Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу ''Материаловедение швейных изделий''. Часть 1

Министерство образования РФ Восточно-Сибирский государственный технологический университет

Кафедра «Технология изделий легкой промышленности»

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Материаловедение швейных изделий» часть 1

Составил: Минтаханова Т.М. Петрова Т.В.

Улан-Удэ 2001

1. Подготовка к выполнению лабораторной работы. Лабораторный практикум предназначен для практического закрепления теоретического курса по дисциплине «Материаловедение швейного производства» на основе углубленного изучения ассортимента материалов, освоения современной испытательной техники и методов проведения исследовательских испытаний, получения практических навыков в определении и интерпретации основных показателей качества с применением статистической обработки экспериментальных данных и методов планирования эксперимента, с учетом современного состояния стандартизации, метрологии и квалиметрии в швейном производстве. 2. Целями лабораторных работ являются изучение специальных понятий и терминов в области материаловедения, ассортимента материалов для одежды, устройства и принципа действия испытательных приборов; требований стандартов к показателям качества материалов; освоение стандартных методик определения основных параметров и показателей качества материалов, расчетных формул и методов обработки результатов, а также методов неразрушающих испытаний, применение ЭВМ в области испытаний, при оценке и выборе материалов на изделие. 3. Приступая к лабораторным занятиям, студент должен изучить методические указания к лабораторной работе. 4. Каждая лабораторная работа содержит основные сведения и задание студенту для самостоятельной подготовки. 5. В основных сведениях даны определения специальных понятий, описание приборов и методов испытаний, методические рекомендации по выполнению работы в лаборатории, порядок расчета показателей и их значение при оценке качества материалов. 6. В задании для самостоятельной подготовки перечислены вопросы, с помощью которых можно проконтролировать усвоение основных сведений, лекционного материала и дополнительной литературы, необходимой для успешного выполнения работы. 7. Готовясь к выполнению работы, студент в лабораторной тетради или в специальном журнале должен сформулировать цель работы и ее основные задачи, предварительно оформить отчет. 8. Готовность студента к выполнению работы проверяется в собеседовании с преподавателем, с помощью технических средств контроля или ЭВМ после представления предварительно оформленной лабораторной тетради (журнала). Студенты, допущенные к лабораторным занятиям, получают задание на выполнение лабораторной работы.

9. На лабораторных занятиях в соответствии с заданием и дополнительными указаниями, полученными от преподавателя, студент производит различные экспериментальные определения. Результаты этих определений студент заносит в лабораторную тетрадь, используя в отчете усредненные показатели. После обсуждения полученных результатов с преподавателем студент окончательно оформляет отчет. Оформленный отчет представляется преподавателю для проверки и повторного собеседования для получения зачета по выполненной работе. 10. На первом лабораторном занятии студентов инструктируют о правилах техники безопасности и противопожарной техники, о чем делается запись в соответствующем журнале. 11. Оформление отчета по лабораторной работе. Отчет о лабораторной работе содержит пять разделов. 11.1. Цель работы формулируется студентом исходя из темы лабораторной работы, данных, приводимых в лабораторном практикуме или методических указаниях. Цель работы должна быть изложена кратко и отражать существо рассматриваемого вопроса. 11.2. Основные сведения - приводятся основные понятия из области строения, методов испытания, физико-механических свойств материалов, которые необходимы в данной лабораторной работе. 11.3. Методика проведения испытаний - в тетради или журнале выполняются схемы приборов и установок для определения соответствующих показателей свойств или параметров материалов с полной спецификацией деталей и узлов. Приводятся описание приборов или установок и кратко принцип их работы, а также методика отбора и подготовки образцов испытуемых материалов с обязательной ссылкой на соответствующие государственные стандарты. Затем приводятся методики испытаний и расчета показателей с указанием размерности в СИ. 11.4. Экспериментальная часть - после испытаний студент заносит в тетрадь (журнал) первичные результаты (например, нагрузку при разрыве образца, абсолютное удлинение при разрыве, массу до и после намокания образца). Имея первичные результаты, студент по формулам (необходимо давать подстановки в расчетные формулы) рассчитывает соответствующие показатели, заносит результаты в сводную таблицу, проводит статистическую обработку экспериментальных данных, среднеарифметическое значение, среднеквадратичное вычисляя отклонение, коэффициент вариации, абсолютную и относительную ошибки опыта.

11.5. Выводы - по результатам лабораторной работы студент обязан сделать выводы, которые основываются на сравнении показателей использованных материалов, оценке тенденций изменений показателей свойств под действием различных факторов, а также на соответствии полученных результатов требованиям государственных стандартов или другой научно-технической документации. 12. Первые три раздела отчета оформляются студентом в процессе подготовки к лабораторной работе, 4 и 5 разделы - на лабораторных занятиях.

Лабораторная работа 1 Изучение приборов для определения атмосферных условий, массы и толщины материалов Цель работы. Изучение методик определения и регистрации параметров климатических условий при испытании материалов. Изучение методов кондиционирования материалов перед испытаниями. Изучение методик определения массы материалов. Изучение методик определения толщины материалов. Приборы и материалы: простой и аспирационный психрометры, гигрограф, термограф; толщиномер, технические, квадрантные и аналитические весы; образцы различных материалов. Задания: 1.Изучить принцип работы простого и аспирационного психрометров, гигрографа и термографа. 2.Определить относительную влажность и температуру воздуха простым и аспирационным психрометрами. 3.Ознакомиться со способами кондиционирования проб материалов перед испытаниями. 4.Ознакомиться с устройством и принципом работы механических, квадрантных и аналитических весов. 5.Определить массу различных материалов на весах различного вида, сравнить точность взвешивания. 6.Ознакомиться с устройством и принципом работы толщиномера. 7.Определить толщину материалов. Общие сведения Материалы для швейных изделий способны поглощать влагу из воздуха. Изменение их влагосодержания вызывает изменение многих показателей физико-механических свойств (прочности, деформационной способности, массы и т.д.). Для получения достоверных и сопоставимых результатов в лабораториях необходимо создавать и поддерживать постоянные условия испытаний. Такие условия называют нормальными и регламентируют стандартом. Согласно ГОСТ 10681-75 нормальными считаются относительная влажность воздуха 65±2% и температура 20±2° С.

Материалы перед испытанием должны определенное время выдерживаться в нормальных климатических условиях. Выдерживание проб материала в течение определенного времени в нормальных климатических условиях называют кондиционированием, или приведением к воздушно-сухому состоянию. В результате кондиционирования влажность материала достигает некоторого постоянного значения (равновесной влажности). Влажность, приобретаемая материалами при длительном выдерживании при нормальных климатических условиях, называется нормальной. Соблюдение нормальных условий обязательно при стандартных испытаниях. Содержание паров влаги в атмосфере характеризуется абсолютной и относительной влажностью воздуха. Абсолютная влажность воздуха характеризуется массой водяных паров в единице объема, W, г/м3 , или давлением водяных паров, находящихся в воздухе р, Па. Максимальная абсолютная влажность воздуха, соответствующая состоянию насыщенного пара при данной температуре, называется влагоемкостью (Wн,, рн ) Относительная влажность воздуха определяется отношением его абсолютной влажности к влагоемкости и выражается в процентах:

ϕ=

W × 100 , Wн

(1)

или

ϕ=

р × 100 , рн

(2)

Относительная влажность воздуха характеризуется степенью его насыщения парами влаги при данной температуре и атмосферном давлении. Относительную влажность воздуха на практике находят с помощью специальных приборов ( психрометров, гигрометров). Определение относительной влажности воздуха психрометрическим методом. Существуют психрометры различной Рис. 1 Простой психрометр

конструкции: простой, аспирационный механический, аспирационный электрический. Простой психрометр состоит из двух одинаковых термометров 1 и 2 (рис.1). Термометр 1 (сухой) служит для измерения температуры воздуха в помещении. Резервуар термометра 2 (влажного) обернут тонкой хлопчатобумажной тканью (отбеленным неаппретированным батистом). Верхний конец ткани охватывает резервуар термометра, а нижний конец погружается в чашечку с дистиллированной водой. Испарение влаги с поверхности ткани связано с затратами теплоты парообразования и вызывает охлаждение резервуара влажного термометра. Чем интенсивнее испарение влаги, тем больше разница показаний сухого и влажного термометров. На интенсивность испарения влияют влажность и скорость движения окружающего воздуха. Чем меньше относительная влажность и больше скорость движения воздуха, тем интенсивнее испарение и снижение показаний влажного термометра. Относительную влажность воздуха определяют по показаниям сухого и влажного термометров с помощью психрометрической таблицы. Относительная влажность окружающего воздуха равна показателю, находящемуся на пересечении показаний сухого и влажного термометров. Чтобы избежать повышения погрешности измерений, простые психрометры размещают, соблюдая определенные правила. Простые психрометры размещают на внутренних стенах или колоннах на высоте 1,6 м от пола, вдали от окон и дверей, а также от нагревательных приборов так, чтобы на них не падали прямые солнечные лучи, не оказывали воздействие переменные течения воздуха. Замеры показаний термометров необходимо проводить на возможно большем расстоянии от прибора, чтобы не нагревать его дыханием и тепловой радиацией тела. Чтобы исключить влияние случайных движений воздуха на показания, повысить точность измерений, применяют аспирационный психрометр, который может быть механическим или электрическим. Аспирационный психрометр с механическим приводом (рис.2) снабжен двумя одинаковыми термометрами 1 и 2. Ртутные шарики термометров помещены в раструбы 3 и 4, соединенные трубкой 5 с головкой психрометра - аспиратором. Аспиратор состоит из миниатюрного вентилятора 12, снабженного стабилизированным пружинным приводом, размещенным в барабане 9, заводимом ключом 8. Аспиратор создает в раструбах постоянный поток воздуха скоростью 1,5-2 м/с. Засасываемый воздух выбрасывается через щелевые отверстия 6 головки психрометра. Время действия механического завода 8-10 мин.

Для проверки стабильности частоты вращения вентилятора контролируют нормируемое время полного оборота пружинного барабана 9. Для этого на барабане 9 нанесена контрольная черта 11 со стрелкой, которая видна в окно при прохождении ее мимо риски 10. Время полного оборота пружинного барабана в секундах указывается в паспорте прибора. Аспирационный психрометр с помощью шарика 7 подвешивают на металлический штырь-кронштейн и располагают с учетом рекомендаций для размещения простых психрометров. Перед началом работы, а также перед каждым последующим наблюдением, ткань, в которую обернут ртутный шарик термометра, смачивают из пипетки дистиллированной водой. После смачивания пружину аспиратора заводят до отказа. Показания сухого и влажного термометра записывают по истечении 4-5 мин после пуска вентилятора. Относительную влажность воздуха определяют по номограмме или таблице (таб. 1). Точность психрометрического метода определяется, главным образом, погрешностью измерения температур сухого и влажного термометров. Электрический аспирационный психрометр имеет электрический привод. Гигрометрический метод определения относительной влажность воздуха. Определение влажности воздуха данным методом базируется на способности гигроскопических материалов, поглощая пары влаги из воздуха, обратимо изменять свои линейные размеры или другие параметры. Наиболее распространены волосяные гигрометры и гигрографы. У волосяного гигрографа (рис.3) пучок обезжиренных волос 2 фиксируется в зажимах 3 и петлей охватывает крючок 1 стержня 4, закрепленного на оси 5. К этой оси прикреплена большая дуга 6 с противовесом 12. Масса дуги и противовеса постоянно нагружает и натягивает пучок волос. Большая дуга 6 опирается на малую дугу 7, связанную с осью 8 и стрелкой 9. При увеличении относительной влажности воздуха длина пучка волос увеличивается, большая дуга 6 опускается и, увлекая за собой малую дугу 7, перемещает стрелку 9 вверх. При уменьшении влажности воздуха длина пучка волос сокращается, вызывая обратное перемещение рычагов механизма. Для непрерывной записи изменений влажности воздуха прибор снабжен механизмом передвижения диаграммной ленты

Таблица 1 Таблица для определения относительной влажности воздуха по аспирационному психрометру Показания термометра 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 19,5 20 20,5 21 21,5 22 22,5

Рис. 2 Аспирационный психрометр с механическим приводом

15 44 49 53 58 63 68 73 78 84 -

15,5 40 45 50 54 59 64 69 74 79 84 -

Показание сухого термометра, оС 16 16, 17 17,5 18 37 34 41 38 35 46 42 39 36 50 47 43 40 37 55 51 47 44 41 60 56 52 48 45 64 60 56 53 49 69 65 61 57 53 74 70 66 61 58 79 75 70 66 62 84 79 75 71 66 84 80 75 71 85 80 76 85 80 85 -

18,5 34 38 42 46 50 54 58 63 67 72 76 81 85 -

19 31 35 39 42 46 51 55 59 63 67 72 76 81 86 -

Продолжение табл. 1

19,5 32 36 39 43 47 51 55 59 64 68 72 77 81 86 -

20 33 37 40 44 48 52 56 60 64 68 73 77 81 86 -

20,5 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 82 86 -

Показание сухого термометра, оС 21 21,5 22 22,5 23 23,5 35 38 36 33 42 39 36 34 46 43 40 37 35 33 50 46 43 41 38 36 53 50 47 44 41 39 57 54 51 48 45 42 61 58 54 51 48 46 65 62 58 55 52 49 69 66 62 59 56 53 73 70 66 63 59 56 78 74 70 66 63 60 82 78 74 70 67 63 82 78 74 71 67 82 79 75 71 83 79 75 83 79 83 -

24 33 36 40 43 46 50 53 57 60 64 68 71 75 79 83 -

24,5 34 37 40 44 47 50 54 57 61 64 68 72 76 80 83

25 35 38 41 44 48 51 54 58 61 65 68 72 76 80

Рис.3 Волосяной гигрограф

в виде барабана 11 со встроенным часовым механизмом. На конце стрелки укреплено перо 10. Часовые механизмы для привода имеют две разновидности: для недельной и суточной непрерывной регистрации. Кроме волосяных преобразователей в гигрографах применяют мембранные чувствительные элементы, выполненные из гигроскопической органической пленки. Свойства таких пленочных преобразователей более стабильны во времени. Относительная погрешность измерений волосяных и пленочных гигрографов в диапазоне измеряемой относительной влажности воздуха от 30 до 100% при температуре от -30 до +45° С составляет ±5%. Работу гигрографа выверяют по аспирационному психрометру. Его показания корректируют поворотами винта 13, регулирующего натяжение пучка нитей. Определение температуры воздуха. Температура воздуха в лаборатории регистрируется по показаниям сухого термометра простого или аспирационного психрометров. Температуру непрерывно регистрируют различные биметаллические термографы. Чувствительным элементом термографа (рис.4) является биметаллическая пластина 1, деформирующаяся при изменении температуры окружающей среды. Деформация пластины через тягу 2 и рычажок 3 передается стрелке 4, снабженной пером 6, для записи изменений температуры на ленте барабана 5 такого же типа, как и для ранее рассмотренного гигрографа. Интервал регистрируемых температур от -35 до + 45 °С. Точность измерения этого прибора невысока, его работу необходимо также периодически поверять по контрольному термометру и регулировать винтом 9 со спиральной пружиной 8, укрепленной на кронштейне 7. Приведение материалов к состоянию определенной влажности и температуры. В зависимости от оснащения лаборатории и поставленных исследовательских задач создание и поддерживание определенных, в том числе и нормальных, климатических условий, может осуществляться как в помещении лаборатории, так и в ограниченных объемах - кондиционных и климатических камерах, термостатах и других приспособлениях. Для регулирования относительной влажности и температуры воздуха в помещении лаборатории применяют кондиционеры или другие приборы, автоматически поддерживающие установленные параметры, и механические доувлажнители. Относительную влажность и температуру воздуха в помещении контролируют по психрометру, волосяному гигрометру или гигрографу.

