s vysokým modulem tedy Fe musí mít dostatečně malý průměr E d4 aby byla ohebnější
Geometrické vlastnosti -význam
Ohebnost je nepřímo úměrná čtvrté mocnině průměru kruhových vláken (resp. jejich tloušťky). Pro vlákna s tloušťkou nad 40 µm jsou již vlákna příliš tuhá, a nejsou vhodná pro výrobu staplových přízí. Tloušťka přírodních vláken je kolem 10–40 µm a tloušťka syntetických vláken je kolem 10–25 µm.
Příčné rozměry PRŮŘEZ Kruhový vl, syntet.vlákna Podélný pohled (tloušťka)
d Jemnost jako průměr vlákna d
Nekruhový ba, ph Příčný řez Jemnost jako lineární hmotnost T
m l
Vlákna: Délka l [m] Měrná hmotnost [kg.m-3] (9001560) Lineární hmotnost T [tex] Hmotnost m [kg] Objem V [m3] Povrch (bez konců) P [m2] Měrný povrch S = P/m [m2.kg-1] Charakterizace příčného řezu:
Plocha S [m2] Obvod O [m]
Vztahy pro kruhová vlákna Obvod příčného řezu
T Oo 2 r d 2 106 Plocha příčného řezu Oo d πd2 T A 6 4 4 ρ 10 Průměr vlákna
Ao T do 2 2 106
l Povrch vlákna
T Po d l 2 l 106 Objem vlákna lT Vo Ao l 106 Hmotnost vlákna
lT mo Ao l 6 10
Měrný povrch vlákna Po 2 103 4 Oo 4 S 2 mo d d T
Příklad
Pro vlákno délky l = 10 cm, jemnosti T = 1 dtex, a měrné hmotnosti = 1000 kg. m-3 vyjde: Oo = 35 m; do = 11,3 m; Ao = 100 m2; Po = 0.035 cm2; Vo = 10-5 cm3; m = 10 g; SP = 3544.9 cm2.g-1 = 0.354 m2.g-1.
Povrchová plocha vláken
Plocha Av Obvod Ov
Měrná povrchová plocha Sp, je definována jako povrch vlákna (bez povrchu konců) vztažený na jeho hmotnost. Pro kruhová vlákna poloměru r platí
2 r l 2 4 Sp 2 r l r T
Pro vlákna nekruhového průřezu lze použít informace o jejich obvodu Ov a ploše příčného řezu Av. Využívá se plochy ekvivalentního kruhového vlákna Ae majícího stejný obvod Ov Ae Ov2 / 4 Platí, že
Ov l Ov 4 4 (q 1) 2 Sp Av l Av Ov c Ov
Povrchová plocha a poloměr vláken 10
10
4
3
Povrchova plocha [m2/g]
Nylon 1140 kg/m3 10
2
Uhlik 1800kg/m3
10
1
Konvencni vlakna 10
0
Mikrovlakna
Nano vlakna 10
-1
-2
10 -3 10
10
-2
-1
0
10 10 polomer vlakna [mikrometr]
10
1
10
2
Tvar příčného řezu I
Kruhovost c je poměr plochy příčného řezu vláken Av a plochy ekvivalentního kruhového vlákna Ae stejného obvodu Pro čtvercový příčný řez
Ae 4c2 / resp Av c2
Ekvivalentní průměr z obvodu de (průměr kruhového vlákna se stejným obvodem) O O de de Ekvivalentní plocha:
d e2 O 2 Ae 4 4
c = /4 = 0,785. Av Av 4 1 Pro obdélníkový příčný řez se c 2 stranami Ae Ov (q 1) 2 b=2 a je c=0,698. Peirce ( cirkularita vlákna)
O V
Příklad
Vlákno čtvercového průřezu Vepsaná kružnice Ekvivalentní průměr dR z plochy Ovk a dvk a (průměr kruhového vlákna se stejnou plochou). Opsaná kružnice 2 Oo 2 a
Čtverec
Ov 4 a Kruhovost
Av a 2
do a 2 1,41 a 4a de 1,27 a 4a
d R2
4 a2 C 0,785 2 16 a 4
dR A 4
Av dR 2
d R2 C de2
C1
d 2R A C 2 de Ae 2 4 Ae O 2 de 2
