ШВЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Механические факторы износа

К механическим факторам износа относятся многократные де­формации растяжения, изгиба, сжатия, сдвига и многократное трение (истирание). Исследованиями установлено, что наиболь­шая доля механического износа приходится на истирание, мень­шая — на многократные деформации растяжения и изгиба.

Многократные деформации. Изнашивание материала при дей­ствии растяжения и изгиба имеет усталостный характер, когда вследствие многоцикловой деформации происходит постепенное расшатывание и разрушение микро - и макроструктуры материала (см. п. 2.2.1 и 2.2.2). Наиболее интенсивное многократное растяже­ние материала в одежде происходит в области спины, сидения, лок­тей и коленей, карманов и т. д. Величина растяжения в каждом цик­ле зависит прежде всего от конструкции изделия, припуска на свобо­ду движения. Постепенное накапливание остаточной циклической деформации приводит к потере формы изделия (образование вы­пуклостей — «пузырей», обвисание карманов и т. п.). В случае силь­ного зауживания деталей, малой растяжимости и прочности мате­риала достаточно быстро может произойти местный разрыв.

Многократный изгиб материала в швейных изделиях наблюда­ется чаще всего в области сидения, спины, передней части рука­ва, в верхней передней части юбок, на участках под коленями. В результате появляются складки, морщины, расположенные чаще всего в поперечном направлении (по утку) или под углом к нитям основы и утка (в области сидения). В малосминаемых материалах эти деформации исчезают после снятия нагрузки достаточно бы­стро. Однако при длительном воздействии, особенно в материа­лах, менее стойких к смятию, образуются складки, которые не исчезают даже при глаженьи. Такие деформации в значительной степени ухудшают внешний вид. Кроме того, если одновременно на этих участках действует истирание, то разрушение происходит прежде всего по гребням образовавшихся морщин и складок.

В качестве критерия износа от многократных деформаций ис­пользуют выносливость, долговечность, изменение разрывной нагрузки и остаточную циклическую деформацию после заданно­го числа циклов деформирования.

Истирание. Одной из основных причин износа является истира­ние вследствие внешнего трения материала о другие поверхности, которое сопровождается уменьшением его массы. В трикотажных полотнах при многократном деформировании наряду с внешним истиранием возможно проявление внутреннего истирания нитей из-за подвижности петельной структуры.

В соответствии с современными представлениями о трении ис­тирание представляет собой результат многократного нарушения фрикционных связей между контактирующими поверхностями при их смещении относительно друг друга. При нарушении молекуляр - но-фрикционных связей, возникающих на участках касания по­верхностей, происходят отрыв микрочастиц, разрушение поверх­ностных пленок. При нарушении связей механического зацепле­ния микро - и макронеровностей характер истирания зависит от соотношения жесткости элементов контактирующих поверхностей.

Если текстильный материал контактирует с более жесткой по­верхностью, то внедрение твердого элемента на глубину менее половины диаметра волокна может при смещении привести к мик­росрезанию волокон. При более глубоком внедрении твердого эле­мента (более половины диаметра волокна) может произойти раз­рыв волокна либо вытаскивание его на поверхность в зависимости от прочности закрепления волокна в структуре материала. Такого рода разрушения могут произойти уже при первом нарушении фрикционной связи.

При трении материала о гладкую поверхность или в случае, когда твердость взаимодействующих поверхностей примерно оди­накова (материал по материалу), наблюдается усталостный износ, Наиболее характерный для текстильных материалов. Перемещение внедрившегося элемента истирающей поверхности вызывает пе­ременные деформации микроучастков материала: на участке пе­ред элементом — сжатие и изгиб, сзади элемента — растяжение. Если возникшие деформации после прохождения элемента исче­зают, имеет место упругое оттеснение материала. Однако при по­вторном многократном воздействии переменных деформаций по­является пластическое оттеснение, что вызывает утомление мате­риала и его разрушение. Выступающие на поверхности кончики волокон при истирании испытывают многократные изгибы в раз­ных направлениях, вследствие чего происходит их разрушение в местах закрепления.

