ШВЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Тангенциальное сопротивление (трение)

Многие показатели свойств текстильных материалов, такие, как сопротивление истиранию, устойчивость нитей к раздвиганию в швах, осыпаемость нитей из срезов ткани, прочность и растяжи­мость, распускаемость трикотажа, и др. в значительной степени определяются силами внешнего трения при контактном взаимо­действии материалов, нитей и волокон, формирующих эти мате­риалы. От трения зависят условия выполнения и параметры мно­гих технологических операций изготовления швейных изделий (на­стилания материалов и их разрезания, стачивания на швейных ма­шинах), а также выбор конструкций швов, методов обработки от­крытых срезов материалов и т. д. В зависимости от трения опреде­ляется назначение материала. Например, в качестве подкладки ис­пользуют материалы с малым тангенциальным сопротивлением. / Таким образом, трение текстильных материалов играет важную 'роль в технологии швейного производства и оказывает существен­ное влияние на эксплуатационные характеристики этих материалов, i' Сила, противодействующая относительному перемещению одно­го тела по поверхности другого в плоскости их соприкосновения,

Lзывaeтcя силой трения скольжения. Основной количественной рактеристикой трения является коэффициент трения скольжения = F/N, где F — сила трения; N — сила нормального давления. Существенное влияние на проявление сил трения скольжения :азывают состояние поверхности материалов, давление между ни - 1, скорость приложения нагрузки, время контакта, температу- , влажность и т. д. Кроме того, трение скольжения вссгда сопро - Ждается выделением теплоты, явлениями трибоэлектричества. Природа трения при контактных взаимодействиях твердых тел ень сложна. Большинство материалов имеет неровную шерохо - тую поверхность. При соприкосновении такие поверхности кон - Ктируютв основном выступающими участками. При увеличении
давления эти участки сплющиваются и и зависимости от природы материала, ха­рактера поверхности возможно межатом­ное или межмолекулярное взаимодей - Рис. 2.38. Соприкосновение ствие, сваривание в точках контакта, двух шероховатых поверх- Согласно современным представле - ностеи ниям (И. В. Крагельский, Г. М. Бартенеи

И др.) возникновение сил трения обус­ловливается проявлением фактического контакта двух соприкаса­ющихся поверхностей и нарушением этого контакта при скольже­нии. Внешнее трение твердых тел имеет двойственную (молеку- лярно-механическую и адгезионно-деформационную) природу.

И. В. Крагельский предложил молекулярно-механическую тео­рию, согласно которой проявление сил трения есть результат ме­ханического и молекулярного взаимодействий соприкасающихся поверхностей. При соприкосновении материалов, имеющих микро­неровности, выступы и углубления, возникают фрикционные свя­зи, обусловленные взаимным сцеплением неровносгей, молекуляр­ным взаимодействием на участках совпадающих микроскопических выступов или поверхностным взаимодействием (рис. 2.38). Природа этих связей зависит от вида материала и носит вязкоупругий харак­тер. Площадь контактов, обусловленных этими связями, обычно очень мала, значительно меньше площади соприкосновения материалов.

Таким образом, суммарные силы трения определяются двумя основными факторами: силами межмолекулярного взаимодействия и силами механического сцепления материалов, действующими не по всей поверхности соприкосновения материалов, а только на площади их фактического контакта. При условии действия сил сцеп­ления наряду с силами трения скольжения суммарная сила пред­ставляет собой силу тангенциального сопротивления. Так как тек­стильные материалы характеризуются крайне неровной шерохова­той поверхностью, имеющей глубокие впадины и выступы, то во всех случаях соприкосновения этих материалов будет проявляться сила тангенциального сопротивления.

Связями, действующими в зоне контакта, определяется эле­ментарная сила тангенциального сопротивления т, которая можег быть представлена следующим образом:

Т = а + (3/7,

Где аир — коэффициенты, зависящие от природы соприкасаю­щихся поверхностей; п — элементарная нормальная сила.

Суммируя все элементарные силы тангенциального сопротив­ления на всей поверхности фактического контакта площадью S]i,. Получаем

Т0 = £т = а5ф + рЛГ,

£де а5ф — сила сцепления; (ЗУУ — сила трения скольжения; N — Общая величина нормального давления.