Рис. 4 Биметаллический термограф

Для кондиционирования небольших проб используют эксикаторы. Эксикатор - герметически закрывающийся сосуд малого объема, в котором создается и поддерживается определенная относительная влажность воздуха за счет различных условий динамического равновесия насыщенного пара над водными растворами различных химических соединений. Чаще всего нужная относительная влажность в эксикаторах создается при использовании растворов серной кислоты (табл.2) и солей различной концентрации (табл.3). Таблица 2 Относительная влажность ϕ воздуха в зависимости от концентрации С раствора серной кислоты

ϕ,%

С, %

ϕ,%

С, %

5 10 20 30 40 50 55

69 64 57,6 52,8 48,1 43,4 40,2

60 65 70 80 90 95 98

38,5 36,4 33,8 26 16,5 11 5

Для получения нормальной относительной влажности воздуха эксикатор заполняют серной кислотой с концентрацией 36,4% или насыщенными растворами дихромата или нитрата натрия, или нитрата аммония. Масса проб кожи, загружаемых в один эксикатор с внутренним диаметром 250 мм, не должна превышать 100 г. Куски проб в эксикаторе должны располагаться так, чтобы обеспечивался свободный доступ воздуха, находящегося в эксикаторе, к их поверхности. Растворы применяемых в эксикаторах химических веществ не должны попадать на материалы, руки или одежду работающих. Эксикатор должен иметь хорошо пришлифованную крышку, смазанную для герметизации вазелином. Для установления момента достижения материалом состояния равновесной влажности пробы в процессе кондиционирования через определенные интервалы времени взвешивают на технических весах. Если кондиционирование проводится в эксикаторах, загрузку и выгрузку проб при взвешиваниях нужно производить быстро, чтобы

меньше держать эксикатор открытым. Пробы кож кондиционируются до установления постоянной массы, но не менее 12 ч. Проба считается доведенной до состояния равновесной влажности, если два ее последовательных взвешивания, проведенные через 2 ч одно за другим, дадут изменения в массе не более 0,2%. Таблица 3 Относительная влажность воздуха над насыщенными растворами различных солей в воде Соль Количество соли, Относительная влажность растворенной в 100 мл воздуха, ϕ , %, при воды при температуре температуре, t °С 20°С 15 20 25 Na2Cr2O7*2H2O 238* 52 NH4NO3 178 66 63 60 NaCl 36 76 76 75 KCl 34 86 85 85 KNO3 32 95 94 94 CaSO4*2H2O 0,241* 98 * Измерено при температуре 0°С Если необходимо довести влажность материала до определенного значения (например, нормируемого стандартом Wн, %), образцы взвешивают и устанавливают фактическое влагосодержание материала Wф, % по существующей методике. Массу образцов, имеющих стандартную влажность, называют кондиционной и рассчитывают по формуле

mн = где m н и масса материала, г.

m

ф

mф (100 + Wн ) (100 + Wф )

,

(3)

- соответственно кондиционная и фактическая

Для получения необходимой влажности материала образцы увлажняют и доводят их массу до кондиционной mн. Увлажнение материала с доведением его массы до кондиционной можно производить в эксикаторе над водой или использовать для этих целей кондиционные камеры.

Определение геометрических показателей и массы материалов. Геометрические размеры и масса материалов в результате физикомеханических воздействий при изготовлении и эксплуатации изделий могут меняться, что, в свою очередь, отражается на качестве изделия. Помимо этого, изменение линейных размеров и массы материалов связано с происходящими в материале физико-механическими и химическими процессами, и, следовательно, изменение данных параметров может служить косвенным показателем физикомеханических и химических изменений состояния материала. Кроме того, толщина материала является показателем важных потребительских и технологических свойств изделия и определяет возможность применения материала в тех или иных изделиях. Показатели геометрических свойств и массы материалов существенно зависят от подготовки образцов (проб) материалов к испытанию. Так, при повышенной влажности может произойти усадка или набухание материала, а также изменение его массы. Для определения линейных размеров (длины, ширины, диаметра, толщины) образцов материалов применяют металлические измерительные линейки, толщиномеры. Измерение линейных размеров и толщины. Линейные размеры материалов устанавливают измерительной линейкой. Для разметки и вырезания образцов более удобны стальные линейки (ГОСТ 427-75). Желательно, чтобы цена деления линейки была равна 0,5 мм. Для измерения толщины материалов используют, как правило, толщиномеры типа ТР (толщиномер ручной), которые могут различаться диапазоном измерения, вылетом дуги корпуса, а также наличием или отсутствием механизма нормированного измерения усилий. Толщиномер ТР (ГОСТ 11358-89) имеет измерительные площадки 3 и 2 (рис.5), дугу 1 и отсчетное устройство (индикатор часового типа) 5. Верхняя площадка 3 закреплена на измерительном стержне 4 индикатора 5, укрепленного на конце дуги 1. Внутри индикатора 5 имеется пружина, надетая на измерительный стержень 4, которая создает на нем определенное усилие. В результате этого верхняя измерительная площадка постоянно прижата к нижней измерительной площадке. При нажатии на конец двуплечего рычага 6 стержень 4 поднимается. Внутри индикатора 5 имеется зубчатая передача, которая преобразует поступательное движение стержня 4 во вращательное движение стрелки

Рис. 5 Толщиномер

8. При движении стержня 4 вверх или вниз двигаются стрелка 8. В комплект прибора входит набор измерительных площадок диаметрами 2, 10 и 30 мм. Шкала индикатора регулируется относительно нулевого положения стрелок путем вращения стопорного винта 8. При нулевом положении стрелки 7 на шкале площадки должны соприкасаться с образцом всей поверхностью. Для измерения толщины образца толщиномер берут в правую руку и большим пальцем нажимают на верхний конец рычага 6 для поднятия верхней измерительной площадки 3. Образец располагают между площадками 2 и 3 так, чтобы точка образца, в которой измеряется толщина, находилась над центром нижней площадки 2. Затем рычаг 6 плавно опускают, наблюдая, чтобы плоскости измерительных площадок были параллельны поверхностям образца, и по шкале индикатора 5 фиксируют его толщину. Измерение массы. Для определения массы образцов применяют технические, квадрантные и аналитические весы. Для взвешивания на технических и аналитических весах требуются гири. Взвешивание на квадрантных весах производится без гирь, так как весы имеют градуированные шкалы. Для взвешивания материалов применяют технические весы. Весы работают по принципу равновесия равноплечего рычагакоромысла (рис.6). Технические весы устанавливают с помощью винтовых ножек 2 по отвесу. На доске 3 укреплена пустотелая стойка 1. Внутри стойки имеется шток, несущий на себе опорную подушку, на которую опирается средняя призма коромысла 4. На концах коромысла имеются грузоподъемные призмы с серьгами 5. На серьгах подвешены стремена 6, поддерживающие съемные чашки 10. На коромысле 4 закреплена стрелка 7, указывающая по шкале 11 равновесие весов. Весы выключаются поворотом арретира 12 против часовой стрелки. Арретир связан со штоком, находящимся на пустотелой стойке 1. При включении весов опускается опорная площадка средней призмы и коромысло весов ложится на опорные винты 8 кронштейна стойки. На концах коромысла 4 имеются винты с гайками 9, служащими для установления равновесия включенных, но не нагруженных весов. Перед взвешиванием материала чашки весов протирают, проверяют по отвесу правильность их установки и регулируют положение равновесия гайками 9. При этом стрелка 7 должна находиться на нулевой отметке шкалы 11 или отклоняться в обе стороны на одинаковое число делений. При взвешивании, медленно вращая арретир по часовой стрелке, не полностью включают весы для определения по отклонению стрелки 7 перевешивающей стороны. После

этого, выключив весы, снимают или добавляют гири и вновь повторяют тот же прием до положения равновесия весов.

Рис. 6. Технические весы

Для определения толщины нитей удобно пользоваться квадрантными весами, которые работают по принципу равновесия трехплечего рычага. Масса материала указывается на градуированной шкале и определяется по углу отклонения рычага с указательной стрелкой от равновесного положения. На оси 1 (рис. 7) стойки 4 расположен трехплечий рычаг. На первом плече 14 рычага подвешен крючок 13, на втором плече 11 закреплена стрелка 9 (указателя массы), а на третьем плече 2 уравновешивающий груз. Стрелка 9 на шкале 12 указывает массу навески материала. Стойка 4 закреплена в подставке 6 с установочными винтами 5 и уровнем 7. Перед взвешиванием навески материала квадрантные весы устанавливают по уровню 7, при этом стрелка 9 должна находиться на нулевой отметке шкалы. На весах измеряют массу моточка нити постоянной длины (обычно 100 метров). Для определения массы навески, положив палец на ребро шкалы 12 ближе к стрелке 9, открывают вилочный арретир 8, который удерживает трехплечий рычаг в исходном положении при навешивании пасмы (100 м нити) на крючок 13. Плавно скользя пальцем по ребру шкалы 12, дают возможность плечу 11 отклониться от положения равновесия и снимают по шкале показания массы. Снимая с крючка пасму, необходимо плечо 11 рычага поддерживать пальцем снизу при его опускании в исходное положение. Шкала 12 имеет два пояса. При определении массы навески по второму поясу шкалы на шпильку 10 плеча 11 рычага подвешивают груз 3, при определении массы по первому поясу шкалы груз подвешивают на шпильку стойки 4, как показано на рис.10. Аналитические весы (рис.8) состоят из следующих основных узлов: основания 1, коромысла 9 со стрелкой 19, серег 7 с подвесками 3, успокоителей колебаний коромысла 4, гиревого механизма, изолира, оптического устройства, делительного устройства, кожуха 13 и выносного трансформатора. Корпус состоит из основания 1, платы, стоек, соединяющих основание и плату, задней металлической стенки, переднего и боковых стекол. На основании весов закреплена прямоугольная полая стойка 12, проходящая через отверстие на плате. В верхней части стойки крепится кронштейн с рычагами изолира 6 и опорная подушка. Между платой и основанием стойка закрыта коробчатым кожухом. На основании закреплены также части изолира и оптического устройства. Под основанием по центру весов выведена ручка 22, которая предназначена для настройки четкости изображения шкалы.

Рис. 7. Квадрантные весы На плате установлены гиревой механизм, делительное устройство, детали оптического устройства, нижние корпуса

успокоителей колебаний коромысла. Снизу в основание ввернуты три установочные ножки 18, две из которых регулируются. Коромысло 9 выполнено из алюминиевого сплава .На полотне коромысла закреплена опорная призма 11, седла с грузоприемными призмами и стрелка 19. Для регулирования положения равновесия коромысла справа и слева в коромысло ввернуты винты с тарировочными гайками 8. Для регулировки положения центра тяжести в верхней части коромысла имеется винт с регулировочными гайками 10. На нижнем конце стрелки закреплена оптическая шкала 21. На грузоприемные призмы опираются подушками серьги 7; на нижних крючках серег подвешены стаканы успокоителей колебаний, на верхние крючки навешивается дужка с подвеской 3. Воздушные успокоители колебаний коромысла 4 состоят из двух корпусов - верхнего (стакана) и нижнего. Нижний корпус, закрепленный на плате весов, имеет двойные стенки. При помощи гиревого механизма, ручкой 14, производится наложение (или снятие) встроенных гирь на планку правой серьги. При повороте ручки в левом окне экрана появляются цифры, указывающие массу навешанных встроенных гирь (в сотнях миллиграммов). Механизм изолира состоит из валика с эксцентриками, штанги изолира, рычагов с подхватами 6, арретиров 2 и двух ручек 17. Включение весов производится поворотом любой из ручек в верхнее положение. При повороте ручек в нижнее положение происходит изолирование коромысла и серег, одновременно пружинные арретиры касаются чашек. Оптическое устройство предназначено для проецирования изображения шкалы на экран. Оно состоит из осветителя 24, конденсора 23, объектива 20, трех зеркал и экрана 16. Для снятия отсчета по шкале на экране имеется отсчетная отметка в виде двух параллельных штрихов. Регулирование нулевого положения шкалы производится ручкой 5.Делительное устройство позволяет снимать отсчет на весах с точностью до 0,05 мг; отсчет снимается с диска в правом окне экрана. Диск делительного устройства разделен на 20 частей, которые обозначены оцифровкой от «00» до «95» через 5 единиц; полный оборот диска соответствует изменению отсчета по шкале на одно деление (1 мг). Установка отсчета производится ручкой 15. На экране снимаются отсчеты по лимбу гиревого механизма, по шкале и по диску делительного устройства.

Рис. 8. Аналитические весы Схема расположения показаний на экране приведена на рис. 8.

Если, например, в левом окне экрана установилась цифра 6 диска гиревого механизма, в центральном окне - отметка числа 25 шкалы и число 35 в окне делительного устройства, то суммарный отсчет на экране будет равен 625,35 мг (или 0,62535 г.). Сверху весы закрыты кожухом. Установка весов по уровню производится вращением регулировочных ножек в основании весов. Питание весов осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 в через выносной трансформатор. Включение (или выключение) подсветки шкалы производится микровыключателем при включении (или выключении) весов ручками 17. Перед началом работы ручкой 15 установите на отметку «00» диск делительного устройства и ручкой 5 введите нулевую отметку шкалы в отсчетную отметку экрана. При работе на весах могут применяться методы прямого и точного взвешивания. При прямом взвешивании, в изолированном положении весов, поместите взвешиваемый груз на левую чашку весов и уравновесьте его накладными гирями из набора Г-2-210 и встроенными гирями, навешивая их ручкой 14 на правом плече коромысла. Поворотом ручки 17 введите весы в рабочее положение. Если после включения весов изображение шкалы не попадает на экран, то дополнительно накладывая (или снимая) накладные гири и навешивая (или снимая) гиревым механизмом встроенные гири, выведите изображение шкалы на экран. Снимите отсчет, как указано выше. При отсутствии необходимости в высокой точности результата взвешивания, делительным устройством можно не пользоваться, снимая отсчет на экране только по лимбу гиревого механизма и по шкале. Наложение и снятие накладных и встроенных гирь производите только в изолированном положении весов. Введение весов в рабочее положение, во избежание раскачивания подвесок, производите плавным поворотом ручки 17, при этом дверцы витрины должны быть закрыты. При взвешивании на различных весах обеспечивается различная точность взвешивания (табл.4).