Микроскопические исследования повреждений волокон в про­цессе истирания показали, что они имеют как поверхностный, так и объемный характер. Повреждение поверхности волокон за­ключается в разрушении верхнего слоя (в частности, чешуйчатого слоя шерстяных волокон, кутикулы и отщепление фибриллярных комплексов у хлопковых волокон и т. п.). В результате усталостного износа в структуре волокон возникают микротрещины, которые затем объединяются в магистральные трещины. В волокнах трещи­ны располагаются вдоль макро - и микрофибрилл и в зависимости от ориентации последних направлены вдоль волокна или под уг­лом к нему. Например, волокна шерсти в местах разрушения име­ют метелкообразные концы из веретенообразных клеток корково­го слоя.

Постепенное разрыхление материала, удаление волокон из его структуры приводят к потере массы, уменьшению толщины, раз­ряжению и наконец к разрушению. По данным И. С.Марголина.

А

Интенсивность изнашивания в процессе истирания меняется, что ясно видно из графиков изменения толщины и массы образцов шерстяных тканей, на основании анализа которых можно выде­лить три стадии изнашивания (рис, 2.73):

I — начальное изнашивание, при котором интенсивность исти­рания ткани постепенно уменьшается. В начале истирания (100 — 200 циклов) происходит разрыхление поверхности, что приводит к некоторому увеличению толщины, затем постепенное удаление с поверхности ворсового застила с образованием пиллей и появ­лением потертостей. Для камвольной ткани бостон с открытой по­верхностью переплетения продолжительность этой стадии состав­ляет 6 % общей продолжительности; для сукна и драпа, имеющих на поверхности менее или более плотный ворсовой застил — со­ответственно 15 и 26%;

II — установившееся изнашивание характеризуется постоянством интенсивности изнашивания, участок линии уменьшения массы практически прямолинейный. Этой стадии соответствуют посто­янные площадь опорной поверхности и коэффициент трения. Про­должительность этой стадии наибольшая и составляет для данных тканей 50-70%;

/// — конечного изнашивания, при котором интенсивность исти­рания повышается и происходит разрушение нижних слоев ткани
в условиях ее разрыхления, в результате чего толщина ткани даже несколько увеличивается. При этой стадии изнашивания площадь опорной поверхности ткани уменьшается, а коэффициент трения увеличивается. Продолжительность этой стадии составляет 15 —28 % общей продолжительности.

Пиллингуемость. На начальной стадии процесса истирания об­разуются пилли — рыхлые комочки из спутанных волокон, кото­рые более или менее прочно удерживаются на поверхности текс­тильного материала с помощью нескольких так называемых якор­ных волокон. Процесс образования пиллей условно можно разде­лить на этапы. Вначале происходит подъем над поверхностью ма­териала свободных кончиков волокон и образуется заметная вор­систость или мшистость (рис. 2.74, а). Затем волокна начинают группироваться, перепутываться и образовывать рыхлые комоч­ки (рис. 2.74, б—в). Далее часть волокон обрывается и запутывается в комочки, которые уплотняются и удерживаются на трех-четырех якорных волокнах (рис. 2.74, г). И наконец происходит отрыв пил - лей от поверхности материала (рис. 2.74, д).

Пилли появляются прежде всего на материалах, изготовленных из пряжи (особенно аппаратной), и на поверхности которых is достаточном количестве располагаются концы волокон. На по­верхности материалов из текстурированных нитей выступают пе­тельки элементарных нитей, которые при истирании могут вытя­гиваться и перепутываться, образуя пилли. На материалах из комп­лексных нитей пилли могут не образовываться или появляются значительно позднее, когда при истирании разрушается достаточ­ное количество нитей, чтобы образовать ворсистость поверхности. Четкая корреляционная зависимость существует между степенью электризации материала и пиллингуемостью.

Ухудшение внешнего вида изделия связано не столько с про­цессом образования пиллей, сколько с их продолжительным при­сутствием на поверхности материала. При этом комочки уплот­няются, загрязняются и становятся более заметными. Появля­ющиеся на поверхности материалов из шерстяных, шелковых, хлопковых и вискозных волокон пилли быстро удаляются и в свя­зи с этим менее заметны. Наибольшей склонностью к пиллпн-
гуемости обладают материалы из синтетических волокон и нитей и смешанной пряжи, is которой присутствуют синтетические во­локна. Это связано с высокой прочностью синтетических волокон по сравнению с натуральными и искусственными волокнами. По­этому якорные волокна могут дольше удерживать пилли на их по­верхности. Наиболее устойчиво пилли удерживаются полиамидными волокнами, в меньшей степени — полиэфирными и полиакрило - нитрильными.