Основная характеристика, определяющая тангенциальное сопро­тивление, — коэффициент тангенциального сопротивления /0 пред­ставляющий собой отношение сил тангенциального сопротивле­ния (или трения) Та к величине нормального давления N, т. е.

/т. с = TJN.

Подставив в формулу значение Т0 = а5ф + (3/N, получим соот­ношение

/.с = O.SJN+ Р.

Расчеты силы тангенциального сопротивления для реальных условий представляют большие сложности. Поэтому в практике принято значение коэффициента тангенциального сопротивления определять экспериментально. Существует несколько методов оп­ределения этого коэффициента. Наиболее простым и широко при­меняемым для текстильных материалов является метод наклонной плоскости, при котором трение поверхности материала определя­Ют следующим образом.

На наклонной плоскости (рис. 2.39) укрепляют испытываемый материал. Колодку обтягивают таким же материалом. Изменяя угол У, фиксируют его величину, при которой колодка весом /нк начи­нает перемещаться. Сила тангенциального сопротивления Т0 и сила нормального давления УУ соответственно равны:

Т0 = MKSin У; N = ткCosy.

Таким образом,

/тс = TJN = mKsiny/(mKcosy) = tgy.

Коэффициент тангенциального сопротивления для различных! Тканей 0,3—1. Он зависит от многих из указанных выше факторов, |а также от волокнистого состава и вида нитей, переплетения и Плотности материала и т. д.

! На графиках (рис. 2.40) показана зависимость коэффициента [Тангенциального сопротивления некоторых тканей от величины Нормального давления.

Для определения силы тангенциального сопротивления текс­тильных материалов в КТИЛПе разработано приспособление к разрывной машине, в котором использо­ван зажим Эдерлея для текстильных воло-

"Рис. 2.39. Определение коэффициента танген­циального сопротивления материала методом наклонной плоскости

JT.C

Кон. При испытании материалов с применением этого приспособ­ления показателем силы тангенциального сопротивления служит усилие, необходимое для смещения пробы относительно губок зажима.

Раздвигаемость и осыпаемость тканей. Силы тангенциального сопротивления удерживают нити в тканях, препятствуют их сме­щению. Если силы тангенциального сопротивления нитей недо­статочны, чтобы противостоять механическим усилиям, испыты­ваемым тканью, нити сдвигаются и осыпаются.

Степень закрепления нитей в ткани оценивается показателями ее раздвигаемости и осыпаемости. Раздвигаемостью ткани называ­ют смещение нитей одной системы относительно нитей другой системы под действием внешних сил. Осыпаемость — это выпаде­ние нитей из открытых срезов ткани.

Нити в ткани удерживаются силами трения и сцепления. Чем меньше коэффициент трения, тем легче нить выскальзывает из среза и легче смещается в ткани. Чем больше площадь поверхности контакта нитей основы с нитями утка, тем больше поверхность, на которой развивается трение. С увеличением числа нитей на 10 см и уменьшением длины перекрытий растет коэффициент связанно­сти ткани и уменьшается возможность смещения и осыпания ни­тей. Так, в тканях полотняного переплетения возможность смеше­ния и осыпания нитей меньше, чем в тканях сатинового перепле­тения.

Увеличение числа нитей на 10 см одной системы вызывает умень­шение длины волн другой, противоположной, системы, что, свою очередь, приводит к увеличению угла обхвата нитей ripoi'1' воположной системы. В результате этого сцепление между нигям"

Увеличивается, смещение и отделение каждой крайней нити тре­буют вес большего усилия. Таким образом, с увеличением числа нитей одной системы осыпание нитей противоположной системы уменьшается.

В тканях 1-й фазы строения больше осыпаются нити утка, а в тканях 9-й фазы — нити основы. Осыпание нитей в тканях 5-й фазы строения при одинаковом числе нитей на 10 см и толщине пряжи основы и утка примерно одинаковое в обоих направлениях.

Большой осыпаемостью и раздвигаем остью обладают ткани с резко различающимися толщинами нитей основы и утка. Суще­ственно изменяют связанность нитей в ткани отделочные опера­ции. Опаливание, стрижка, ширение увеличивают обособленность нитей в ткани, повышая возможность их раздвигания и осыпания. Аппретирование и валка закрепляют нити и, наоборот, уменьша­ют раздвигаемость и осыпаемость тканей.