Погрешность взвешивания на различных весах Вид весов

Навеска, г

Квадрантные Аналитические Технические

5 - 10 До 200 200, 500 и 1000

Погрешность взвешивания, мг 20 - 1000 0,1 10 - 100

Методика выполнения работы Сделать рисунки приборов для определения температуры и влажности воздуха, определения массы и толщины материалов и описать принцип их работы. С помощью простого и аспирационного психрометров определить относительную влажность воздуха и результаты представить в виде табл.5. Определить толщину и массу различных образцов, выданных преподавателем, с помощью различных приборов. Результаты представить в виде табл. 6. Таблица 5 Результаты определения относительной влажности воздуха Относительная влажность воздуха, ϕ , %

Показания температуры термометров, 0С сухого

влажного

Таблица 6 Результаты определения толщины и массы образцов Образец

Толщина, мм, определенная с помощью толщиномера

Масса, г, определенная с помощью весов

технических

квадрантных

Вопросы для самоподготовки Таблица 4

аналитических

1.Для чего необходимо контролировать температуру и влажность воздуха в помещении испытательной лаборатории ? 2.Каковы факторы, влияющие на скорость испарения и конденсации влаги ? 3.Дайте определение понятий «абсолютная влажность», «влагоемкость» и «относительная влажность» воздуха. 4.Какова сущность психрометрического и гигротермического методов определения влажности воздуха ? 5.Опишите устройство открытого и аспирационного психрометров, волосяного гигрографа. 6.Как устроен биметаллический термограф? 7.Дайте определение понятия «кондиционирование образцов». 8.Опишите методы и приборы для приведения материалов к состоянию определенной влажности и температуры. 10.Опишите устройство толщиномера и методику работы на нем. 11.Какие весы применяют для определения массы образцов. Опишите устройство и методику работы на них.

Лабораторная работа 2 Методы изучения строения и структуры материалов.

Микроскопия текстильных волокон. Цель работы. Изучение методов, применяемых для анализа строения и структуры материалов. Изучение строения натуральных и химических волокон. Приборы и материалы: оптический микроскоп, образцы различных волокон, препарировальные иглы. Задания: 1.Изучить метод инфракрасной микроскопии, рентгеновские методы анализа материалов, метод термического анализа, метод оптической микроскопии. 2.Методом оптической микроскопии изучить структуру волокон по их продольному и поперечному срезу. Зарисовать наблюдаемые с помощью оптического микроскопа волокна. Общие сведения Строение и химический состав материалов определяют показатели физико-механических свойств. Зная химический состав и строение материала, можно спрогнозировать его поведение в условиях производства и эксплуатации изделий легкой промышленности. Учитывая это, изучению строения материалов в курсе материаловедения уделяется большое внимание. Все швейные материалы имеют сложные структуры, которые изучаются на разных уровнях. Для изучения разных уровней структуры используются различные методы. Для изучения макроструктуры и первых уровней микроструктуры обычно достаточно различных способов световой и растровой электронной микроскопии. Если в изучении строения идти глубже, то необходимо характеризовать - макрофибриллы, из которых состоят волокна и далее изучить надмолекулярную и молекулярную структуру слагающего их вещества. Здесь исследования требуют более сложных физических методов. Для изучения тонкой структуры материалов используют разнообразные физические методы структурного анализа: инфракрасной и ультрафиолетовой спектроскопии, рентгенографический, электронографический, метод дифференциально-термического анализа и т.д. Для познания химической природы веществ, из которых состоят материалы, используются различные методы химического анализа. Из вышеизложенного следует, что всегда необходимо учитывать, на каком уровне проводится изучение строения.

Оптическая микроскопия. Для текстильных материалов (волокон, нитей, пряжи, швейных ниток, тканей, трикотажа и др.) микроскопия применяется при следующих исследованиях: распознавании материалов по внешнему виду; изучении мельчайших деталей строения (микроструктуры) в продольном виде и поперечных срезах; измерении площади поперечного сечения волокон и нитей; изучении строения пряжи, нитей, тканей и других изделий; подсчете числа волокон и т.д. Для учебных целей чаще всего пользуются методом оптической микроскопии с помощью биологических микроскопов разных марок. Помимо микроскопа, для лабораторных исследований необходимо иметь предметные и покровные стекла, пипетки или стеклянные палочки, препарировальные иглы, фильтровальную бумагу, белую ветошь, дистиллированную воду, пинцеты, ножницы, препаратоводители, окулярный и объективный микрометры, приспособления для микрофотографирования. На предметных стеклах размерами 75х25 мм и толщиной до 2 мм размещают исследуемые объекты. Покровные стекла представляют собой тонкие стеклянные пластинки толщиной 0,14-0,17 мм и размерами 18х18 мм. Покровными стеклами покрывают исследуемые объекты, помещенные на предметные стекла. Для нанесения на предметное стекло капель дистиллированной воды или другой жидкости служат пипетки или стеклянные палочки. Препарировальные иглы необходимы для разделения или перемещения волокон на предметном стекле. Фильтровальной бумагой снимают лишнюю влагу с предметного стекла при подготовке объекта; белой ветошью протирают предметные и покровные стекла, а также оптические части микроскопа. Приготовление препаратов. В зависимости от поставленной задачи при микроскопии приготовляют препараты: - для рассмотрения внешнего вида волокон с целью изучения мельчайших деталей и их строения в продольном направлении; - для рассмотрения поперечных срезов волокон и нитей с целью изучения мельчайших деталей их строения в поперечном направлении; - для измерения площади поперечного сечения волокон и т.д. Препараты могут быть временными и постоянными, поэтому способы их приготовления имеют свои особенности. Кроме того, для распознавания природы волокон, извлеченных из нитей, тканей, трикотажа и других изделий, подвергавшихся отделке, приготовление

препаратов имеет свою специфику. Препарат исследуемого объекта находится в жидкой среде, поэтому при длительном хранении может разлагаться или разрушаться микроорганизмами. Для длительного хранения препаратов их приготовляют особыми способами, предотвращающими разрушение (постоянные препараты). Приготовление временных препаратов для рассмотрения волокон в продольном виде. Предметные и покровные стекла протирают белой чистой ветошью. Затем на предметное стекло пипеткой или стеклянной палочкой наносят 1-2 капли дистиллированной воды или какой-либо другой жидкости (глицерина, реже кедрового масла и др.). Для получения четких очертаний контуров волокна помещают в среду, коэффициент преломления световых лучей которой намного отличается от коэффициента преломления световых лучей самого волокна. Для получения изображений без резких очертаний контуров волокно помещают в среду, коэффициент преломления световых лучей которой близок к коэффициенту преломления световых лучей волокна. Глицерин, кедровое масло и некоторые другие жидкие вещества по сравнению с водой имеют больший коэффициент преломления среды между объективом и препаратом (табл. 1). Таблица 1 Коэффициенты преломления световых лучей некоторых видов волокон и жидкой среды Волокно

Хлопок Лен Натуральный шелк Шерсть Вискозное

Коэф-т преломления световых лучей волокон 1,56 1,56 1,57 1,55 1,54

Жидкая среда

Вода Глицерин Кедровое масло Анисовое масло Фенилсульфид

Коэф-т преломления световых лучей жидкой среды 1,34 1,47 1,51 1,56 1,95

Из данных таблицы 1 видно, что для получения четких очертаний контуров волокон в качестве жидкой среды препарата следует применять воду или фенилсульфид. Вода является общедоступной жидкой средой, поэтому, приготовляя препараты большинства видов волокон, используют воду. Однако некоторые виды волокон (шерсть, натуральный шелк)

значительно набухают в воде, и поэтому при приготовлении их препаратов в качестве жидкой среды используют обычно глицерин, не вызывающий набухания волокон. В жидкую среду, нанесенную на предметное стекло, помещают несколько волокон, их срезов или другой объект. Затем препарировальной иглой волокна разъединяют и расправляют так, чтобы они были хорошо смочены и расположены равномерным тонким слоем без скоплений в виде пучков. Держа предметное стекло в левой руке, большим и средним пальцами правой руки берут за ребра покровное стекло, нижним ребром ставят его перпендикулярно на смоченный участок предметного стекла и медленно указательным пальцем правой руки опускают на смоченные волокна. При этом следят, чтобы под покровным стеклом не образовывались пузырьки воздуха, которые мешают рассмотрению объекта. Излишек жидкости удаляют с препарата фильтровальной бумагой, после чего препарат помещают на предметный столик микроскопа. Устройство микроскопа и правила работы с ним. Основными частями микроскопа (рис. 1) являются: основание 1, зеркало 2 с вилкообразным держателем, диафрагма 3, предметный столик 4, объектив 5, тубус 6, окуляр 7, механизм для движения тубуса кремальера 8, тубусодержатель 9. Основание микроскопа представляет собой отливку подковообразной формы, имеющую три опорные площадки для соприкосновения со столом и два выступа, предохраняющие штатив от падения при боковых толчках. Форма и вес основания придают микроскопу необходимую устойчивость, удерживая его от опрокидывания. Тубусодержатель, соединяющийся шарнирно с основанием, имеет такую форму, что выемка в средней части его позволяет удобно брать и переносить микроскоп. Усилие зажима шарнирного соединения для обеспечения необходимого положения тубуса может регулироваться с помощью прилагаемого к микроскопу ключа.

Рис. 2 Общий вид микроскопа ШМ-1 В основу оптической схемы микроскопа положено такое взаимное расположение линз, при котором увеличенное системой линз

(объективом) изображение предмета ее в несколько раз увеличивается при помощи другой системы (окуляра). Из элементарной оптики известно, что линзы обладают рядом недостатков. Недостатки объектива сильнее сказываются на окончательном изображении, чем недостатки окуляра. Поэтому объектив всегда состоит из двух и большего числа линз, подобранных так, чтобы в значительной степени уменьшить недостатки изображения. Окуляр также составляется из двух линз, так как при одной простой линзе пришлось бы делать тубус микроскопа большего диаметра. Из оптической схемы микроскопа, представленной на рис. 2, наглядно видно расположение и действие линз.

Рис. 2. Оптическая схема микроскопа На объективе и окуляре нанесены цифры, показывающие степень увеличения изображения объекта. Произведение целых чисел объектива и окуляра дает общее увеличение. Например, на окулярах нанесены целые числа, за которыми следует знак умножения: 7х; 10х; 15х; на объективе - 8х0,20; 40х0,65; 90х1,25, т.е. целое число указывает степень увеличения объектива, дробь - числовую апертуру (способность объектива изображать мельчайшие детали объекта при больших увеличениях). Чем больше числовые апертуры, тем четче мельчайшие детали объекта. Порядок работы. Независимо от расположения источника света (окно, лампа) микроскоп ставят прямо против себя, предметным столиком от себя, почти у края стола. Свет источника должен освещать зеркало равномерно и направляться последним через отверстия диафрагмы на объект. Наблюдая в окуляр, вращают зеркало до тех пор, пока все поле зрения не окажется одинаково равномерно освещенным.

Если в качестве источника света взята лампа, то может вырисовываться светящаяся поверхность (волосок). От этого необходимо избавиться, даже если поле зрения будет не так ярко освещено. Для равномерного освещения объекта достаточно поставить между лампой и микроскопом экран из папиросной бумаги. Настроив зеркало и правильно расположив источник освещения, произвести фокусировку объектива. Фокусировка объектива, то есть перемещение тубуса микроскопа вдоль оси, осуществляется вращением маховичков. Вращая маховички, поднимают тубус, кладут на предметный столик исследуемый объект и прижимают его пружинными лапками. Затем, опуская тубус, следят, чтобы объектив переместился несколько ниже своего рабочего положения, то есть оказался от плоскости столика на расстоянии, равном толщине препарата, плюс 6-8 мм для 8х и плюс 1 мм для объектива 20х. Наблюдая в окуляр, очень медленно поднимают тубус до тех пор, пока в поле зрения не появится изображение объекта. При фокусировке полезно осторожно передвигать исследуемый объект, так как двигающийся предмет гораздо легче заметить, чем неподвижный. При пользовании объективом 20х необходимо соблюдать осторожность, так как его свободное рабочее расстояние равно 1,8 мм. Найдя изображение, еще более медленным вращением маховичков добиваются наиболее резкого изображения объекта. Фокусировка может считаться законченной, когда будут устранены все недостатки изображения в виде полос, пятен, бликов. Хорошей фокусировкой можно назвать такую, при которой глаз совершенно не утомляется. При появлении объекта или его признаков в поле зрения (при фокусировке) следует попробовать менять освещение, изменяя наклон зеркала или целлулоидной пластины. Часто бывает так, что объект, видимый плохо в прямом свете, хорошо виден при наклонном попадании лучей. Иногда исследуемый объект лучше виден при слабом освещении, в этих случаях полезно применить диафрагму поз. 3 (рис. 1). Необходимо источник искусственного света ставить довольно далеко, во-первых, для того, чтобы свет не слепил наблюдателя; вовторых, потому, что зеркало прикрывается предметным столиком, и на него могут попадать только почти горизонтальные лучи. Следует предпочитать окно, обращенное на северную сторону, чтобы лучи солнца не могли попасть непосредственно на зеркало. При правильном освещении оптика микроскопа обеспечивает полное разрешение деталей исследуемого объекта, соответственно апертуре объектива.

Рекомендуется наблюдать объект в микроскоп попеременно обоими глазами и оставлять открытым свободный глаз, чтобы предупредить его утомление. При микроскопических исследованиях иногда требуется точно измерить объект, детально рассмотреть его строение при большом увеличении, сделать микрофотографирование. Поэтому при проведении микроскопических анализов используют дополнительные приспособления к микроскопу: препаратоводители, окулярные и и объективные микрометры, рисовальные аппараты микрофотографические насадки. Препаратоводитель предназначен для точного и замедленного передвижения препарата при больших увеличениях микроскопа, детального рассмотрения строения материала по длине и ширине, точного измерения объекта и др. Выпускают препаратоводители марок СТ-5, СТ-12 и др. Препаратоводитель укрепляют на предметном столике микроскопа с помощью винта 1 (рис. 3). Препарат зажимают между упорами 2 и 3. Вместе с упорами препарат может перемещаться влево и вправо винтом 4, а вперед или назад - винтом 5. Шкалы 6 и 7 служат для отсчета перемещения препарата по нониусам с точностью до 0,1 мм. Для точного замера линейных размеров исследуемого объекта под микроскопом (диаметров пор пористых резин, толщины пучков волокон кожи, толщины лицевого слоя искусственных кож, размера пор тканей, поперечников текстильных волокон и др.) служат окулярный и объективный микрометры. Окулярный микрометр представляет собой круглое стекло в оправе, которое закрепляют в верхней части окуляра 4. Окулярный микрометр (рис. 4,а) имеет шкалу с 50-ю делениями. Одно деление шкалы равно 0,1 мм, или 100 мкм. Чтобы четко видеть деления шкалы, микрометр закладывают в окуляр микроскопа шкалой вниз, в противном случае деления не попадут в фокус. Цена деления n окулярного микрометра меняется в зависимости от степени увеличения микроскопа. Вследствие этого в каждом случае при выбранном увеличении микроскопа цену деления следует определять с помощью объективного микрометра (рис. 4,б), который представляет собой металлическую пластинку с вмонтированным круглым покровным стеклом со шкалой Рис. 3. Общий вид препаратоводителя

Рис. 4. Общий вид окулярного (а) и объективного (б) микрометров и шкала объективного микрометра (в)

посередине (рис. 4,в). Шкала длиной 1 мм разделена на 100 частей, следовательно, цена каждого деления равна 0,01 мм, или 10 мкм. Чтобы совместить шкалы объективного и окулярного микрометров до параллельного расположения их делений, объективный микрометр кладут на предметный столик микроскопа, причем шкала микрометра должна быть в центре поля зрения. После этого фиксируют микроскоп. После фокусировки находят участок аб (рис. 5), на котором деления шкал окулярного и объективного микрометров совпадают, и подсчитывают число делений на обеих шкалах, находящихся на участке аб. Чтобы определить цену деления окулярного микрометра, надо число делений шкалы объективного микрометра на участке аб умножить на цену ее деления, т.е. на 10 мкм, и разделить на число делений шкалы окулярного микрометра на том же участке. Пример. Число делений шкалы окулярного микрометра 1 (см. рис.5) на участке аб равно 37, число делений шкалы объективного микрометра 2 на участке аб равно 10. Тогда цена деления п, мкм, окулярного микрометра п=

10 ⋅ 10 = 2,7 37

Рис. 5. Схема совмещения шкал окулярного и объективного микрометров После определения цены деления п, на предметный столик вместо объективного микрометра кладут препарат и определяют его линейные размеры в делениях шкалы окулярного микрометра. Полученное число делений умножают на п и находят истинные размеры объекта в микрометрах. Для фиксирования получаемых с помощью микроскопа увеличенных изображений, объект зарисовывают на рисовальном аппарате РА-4 или фотографируют с применением микрофотографических насадок. Хлопковое волокно. Хлопком называют волокна, покрывающие поверхность семян однолетнего растения хлопчатника. Развитие волокон хлопка начинается после цветения хлопчатника в период образования плодов (коробочек). В это время на поверхности семян отдельные клетки оболочки начинают интенсивно расти в длину, образуя тонкостенные трубочки с протоплазмой состоящей из простых углеводных соединений (рис. 6).

