Katedra textilních materiálů ENÍ TEXTILIÍ PŘEDNÁŠKA 7 MECHANICKÉ VLASTNOSTI

Katedra textilních materiálů

ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ PŘEDNÁŠKA 7 MECHANICKÉ VLASTNOSTI


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ 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.


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI 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.


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ 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


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI 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.


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI 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 ]


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI Opakování veličin – přednáška 2: 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],


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI Opakování veličin – přednáška 2: 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.


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI Opakování veličin – přednáška 2: 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 TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI 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.


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI 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


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI

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…)


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI 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.


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI 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 ]


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI 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 %.


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI 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.


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI 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!


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI 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


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI Tuhost vlákna

Modul sekantový

F ( A) H= ε ( A)

[ N ∗ tex −1 ]

Spojnice počátku a konce křivky


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI Plastické deformace

Plastické deformace jsou nevratné a jsou to deformace za bodem P, resp. bodem kluzu


ZKOUŠENÍ TEXTILIÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI 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


Mechanické vlastnosti vláken 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 %)


Mechanické vlastnosti vláken Upínací délka - Přetrh v nejslabším místě Na krátkých úsecích menší pravděpodobnost výskytu slabých míst Na dlouhých úsecích větší pravděpodobnost výskytu slabých míst ► TVAROVÝ EFEKT


Mechanické vlastnosti vláken Rychlost zatěžování - Čím větší čas, tím větší možnost přeskupení vnitřních sil – rychlost zatěžování musí být stanovena normou


Mechanické vlastnosti vláken 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


Mechanické vlastnosti vláken 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


Mechanické vlastnosti vláken - Zkoušení jednotlivých vláken – zdlouhavé trhačka

• Zkoušení svazku vláken rychlá metoda – zařazena do linek HVI – Pressley Tester


Mechanické vlastnosti vláken • Pevnost vláken ve svazku – Pressley Tester


Mechanické vlastnosti vláken • Pevnost vláken ve svazku – Pressley Tester


Mechanické vlastnosti vláken • 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


Mechanické vlastnosti vláken • 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 ]


Mechanické vlastnosti vláken • 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


Mechanické vlastnosti vláken 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

Katedra textilních materiálů ENÍ TEXTILIÍ PŘEDNÁŠKA 7 MECHANICKÉ VLASTNOSTI

Recommend Documents