Для уменьшения пиллингуемости материала используют спе­циальные виды обработки его поверхности: нанесение специаль­ных пленкообразующих веществ, препятствующих миграции во­локон; облучение материала ультрафиолетовыми лучами для сни­жения прочности волокон, расположенных на поверхности, что обеспечивает быстрый отрыв пиллей.

Пиллингуемость оценивают числом пиллей, приходящихся на единицу плошади пробы после ее истирания заданным числом циклов.

Пиллингуемость шелковых тканей определяют на пиллингометре конструкции ВНИИПХВ (ГОСТ 14326—73). Испытание проводят в 2 этапа: первый — образование ворсистости при качательном движении в течение 300 циклов; второй — образование пиллей при круговом движении держателя. Периодически через заданное число циклов подсчитывают количество пиллей на поверхности ткани площадью 10 см2. За показатель пиллингуемости принимают максимальное их число. В соответствии с ГОСТ 25132 — 82 для шел­ковых и полушелковых тканей установлены следующие группы пиллингуемости:

Группа пиллингуемости Число пиллей на 10 см2

TOC o "1-3" h z Нспиллингующаяся..................................... 0

Малопиллингующаяся.............................. 1—3

Среднепиллишующаяся............................. 4 — 6

Пиллингуемость материала в определенной степени является показателем качества, и поэтому стандартами предусматриваются ее допустимые нормы (табл. 2.24).

Для определения пиллингуемости шерстяных тканей использу­ют прибор ТИ-1М с абразивом из серошинельного сукна. Подсчет числа пиллей на пробе проводят через каждые 100 циклов истира­ния. В качестве показателя пиллингуемости принято число пиллей на поверхности ткани площадью 1 см2. Если после 500 циклов ис­тирания пилли не образуются, ткань оценивается как нспиллин­гующаяся.

Нормы стойкости шерстяных тканей к пиллингу (ГОСТ 28000 — 88) приведены ниже:

10 289

Ткани Число пиллей

На 1 см2, не более

Костюмные камвольные.................................. О

» тонкосуконные................................... 2

Платьевые камвольные.................................... 1

» тонкосуконные.................................... 2

Пальтовые камвольно-суконные....................... 2

Степень закатываемости ворса драпов и ворсовых пальтовых тканей оценивается сравнением с фотоэталонами и должна быть не выше «Слабой».

Пиллингуемость полульняных тканей с содержанием синтети­ческих волокон проводится на приборе ПЛТ-2 (ГОСТ 15968 — 87, табл. 2.25). Полоску ткани размером 40 х 200 мм подвергают исти­ранию кареткой, совершающей возвратно-поступательные движе­ния. Для определения максимального числа пиллей на участке пло­щадью примерно 24 см2 подсчет начинают после 2500 циклов ис­тирания, а затем через каждые 500 циклов до начала убывания числа пиллей.

Пиллингуемость трикотажных полотен в соответствии с ГОСТ 30388 — 95 (Р 50025 — 92) определяется с помощью устройства УПОЗ-1. Пробы размером 105 х 105 мм закрепляют на трубках, ко­торые помещают во вращающуюся камеру, где они подвергаются хаотическому трению друг о друга в течение 3 ч. После испытания с помощью шаблона подсчитывают число пиллей на поверхности полотна площадью 100 х 100 мм (табл. 2.26).

Табл и ца 2.26

Нормы устойчивости к пиллингу трикотажных полотен (ГОСТ Р 50719-94)

На начальных стадиях истирания в местах интенсивного трения И давления появляется заметный блеск, лоск. Чаще всего в изделии Материал лоснится в области сидения, коленей, локтей, застеж­ки, входа в карманы. Изучение этого явления показало, что суще­
ствует несколько причин появления лоска. Прежде всего это сни­жение ворсистости за счет удаления или значительного укороче­ния волокон, выступающих на поверхности материала. В структуре ткани и трикотажа заметно изменяется форма волн, образуемых нитями. На залоснившихся участках волны вместо округлой фор­мы в верхней части приобретают плоскую форму, нити несколько сплющиваются. Все эти изменения создают условия для увеличе­ния доли зеркального отражения светового потока, что проявля­ется как повышенный блеск. При отпаривании сохранившиеся кон­цы волокон приподнимаются, волны нитей приобретают менее плоскую форму и в результате блеск истертых участков на некото - рос время уменьшается.