Рис. 6. Рост волокон на поверхности семян в период развития плода хлопчатника: 1 – оболочка семени 2 – клетка волокна В течение 30-40 дней после цветения происходит интенсивный рост волокна в длину, сопровождающийся незначительным увеличением толщины их стенок. Далее рост волокон в длину прекращается, и в последующем (20-30 дней) осуществляется процесс постепенного послойного отложения целлюлозы на стенках волокон (в процессе фотосинтеза из протоплазмы выделяется α-целлюлоза) в виде суточных концентрических слоев (рис. 7).

Рис. 7. Схема слоистой целлюлозной стенки и канала хлопкового волокна При этом наружный диаметр волокон D остается неизменным, а диаметр канала d вследствие утолщения стенок уменьшается, и

отношение D/d увеличивается. Содержание целлюлозы в совершенно незрелых волокнах составляет около 80% от их массы, а в предельно зрелых – 95-97%. В процессе созревания повышается прочность волокон, их упругость, накрашиваемость, улучшаются сорбционные свойства и др. Строение хлопкового волокна, зависящее от его зрелости, характеризуется следующими особенностями. Имеется первичная стенка волокна толщиной около 1 мкм, которая расположена снаружи и содержит около 50% целлюлозы (рис. 7). На наружной поверхности первичной стенки сосредоточены жировосковые вещества, чем и объясняется плохая смачиваемость хлопкового волокна водой и другими жидкостями. За первичной следует основная многослойная вторичная стенка толщиной около 6-8 мкм, состоящая из суточных отложений целлюлозы, образуемых путем фотосинтеза из протоплазмы. Внутри волокна находится канал. Незрелое волокно заполнено протоплазмой, а в зрелом находятся лишь ее остатки. Исследования с помощью электронного микроскопа показали, что отдельные слои целлюлозы образованы из фибрилл, представляющих собой сложный комплекс микрофибрилл, состоящих из десятков и сотен больших цепных молекул целлюлозы. Отдельные молекулы в микрофибриллах и микрофибриллы в фибриллах прилегают друг к другу неплотно и удерживаются силами межмолекулярного взаимодействия, а также благодаря тому, что длинные цепные молекулы входят своими отдельными частями (звеньями) в разные микрофибриллы и фибриллы. Следовательно, как и в отдельных суточных слоях, так и между слоями имеются неплотности, поры, микрощели, которые оказывают существенное влияние на поведение целлюлозных волокон, в частности хлопка, при различных химических процессах обработки, например при крашении. Микрофибриллы и фибриллы располагаются в отдельных слоях целлюлозы спирально, под углом 20-400 к оси волокна, поэтому волокна закручиваются спирально относительно своей оси. При этом угол наклона от периферии к центру волокна постепенно уменьшается. По мере созревания волокна остатки протоплазмы в канале засыхают и волокно сплющивается. При рассмотрении в световом микроскопе можно видеть, что волокна имеют вид вкрученных ленточек со стенками определенной толщины и каналом, ширина которых зависит от зрелости. Число извитков на 1 мм длины волокна средневолокнистого хлопка составляет 8-9, а тонковолокнистого – 10-12. Зрелость является специфическим свойством хлопкового волокна и учитывается при оценке его качества (определении сорта волокна). По

степени зрелости волокна делят на одиннадцать групп. Совершенно незрелые волокна с отношением D/d =1,05 оцениваются коэффициентом зрелости Z = 0 (рис. 8), а предельно зрелые, когда D/d = 5, коэффициентом зрелости 5. На последних извитость уже исчезает. Волокна, находящиеся между этими крайними группами, обозначаются промежуточными коэффициентами зрелости. Разница в коэффициенте зрелости двух соседних групп составляет 0,5. Ввиду трудности измерения размеров наружного диаметра D и канала d сплющенных волокон, зрелость определяют путем сравнения рассматриваемых волокон с эталонами для оценки зрелости волокон хлопка.

5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Рис. 8. Эталоны для оценки зрелости хлопкового волокна сравнительным методом Льняное волокно. Стебель льна, как и других лубяных растений, состоит из различных по своему назначению и строению тканей (рис. 9), основными из которых являются: покровная ткань 1, состоящая из одного ряда сомкнутых клеток, покрытых снаружи тонкой пленкой – кутикулой; коровая паренхима 2, состоящая из тонкостенных, равновеликих и неодревесневших клеток, которые содержат запасы питательных веществ в стеблях и служат ложем для волокон льна 3; тонкий слой камбия 4, состоящего из клеток, жизнедеятельность которых обеспечивает рост льна; мощный слой древесины 5, являющийся остовом всего стебля; сердцевина 6, состоящая из рыхлых тонкостенных клеток, в результате отмирания которых образуется полость 7 стебля.

Все ткани, от покровной до слоя камбия, называют корой стебля, или лубом; все, что находится за камбием, получило общее название древесины. Волокна льна образуются в паренхиме коры и представляют собой компактные пучки, состоящие из отдельных элементарных волокон, которые равномерно распределены по окружности стебля. В среднем в стебле льна содержится от 350 до 650 элементарных волокон, образующих 20-30 пучков с числом элементарных волокон (в каждом из них от 15 до 24). Волокна склеены в пучки пектиновыми веществами. Элементарные волокна (средняя длина 10-24 мм, поперечник 1220 мкм) имеют сильно вытянутую веретенообразную форму с закрытыми заостренными концами. Каждое волокно имеет посередине узкий канал. Пучки связаны с окружающими их клетками коровой паренхимы также посредством срединных пластинок, но с меньшим содержанием лигнина, т.е. менее одревесневших и легче разрушающихся при определенных воздействиях на стебли льна. На различиях химического состава срединных пластинок пучков и коровой паренхимы основаны процессы отделения пучков волокон от окружающих тканей стебля. Благодаря последовательному вклиниванию тонких заостренных кончиков одних элементарных волокон в промежутки между другими, технические волокна, выделяемые из стеблей льна, имеют длину 40-125 см. Элементарные волокна льна, так же как и хлопка, имеют слоистое строение. Пучки фибрилл первичной и вторичной стенок расположены спирально под меньшим (8-120), чем в хлопковом волокне, углом. В процессе образования и роста элементарных волокон в стебле, а также при обработках, применяемых для выделения волокон, механические воздействия вызывают деформацию изгиба или сжатия. Следствием этого является продольное расщепление волокон или образование поперечных сдвигов, представляющих собой хорошо видные под микроскопом узловатые коленообразные утолщения (рис. 9). В поперечном сечении элементарные волокна имеют неправильную округлую форму, а чаще пятиугольную. Слоистая структура стенок волокна является следствием постепенного (с перерывами) отложения целлюлозы на стенках волокна. Значительно большая ориентация структурных элементов относительно оси в льняном волокне по сравнению с хлопковым, у которого угол наклона пучков фибрилл составляет 20-230, частично объясняет более высокую прочность льна и меньшую способность удлиняться при растяжении.

Наличие канала, закрытого с двух концов, затрудняет крашение льняных тканей.

а

б

Рис. 9. Поперечный разрез стебля льна (а) Продольный вид элементарного волокна льна с поперечными сдвигами (б) Шерстяное волокно. Волокно шерсти имеет довольно сложное многоклеточное строение, оно состоит из трех слоев: чешуйчатого, коркового и сердцевинного (рис. 10). Чешуйчатый слой, или кутикула 1, представляет собой наружный слой волокна, играющий защитную роль. Он состоит из чешуек, плотно прилегающих друг к другу и прикрепленных одним концом к стержню волокна. Толщина чешуйки равна примерно 1 мкм. Каждая чешуйка покрыта тонким слоем, состоящим из хитина, воска и других веществ и обладающим большой устойчивостью к кислотам, хлору и другим реактивам. Корковый слой, или кортекс 2, является основным слоем волокна, он состоит из веретенообразных клеток длиной 80-90 мкм с поперечником 4-5 мкм. Веретенообразные клетки образованы из фибрилл кератина и соединены между собой межклеточным веществом, обладающим меньшей устойчивостью к химическим воздействиям, чем кератин. Поэтому разрушение волокна всегда начинается с распада на веретенообразные клетки. Корковый слой шерстяного волокна обладает

двудольным строением. Одна часть коркового слоя (паракортекс) состоит из клеток, содержащих большое количество цистина и обладающего значительной жесткостью и устойчивостью действию щелочей. Вторая часть коркового слоя (ортокортекс) характеризуется меньшей жесткостью и повышенной набухаемостью в щелочах. Такое неоднородное строение основного слоя волокна обусловливает его природную извитость. В середине волокна имеется сердцевина 3 высохшие пластинчатые клетки которой расположены перпендикулярно клеткам коркового слоя и заполнены воздухом. Наличие сердцевинного слоя повышает толщину и жесткость волокна. По характеру строения шерстяные волокна подразделяются на 4 типа: пух, переходный волос, ость, мертвый волос (рис. 11). Пух – тонкое, короткое, сильно извитое волокно, состоящее их чешуйчатого и коркового слоев (в основном из ортокортекса), имеет кольцевидные чешуйки. Диаметр пуховых волокон равен 14-25 мкм. Переходный волос – более толстое (диаметр 25-35 мкм), грубое волокно, имеющее все три слоя, однако сердцевинный слой развит слабо и встречается периодически. Ость – еще более толстое, жесткое волокно со значительным сердцевинным слоем, имеет поперечник 35-50 мкм, чешуйки черепицеобразные. Мертвый волос толстое, грубое, малопрочное волокно, весь поперечник которого практически занят сердцевиной, диаметр волокна более 50 мкм. Овечью шерсть подразделяют на однородную и неоднородную. Однородная шерсть содержит преимущественно волокна одного типа. В зависимости от толщины волокон она бывает: тонкая, состоящая из тонких (с поперечником 14-25 мкм), извитых, равномерных по толщине и длине пуховых волокон; полутонкая, включающая более толстые пуховые и переходные волокна со средним поперечником 25-31 мкм; полугрубая, имеющая в своем составе пуховые и переходные волокна с поперечником 31-40 мкм. Неоднородная шерсть состоит из пуховых, переходных, остевых и мертвых волокон и подразделяется на полугрубую, имеющую пуховые, переходные волокна и некоторое количество остевых волос, и грубую, являющуюся смесью волокон всех типов. Тонкую и полутонкую шерсть используют в производстве тонких платьевых и костюмных тканей, высококачественного трикотажа, неоднородную грубую шерсть применяют при изготовлении грубосуконных тканей, войлока, валенок и т.п.

Шелковое волокно. Натуральный шелк получают при разматывании коконов шелкопряда. Коконная нить (рис. 12) состоит из двух элементарных фиброиновых нитей (шелковин), склеенных неравномерным слоем серицина. Длина нити – 500-1500 м, в поперечном сечении могут быть овальными или в виде треугольника с закругленными овалами. Диаметр – 10 –12 мкм. Шелк-сырец – нить, полученная соединением нескольких коконных нитей в одну в процессе разматывания коконов.

Рис. 10. Строение шерстяного волокна

1

2 а

3 б

Рис. 12. Нити натурального шелка: а – нить тутового шелкопряда; б – нить дубового шелкопряда; 1, 3 – коконная нить; 2 – обесклеенная нить (шелковина)

а

б

в

г

Рис. 11. Продольный вид и поперечный срез волокон шерсти: а) – пуха; б) – переходного волоса; в) – ости; г) – мертвого волоса

Искусственные волокна и элементарные нити имеют ряд отличительных признаков при рассмотрении под микроскопом (рис. 13). Для вискозных волокон типично наличие частых продольных полос (впадин), которые возникают при неодновременном затвердевании прядильного раствора в толще и наружной поверхности нити в процессе формования. Поперечный срез волокна приобретает при этом извилистый контур. Имеются различия в строении наружного и внутреннего слоев волокна, заключающиеся в более плотном и ориентированном расположении макромолекул в наружной оболочке по сравнению с сердцевиной. Модифицированные вискозные волокна сиблон и полинозное имеют цилиндрическую форму.

полинозное

вискозное

триаце- ацетат- медно- казеитатное ное аммиач- новое ное

Рис. 13. Продольные виды и поперечные срезы основных типов искусственных волокон У ацетатных и триацетатных волокон в отличие от вискозных количество продольных полос на поверхности меньше, а поперечное сечение очерчено более плавно. Синтетические волокна и элементарные нити (рис. 14) разнообразны по строению. Капроновые и лавсановые волокна имеют цилиндрическую форму. На их поверхности возможны поры, которые образуются при вытягивании в процессе формования различными неплотностями и пузырьками газов, возникающими внутри волокон. Для нитроновых и хлориновых волокон характерны неправильной формы поперечные сечения с изрезанными в разной степени краями.

Рис. 14. Продольный вид и поперечный срез синтетических волокон: а – капроновое; б – лавсановое; в – нитроновое; г – хлориновое Профилированные волокна имеют сложную конфигурацию поперечного среза. Для матированных химических волокон характерно наличие мелких черных точек (следов матирующего вещества) как в продольном виде, так и в поперечном срезе. Кожа представляет собой сложную волокнистую систему, образуемую взаимным переплетением в разных плоскостях волокон (эластиновых, петикулиновых, коллагеновых), разнообразных по форме, размерам и расположению. Поперечный срез кожи имеет два основных слоя: сосочковый, сетчатый. Поверхность сосочкового слоя покрыта тонкой сетчатой пленкой, образующей лицевую поверхность кожи, которая обладает своеобразной неровностью, создаваемой выступами сосочков и углублениями от волосяных сумок. Характер, размер, расположение неровностей образуют своеобразный рисунок, носящий название мерея. Коже каждого вида животного соответствует своя определенная мерея. Сетчатый слой составляет основную толщину кожи и определяет ее прочность. Соотношение толщины сосочкового и сетчатого слоев неодинаково в кожах животных различного вида и изменяется в зависимости от их возраста.