Tvar příčného řezu II Ovalita ck. je rovna poměru Rozvinutost tvaru (Malinowska) obvodu vlákna Ov a obvodu q je často používána v textilních ekvivalentního kruhového aplikacích. Platí, že vlákna Oe (se stejnou plochou O de 1 q 1 1 1 příčného řezu) C Ov Ov dR dR ck tedy c 1/ck 2 Oe 2 * A v
q=0
q = 0,09–0,12
q = 0,45–0,5
1 c q ck 1 c
Výhoda : (q + 1) je korekční faktor O q 1 ON OR q 1 d R q 1 4 dR
S N S R q 1 A N A R q 1
Porovnání charakteristik tvaru
rozvinutost tvaru
Pro k=1 je rozvinutost tvaru kruh
0
obdélník 0,128 trojúhelník 0,286 Strany (osy): x a kx. Pro různé tvary příčných řezů může vyjít stejný tvarový faktor
Tvar příčného řezu III Tvar příčného řezu vláken má výrazný vliv na lesk, omak, drsnost objemnost, transportní vlastnosti textilií atd. Lesk vláken závisí na podílu odraženého světla R. 2 Fresnelova rovnice (n l ) n .. index lomu vlákna R (n l ) l .. Index lomu vzduchu Světlo se odráží od povrchu zrcadlením nebo difúzním rozptylem. Drsné a složité povrchy odrážejí světlo zejména difúzním rozptylem. To se projeví na vzniku světlejších odstínů a snížení lesku. Vlákna s komplexnějším povrchem se tedy jeví jako matovaná. U vláken s vysokým leskem (kruhový příčný řez) se provádí matování pomocí TiO2 (má vysoký index lomu).
O OD AV AD
Dutá vlákna
O vnější obvod vlákna, OD obvod dutiny, AD plocha dutiny, AV plocha hmoty vlákna A = AV + AD celková plocha vlákna. Koeficient plnosti vláken Fp Pro kruhová vlákna
Fp
A AD A
Fp
4 A AD O2
4 A
Koeficient zralosti (AV u bavlny souvisí se zralostí! )
AV Z A
AV 4 Z Fp 2 d Pro kruhová vlákna je tedy F Z.
V
O2
Vztahy pro dutá vlákna Hmotnost vlákna
1 mD * A V * l Z * A * * l Z * * * d 2 * l 4 Objem vlákna 1 S Měrný povrch vlákna d m 1 VD Z * A * l Z * * d 2 * l 4
Povrch vlákna
PD O * l * d * l Jemnost vlákna mD TD Z * A * l
PD O 4 SD mD Z * * A Z * d
1 SD Pro kruhové vlákno plné d 1 Pro kruhové vlákno duté S D Zd souvisí s průměrem i „zralostí“
Stupeň zralosti
Bavlna Náhrada reálného příčného řezu válcovou trubicí Plocha sekundární stěny Zesílení sekundární stěny P2 je vnější obvod vlákna v mikrometrech Modif. jemnost Hs v mtex hustota sekundární stěny v g/cm3 = 1.52 g/cm3 Jemnost H v mtex
Vnější obvod vlákna v mikrometrech
Měření průměru vláken
10 µm
Objektiv 20x: 10 dílků = 20 dílky µm => 1 dílek = 2 µm
Přímá metoda: projekční mikroskop (LANAMETR) Krátké úseky vláken 2 mm (cca 500). Při pevném zvětšení 500 x odpovídá 1 mm na matnici 2 m tloušťky vlákna ve skutečnosti. Měří se tloušťka vláken dj a zařazuje se do tříd nj, dj, j = 1 . . . M. A. Náhodný výběr ( konce ležící v místě X) d n j d j f d j j
n
j
B. Lanametrický výběr Pravděpodobnost výběru závisí na délce vláken mikrotomem
Lanametrický průměr d MA (průměru vláken) (moyenne arithmetique). B
Vlákna hodnoty: lj, nj, dj, (Aj), j = 1...M Počet vláken délky lj takto vybraný xj x j cn j l j
Vztah mezi :
dB
j
j
j
2 l dB k
j
j
l
j
j
j
2 j
l
l
2
Délkově vážený průměr!