С поверхности материалов, имеющих более или менее плотный ворсовой застил, на начальной стадии истирания наблюдается интенсивное удаление волокон, в результате чего происходит ого­Ление переплетения, т. е. появляются потертости. Для швейных из­делий, изготовленных из таких материалов, появление потертос­тей является критерием износа. Для материалов с ворсовым засти­лом стандартами предусматривается оценка устойчивости ворса к истиранию.

Устойчивость ворса к истиранию шерстяных тканей определя­ется на приборе ТИ-1М при использовании абразива из сероши - нельного сукна (ГОСТ 9913 — 90). Снятие ворса определяют визу­ально через каждые 100 циклов истирания до полного оголения переплетения. Аналогичным методом определяют стойкость к ис­тиранию до оголения каркаса нетканых полотен. Согласно ГОСТ 28000 — 88 стойкость ворса шерстяных тканей к истиранию должна быть не менее 400 циклов для женских и 600 циклов для мужских драпов и 200 циклов для пальтовых тканей.

Этот показатель для футерованного трикотажного полотна с на­чесом оценивается потерей массы ворса после 300 циклов истира­ния на приборе ТИ-1М с жестким абразивом (ГОСТ 12739 — 75). В соответствии с ГОСТ 16486 — 93 предусмотрены следующие нормы:

Группа устойчивости Потеря массы

К истиранию

После удаления ворса с поверхности дальнейшее истирание Вызывает постепенное, а затем и окончательное изнашивание соб­ственно структуры материала. Устойчивость к истиранию текстиль­ных материалов зависит от их физико-механических свойств, из­носостойкости волокон, прочности их закрепления в структуре - Материалы, имеющие значительную долю обратимой деформа­ции, обладающие гибкостью и мягкостью, более устойчивы к тре-

Рис. 2.75. Изменение разрывной нагрузки по основе Р0 и угку 1 при истирании хлоп­чатобумажной бязи арт. 263

Нию. Истирание ткани, трикотажных И нетканых полотен происходит по опорной поверхности, т. е. в местах контакта с истирающей поверхностью. Чем больше опорная поверхность, тем меньше интенсивность ее износа, так как давление распределяется на боль­шей площади и, следовательно, исти­рающее усилие слабее.

Характер и величина площади опорной поверхности ткани оп­ределяются высотой рельефа и радиусом кривизны волн нитей, образующих ее. На участках гребней волн при истирании происхо­дят постепенное разделение пряжи и комплексных нитей на от­дельные волокна и элементарные нити, их разрушение и выпаде­ние. На равноопорной поверхности разрушаются обе системы ни­тей, на основоопорной или уточноопорной — та система нитей, которая выступает на поверхность (рис. 2.75). Для повышения из­носостойкости на лицевую сторону ткани часто выводят ту систе­му нигей, которая обладает большей устойчивостью к истиранию. На радиус кривизны волн нитей существенное влияние оказывает вид переплетения: чем больше длина перекрытия, тем больше ра­диус кривизны и, следовательно, выше устойчивость к истира­нию.

Износостойкость трикотажа, как и ткани, зависит от структуры и опорной поверхности. Чем больше застил поверхности полотна, тем выше показатель устойчивости к истиранию. Почти прямоли­нейный характер имеет зависимость устойчивости к истиранию от показателей длины нити в петле, числа петель на единице длины по вертикали и горизонтали, линейной плотности нитей. Однако износ трикотажа происходит быстрее, чем ткани, так как разру­шение даже одной нити приводит к спуску петель.

Основной причиной сравнительно быстрого износа при исти­рании холегопрошивных нетканых полотен является недостаточно прочное закрепление волокон в структуре. При истирании вначале разлохмачивается поверхность, выпадают волокна, обнажается про­шивка, которая затем также разрушается.

Отделочные операции в одних случаях увеличивают, а в дру­гих — уменьшают устойчивость текстильных материалов к истира­нию. Использование препаратов для придания материалам несми­наемое ги, малоусадочное™, формоустойчивости, гидрофобности зачас(ую приводит к значительному снижению износостойкости.

А такие отделочные операции, как мерсеризация, лощение и т. п., повышают стойкость к истиранию.

