Контрольная работа по "Материаловедение"

 

Вариант 4

1. Изменение линейных размеров  текстильных материалов в процессах  переработки и эксплуатации. Причина  и влияние на внешний вид  готовых изделий.

2. Влияние волокнистого состава, структуры и характера отделки  на жесткость, драпируемость и сминаемость тканей.

                  3. Рассчитать коэффициент драпируемости ткани, если при оценке драпируемости дисковым методом получена площадь проекции образца 95 см2, площадь образца материала - 150 см2

 

 

 

1. Изменение линейных  размеров текстильных материалов  в процессах переработки и  эксплуатации. Причина и влияние  на внешний вид готовых изделий.

 

Изменение линейных размеров материалов (усадка)

 

В процессе хранения, при влажно-тепловой обработке, при стирках и химических чистках и т. п. текстильных материалов происходит изменение их линейных размеров: длины, ширины и толщины.

 

Термин изменение линейных размеров принят как стандартный, однако на практике более привычными являются термины усадка-уменьшение размеров и притяжка — увеличение размеров. Наиболее часто наблюдается усадка материалов, реже — притяжка. Усадка и притяжка определяют размеростабильность как самих материалов, так и изделий из них.

В соответствии с ГОСТ 30157.0 — 95 изменение линейных размеров после мокрой обработки (или химической чистки) λ, %, определяют по формуле

λ = (L1 — Lo)100/Lo

ape L, — длина участка после мокрой обработки; L, — длина участка материала до мокрой обработки.

Ранее было принято определять усадку У, %, по формуле У = (Lo — L1 ,)100/Lo т.е. величина усадки была положительной, а притяжки — отрицательной.

 

Механизм изменения размеров материалов

Многочисленные исследования показали, что в основе изменения линейных размеров текстильных материалов лежат две причины: релаксационный процесс и набухание волокон, приводящее к увеличению поперечника нитей.

В процессе создания и особенно отделки и крашения текстильные материалы подвергаются значительным растягивающим нагрузкам, под действием которых в их структуре накапливаются эластические деформации, проявляющиеся в удлинении волокон и нитей и перестройке структуры материала. Эти деформации в условиях текстильного производства не успевают полностью исчезнуть и при мокрых обработках и последующих сушках в отделочном производстве частично фиксируются. При хранении материалов в сухом состоянии релаксационный процесс имеет замедленный характер, однако для трикотажных полотен его результат (усадка и притяжка) может быть весьма заметным. Поэтому предусматривается выдерживание полотен перед раскроем из них деталей изделий.

Под действием влаги и теплоты релаксационный процесс протекает быстрее. Влага, проникая в структуру волокон, ослабляет межмолекулярные связи, а теплота повышает кинетическую энергию молекул и атомов. Все это способствует снятию внутренних напряжений, возобновлению релаксационного процесса и установлению нового равновесного состояния. Уменьшению внутренних напряжений в структуре материала способствуют также механические воздействия при носке, стирке и химической чистке изделий. Механические воздействия заставляют волокна и нити преодолевать силы трения в местах их контакта. В результате релаксационного процесса происходят укорочение волокон и нитей и перестройка структуры материала.

При увлажнении текстильных материалов наблюдается набухание текстильных волокон — увеличение их объема и особенно поперечных размеров. В результате набухания волокон изменяется поперечное сечение пряжи или комплексной нити, обычно имеющее эллиптическую форму, степень его сплющивания уменьшается. Увеличение диаметра нити и изменение формы ее поперечника приводят к уменьшению ее длины, что связано со спиралеобразным расположением волокон в структуре нити. Чем выше крутка, тем сильнее напряжены волокна, больше угол наклона спирали и усадка нити по длине. Поэтому ткани из нитей креповой крутки при смачивании имеют значительную усадку. Увеличение поперечника текстильной нити, кроме того, приводит к структурной перестройке текстильного материала, изменению изгиба и расположения нитей в переплетениях. Несмотря на то что после высыхания поперечные размеры волокон значительно уменьшаются (хотя и не полностью), возникшие изменения в структуре текстильных нитей и материала сохраняются благодаря устойчивости нового состояния.

Изменения линейных размеров после мокрых обработок в значительной степени зависят от волокнистого состава материала. Наиболее склонны к усадке материалы из натуральных и гидратиеллюлозных волокон, так как они хорошо впитывают влагу и сильно набухают. Усадка большинства материалов из химических волокон в меньшей степени зависит от действия влаги, но она возможна при действии повышенной температуры (тепловая усадка), особенно если волокна при их изготовлении подвергались значительной вытяжке.