Существует ряд признаков, характерных и для раздвигаемости, и для осыпаемости тканей, тем не менее нельзя считать причины 'этих двух явлений полностью одинаковыми. Если раздвигаемость швов зависит прежде всего от возможности смещения нитей по причине малого числа нитей на 10 см и слабого закрепления ни­тей в структуре ткани, то на осыпаемость швов большое влияние оказывает жесткость нитей, определяющая их стремление распря­миться и, освободившись от искусственно изогнутого положения, выскользнуть из ткани. Жесткость нитей затрудняет их взаимную связь и, следовательно, увеличивает осыпаемость тканей.

Нити осыпаются в различных направлениях ткани неодинаково. Нити основы осыпаются легче, чем нити утка, что объясняется их большей круткой, придающей нитям жесткость и гладкую поверх­ность. Наиболее интенсивно осыпаются нити при разрезании тка - !ни под углом около 15° к нитям основы, наименее интенсивно — £под углом 45°. Поэтому для уменьшения осыпаемости зубцы по (Краю тканей высекают под углом 45°. Для легкоосыпающихся тка­ней ширину шва увеличивают в 1,5—2 раза, усложняют его конст­рукцию.

' Таким образом, осыпаемость тканей вызывает необходимость Введения дополнительных операций в швейном производстве, уве­личивает нормы расхода тканей из-за дополнительных припусков ра швы.

I Осыпаемость ткани определяется на разрывной машине с по­мощью несложного приспособления (рис. 2.41). Усилие, необходи­мое для сбрасывания иглами двухмиллиметрового слоя нитей из рреза пробы (полоски) ткани шириной 30 мм, служит показате­лем осыпаемости. Различают ткани: легкоосыпающиеся, выдержи­вающие усилие до 2,9 даН; средней осыпаемости, выдерживаю - РШе усилие 3 — 6 даН; неосыпающиеся, выдерживающие усилие Ролее 6 даН. Хлопчатобумажные ткани ситец и бязь имеют пока-

Рис. 2.41. Схема приспособления ЦНИХБИ для определе­ния осыпаемости ткани: 1 — игла; 2 — проба

Затель осыпаемости 10—12 даН, шерстяная ткань бостон — более 7 даН, шелковая подкладочная — около 2 даН.

Исследуя осыпаемость тканей, А. М. Рыжникона (ЦНИИШП) установила, что главным фактором, вызывающим осыпание нитей, является трение, а существенное влияние на осыпаемость оказывает влага. А. М. Рыжникова предложила осыпаемость сти­раемых тканей определять в мокром виде, а нести­раемых — в сухом виде на приборе ПООН (рис. 2.42). Показателем осыпаемости в этом случае служит ширина, мм, образовавшейся бахромы нитей (с точ­ностью до 0,1 мм).

Во ВНИИПХВ разработаны метод и прибор ПООТ для определения осыпаемости тканей (ГОСТ 3814— 81). Пробу (на приборе возможно одновременно ис­пытывать 20 проб) размером 30 х 40 мм закрепляют в зажим прибора так, чтобы длина свободно провиса­ющего конца пробы составляла 20 мм. За каждый цикл движения абразива (щетки) пробы подвергаются воздействию с двух сто­рон, испытывая комплексное действие удара, трения, изгиба и встряхивания. За показатель осыпаемости принимается размер бах­ромы, образующейся в результате выпадения нитей из пробы тка­ни после 5000 циклов воздействия абразива на пробу.

Раздвигаемость ткани определяется на разрывных машинах с помощью приспособления (рис. 2.43). Усилие, которое необходимо приложить, чтобы вызвать смещение нитей ткани, служит показа­телем раздвигаемое™. Различают легкораздвигающиеся ткани, для которых усилие составляет 8 — 9 даН, ткани средней раздвигаемо - сти, для которых усилие равно 9— 11 даН, и нераздвигающиеся, для которых усилие составляет более 11 даН.

Раздвигаемость тканей определяется на приборе РТ-2, разрабо­танном во ВНИИПХВ (рис. 2.44). При испытании тканей на этом приборе по ГОСТ 22730—87 устанавливают величину усилия, вы­зывающего сдвиг одной системы нитей относительно другой и ха­рактеризующего устойчивость ткани к раздвигаемости. Приняты следующие показатели раздвигаемости шелковых и полушелковых тканей (кроме ворсовых), креповых из натурального шелка и тка­ней для вечерней одежды (табл. 2.11).