Изучение строения материалов с помощью инфракрасной микроскопии (ИК-спектроскопия). Метод ИК-спектроскопии применяют для определения строения молекул и вещества в любом его агрегатном состоянии, т.к. частоты колебаний атомов и функциональных групп лежат в инфракрасной области спектров молекул высокомолекулярных соединений. ИК-спектры чаще всего снимают в интервале длин волн 2,5-15 мкм. Могут быть ИК-спектры пропускания, отражения и поглощения. Наиболее распространен в ИК-спектроскопии абсорбционный метод, заключающийся в том, что в результате взаимодействия с непрерывным спектром электромагнитного излучения, вещество поглощает излучение длиной волны, характерное для данного вещества. Так как каждому химическому элементу, а также химической группе элементов и функциональным группам соответствуют определенные частоты (волновые числа) поглощения и излучения электромагнитных волн, на ИК-спектре исследуемого высокомолекулярного вещества присутствуют характеристические полосы (частоты) поглощения, которые идентифицируют по табл. 1. Таблица 1 Область поглощения групп атомов Группа Область Группа атомов Область атомов поглощения, ν , поглощения, ν , см-1 см-1 1 2 3 4 CH 3760-3360 (CH3)3C 1367 (алифатичес кая) 1475-1430 NC 3470-3049 CH3 или CH2 CH 3279-2703 NO2 1550-1340 C-O 1300-1170 C=N 2300-2200 (ненасыщенная) C-O (насыщенная) 1170-1050 Фенил 1500-1065 850-700 C-Cl 750-600 Карбонил 1850-1650 CH3-C 1375 Альдегиды 1725-1690 (алифатическая) и кетоны Продолжение табл. 1

1 SH

2 2690-2560

(CH3)2C (алифатическая)

1380,1370 (дуплет)

3 Карбоксил Карбоксиль ные ионы Аминокислоты

4 1700-1670 1610-1560 1615-1510

ИК-спектроскопия позволяет наряду с качественным определением строения сложного высокомолекулярного вещества осуществить по снятой спектограмме количественный анализ вещества состав сополимера, содержание функциональных групп, степень насыщенности и их количество и др. Для получения спектрограмм широко применяют двухлучевые отечественные ИК-спектрофотометры ИКС-22, ИКС-14А, а также зарубежного производства. Двухлучевой прибор позволяет регистрировать спектр поглощения исследуемого вещества в виде зависимости коэффициента пропускаемости от длины волны λ или частоты колебаний ν , или оптической плотности вещества от λ и ν . Анализ материала рентгеновскими методами. Всякое вещество, на которое подают рентгеновские лучи, частично поглощает их и частично рассеивает. Хотя доля рассеянной энергии ничтожно мала относительно мощности первичного пучка, при определенных условиях, можно наблюдать, что слабая энергия рассеяния не распределяется по всему пространству равномерно, а концентрируется на определенных направлениях, где рассеяние становится значительно более интенсивным. Явление концентрации рассеянных волн в одних направлениях и ослабления тех же волн в других направлениях связано с интерференцией рентгеновских лучей. Она имеет полную аналогию с явлениями классической интерференции в оптике, однако, в отличие от интерференции видимых лучей, дифракционной решеткой для рентгеновских лучей является трехмерная атомная решетка вещества. Дифракционная картина рассеяния рентгеновских лучей упорядоченными атомами вещества является основой рентгеноструктурного анализа. Главное назначение рентгеноструктурного анализа - исследование монокристаллов для определения структуры с нахождением положения атомов, идентификация и систематизация структуры неорганических и органических соединений.

Кроме классического дифракционного рентгеноструктурного анализа для исследования высокомолекулярных соединений применяют следующие методы анализа; • фазового рентгеноструктурного - для качественного и количественного определения известных структур поликристаллических веществ, прослеживания их превращений и степени упорядоченности; • текстурного дифракционного рентгенографического - для оценки направлений и степени преимущественной структурной ориентации в полимерных материалах и волокнах; • рентгеноструктурного анализа строения молекул и аморфных тел; • рентгеноструктурного анализа величины и формы частиц, остаточных напряжений в материалах. Кроме названных методов дифракционного анализа применяют методы абсорбционного рентгеновского анализа. Метод абсорбционного рентгеновского анализа используют для количественной оценки некоторых важных физических и химических параметров материалов: поверхностной плотности, толщины при постоянной плотности или плотности при постоянной толщине, концентрации компонентов в бинарных смесях, микрооднородности химического состава материалов по площади. Для дифракционного рентгеноструктурного анализа, абсорбциометрии , контактной микрорентгенографии, абсорбционного рентгеноспектрального анализа может быть применена универсальная рентгеновская аппаратура - дифрактометры общего назначения ДРОН-2 и ДРОН-3 или специальная аппаратура. Методы термического анализа. Протекание химических реакций и физических процессов при нагревании материалов, как правило, сопровождается поглощением тепла - эндотермический эффект, или выделением тепла - экзотермический эффект. Эндотермический эффект наблюдается при распаде соединений в результате химических реакций, плавлении вещества, испарении жидкостей, фазовых переходах полимеров из стеклообразного состояния в высокоэластическое и из высокоэластического в вязкотекучее и т.д. Экзотермический эффект возникает при реакциях окисления, конденсации влаги, кристаллизации, стеклований и других процессов. При нагревании материала возможно изменение массы. Для регистрации химических реакций и физических процессов, протекающих в материале при нагревании, широко применяют методы

дифференциально-термического анализа (ДТА), термогравиметрии (ТГ) и дифференциальной термогравиметрии (ДТГ). Сущность ДТА - анализа заключается в регистрации перепада температур Δ Т, который возникает при нагревании испытуемого и инертного материала. Если Δ Т положителен, материал в результате протекания экзотермического эффекта выделяет тепло и имеет температуру выше температуры инертного материала. Если Δ Т отрицателен, в материале возникает эндотермический эффект и температура испытуемого материала ниже температуры инертного. Площадь, образующаяся кривой ДТА относительно основной линии, соответствующей значению Δ Т=0 (Sэнд , Sэнз), является количественной мерой вещества материала, вызвавшей появление того или иного эффекта. Чем больше площадь Sэнз, Sэнд под кривой, тем больше затрачивается или выделяется тепловой энергии, вызывающей соответствующий эффект при данной температуре материала. С помощью ДТА определяют температуры начала и окончания процесса, а также температуры, при которой процесс происходит с максимальной скоростью. Термогравиметрический анализ ТГ, в отличие от ДТА, позволяет определить изменение массы m испытуемого образца материала при нагревании, начало и окончание химических реакций и физических процессов, а также температуру, соответствующую максимальной скорости протекания этих процессов. Одновременно прибор на диаграммной ленте вычерчивает производную от ТГ - дифференциальную термогравиметрическую кривую (ДТГ), которая показывает скорость изменения массы образца. Зная изменение массы образца при нагревании и температуры, характеризующие максимальную скорость протекания химической реакции или физического перехода, можно провести расчет состава материала или содержания в % веществ, входящих в состав исследуемого материала. Дериватография - сочетание двух методов термического анализа ДТА и ТГ. Для этого метода применяют приборы - дериватографы. Прибор включает все основные элементы, присущие приборам и установкам для проведения ДТА и ТГ анализов испытуемых образцов материалов. При проведении испытаний на дериватографах получают дериватограммы. Методика выполнения работы

После знакомства с устройством микроскопа и правилами работ на нем необходимо: 1.Подготовить микроскоп и все необходимые инструменты и материалы к работе. 2.Приготовить временные препараты образцов материалов. 3.Просмотреть препараты под микроскопом при большом увеличении и зарисовать препараты, предложенные преподавателем. В отчете дать схему, краткое описание устройства и принципа работы микроскопа; характеристику других физических методов исследования структуры материалов. Результаты исследования должны быть представлены в виде таблицы 2. Таблица 2 Характеристика текстильных волокон Волокно

Боковой вид (увеличение)

Вид поперечного среза (увеличение)

3. 4. 5.

Каковы микроструктура и внешний вид различных искусственных и синтетических волокон? Различия в их свойствах? Устройство и принцип работы микроскопа, Правила работы на нем. Какие методы исследования используются при изучении микро и макроструктур текстильных материалов?

Замечания об особенностях строения волокна

Хлопок Лен Шерсть Пух Переходный волос Ость Мертвый волос Шелк Вискозное Ацетатное Капрон Нитрон Вопросы для самоконтроля 1. 2.

Какие виды текстильных волокон используются для изготовления материалов для одежд? Каково строение волокон: хлопка, льна, шерсти, натурального шелка?

Лабораторная работа 3

Качественное распознавание волокнистого состава материалов Цель работы: Изучение методов распознавания волокон в образцах изделий. Приборы и материалы: 1. Образцы волокон и изделий (тканей) 2. Микроскопы с принадлежностями 4.Химические реактивы (медно-аммиачный комплекс, фенол, ацетон) Задание: 1. Определить характер горения проб предложенных волокон и материала. 2. Изучить продольный и поперечный срез волокон и нитей исследуемых проб методом световой микроскопии. 3. Провести характерные химические реакции для определения волокнистого состава материала. Литература 1.Бузов Б.А. и др. Лабораторный практикум по материаловедению швейного производства. – М.: Легпромбытиздат, 1991. – 431 с. Общие сведения В настоящее время применяют ряд методов распознавания волокнистого состава: определение характера горения; микроскопические исследования; проведение химических испытаний; анализ с помощью люминесценции и ультрафиолетовых лучей, двойного лучепреломления и т.д. Обычно распознавание волокнистого состава текстильных полотен проводят несколькими методами в определенной последовательности. Вначале органолептически определяют принадлежность полотна к ассортименту хлопчатобумажных, льняных, шерстяных или шелковых текстильных полотен. Затем готовят пробы материала (для тканей раздельно пробы основных и уточных нитей) с целью определения характера горения, микроскопических исследований и химических испытаний. При сжигании пробы отличают ее поведение при поднесении к пламени, внесении в пламя и удалении из него, запах при горении и вид остатка после сжигания. Так, хлопковые, льняные, вискозные,

полинозные, сиблоновые и медно-аммиачные волокна горят без плавления с запахом жженой бумаги, образуя пепел серого цвета. Натуральный шелк и шерсть горят медленно, расплавляясь и скручиваясь в направлении от пламени, с запахом жженого рога; после сжигания они образуют хрупкую, черную массу, легко растирающуюся в порошок. Ацетатные, триацетатные и синтетические волокна горят с плавлением, но при этом ацетатные и триацетатные волокна создают запах уксусной кислоты, поливинилхлоридные – запах хлора, полиамидные – запах сургуча с выделением белого дымка; при горении полиэфирных волокон наблюдается черный дым с копотью. После сгорания ацетатных, триацетатных и полиакрилонитрильных волокон образуется черный шарик неправильной формы, легко раздавливаемый пальцами. Остаток после сжигания полиамидных волокон – твердый шарик серого цвета, который невозможно раздавить пальцами; у полиэфирных волокон он черного цвета, а у полиолефиновых – желтокоричневого цвета. Из-за идентичности характера горения волокон различных видов и возможности влияния на него заключительной отделки волокон (авиваж, отделка термопластичными и распознавание является термореактивными смолами) такое ориентировочным. Микроскопические исследования позволяют установить однородность или неоднородность материала по волокнистому составу, а также количество компонентов, входящих в состав. Распознавание можно произвести только тех волокон и нитей, которые имеют характерное строение продольного вида и форму поперечного сечения, поэтому окончательно устанавливают вид волокна при химических испытаниях. Распознавание волокнистого состава изделий хлопчатобумажного ассортимента. Смешанные хлопчатобумажные текстильные полотна вырабатываются из пряжи, полученной из хлопка в смеси с другими волокнами, или из хлопчатобумажной пряжи в сочетании с другими видами нитей. Они могут содержать вискозные обычные и модифицированные волокна и нити, капроновые, ацетатные, лавсановые, нитроновые волокна. Пробу материала помещают в пробирки с медно-аммиачным комплексом, в котором пробы хлопчатобумажных и хлопковискозных изделий плотностью растворяются. В случае полного растворения пробы для выяснения наличия в ткани вискозных волокон или нитей готовят повторную пробу, которую обрабатывают 37%-ным раствором соляной кислоты в течение 30 мин. В этих условиях вискозные волокна

полностью растворяются, а нерастворившийся осадок представляет собой хлопковое волокно. Вид вискозного волокна (обычное, сиблон, полинозное) определяют по форме поперечного среза. При неполном растворении пробы в медно-аммиачном комплексе остаток нерастворившихся волокон промывают дистиллированной водой и помещают в пробирку с ацетоном. При растворении волокон в ацетоне – ткань выработана из хлопковых и вискозных волокон. При устойчивости исследуемых волокон к действию ацетона их опять тщательно промывают в дистиллированной воде и воздействуют на них соляной кислотой. Если в смеси присутствуют капроновые волокна, происходит их полное разрушение, а при разбавлении раствора водой образуется белый осадок. Наличие нитронового волокна проверяют концентрированной азотной кислотой, которая их разрушает. Если остаток не разрушен, то можно предположить, что в ткани находятся лавсановые волокна, которые разрушаются под воздействием 97-98%-ной серной кислоты. Распознавание волокнистого состава изделий льняного ассортимента. Основной ассортимент льняных текстильных материалов – ткани, которые в большинстве своем неоднородны по волокнистому составу. Значительную удельную долю в ассортименте составляют полульняные ткани с хлопком. Для их выработки используют хлопчатобумажную пряжу в основе и льняную в утке. Из химических волокон применяют вискозные и лавсановые. В некоторых тканях присутствует смешанная льнолавсановая пряжа, скрученная с комплексной лавсановой или вискозной нитью. При исследовании данные, полученные изучением характера горения и микроскопическими исследованиями проб, подтверждают химическими испытаниями. Льнохлопковые ткани. Пробы основных нитей состоят из хлопковых, а уточных – из льняных волокон. Если эти пробы обработать раствором азотнокислого серебра, то они почернеют. При их последующей обработке слабым раствором азотной кислоты хлопок посветлеет, а лен останется в виде черных цилиндров. Наличие вискозных волокон в ткани можно определить по их разрушению в 37%ной соляной кислоте при комнатной температуре. Хлопковые, льняные и лавсановые волокна в такой кислоте не разрушаются. Если характер горения или просмотр продольного вида и поперечного среза под микроскопом прогнозируют содержание полиэфирного волокна, пробу помещают в концентрированную азотную кислоту, которая растворяет все виды волокон, кроме лавсановых и хлориновых.