j
j
l
lj
2
j
Vl
l
f j l f j l j 2 l
j
dB
k f j * l 2j
dB
n l d f d l n l f l k l V
a
d j k *lj d k * l
Nechť:
Lanametrický průměr
x d x
d
2
1 d Vl 2 1
Gravimetrická metoda - kruhová vlákna lj Vlákna j tá třída : Aj (plocha příčného řezu), lj, nj, dj, . Hmotnost vláken j tá třída Postup a) určení průměrné délky l f j l j m j Aj l j n j n f j l j jedno vlákno b) určení počtu vláken n n j
Aj
c) zvážení všech vláken m m j m n l A d) výpočet průměrné plochy příčného řezu A f j l j Aj f j l j Aj m A nl l f j lj
A d R2 / 4
4A 4 f j l j Aj e) Průměrná hodnota d R dR d R RCM l ( Racine du Carré Moyenne)
2 f l d j j j
f
j
lj
Vztahy mezi lanametrickým a gravimetrickým průměrem Lanametrická variabilita (průměru vláken) 2 2 l ,d f j lj d j f j lj d j 2 Vl ,d l ,d dB f j l j f j l j
d 2 R
2 l ,d
f j lj d j f l j j
2
2 2 2 2 2 2 d 1 V d 1 V 1 V l l ,d B l ,d
d B2 Vlna:
Vl ,d 0.25
dR dB
1 V d 1 Vl 2 l ,d
2
1V
2 l ,d
m l*S * T S* l l
Jemnost I
Pro vyjádření tloušťky vláken standardně používá jemnost (měrná lineární hmotnost) (jednotky [tex]). Jemnost T je definována jako hmotnost vlákna m[g] na jednotku jeho délky l (v jednotkách [tex] to jsou gramy na 1 km). Je zřejmé, že při stejné jemnosti T bude průměr vláken s menší měrnou hmotností (hustotou) větší než průměr vláken s vyšší měrnou hmotností. Měrná hmotnost většiny vláken je od 900 do 1600 kg/m3. Keramická vlákna 2000 až 4000 kg/m3 , kovová vlákna od 2000 do 10000 kg/m3 a uhlíková vlákna od1600 do 2100 kg/m3. Jemnější vlákna: ohebnější, větší povrchová plocha (soudržnost)
jemná = 1 dtex Chemická vlákna jemnost kolem 1–5 dtex extrajemná = 0,5 dtex Superjemná = 0,1 dtex
Jemnost II vlákno
tloušťka d [µm]
typická T [dtex]
bavlna (S.I.)
10
1
bavlna (Indie)
18
3
vlna (merino
22
5
vlna (Asie)
43
19
přírodní hedvábí
12
1,6
len (fine)
10
1
len (coarse)
27
7
Přímé měření jemnosti Gravimetrická metoda Výběr několika set vláken (400 1 600) a určení jejich celkové hmotnosti m. a) společné vážení všech vláken m b) společné vážení všech vláken přibližně stejné délky lj (třídění) a generální průměr (ASTM - ba) c) vážení úseku vláken malé délky l m l
Jemnost
m mg 4 T dtex 10 l mm Tex = hmotnost (g) délky 1km
Pro kruhová vlákna
4
m dR nl
Mikroskopická metoda Projekční mikroskop s výpočtem jemnosti z tloušťky vlákna 1 – zdroj světla, 2 – kolektor, 3 – hranol, 4 – kondenzor, 5 – preparát, 6 – objektiv, 7 – hranol, 8 – zrcadlo, 9 – matnice
Matnice
Obrazová analýza Tv Sv vk 10 [ tex ] 6
Pro stanovení ploch příčného řezu Sv je nutno zhotovit preparát v řezu a je nutno kalibrovat systém. Při stanovení zobrazovacího modulu se počítá zobrazovací modul plošný (přes mikrometrické měřítko) Průřezy jsou d • Obkreslovány a planimetrovány • Fotografovány a planimetrovány • Přenášeny přes digitální kameru do systému obrazové analýzy : - mikroskop - makroskop - scanner - kamera
Nepřímé měření jemnosti Obyčejně kalibrováno přes výsledky lanametru d B
a) průchod vzduchu přes chomáč vláken měrný povrch b) difrakce světla průměr d
c) radioizotopová metoda plocha P d) sedimentační metoda objem V
e) volné vibrace lineární hmotnost
Výsledky Kruhová vlákna ( souvisí s průměrem d) Nekruhová vlákna ( souvisí s jemností T)
Pneumatické metody chomáč
Q p1 L
AcA
Q Jsou založeny na stanovení p2 odporu chomáče vláken (vlákenné ucpávky) proti pronikání vzduchu
Je nutno zajistit: Konstantní hmotnost chomáče m Konstantní tlakový spád p p 2 p1 Konstantní rozměry vlákenné ucpávky A, L Odpor proti proudění vzduchu R = p/Q (měřený) závisí na jemnosti vláken, měrném povrchu a tvaru průřezu vláken. Prostup vzduchu vlákennou ucpávkou závisí také na velikosti mezi vlákenných pórů. U dutých vláken se projeví i podíl plochy dutiny Z AV / A
Propustnost vzduchu Chomáč porézní ucpávka Porozita chomáče
m 1 Ac L
Ac
P1
m P2 L
Vv objem vláken
VV
m
Vc celkový objem V A L C
KOZENY: laminární tok vzduchu přes porézní ucpávku při malém tlakovém spádu p p 2 p1
Q..objemová rychlost průtoku vzduchu S..specifický povrch vláken (povrchová plocha /objem) ..koeficient viskozity vzduchu K..koeficient úměrnosti ( závisí na tvaru „kanálků“, orientaci kanálků, atd..)