В ЦНИИШП для оценки раздвигаемости нитей в швах разрабо­тана специальная методика испытаний (подробно рассмотрена 1!

I— груз массой 120 г; 2— полоска ткани; 3 — резиновые губки; 4— барабан для Наматывания при испытании полоски ткани; 5— механизм нагружения; б — шка­ла нагрузок

«Практикуме по материаловедению швейного производства»), П0 величине усилия раздвигаемости нитей в шве различают легкора j - двигающиеся (до 7 даН) и среднераздвигающиеся (более 7 даН) ткани.

Распускаемость трикотажа. Это способность петель трикотажа при обрыве нити перемещаться и выскальзывать из других петель.

Основная причина распускаемости трикотажного полотна при обрыве нити — нарушение его равновесного состояния. Под рав­новесным понимают такое состояние трикотажа, при котором он не проявляет стремления к дальнейшему изменению размеров ц имеет наиболее высокую их устойчивость. Обрыв нити в петле со­провождается нарушением установившегося в трикотажном по­лотне равновесного состояния. Под действием упругих сил обо­рвавшиеся концы нити стремятся занять новое положение, при этом они перемещаются по нитям соседних петель и выскальзыва­ют из них. Основной силой, препятствующей выскальзыванию нитей, является сила тангенциального сопротивления, развиваю­щаяся на участках соприкосновения оборвавшейся нити с нитью соседних петель. Если эта сила по своей величине может противо­стоять упругим силам оборвавшейся нити, которые стремятся пе­реместить ее, нарушение в переплетении ограничивается одной петлей. Если же сила тангенциального сопротивления не может препятствовать упругим силам нити, нить выскальзывает из сосед­них петель, переплетение нарушается на этом участке и трикотаж распускается. Под действием внешних сил процесс распускания трикотажа значительно ускоряется и сопровождается нарушением переплетения на значительной площади с образованием дыр.

Таким образом, силы тангенциального сопротивления нигей, их упругость в значительной степени определяют распускаемость трикотажа. Распускаемость различных трикотажных полотен не­одинакова: она зависит от волокнистого состава и толщины ни­тей, длины нити в петле, вида переплетения, плотности и других факторов.

Трикотажные полотна, выработанные из пряжи и нитей, ха­рактеризующихся значительным коэффициентом тангенциально­го сопротивления, имеют пониженную распускаемость. К ним от­носятся полотна из шерстяной, хлопчатобумажной пряжи, тек­стурированных нитей, нитей фасонной крутки. Наибольшей Р'1С" пускаемостью обладают полотна кулирных переплетений, наимень­шей — основовязаных и комбинированных.

Кулирный трикотаж может распускаться и направлении петель­ных рядов и столбиков. А. С. Далидович, анализируя распускаемосгь трикотажных переплетений (глади) при обрыве нити в петле, пред­ложил ориентировочно рассчитывать силу Q (рис. 2.45), под Дс"" ствием которой вытягиваются концы оборванной нити b из сосед­них петель и перетягивается нить из петли II в петлю С, т. е. paL'

Пускается петельный столбик и увеличива­ется дыра в полотне, по формуле

Q = e^ncPKJ(32l),

Где ц — коэффициент трения нити о нить; а — угол обхвата нити; D — диаметр нити; Кв — напряжение нити при изгибе; / — дли­на нити в полуостове петли.

Анализ формулы показывает следующее: с уменьшением длины нити в остове петли распускаемость трикотажа уменьшается; распускаемость зависит от диаметра нити и упругости изгибаемой в петле нити; распус­каемость уменьшается с увеличением коэф­фициента трения ц и угла обхвата а.

Для снижения распускаемости необхо­димо уменьшить растяжимость трикотажа, длину нитей в петлях или увеличить толщину нитей, коэффициент трения нити о нить и угол обхвата нитей.

На распускаемость трикотажного полотна оказывает влияние вид переплетения. Наибольшей распускаемостью обладает трико­таж переплетения гладь: он может распускаться и в направлении вязания, и в направлении, обратном вязанию. Полотно переплете­ния гладь с заработанными краями можно распустить только в направлении, обратном вязанию. Трикотаж переплетения ластик характеризуется меньшей распускаемостью, чем трикотаж пере­плетения гладь. Основовязаные полотна распускаются в направле­нии, обратном вязанию.