Распознавание волокнистого состава изделий шерстяного ассортимента. Исследование сырьевого состава материала проводят на основе знания химических свойств волокон. Пробы материала помещают в 5%-ный раствор едкого натра. Если они полностью растворяются, то материал содержит 100% шерстяных волокон. При работе с неоднородным по волокнистому составу двух- или многокомпонентным материалом полученный остаток волокон промывают дистиллированной водой и обрабатывают 85%-ным раствором муравьиной кислоты, которая разрушает капроновые волокна, но не разрушает вискозных, лавсановых и нитроновых. При полном разрушении остатка можно сделать вывод, что ткань двухкомпонентная шерстокапроновая. Параллельно остаток другой пробы этого же материала после действия щелочи обрабатывают 37%-ной соляной кислотой. Полное разрушение остатка пробы свидетельствует о том, что текстильное изделий шерстовискозное или шерстовискозно-капроновое. Полученный раствор разбавляют водой. Образование белого осадка свидетельствует о присутствии капроновых волокон. При наличии остатка неразрушенных волокон после последовательного воздействия на пробы материала едким натром, муравьиной и соляной кислотой приступают к проверке вложения в смесь лавсановых, нитроновых или поливинилхлоридных волокон. При образовании остатка волокон после действия азотной кислоты его промывают дистиллированной водой и обрабатывают холодной серной кислотой. Разрушение остатка волокон подтверждает присутствие лавсановых волокон, а образование остатка свидетельствует о наличии поливинилхлоридных волокон. Распознавание волокнистого состава изделий шелкового ассортимента. Шелковые текстильные полотна вырабатывают из нитей натурального шелка, искусственных, синтетических нитей и их различных сочетаний из химических волокон и их смесей, а также смесей с хлопковыми волокнами. Изучив характер горения проб материала, приступают к их микроскопическому исследованию. Устанавливают однородность текстильного полотна по волокнистому составу или определяют материале. Далее количество компонентов в смешанном предположительно прогнозируют вид химических волокон, после чего приступают к химическим испытаниям. Ткани из натурального шелка в отличие от других тканей шелкового ассортимента растворяются в 5%-ном растворе NaOH или 40%-ном растворе КОН.

Так как значительное количество текстильных полотен вырабатывается вискозно-капроновыми, ацетатно- или триацетатнокапроновыми, вискозно-триацетатно-капроновыми и вискознонитрокапроновыми, наличие капроновых волокон проверяют воздействием соляной кислоты с последующим разбавлением водой. Появление белого осадка свидетельствует о содержании в ткани капроновых волокон. Вискозные ткани, в отличие от ацетатных, устойчивы к действию диметилформамида и 65%-ной кислоты. Чтобы отличить ацетатную ткань от триацетатной, ее надо поместить в ацетон или метиленхлорид. Ацетатная ткань растворится в метилхлориде и не растворится в ацетоне. Муравьиная и уксусная кислота в шелковых материалах растворяют только капроновые и ацетатные волокна. Чтобы различить их между собой на пробы воздействуют ацетоном, растворяющим только ацетатные волокна. Распознавание волокнистого состава изделий шелкового ассортимента отечественного производства можно провести по схеме, приведенной в таблице 1. Таблица 1 Послед-ть Химический Вид волокон обработок реагент Растворяются Не растворяются 1 2 3 4 1 Едкий натр Натуральный Ацетатные, 50%-й или шелк, шерсть полиамидные, едкое кали полиэфирные, 40%-е поливинилхлоридные, полиакрилонитрильные 2 Уксусная Ацетатные Полиамидные, кислота полиэфирные, ледяная поливинилхлоридные, полиакрилонитрильные Продолжение табл. 1 1 3

2 Соляная кислота (6н. раствор) холодная

3 Капроновые (при разбавлении раствора водой образуется осадок)

4 Полиэфирные, поливинилхлоридные, полиакрилонитрильные

4

5

Азотная кислота концентрированная холодная Серная кислота концентрированная холодная

Нитроновые

Полиэфирные, поливинилхлоридные

Лавсановые

Поливинилхлоридные

Методика выполнения работы Данная лабораторная работа проводится в два этапа. Вначале определяются различные волокна различными методами, а затем определяют волокнистый состав образца изделия, например, ткани. Работа по второму этапу заключается в том, что отделив из образца изделия (ткани) несколько нитей основы и утка, определяют их волокнистый состав, используя вышеуказанные методы. Распознавание волокон осуществляется тремя методами: - по горению; - микроскопией; - химическими реактивами. По первому методу различные волокна подвергаются горению. Результаты исследования на горение заносятся в таблицу 2.

Таблица 2 Проверка волокон на горение Вид волокон

Поведение волокон при поднесении

Характер горения

Запах при горении

Поведение волокон при вынесении

Вид золы (остаток)

к пламени

из пламени

Хлопковое Льняное Шелковое Капроновое Ацетатное Лавсановое и т.д.

Целлюлозные: лен ацетатное Белковые: шерсть шелк нат. Синтетические: капрон лавсан нитрон хлорин Минеральные: стеклянное асбест

В отчете следует отметить основные признаки, проявленные нитями при горении, дать продольный и поперечный виды нитей и указать действие на них химических реактивов. Сводная таблица должна иметь следующую форму. Таблица 4 Распознавание волокнистого состава образца ткани

По второму методу волокна распознают путем рассматривания их продольного и поперечного видов известных волокон, устанавливают вид изучаемого волокна. Далее таким же образом по третьему методу, исследования проводят, применяя химические реагенты. Рекомендуется применять медно-аммиачный комплекс для распознавания хлопковых, льняных, шелковых и капроновых волокон; ацетон – для вискозных и ацетатных; фенол – для капроновых и лавсановых. Результаты испытаний для волокон представить в виде таблицы 3.

Образец ткани

Наимевание волокна

Действие химических реактивов медно-аммиачный ацетона фенола хар-р раствохар-р раствохар-р раствонабухарение набухарение набуха рение ния ния -ния

Продольны й вид нитей

Поперечный вид нитей

Действие хим. реактивов

В конце отчета следует сделать вывод о том, каков волокнистый состав исследуемого образца ткани.

Вопросы для самоконтроля

Таблица 3 Действие на волокна химических реагентов

Признаки при пробе на горение

1. 2. 3.

Особенности горения волокон, характер остатка после сгорания. Действие каких химических реагентов можно использовать для распознавания натуральных волокон различных видов в сочетании с химическими? Какие химические реакции позволяют распознавать различные виды искусственных и синтетических волокон?

4.

С помощью каких реактивов можно отличить вискозное волокно от ацетатного и ацетатное от триацетатного?

Приборы и материалы: 1. Мотовило 2.Квадрантные или аналитические весы 3.Круткомер 4.Текстильные лупы 5.Препарировальные иглы 6.Образцы тканей и швейных ниток льняные, капроновые).

(хлопчатобумажные,

Задания: 1. Знать характеристики структуры нитей и швейных ниток. 2.Изучить устройство работы мотовила и круткомера КУ-500 и методику работы на них. 3.Подготовить образцы и провести испытания по определению линейной плотности, направления крутки, числа кручений, числа сложений и укрутки нитей и швейных ниток. Общие сведения

Лабораторная работа № 4 Определение линейной плотности и показателей структуры текстильных нитей и швейных ниток Цель работы. Изучение методов определения линейной плотности, показателей скрученности и укрутки нитей и швейных ниток.

Структура однониточной пряжи характеризуется толщиной, длиной, формой волокон, а также их числом и равномерностью распределения в отдельных сечениях, взаимным расположением и интенсивностью крутки. Основными структурными характеристиками крученой пряжи являются толщина, величина и направление крутки однониточной нити; число сложений, т.е. количество нитей, образующих крученую пряжу, интенсивность и направление крутки в крученой пряже. Таким образом, структурными характеристиками текстильных нитей и швейных ниток являются толщина (линейная плотность нитей) число сложений, направление и величина крутки, укрутка. Использование линейных размеров поперечника для характеристики толщины нитей неудобно по ряду причин: его измерение затрудняется неправильной формой поперечного сечения нитей, наличием пустот и воздушных прослоек между волокнами в пряже, зависимостью толщины от степени крутки и плотности укладки волокон в сечении нитей, возможностью сплющивания нитей при использовании для определения толщины приборов. В связи с этим толщину нитей и швейных ниток оценивают косвенными единицами измерения: линейной плотностью, торговым (условным) номером.

Линейная плотность нитей Т, текс, - косвенная единица измерения толщины волокон или нитей, прямо пропорциональна площади их поперечного сечения, т.е. чем больше числовое значение текса, тем толще нить. Определяется как масса единицы длины и вычисляется по формуле: T = m/L, где m - масса нити, г, мгм; L - длина нити, км, м.

(1)

Единицами измерения линейной плотности, кроме текса, являются миллитекс (мтекс) 1 мтекс = 10-3 текс; децитекс (дтекс) 1 дтекс = 10-1 текс; килотекс (ктекс) = 103 текс. Линейную плотность крученых и трощенных нитей называют результирующей линейной плотностью R. Линейную плотность и результирующую линейную плотность различают номинальную, фактическую и кондиционную. Номинальная линейная плотность Тн - это линейная плотность одиночной нити, запроектированной к выработке. Для одиночных нитей она обозначается целым числом. Результирующая номинальная линейная плотность Rн - это линейная плотность крученой или трощенной нити, предназначенной к выработке, которая определяется с учетом укрутки для крученых нитей. Фактическую линейную плотность Тф и фактическую результирующую линейную плотность Rф определяют опытным путем и рассчитывают по формуле: Тф = 1000 ∑ m/l n

или Rф = ∑ m/l n,

(2)

где ∑ m - общая масса элементарных проб, г; l - длина нити в элементарной пробе, м; n - число элементарных проб. Кондиционная линейная плотность Тк и результирующая кондиционная плотность Rк - это фактическая линейная плотность одиночной или крученой (трощенной) нити, приведенная к нормированной влажности. Эти показатели вычисляют по формуле:

Тк = Т ф

100 + Wн 100 + Wф

или

Rk = Rф

100 + Wн 100 + Wф

,

(3)

где Wн - нормированная влажность нитей, %; Wф - фактическая влажность нитей, %. По показателю линейной плотности можно сравнить только толщину нитей одинакового волокнистого состава и строения. Линейную плотность нитей, составленных скручиванием двух или более нитей одной толщины, обозначают произведением толщины в тексах нитей, составляющих крученую пряжу, на число нитей входящих в нее, (например, Ттекс х 3). Для характеристики толщины швейных ниток применяют условное обозначение - торговый номер N, который указывают на маркировках каждой единицы продукции. Чем выше числовое значение торгового номера, тем тоньше швейные нитки. Торговый номер показывает количество метров пряжи, имеющих вес 1 г, т.е. N=l/m где l - длина, м; m - масса, г.

(4)

Толщину крученых нитей (пряжи) обозначают дробью, числитель которой равен номеру нитей, составляющих крученую пряжу, а знаменатель - число нитей, входящих в нее. Связь между линейной плотностью швейных ниток и их торговым номером выражается выражением Т= 1000/N

(5)

Важным показателем при выборе швейных ниток для пошива изделий является диаметр ниток. Его определяют расчетным и экспериментальным путем. Расчет диаметра швейных ниток d, мм, ведут по формуле: d= 0,0357

R

δ

,

(6)

где

δ

Рис. 1 Условное обозначение направления крутки

- средняя плотность ниток, мг/мм3.

Экспериментально диаметр ниток измеряют с помощью проекционных устройств или микроскопов. К характеристике структуры нитей относится направление крутки. Пряжа и нитки бывают правой Z и левой крутки S. У нити правой крутки направление витков кручения снизу вверх и слева направо, а у нити левой крутки снизу вверх и справа налево (рис. 1). У шелковых нитей, наоборот, правую крутку обозначают S, а левую Z. Направление крутки швейных ниток влияет на процесс петлеобразования и потерю прочности ниток при пошиве. Скрученность нитей характеризуется числом кручений К, которое указывает число витков вокруг оси нити, рассчитанное на единицу длины нити (1 м) до раскручивания, и определяется на приборе круткомере. Фактическое число кручений характеризует степень скрученности нитей одинаковой линейной плотности. Число кручений рассчитывают по формуле:

Кф =

1 nL0

n

∑ i =1

Ki

где n - число испытаний; L0 - зажимная длина, м; Ki - число кручений в отдельных испытаниях.

(7)

Угол кручения позволяет характеризовать и сравнивать интенсивность скрученности нити разных толщин и видов. Однако, практически он определяется редко, обычно измеряют крутку и α вычисляют коэффициент крутки α . Коэффициент крутки характеризует интенсивность кручения нити в зависимости от крутки К и линейной плотности нитей Т:

α=

Kф Тф 100

или

α=

K ф Rф 100

,

(8)

Для нитей разной толщины их скрученность сравнивают по коэффициенту крутки α . Чем больше α , тем сильнее скручена нить. Величину укорочения нити в процессе скручивания характеризуют укруткой. Укрутка У - разность между длиной крученой нити после раскручивания L1, мм, и зажимной длиной нити L0, мм, выраженная в % от L1;

У=

L1 − L0 100 или L1

У=

а 100 , L0 + a

(9)

где a - удлинение нити при раскручивании, мм. Методика проведения работы 1. Определение линейной плотности нитей. Линейная плотность нитей определяется по ГОСТ 6611.1-73 «Нити текстильные. Метод определения толщины». Испытание проводят путем взвешивания элементарных проб в виде пасм, имеющих длину нити 200, 100, 50, 25, 20, 10 и 5 м или отрезков нитей длиной 1 и 0,5 м. Вид элементарных проб (пасма или отрезок), их длина и качество установлены для каждого вида нитей в соответствующей нормативнотехнической документации. Для намотки в пасмы применяют автоматизированное мотовило МПА-1М (рис. 2). Отматывание пасм производят на мотовиле (рис. 2), которое состоит из шести лопастей 4, образующих крону прибора размером (1000 ± 2) мм, электродвигателя 7 с приводом к счетному механизму 3,

нитераскладчиков 2 и нитепроводников 1, укрепленных на стойках 8. На втулке 6 посажен блок 5, связанный ременной передачей с блоком электродвигателя. Паковки пряжи или нитей устанавливают на шпильки 9, размещенные на основании прибора 10. Концы нитей с паковок заправляют в глазки нитепроводников 1, в нитераскладчики 2 и закрепляют зажимными пружинами, имеющимися на одной из лопастей 4 кроны мотовила. Одна из лопастей 4 имеет также складные спицы, которые перед заправкой нитей распрямляют и, в таком положении, закрепляют насаженными на них муфтами. Затем устанавливают в нужное положение кулачки механизма останова, которые находятся на задней стороне червячного колеса счетного механизма 3. В рабочем положении кулачки располагаются по радиусу червячного колеса, в нерабочем - перпендикулярно радиусу. При наматывании 100 м нитей в рабочее положение устанавливают один кулачок, при наматывании 50 м - два кулачка, располагая их под углом 1800, при наматывании 25 м - все четыре кулачка. Включение мотовила осуществляют пусковой ручкой 11. Частота вращения кроны мотовила должна находиться в пределах 100-200 мин-1 с погрешностью установки ± 5 мин-1.