1 Ac p 3 Q k S 2 L 1 2 Úprava KOZENY:
Kruhová Dutá
* ** p K S 2 m 2 L2 K K R odpor proudění 2 R K S 2 3 2 vzduchu Q d d Z Ac L m
Principy měření Jemnost vláken T [tex] z odporu R proti pronikání vzduchu 3 1 Ac L m 1 K1 konst. T K1 R 2 2 2 2 K m L S
A. Fibre Finenness (WIRA), Micronaire (Sheffield) Při konstantním p (adjustace manometrem). Pak Q S 2
vznáší se kovové tělísko výška Q
Q ... měřeno „Rotometr“
B. Při konstantním Q se manometricky měří p
p S
C. Arealometer. Nastavuje se L tak, aby byla R = konst
2
LS
Faktor K souvisí s uspořádáním vláken v ucpávce a charakteru jejich povrchu. Nelze tedy přímo použít KOZENY ale je nutné kalibrovat (Lanametr).
Empirické modifikace LORD: Empirická modifikace KOZENY 5 1 I 0 ,903 Ac p 4 C 2 QI Plný průřez: S 2 L T 1 S Bavlna:
125 S ZT 2
K1 K2 přesněji S Z T Z T2 2
.. specifický objem vláken ( 0,75 pro ba)
Plocha stěny ba vlákna: AV r12 Z 0,655 T 18 Měření zralosti a jemnosti bavlny: 2 různé porozity:
1 0,885
(m1 = 4 g) 2 0,8277 (m2 = 6 g)
S1 S2
T militex
16,654 281,85 0 , 079 ZT Z T2 regrese 19,36 141,8 2 S2 2 ,14 2 ZT ZT S12
Micronaire
g inch
g 2,54 mm
USA (ba) Vzduch o tlaku 61 lbf inch-2 ( 41,3 kPa) prochází přes vlákennou ucpávku hmotnosti 3,24 g ve válcové komůrce o rozměrech průměru d = 1 inch a délce L = 1 inch. Původní kalibrace: g.inch-1 (1 inch = 24,5 mm). Přístroje cejchovány v jednotkách micronaire. Vlna: tlak procházejícího vzduchu p = 45 lbf in-2 (31 kPa), hmotnost ucpávky m = 5,9 g. Převod mezi micronaire T dtex Micronaire/2,54 a dtex : [10-9kg/10-2m]
Fibre Fineness Tester Fibre Finennes Tester Stejný princip jako Micronaire, ale vzduch se odsává. Výhodnější (teplota, vlhkost vzduchu = KONST). Otevírání V až se dosáhne úrovně B. Empirické vztahy (ba):
WIRA A rotometr IM
B manometr
IM vlákna
V čerpadlo
Z * T 3,62 * I 18,16 * I M 13 2 M
Oddělené měření Z a T a) Causticaire: (ASTM) Vzorek m= 3,2 g. Určení IM1. Pak botnání v NaOH a určení IM2.
Zralost
100 I M 1 Z IM 2
Jemnost [mtex]
T 39,4 1,185 0,00075 I
2 M2
0,02 I M 1
b) IIC Shirley Finenness and Maturity Tester. Vzorek 4g , objemová rychlost průtoku vzduchu. Q = 4 l min-1 měří se p1. Stlačení na polovinu objemu,Q = 1 l min-1 měří se p2
F
Princip Arealometer
vzduch D
Působí stálý tlak. PORT - AR (Spinlab) vlákna
m = 8 g (ba)
L K S 2
*
2
vlákna volně pohyblivý píst
D
D D - kapiláry
AREALOMETER Princip „ Wheatstonova můstku“.