Помимо указанных выше причин усадка шерстяных материалов может возникать в процессе постепенного сваливания (сцепление, перепутывание и уплотнение) шерстяных волокон при носке и многократных стирках.

Кинетика усадки материалов имеет довольно сложный характер. Исследования процесса усадки шерстяных тканей при замачивании, проведенные О.В. Исаевой, показали, что можно выделить две фазы проявления усадки (рис. 1). При погружении в воду, особенно нагретую, ткань сразу начинает сокращаться в размерах;

 

 

 

 

Рис.1  Циклограмма изменения усадки ткани во времени при заманивании и сушке

 

однако дальнейшему повышению усадки препятствует увеличение объема волокон из-за их набухания, поэтому процесс перестройки структуры замедляется. В первые минуты сушки, пока ткань насыщена влагой, ее размеры остаются неизменными. При высыхании процесс перестройки структуры возобновляется. По мере сокращения влаги в ткани релаксационные процессы в структуре материала замедляются, и усадка прекращается. Таким образом, процесс усадки протекает как на этапе увлажнения, так и на этапе сушки материала, причем на последнем этапе доля усадки превышает 50 — 60% общей величины усадки. В условиях стирки на величину усадки ткани при сушке существенное влияние оказывает остаточное влагосодержание после отжима: чем выше влажность, тем больше усадка. При этом после высыхания ткани до влагосодержания 20% ее линейные размеры практически больше не меняются.

Усадка тканей.

 

Усадка тканей происходит как за счет проявления релаксационного процесса, так и из-за набухания волокон, приводящих к изменению геометрических параметров ткани на всех уровнях (табл.).

Приходя в равновесное состояние, нити ткани изменяют высоту и длину изгиба. Так как нити основы в ткани чаще всего напряжены и деформированы больше, чем нити утка, то они релаксируют сильнее и получают дополнительный изгиб, приводящий к изменению фазы строения. Высота волны нитей утка в этих условиях уменьшается, длина волны увеличивается. В результате усадка ткани по длине чаще всего больше, чем по ширине. При увеличении поперечника нитей в результате набухания волокон изменяется изгиб нитей и происходит сближение их центров, влекущих за собой усадку ткани (рис. 2). Помимо усадки ткани по длине и ширине происходит увеличение ее толщины.

 

                                                                                                                           Таблица

Изменение геометрических параметров ткани, волокон и нитей при 
замачивании или стирке (по данным В. П. Склянникова)

 

 

Таким образом, изменение линейных размеров ткани происходит из-за уменьшения длины нитей и перестройки структуры (изменения фазы строения и уменьшения расстояния между нитями), которые являются следствием как релаксационного процесса, так и набухания волокон.

 

 

 

Рис. 2. Схема усадки ткани по основе вследствие увеличения поперечного

сечения нитей утка

 

Для определения усадки нитей измеряют длину нитей, вынутых из ткани (на определенном участке) до усадки — l0 после усадки — l1, затем рассчитывают усадку нити λн, %, по формуле

λн = (l1 — l0)100/ l0 = (l1/ l0 — 1) 100.

Зная длину ткани на данном участке до усадки L0 и после усадки L1, определяют избыточную длину нити до усадки u0  и после усадки и1, %, следующим образом:

u0 = (l0 — L0)100/ L0 = (l0/ L0 — 1) . 100;

и1 = (l1— L1)100/ L1= (l1/ L1— 1) 100.

Разность между избыточными длинами Δи = u0— и1, характеризует дополнительный изгиб нитей в процессе усадки ткани.

Усадку ткани рассчитывают по формуле

λ = (L1— L0) 100/ L0 = (L1/ L0— 1) 100,

формула для определения усадки в зависимости от усадки нити и структуры ткани:

 

λ= Δи=λн(1+0,01 u0)/1+0,01 и1

Результаты исследований показывают, что наибольшую долю в изменении линейных размеров ткани составляет структурная усадка, меньшую — укорочение нитей. В связи с этим на усадку оказывает влияние вид переплетения: чем больше связей в структуре и изгибов нитей, тем выше усадка; наибольшую усадку имеют ткани полотняного переплетения. С увеличением длины перекрытий усадка уменьшается, так как увеличивается доля усадки нити (в пределе, стремясь к усадке свободной прямолинейной нити, примерно до 2 %). Так как усадка ткани связана в значительной степени с изменением изгиба нитей, то большое значение имеет фаза строения, которая зависит от соотношения линейного заполнения по основе и утку, т.е. от диаметров нитей и расстояний между ними. Усадка ткани обычно не проявляется полностью после первой влажно-тепловой обработки (глаженье, стирка, химическая чистка), в большей или меньшей степени она может проявляться при повторении этой обработки. Установлено, что при стирке проявляется 50 — 70% полной усадки, дальнейшая усадка происходит в период от первой до пятой стирки, после чего размеры ткани изменяются незначительно (рис. 3).