Рис. 2 Общий вид мотовила МПА-1М По окончании наматывания нитей требуемой длины мотовило автоматически останавливается. Для съема пасм с мотовила уменьшают периметр кроны, сдвигая муфты складывающихся спиц. Отматывание пасм текстурированных растяжимых нитей проводят, применяя нитенатяжные устройства, обеспечивающие при наматывании предварительную нагрузку (ГОСТ 23362-78). При выполнении работ на мотовиле отматывают 10 м нитей (3 пробы). Перед взвешиванием пасмы нитей кондиционируют в течение 2 часов. После этого определяют массу пасм нитей и рассчитывают линейную плотность по формуле (2) и торговый номер по формуле (4) или (5). Для взвешивания отрезков нитей, в зависимости от их массы, применяют весы квадрантные или аналитические. 2. Определение направления крутки, числа кручений, числа сложений и укрутки нитей. Для определения направления крутки

короткий отрезок нити зажимают пальцами и, держа вертикально, слегка раскручивают. Если верхний конец нити раскручивается по движению часовой стрелки, расположенной в горизонтальной плоскости, она имеет Z крутку (шелковые - S крутку); при раскручивании верхнего конца против движения часовой стрелки нить имеет S крутку (шелковые - Z крутку). Фактическую крутку, укрутку нитей, коэффициент крутки, число сложений определяют на приборе круткомере (рис. 3). Крутку определяют методом непосредственного раскручивания и методом удвоенного кручения. Метод удвоенного кручения применяют для определения числа кручений одиночной хлопчатобумажной пряжи и пряжи из химических волокон линейной плотности 84 текса и менее. Для остальных видов тканей применяют метод непосредственного раскручивания. При первом методе непосредственного раскручивания нить на круткомере раскручивают до полной параллельности составляющих нитей. Число кручений отмечается на счетчике. Показания пересчитываются на 1 м длины нити - это фактическая крутка. Расстояние между зажимами круткомера принимают следующим (ГОСТ 6611.3-73): • для пряжи одиночной шерстяной гребенного прядения, льняной, шелковой (натуральной) и смешанной всех линейных плотностей, а также хлопчатобумажной и из химических волокон линейной плотности более 84 текс - 50 мм; • для одиночной шерстяной пряжи аппаратного прядения - 100 мм; Груз предварительного натяжения при определении крутки всех видов нитей берется в зависимости от их линейной плотности: Предварительное натяжение Линейная плотность, текс нити, сН выше 200 40 200-100 включительно 30 96-50 включительно 25 48-32 включительно 15 30-25 включительно 10 24-10 включительно 5 9,5-3,5 включительно 2 3,5 включительно 1 На рис. 3 представлен универсальный круткомер КУ-500. Прибор состоит из корпуса 12, натяжного устройства и окуляра, закрепленных

на направляющей 22 соответственно скобами 4 и 18. Корпус 12 представляет собой коробку, внутри которой смонтирован электродвигатель, муфта с набором зубчатых колес для осуществления вращения правого зажима 10 и механизм изменения направления вращения счетного устройства 11. Натяжное устройство состоит из скобы 4 с закрепленной на ней шкалой удлинения 5 и качающейся системы со стрелкой 6, левым зажимом 7, нагрузочной шкалой 2 с грузиком 3 и противовесом 20. Для фиксации стрелки 6 в нулевом положении предусмотрен фиксатор 21. Окуляр состоит из лупы 8 и экран 9 с черным и белым фоном. Перед заправкой нити в зажимы круткомера устанавливают метод определения числа кручений, направление крутки нити и параметры испытаний: количество точечных проб, зажимное расстояние, предварительную нагрузку. После определения параметров испытаний (расстояния между зажимами, величины предварительного натяжения) устанавливают требуемое расстояние между зажимами 7 и 10. Затем, перемещением грузика 3 по нагрузочной шкале 2, создают соответствующее усилие предварительного натяжения. Если необходимое усилие натяжения должно быть более 50 сН, на грузик 3 устанавливают дополнительный сменный грузик, а в правый конец шкалы нагрузки ввертывают противовес 19. Переключатель муфты 13 ставят в положение Z или S, соответствующее направлению крутки испытуемой нити. Паковку с испытуемой нитью надевают на стержень 17, конец нити протягивают через глазки нитенаправителей 1 и 23 и закрепляют сначала в левом качающемся зажиме 7, а затем в правом зажиме 10 так, чтобы указатель стрелки 6 показывал на нулевое деление шкалы удлинения 5. При определении числа кручений методом непосредственного раскручивания, стрелку 6 закрепляют в нулевом положении фиксатором 21. Тумблер 15 ставят в положение Z или S аналогично переключателю 13. Регулирование частоты вращения правого зажима 10 осуществляют переменным сопротивлением с помощью рукоятки 16. Вращаясь, правый зажим раскручивает нить. Параллельность составляющих нитей проверяют препарировальной иглой, проводя ею между нитями от левого зажима к правому. Если составляющие нити близки к параллелизации, раскручивание завершают вращением рукоятки 14. Затем регистрируют показания счетчика 11 и рассчитывают число кручений на 1 м.

раскручивают на круткомере и иглой разделяют на нити, число которых записывают. Общее число сложений равно сумме нитей, входящих в стренги. Укрутку нитей определяют также одновременно с определением числа кручений. В этом случае стрелку 6 не фиксируют в нулевом положении и правый зажим 10 вращают до тех пор пока указатель стрелки 6 левого зажима 7 не достигает наибольшего отклонения. Укрутку определяют по формуле (9). Результаты испытаний и расчетов записывают в таблицу 1. Таблица 1 Результаты определения линейной плотности и показателей структуры нитей Ви ды ниток

Рис. 3 Универсальный круткомер При определении числа кручений нити методом удвоенного кручения ограничитель стрелки 6 устанавливают таким образом, чтобы стрелка могла отклоняться влево от нулевой отметки шкалы не более чем на два деления. Включают прибор. Правый зажим, вращаясь в сторону, противоположную направлению крутки, будет сначала раскручивать нить, а затем закручивать. При раскручивании нить удлиняется и стрелка 6 отклоняется влево до ограничителя, а при закручивании нить укорачивается и стрелка движется к нулевой отметке шкалы. При возвращении указателя стрелки 6 в нулевое положение выключают электродвигатель. Показания счетчика равны удвоенному числу кручений на данной зажимной длине. Расчет числа кручений на 1 м ведут по формуле (7), учитывая, что зафиксированное по счетчику число кручений перед подстановкой в формулу следует разделить пополам. Коэффициент крутки α определяют по формуле (8). Число сложений определяют одновременно с круткой ниток. Для этого оба конца швейных ниток закрепляют в зажимы круткомера и раскручивают ее до полной параллелизации стренг. Параллельность стренг проверяют иглой. После этого одну из стренг также

Линей ная плотность, текс

Торг овый номер

Напра вле ние крут ки

Чило сложе ний

Число кручений на зажимной длине Кi

Факти ческое число кручений Кф , кр/м

Коэффициент укрутки L, %

Укрутка У, %

3. Определение равновесности крученых нитей. При скручивании нити вследствие обратимой упругой и эластической деформации возникает крутящий момент, направленный обычно в сторону, обратную скручиванию. Это приводит к раскручиванию нити и образованию петель - сукрутин. Такая нить называется неравновесной. Неравновесность имеет особенно большое значение для швейных ниток и крученой пряжи. Сукрутины неравновесных ниток застревают в отверстиях игл швейных машин и нитепроводников и вызывают обрыв ниток. Кроме того, если нитка неуравновешена по крутке, то при шитье образующаяся петля может настолько сильно отклониться от своего нормального положения, что окажется вне зоны действия носика челнока, в результате этого челнок может пройти, не захватив петлю. Неравновесность нитей чаще всего определяется следующим образом. Нить длиной 1 м складывают пополам (рис. 4). Нить считается равновесной, если на ее свешивающейся части образуется не более шести витков.

Лабораторная работа 5 Определение полуцикловых характеристик при разрыве одиночных и швейных нитей Цель: Изучение устройства разрывной машины и методов испытания одиночных нитей на разрыв. Приборы и материалы: 1. Разрывная машины РМ-30. 2. Торсионные весы. 3. Образцы нитей и швейных ниток. Задание: 1. Изучить устройство разрывной машины РМ-30 и методику испытания нитей. 2. Провести испытания и статистическую обработку результатов испытания. Рис. 4 Определение равновесности нитей при крутке а - уравновешенная нить, б - неуравновешенная нить Вопросы для самоподготовки 1. Почему для определения толщины нитей используются косвенные характеристики? 2. Как определить фактическую линейную плотность нитей и фактический диаметр швейных нитей? 3.Методика определения крутки, укрутки, равновесности и число сложений нитей. 4.Рассказать принцип работы круткомера. 5.Методика определения направления крутки. 6.Что такое крутка, коэффициент крутки? 7. Укрутка швейных ниток. 8.Какая швейная нить называется неравновесной? 9. Влияние неравновесности швейных ниток на производственные процессы.

Общие сведения Под механическими свойствами нитей и швейных ниток, как и любых тел, понимают такие, которые определяют их отношение к действию различно приложенных к ним сил. Механические свойства нитей во многом обуславливают механические свойства текстильных изделий и продолжительность их эксплуатации: от механических свойств швейных ниток зависит прочность ниточных соединений деталей одежды, параметры работы швейных машин, их производительность и т.д. Из многочисленных показателей механических свойств нитей и ниток наиболее важными являются следующие характеристики, определяемые при растяжении. По классификации, предложенной проф. Кукиным Г.Н., испытания на растяжение подразделяются на полуцикловые, одноцикловые (при однократном растяжении нитей под нагрузками или деформациями меньше разрывных), многоцикловые при многократных деформациях растяжения. В соответствии с требованиями стандартов в швейной промышленности производится оценка свойств нитей по их разрывным (прочностным) характеристикам двумя методами: разрывом одиночных нитей и разрывом пасм. Разрыв одиночных нитей производится при оценке механических свойств всех видов швейных ниток и хлопчатобумажной пряжи. При

оценке механических свойств хлопчатобумажной пряжи наряду с разрывом одиночных нитей используется разрыв пасм. К характеристикам, определяемым при полуцикловом растяжении, относятся: Разрывное усилие Рр – наибольшее усилие, выдерживаемое пробой до разрыва, единица измерения – Н. Абсолютное разрывное удлинение Lр – это приращение длины пробы к моменту разрыва Lp = L1 – L0 где L1 – длина пробы в момент разрыва, м; L0 – начальная длина пробы, м. Относительное удлинение при разрыве εр – это отношение приращения длины пробы в момент разрыва к начальное длине. Выражается в %.

εр =

100 L p Lo

,%

(1)

Удельное усилие при разрыве или относительная разрывная нагрузка характеризует разрывную нагрузку, приходящуюся на единицу толщины:

Р0 =

Рр Тф

, гс/текс или сН/текс

(2)

Наиболее полной разрывной характеристикой нитей является диаграмма растяжения в осях координат нагрузка-удлинение (рис. 1).

Рис. 1. Диаграмма растяжения нитей в осях координат нагрузка-удлинение

По такой диаграмме можно определить значение удлинения нити при усилиях, которые меньше разрывных. Пользуясь диаграммой растяжения можно установить работу разрыва R. Абсолютная работа разрыва Rp, Дж (1Дж = 1Нм) – работа, совершаемая внешними силами и направленная на преодоление трения между волокнами и разрушение энергии связей частиц волокнообразующего полимера. Абсолютная работа разрыва определяется площадью, ограниченной кривой растяжения и осью абсцисс: lp

R p = ∫ Pdl 0

Практически работу разрыва пробы определяют путем измерения этой площади на диаграммной бумаге с помощью планиметра. Отношение фактической интегральной площади по кривой растяжения к интегральной площади прямоугольника с координатами Рр и lp дает возможность установить коэффициент полноты диаграммы η. Он всегда меньше 1. Коэффициент η можно определить также, как отношение массы бумаги mОАВ площадью SОАВ под кривой диаграммы растяжения к массе бумаги mОСАВ площадью SОСАВ:

η=

mОАВ mОСАВ

Необходимо заметить, что диаграммное записывающее устройство имеют только специальные машины, предназначенные для проведения научных исследований. Важно заметить, что диаграммное записывающее устройство имеют только специальные машины, предназначенные для проведения научных исследований. Важной характеристикой, определяющей способность нитей сопротивляться внешним воздействиям, является модель упругости, или начальный модель жесткости Ен, даН/мм2 (Па). Модуль упругости характеризуется величиной напряжения, возникающего в волокнообразующем полимере при деформации нити на 1-3% в результате растяжения. Для получения указанных выше характеристик используют разрывные машины. Полуцикловые характеристики текстильных нитей определяют следующим способами: разрывом одиночных нитей, разрывом пасм и очень редко – пучков.

Для испытания одиночных нитей и швейных ниток применяются отечественные маятниковые разрывные машины РМ-3-1, РМ-30-1, РП100. Из зарубежных машин используются разрывные машины «Устер» фирмы «Цельвегер» и «Танзимат-2» (Швейцария), «Инстрон (США, ZT4, ZT-10, ZT-40 (ФРГ). На рис. 2 приведена кинематическая схема маятниковой разрывной машины РМ-3-1, которая позволяет определять усилия при разрыве от 0 до 3000сН. Машина имеет три рабочих диапазона измерения: 0-500 сН с ценой деления 2 сН; 0-1000 сН с ценой деления 5 сН; 0-3000 сН с ценой деления 10 сН. Допустимая погрешность

Рис. 2. Принципиальная кинематическая схема разрывной машины РМ-3-1

показаний силоизмерителя, определяемая непосредственным нагружением, в пределах рабочего диапазона каждого пояса шкалы составляет ±1% измеряемой силы. Погрешность наименьшего деления шкалы удлинения ±1 мм. Расстояние между зажимами от 0 до 500 с интервалом 50 мм. Максимальный ход нижнего зажима 350 мм. Скорость опускания нижнего зажима можно варьировать от 80 до 800 мм/мин. Машина РМ-3-1 имеет следующие основные узлы: маятниковый силоизмеритель 13, верхний зажим 12, нижний зажим 2, механизм привода, состоящий из электродвигателя 1 и редуктора 19. Маятник силоизмерителя 13 установлен на оси в двух шарикоподшипниках. Положение маятника в момент разрыва испытуемой нити фиксируется собачками 8, сцепляющимися с рейкой 9, укрепленной на маятнике. Круговая шкала удлинения 5 установлена на втулке оси маятника. Движение от нижнего зажима 2 к шкале удлинения 5 передается с помощью рейки 11, сцепляющейся с цилиндрическим зубчатым колесом 6, и тяги рейки 14, жестко соединенной со шкалой удлинения 5. Показания по шкале удлинения отсчитываются указателем 4, укрепленным на штанге маятника 13. Верхний зажим 12 подвешен на цепи к маятнику. Нитенаправители, установленные на машине, дают возможность удобно заправлять нить в губки зажима. После заправки нити в верхний зажим, ее закрепляют в нижнем зажиме 2, на котором установлено устройство для предварительного натяжения нити. Привод, состоящий из электродвигателя 1 и редуктора 19, размещен в нижней части машины. Для силоизмерения применен маятник, представляющий собой рычаг первого рода. Ось маятника является опорной точкой рычага. К обоим плечам маятника приложены силы. Со стороны верхнего зажима приложена сила натяжения нити, со стороны стрелки маятника сила, создаваемая массой груза и штангой маятника 13. С ростом натяжения испытуемой нити увеличивается угол поворота маятника, изменение которого фиксируется по шкале 15 нагрузок. При разрыве пробы собачка 8 фиксирует положение маятника, регистрирующего значения разрывной нагрузки с помощью указателя 3. Натяжение нити осуществляется с помощью электродвигателя 1, редуктора 19 и винта 17. Вращение винта 17, по которому передвигается гайка 18, связано с нижним зажимом 2 и штангой 16. Нижний зажим с помощью тяги 17 связан с рейкой 11, которая через зубчатое колесо 6 приводит в движение шкалу удлинения 5. В момент разрыва нити маятник стремится опустится и через рейку 9 толкает собачку 8, которая нажимает на контакты 7, размыкая электрическую цепь; машина