Критерием износостойкости текстильных материалов к истира­нию, принятым в качестве стандартного, является выносливость ~ Число циклов истирания до появления отверстия (дыры). Так как устойчивость материала к истиранию в значительной степени за­висит от его массы, то при сравнительном анализе определяю! коэффициент устойчивости Ку к истиранию по формуле

К = п/М5,

Где п — число циклов истирания до разрушения пробы; Ms — по­верхностная плотность материала, г/м2.

Устойчивость материала к истиранию может оцениваться ко­эффициентом износостойкости Коу, определяемым путем сравне­ния выносливости п данного материала с выносливостью пэта­лонного материала:

К, = п/пэ.

В качестве эталонного материала для шерстяных тканей ис­пользуют чистошерстяную камвольную костюмную ткань бостон арт. 1203.

Выносливость тканей при истирании является важным показа­телем их качества и нормируется стандартами общих техническич условий в зависимости от волокнистого состава, вида нитей, по­верхностной плотности (табл. 2.27).

Согласно ГОСТ 16486—93 в зависимости от устойчивости к истиранию трикотажные полотна разделяют на три группы; осо­бо прочная, прочная и обыкновенная, которые указываются в стандартах и технических условиях по отдельным видам полотен (табл. 2.28).

Лабораторные испытания стойкости материалов к истиранию.

При разработке или выборе лабораторных методов испытания текс­тильных материалов на истирание исследователи руководствуются прежде всего двумя принципами: с одной стороны, испытания не должны занимать много времени, с другой — они должны по воз-

Можности точно моделировать реальные условия изнашивания ма­териала в изделии.

Для определения стойкости к истиранию текстильных матери­алов используют различные приборы и методы, основанные на ориентированном или неориентированном истирании по поверх­ности или сгибам с применением мягких или жестких абразивов. Как показали исследования, наиболее близким по характеру раз­рушения материала при опытной носке является неориентирован­ное истирание мягким абразивом (серошинельное сукно, капро­новая щетка и т. п.). Однако они достаточно быстро теряют свою истирающую способность и требуют частой замены. В качестве жест­ких абразивов применяют наждачные и корундовые поверхности, которые обеспечивают быстрое истирание материала и долго со­храняют истирающую способность. Однако истирание жестким абразивом вызывает чаще всего микросрезание волокон и их рас­таскивание, что не соответствует усталостному износу материла в одежде. Существенное влияние на характер и продолжительность истирания оказывает статическое давление абразива на материал. С увеличением давления происходит более глубокое взаимное вне­дрение поверхностей абразива и испытываемой пробы, что при­водит к изменению характера истирания.

Для хлопчатобумажных, льняных, шелковых, смешанных тка­ней используют прибор ДИТ-М (ГОСТ 18976 — 73), обеспечи­вающий неориентированное истирание серошинельным сукном (рис. 2.76, а). Для испытания шерстяных тканей и нетканых поло­тен (ГОСТ 9913-90) и трикотажа (ГОСТ 12739-85) предназна­чен прибор ТИ-М1 (рис. 2.76, б), работающий по принципу не­ориентированного истирания мягким и жестким абразивами. Стой­кость к истиранию по сгибам рекомендуется определять для шер-

О

Рис. 2.76. Принципиальные схемы приборов для истирания текстильных

Материалов: а - ДИТ-М; б - ТИ-IM; в - ИС-3; г - ИТИС

Стяных и полушерстяных тканей на приборе ИС-3 (рис. 2.76, в) с ориентированным истиранием серошинельным сукном, а для ос­тальных тканей — на приборе ИТИС (рис. 2.76, г) с абразивом в виде капроновой щетки (ГОСТ 16733 — 71).

Во всех случаях лабораторные испытания только частично вос­производят износ от истирания, имеющий место при эксплуата­ции швейного изделия. При носке текстильные материалы в изде­лии разрушаются в результате длительных, но слабых истирающих воздействий. Циклы истирания происходят с большими промежут­ками во времени, когда волокна успевают отрелаксировать. На приборах циклы истирания повторяются настолько часто, что на­ступает преждевременная динамическая усталость волокон, умень­шаются упругие и эластические деформации. Одновременно уве­личиваются пластические деформации, что приводит к неравно­мерному распределению сил сопротивления изнашиванию и ус­коряет процесс разрушения материала.