D
vodní nádrž
D
vzduchový filtr
čerpadlo
Vyrovnání tlaku v obou větvích můstku se provádí změnou délky L (ucpávky). Průměr ucpávky = 0.8 cm. Adjustace dále tak, že korektní objem vlákenné substance je 0.1 cm3. Navážka materiálu [g] je tedy = 0.1 měrné hmotnosti [g cm-3] . Speciální příprava vzorku - vlákna tvoří smyčky orientované napříč směru průchodu vzduchu. PORT - AR: náhodné uspořádání vláken.
CSIRO Sonic Fineness Tester
měřicí zařízení
zesilovač
digitální display
měřicí čidlo M p2 V
M ... Piezoelektrický převodník
Alternující tlak vzduchu proudí axiálně přes vlákna (zvukové vlny). p1 p0 p1 * sin t R ... odpor vůči proudění vzduchu zdroj
vlna R P0
D´ Acryho zákon: objemový tok přes porézní ucpávku je úměrný tlakové ztrátě p p1 p 2
p1
oscilátor
Převod hmotného toku na objemový P1 * sint p 2 R
k * T dm Po úpravách: * dp 2 P0 dt
Pro * * R 1 je:
R * *
dt
zesilovač signálu
generátor 50 Hz
V P0
p 2 p1 * sint
Měření tlakových fluktuací v nádobě je nepřímo p1 p2 * cost úměrné R ( R je přímo úměrné S2 ). * * R
Vibroskopy VOLNÉ VIBRACE Nedestruktivní - v kombinaci s měřením pevnosti. Vhodné pro chemická a syntetická vlákna s nekruhovým průřezem. Princip: Vlastní kmity ideálně ohebné struny. Příčné vlastní kmity f [Hz] ohebné struny délky l [m], lineární hmotnosti ( jemnosti) T zatížené hmotností M [kg] jsou: a ..je korekční faktor. 1 M Pro (přibližně) kruhové vlákno f 1 a 2* l T r 2 E (obyčejně a 0.03 a 2 l M a zanedbává se).
1 T M 2 l f
E [Pa] počáteční (Youngův) modul
VIBROSCOP (SHIRLEY)
Vibroskopy VIBROMAT (TEXTECHNO): měření Buzení kmitání
F
zvukovými vlnami.
1. Stanovení frekvence f pro zadané M a l. 2. Určení hmotnosti M při l = konst., kdy vlákno kmitá vlastní frekvencí f. VIBROSCOP (MORTON). 3. Nalezení délky l při M = konst., kdy vlákno kmitá frekvencí f. VIBROSCOP (SHIRLEY).
MORTON: Nožový element kmitá konstantní frekvencí 1640 cyklů s-1. Pomocí otočného válce se uvolňuje řetěz (M). Po docílení f je vlivem resonance amplituda kmitání maximální. Sledováno mikroskopem.
M
F - měřič fekvence
SHIRLEY: Frekvence je fixována křemíkovým oscilátorem. Vlákno kmitá vlivem elektrostatických sil (znázorněno na obrazovce přístroje). Délka l se mění tak dlouho, až je amplituda maximální (resonance mezi vlastní frekvencí vlákna a frekvencí oscilátoru). MORTON
1640 c.s-1
řetěz (M)
Ostatní metody měření jemnosti Metody používané v systémech HVI: FDA 200 (Textlab - Peyer): 1,8 mm dlouhé kousky vláken v kapalině. Měření laserem:
přijímač
AFIS (Uster):
Současné měření délky a průměru napřímených vláken v proudu vzduchu.
IMAGE ANALYSIS (Obrazová analýza):
Úseky vláken 0,2 0,3 mm v isopropylalkoholu. Speciální zvětšení 10 x. - automatické měření - operátor vybírá objekty
Porovnání výsledků- bavlna I Uster Statistics
0,26 0,24
THVI =3,5594 T AFIS 1,722 [tex] [tex]
jemnost [tex]
0,22 0,2
AFIS
0,18
HVI
0,16
Vibroskop
Micronaire Spinlab HVI vs. Vibroskop
0,14 0,12
THVI = 0,6902 T vibro
0,1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 číslo vzorku
[tex]
[tex]
Porovnání výsledků- bavlna II 0.26
fineness [tex]
0.24 0.22
AFIS HVI Vibroskop Gravimetric method LL Gravimetric method UL
0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 sample n.
Vibroskop vs. Gravimetrická metoda Tvibro = 0,7 T gravi +0,079 [tex]