останавливается, фиксируя удлинение. Включение и выключение машины осуществляется кнопками «Вверх», «Вниз», «Стоп». Сопротивление нити разрывающим усилиям определяется структурой и свойствами составляющих их волокон: молекулярной и надмолекулярной структурой высокополимеров, прочностью связей в молекулярных цепях и между ними, формой и длиной молекул, их распрямленностью и ориентацией относительно оси волокна, а также структурой самих нитей. Прочность и удлинение комплексных нитей зависят в основном от механических свойств составляющих их элементарных нитей. Однако, если элементарные нити неодинаково распрямлены и ориентированы, обладают различной прочностью и удлинением, на отдельных участках нитей возникают перенапряжения, происходит ступенчатый разрыв, что значительно снижает прочность нитей. В пряже волокна ограниченной длины удерживаются трением, поэтому прочность пряжи зависит не только от механических свойств и равномерности волокон, но и от характера их поверхности, формы и длины, ориентированности и распрямленности, закрепленности волокон в пряже круткой. При обрыве пряжи только часть волокон участвуют в разрыве, остальные же растаскиваются. Степень использования прочности волокон в кардной пряже около 40-50 %, в аппаратной 20-30 %. Этим в значительной степени объясняется большая прочность комплексных нитей, чем пряжи. Показатели разрывных характеристик пряжи и нитей (по данным Ф.Х. Садыковой) приведены ниже. Сырье Пряжа хлопчатобумажная льняная Пряжа шерстяная аппаратная шерстяная гребенная вискозная Комплексные нити шелк-сырец вискозные ацетатные капроновые Текстурированные нити

Относительная разрывная нагрузка, сН/текс

Разрывное удлинение, %

10-16 15-20

6,5 2

3-3,5 5-7 8-10

8 7 10

30-35 15-18 14-15 38-45

18 18 20 25

эластик (капроновый) мэрон (капроновый)

9-16 30-32

При статистической обработке определяются следующие показатели: Среднее арифметическое

170-290 80 результатов

испытания

n

Х =

∑Х i =1

i

(3)

n

Хi - отдельные результаты измерения; n - число испытаний; среднее квадратическое отклонение: n

∑ ( Хi − Х ) S=

2

i =1

n

(4)

Коэффициент вариации – это отношение среднего квадратического отклонения к средней величине, выраженное в %: С=

S ⋅ 100% . X

(5)

Методика выполнения работы Ознакомиться с принципом работы и устройством разрывной машины РМ-3-1. Провести испытание. Перед испытанием на машине устанавливают зажимное расстояние (ГОСТ 6611.2-73 предусматривает зажимное расстояние 500, 200, 250 мм) и скорость опускания нижнего зажима. Для пряжи растяжение длится 10±1 с. Скорость опускания нижнего зажима проверяют секундомером и линейкой.

Скорость опускания нижнего зажима разрывной машины, мм/мин, определяют по формуле Vн = 60Sн/t,

(6) Вид нити

где Sн – путь нижнего зажима, мм; t - время растяжения пробы до разрыва, с. Путь нижнего зажима Sн = Sв + l,

проиходит на расстоянии 5 мм от зажима. После разрыва нити результаты испытаний заносят в таблицу 1. Таблица 1

(7)

где Sв - путь верхнего зажима, т.е. расстояние, на которое опускается верхний зажим до разрыва нити, мм; l - удлинение нити, мм. Кроме того, необходимо проверить надежность сцепления собачек 8 с рейкой 9 и работу механизма подъема собачек. Нити, выдержанные в нормальных климатических условиях (ГОСТ 10681-75), надевают на веретено или специальное приспособление. Предварительно с каждой паковки отматывают и удаляют до 10 м нитей, а между испытаниями отматывают 1-3 м. Нельзя прикасаться руками к рабочему участку нити в процессе заправки. Сматываемые нити продевают последовательно через нитенаправители и заправляют в зажимы разрывной машины. Усилие предварительного натяжения выбирают по данным, приведенным ниже (ГОСТ 6611.2-73). Номинальная линейная плотность Усилие предварительного нити, текс натяжения, сН До 3 включительно 1 Свыше 3 по 5 включительно 2 Свыше 5 по 14 включительно 5 Свыше 14 по 30 включительно 10 Свыше 30 по 50 включительно 20 Свыше 80 по 120 включительно 50 Свыше 120 по 180 включительно 80 Свыше 180 по 300 включительно 100 Свыше 300 по 500 включительно 200 Допускается применение прокладок толщиной 1 мм в зажимах или специальных зажимов, способствующих ликвидации перекусывания нитей. Испытание считается проведенным правильно, если разрыв нити

Номер испытания

Р р, сН

lр, мм

εр, %

m масса пробы, г

Линей ная плотность нити, текс

Коэф. Вариации (по Рр), %

Удельное разрвное усилие, сН/текс

Вырезанную между зажимами пробу взвешивают на торсионных весах и результат взвешивания заносят в таблицу. Все остальные показатели определяют по вышеприведенным формулам. По формулам (3,4,5) проводят статистическую обработку результатов испытания. В отчете кратко описать принцип работы разрывной машины и дать ее схему. Дать определение основных терминов, результаты испытания и расчет характеристик. Вопросы для самоконтроля 1. Какие показатели полуцикловых разрывных характеристик нитей при растяжении Вы знаете? Какова их роль в оценке качества материалов? 2. Каково устройство разрывных маятниковых машин? 3. В чем заключается методика проведения испытаний нитей и швейных ниток?

Лабораторная работа 6 Анализ ткацких переплетений

Цель работы: Ознакомление с ткацкими переплетениями и методами их анализа. Приборы и материалы: Лупы текстильные, препарировальные иглы, образцы тканей. Задания. 1. Изучить классификацию ткацких переплетений и методы анализа переплетений. 2. Провести анализ переплетений различных видов тканей.

График ткацкого переплетения

Общие сведения Ткань - материал, образованный в результате взаимного переплетения систем продольных (основы) и поперечных (утка) нитей. Различной последовательностью чередование основных и уточных перекрытий создается огромное количество ткацких переплетений, являющихся одной из основных структурных характеристик тканей. Переплетение ткани определяет порядок взаимного расположения и связь нитей основы и утка. Место, где одна нить перекрывается другой, называется перекрытием. Различают основное перекрытие, когда на лицевой стороне ткани нить основы расположена поверх нити утка, и уточное, когда нить утка находится над нитью основы. Переплетения могут иметь различную величину сдвига (S), показывающего, на сколько нитей сместилось по вертикали перекрытие рассматриваемой нити относительно перекрытия предыдущей. Законченный рисунок переплетения ткани называется раппортом. Раппорт определяется числом нитей, образующих его. Различают раппорт на основе Rо и раппорт по утку Rу. Участок, на котором нить переходит с лицевой стороны на изнаночную и наоборот, называют полем связи. Участок, на котором нити утка и основы, соприкасаясь, перекрещиваются, называют полем контакта. Участки, на которых нити не соприкасаются - свободным полем. Образующиеся между нитями сквозные поры называют полями просвета. Поля связи, контакта и свободные поля могут быть основными и уточными. Рисунок переплетения представляют в виде графика (рис. 1). На графике каждый вертикальный столбик соответствует основной нити. А горизонтальный ряд - уточной нити. Нити основы и утка на графике условно принимаются равной толщины, промежутки между нитями отсутствуют. Основные перекрытия на графике заштриховывают, уточные оставляют не заштрихованными.

Rу Ro рис. 1 Переплетения подразделяются на 4 класса: 1. Простые (главные) переплетения 2. Мелкоузорчатые переплетения 3. Сложные переплетения 4. Крупноузорчатые (жаккардовые) переплетения. Простые переплетения тканей имеют следующие особенности: раппорт по основе всегда равен раппорту по утку; каждая нить основы переплетается с каждой нитью утка только один раз. К простым переплетениям относятся полотняное, саржевое и атласное (сатиновое) переплетения (рис. 2). Полотняное переплетение имеет самый маленький раппорт: Rо= Rу=2. Ткани полотняного переплетения двусторонние, с однообразной гладкой поверхностью на лицевой и изнаночной сторонах. Саржевое переплетение имеет раппорт R ≥ 3, S=1. Обозначается дробью: числитель ее показывает число основных перекрытий в пределах раппорта, а знаменатель - число уточных перекрытий.

Rу Rу

а

б

Rу Rу

в

Rу

г

Rу

д а - полотняное; г - саржа 3/1;

б - саржевое 1/2; д - сатиновое;

е в - саржа 2/1; е - атласное.

Рис. 2 Простые (главные) переплетения Саржи различают: уточные, на лицевой стороне которых преобладают уточные перекрытия, и основные, на лицевой стороне которых преобладают основные перекрытия. Ткани, выработанные саржевым переплетением имеют на поверхности характерные диагональные рубчики. Атласное (сатиновое) переплетение характеризуется раппортом R ≥ 5 и сдвигом S ≥ 2. Лицевая сторона атласного переплетения образована длинными основными перекрытиями, а сатинового - уточными. Ткани, образованные этими переплетениями, имеют гладкую поверхность. переплетения подразделяются на два Мелкоузорчатые подкласса: производные главных переплетений и комбинированные. Производные переплетения образуются видоизменением главных. К ним относятся производные полотняного переплетения, такие как рогожка, репс, саржевого - например, усиленная саржа, ломаная саржа, а также производные атласного (сатинового) - усиленный атлас,

усиленный сатин. Производные переплетения получаются усилением одиночных основных или уточных перекрытий (рис. 3). К комбинированным переплетениям относятся креповые, рельефные и др. Они образуются путем комбинации различных переплетений. Сложные переплетения включают двойные, многослойные, ворсовые. При их образовании участвует не менее трех систем нитей (рис. 4). В двойных переплетениях лицевая и изнаночная стороны, чаще всего образуются из нитей разного качества или цвета и могут иметь разные переплетения. Так как нити верхнего и нижнего переплетений располагаются один над другим, ткани двойного переплетения обладают значительной толщиной. Двойные переплетения могут быть двухлицевые и двухслойные. Двухлицевые (полутораслойные) образуются из одной основы и двух утков или двух основ и одного утка (рис. 4а). Двухслойные переплетения образуются двумя системами нитей основы и двумя - утка. Связь полотен осуществляется по всей площади ткани с помощью нижней основы (рис 4б), с помощью верхней основы (рис. 4в) или с помощью специальной прижимной основы (рис. 4г). Ворсовые переплетения могут быть уточноворсовые (рис 4е,ж) и основоворсовые (рис 5з,и). Поверхность тканей ворсовых переплетений покрыта подстриженным или махровым ворсом. В тканях ажурного переплетения нити основы лежат зигзагами, переходя из одного ряда в другой и составляя прозрачный рисунок, напоминающий мережку. Крупноузорчатые (жаккардовые) переплетения имеют большой раппорт (более 24). Такие переплетения вырабатывают на специальных жаккардовых машинах.

Rу

Rу

а

б

Rу

Rу

г

в

Rу Rу

е д Рис. 3. Производные переплетения а - репс основной; б - репс уточный; в - рогожка; г - ломаная саржа; д - усиленная саржа 2/2; е - усиленный сатин.

Методика выполнения работы Определение вида переплетения. Приступая к анализу переплетения, прежде всего определяют направление основы и утка, лицевую и изнаночную стороны ткани, после чего начинают зарисовку переплетения.

Нити основы всегда располагаются вдоль кромки. Если в образце нет кромки, ткань следует потянуть в обоих направлениях - обычно по утку ткань тянется сильнее. Если препарировальной иглой вынуть из анализируемого образца по несколько нитей обоих направлений, то нити утка будут изогнуты больше, чем нити основы (исключение составляют ткани репсового типа, имеющие тонкую основу и толстый уток). Нити основы обычно сильнее скручены, чем уточные; они более гладкие и жесткие, нити утка более рыхлые и мягкие. Чаще основные нити имеют направление крутки Z, уточные - S. Если в одном направлении ткани расположены крученые нити, а в другом одинарные, то кручеными будут нити основы. Для распознавания лицевой и изнаночной сторон, ткань следует положить так, чтобы одновременно можно было сравнить обе стороны. При этом основные и уточные нити в сравниваемых сторонах должны располагаться в одном направлении. У некоторых тканей различие лицевой и изнаночной сторон выявляются более резко, у других оно едва различимо. Рисунок переплетения выступает на лицевой поверхности рельефнее. Отделка лицевой стороны более тщательная, на ней меньше заметны кончики волокон. В ворсовых тканях разрезной ворс всегда располагается на лицевой стороне. В тканях с начесом ворс на лицевой стороне гуще, лучше закатан, короче пострижен, чем на изнаночной. В печатных тканях рисунок находится на лицевой стороне. Из точечной пробы вырезают элементарные образцы в виде квадрата со стороной 50 мм. Пробу укладывают на столе лицевой стороной вверх с продольным расположением основы. Переплетения рассматривают с помощью текстильной лупы. Перед началом зарисовки переплетения с левой и нижней сторон пробы делают бахрому размером 3-5 мм. Затем с помощью препарировальной иглы отодвигают нижнюю нить и рассматривают порядок ее переплетения с нитями основы. Зарисовку переплетения делают на клетчатой бумаге, начиная с левого нижнего угла схемы. Основные перекрытия заштриховывают. Зарисовку

При этом надо помнить, что в простых переплетениях число нитей раппорта по основе всегда равно числу нитей раппорта по утку, в мелкоузорчатых же и сложных переплетениях очень часто число нитей раппорта по основе и по утку различно. Рекомендуется работу проводить парами. Один студент рассматривает ткань в лупу и, наблюдая характер переплетения, диктует последовательность переплетения нитей (например, две основные нити сверху, одна снизу, три сверху, три снизу и т.д.); другой студент ведет запись на клетчатой бумаге, закрашивая клетки, соответствующие лежащим сверху основным нитям. Затем студенты меняются местами, вторично проводят зарисовку и сверяют полученные результаты. Результаты анализа ткацкого переплетения заносят в таблицу 1. Таблица 1 Результаты определения вида переплетения

Образец ткани 1

Признаки, определяющие Направления лицевую и основы и изнаночную утка стороны 2 3

Схема переплетения с указанием раппорта 4

Вид переплетения , класс, подкласс 5

Вопросы для самоподготовки

Рис. 4 Сложные переплетения а - двухлицевое; б, в, г - двухслойное; д - многослойное; е, ж - уточноворсовые до (е) и после (ж) разрезания; з - основоворсовое двухполотняное; и - основоворсовое, полученное прутковым способом. перекрытий продолжают до тех пор, пока рисунок полностью не повторится, т.е. не будет зарисовано 2 раппорта. Затем первую нить удаляют и приступают к анализу второй нити и так до тех пор, пока не повторится рисунок переплетения по основе. На выполненной схеме переплетения очерчивают раппорт по основе и утку, определяют вид, подкласс и класс переплетения. Анализ образцов следует начинать с простейших, т.е. с переплетений простого класса, затем переходить к мелкоузорчатым, и, наконец, сложным переплетениям.

1. Дайте определение понятиям «ткань», «переплетение», «перекрытие», «сдвиг», «раппорт», «поле связи», «поле контакта», «свободное поле», «поле просвета». 2. Классификация ткацких переплетений. Опишите основные виды переплетений, относящиеся к простым, мелкоузорчатым, сложным переплетениям с зарисовкой схемы переплетения. Какие переплетения относятся к крупноузорчатым? мелкоузорчатых и 3. Где граница между классами крупноузорчатых переплетений? 4. По какому признаку ткацкие переплетения относят к классу сложных? 5. Как производится отбор проб для лабораторных исследований тканей? 6. Опишите методику определения вида переплетения, плотности ткани?