 

 

 

Рис. 3. Влияние числа стирок на 
усадку:

1 — ситца; 2 —  льняной ткани; 3 — ткани из вискозных нитей; 4 — ткани из

вискозной пряжи

 

Усадка и притяжка трикотажа

Для трикотажа характерна большая подвижность структуры— легкость деформирования петель, поэтому при замачивании и стирке изменение размеров полотна происходит в основном за счет изменений его петельной структуры. Изменения, происходящие во внутренней структуре нитей и волокон, связаны с их набуханием и играют второстепенную роль.

Усадка трикотажного полотна больше в том направлении, в котором оно было вытянуто при вязании и отделочных операциях. Равновесное состояние полотна обусловлено уравновешенностью сил трения нитей в местах их контакта и упругими силами нитей, стремящимися изменить положение петель в полотне. При смачивании и особенно при стирке, сопряженной с механическими воздействиями, изменяются связи между отдельными элементами петельной структуры, меняются точки контакта петель и форма петли. Набухание волокон способствует распрямлению и изменению размеров нитей. Происходит существенная перестройка структуры трикотажа, приводящая к изменению соотношения высоты петельного ряда и петельного шага и, следовательно, к усадке или притяжке полотна. При увеличении толщины нитей, уменьшении высоты и ширины петли ее размеры в направлении, перпендикулярном поверхности полотна, а следовательно, и толщина трикотажа увеличивается.

Подобно тканям трикотажные полотна резко изменяют свои размеры при первой мокрой обработке, а при повторных обработках эти изменения проявляются в меньшей степени (рис, 4). Исследование усадки хлопковискозных кулирных полотен в процессе 50 стирок показало, что основная усадка по длине и притяжка по ширине проявляются после 10— 15 стирок.

На изменение линейных размеров трикотажных полотен при мокрых обработках существенное влияние оказывает их структура. Основовязаные полотна обычно имеют усадку по длине и ширине, поперечновязаные (кулирные) полотна при усадке по длине чаще всего имеют притяжку по

ширине.Вид переплетения влияет на усадку и притяжку полотна в той степени, в которой он оказывает влияние на подвижность петельной структуры (см. рис. 4). С увеличением длины петли переплетения гладь, ластик, двуластик, трико, сукно изменение размеров полотна по длине возрастает, а по ширине уменьшается. По данным 3.А. Торкуновой, увеличение числа петель от 50 до 160 на 100 мм снижает усадку трикотажного полотна в 3 раза.

 

 

Рис. 4. Зависимость изменения длины и ширины трикотажного полотна от числа стирок (по данным Д.Ф.Симоненко):

1 — двуластичного; 2 — начесного; 3 — платированного; 4 — переплетения гладь

 

Усадка нетканых полотен

Изменения линейных размеров нетканых вязально-прошивных полотен, так же как тканей и трикотажа, связаны с релаксационным процессом и набуханием волокон. Усадка большинства нетканых полотен происходит при их замачивании и продолжается при высыхании. Особенно интенсивно материал усаживается при первых мокрых обработках, при последующих обработках процесс усадки носит затухающий характер.

При заключительной отделке холстопрошивных нетканых полотен волокнистый холст утоняется, петли прошивных нитей приобретают овальную форму. При смачивании и особенно при стирке толщина полотна увеличивается вследствие набухания волокон и релаксации петель прошивных нитей, восстанавливающих свою первоначальную пространственную форму. Расширяясь, петли сокращаются в длину и при этом стягивают нетканое полотно. По этому холстопрошивные полотна с частой прошивкой, как правило, усаживаются по длине сильнее. Увеличение размеров холстопрошивного полотна по ширине связано с увеличением петельного шага прошивки и с выскальзыванием набухших волокон из расширившихся петель.

Усадка нитепрошивных нетканых полотен происходит вследствие изменения конфигурации петель скрепляющих нитей и частично из-за усадки каркасных нитей. Усадка тканепрошивных нетканых полотен определяется в основном усадкой каркасного полотна. Усадки клееных нетканых полотен в процессе релаксации практически нет.