Katedra textilních materiálů ENÍ TEXTILIÍ PŘEDNÁŠKA 7 MECHANICKÉ VLASTNOSTI

Transkript

1 PŘEDNÁŠKA 7

2 Definice: Mechanické vlastnosti materiálů - odezva na mechanické působení od vnějších sil: 1. na tah 2. na tlak 3. na ohyb 4. na krut 5. střih F F F MK F x F F F MK

3 Druhy namáhání se v praxi většinou vyskytují v kombinaci. Laboratorně se tato namáhání zkoumají odděleně od sebe, přičemž normovány jsou pouze zkoušky pevnosti v tahu. Během mechanického namáhání dochází v textilii ke změně tvaru - deformaci, která je závislá na: velikosti zatížení rychlosti namáhání době trvání Mechanické vlastnosti se uplatní při zpracování vláken a textilií a proto jsou zařazovány mezi zpracovatelské vlastnosti.

4 Ultimativní charakteristiky pevnost (síla do přetrhu) P [N] popř. F [N] napětí do přetrhu σ [Pa] protažení do přetrhu l [mm] tažnost (deformace do přetrhu) ε [%] relativní pevnost F r, popř. f [N/ tex], resp. [cn / dtex] tržná délka L T [km], resp. [m] Poznámka: v přednáškách Prof. Militký zavádí pro relativní pevnost značení F r, V učebních textech je relativní pevnost značena f

5 Namáhání v tahu Při namáhání v tahu - odezva materiálu: pevnost v tahu. Zkoušky jsou prováděny na dynamometru přístroj pro definované namáhání vzorků a registraci síly a deformace (natažení) Přístroji se také říká trhací stroj nebo zjednodušeně trhačka.

6 Opakování veličin přednáška 2: Napětí absolutní síla F [N] přepočítaná buď na plochu průřezu vzorku S [m 2 ] nebo na jemnost vzorku T [tex]. Napětí do přetrhu vzorku - pevnost v tahu. Přepočet na plochu - u homogenních materiálů (kovy): σ = F[ N] [ Pa] S[ m 2 ]

7 Opakování veličin přednáška 2: Napětí Přepočet na [tex] - u nehomogenních materiálů (vlákna, příze): F r F N] = [ N tex T[ tex] [ 1 ] pro vlákna se používají odvozené jednotky: [cn.dtex -1 ], [cn.tex -1 ], [mn.dtex -1 ],

8 Opakování veličin přednáška 2: Převod mezi srojařským Napětím [Pa] a relativní pevností F r [N.tex -1 ]: F [ N] F [ N] σ = = = F f * [ Pa] 2 r ρ = ρ S [ m ] T [ tex] 3 ρ [ kg. m ] Po přepočtu vychází Kevlar pevnější, než ocel.

9 Opakování veličin přednáška 2: Deformace Absolutní deformace l = l l 0 [ mm] Katedra textilních materiálů l je konečná délka po natažení [ mm ] l 0 je upínací délka [mm] Relativní deformace l 0 ε = l[ mm] l [ mm] = l l 0 l0 0 [1] ε = l l 0 2 *10 [%] Relativní deformace do přetrhu - tažnost [ % ].

10 Zkoušení pevnosti vláken v tahu Katedra textilních materiálů Zkoušení mechanických vlastností - zjištění meze pevnosti. Textilie je zatěžována až do destrukce -přetrhu vzorku. Výsledkem jsou ultimativní charakteristiky vztahující se k mezi pevnosti.

11 Charakteristické části křivky : 0 : počátek 0 - P : oblast pružných (elastických ) deformací. Deformace se po uvolnění napětí vrátí. P: mez pružnosti. Nad tímto bodem se začínají projevovat plastické (nevratné) deformace S: počátek kluzu A: bod destrukce C: Maximální síla F max B: deformace při přetrhu O A: tuhost vákna Katedra textilních materiálů l 0

12 Předpětí Katedra textilních materiálů Tahová (pracovní) křivka textilií: síla v počátku nevzrůstá lineárně s deformací. Projevuje se zakřivení způsobené tím, že se uvnitř vláken vyrovnávají vnitřní síly (natáhne se zvlnění vláken, proklouznou po sobě řetězce ve struktuře vláken )

13 Předpětí Pro přesné stanovení deformace vlákna, a pro přesné odečítání počátečního tangentového modulu, vkládáme před měřením pevnosti na vlákno předběžnou sílu - předpětí. Předpětí je stanoveno normou.

14 Simulační zkoušky Katedra textilních materiálů Zkoušení mechanických vlastností - napodobení namáhání při různých podmínkách. Normální ovzduší pro zkoušení 20 C ± 2 C, φ= 65 % ± 2 % Pro namáhání ve vysušeném stavu: Pevnost za sucha: Pro namáhání v mokrém stavu: Pevnost za mokra: f S = f m = F F S Fm F 2 *10 2 *10 [%] [%] F s - absolutní pevnost stanovená ve vysušeném stavu textilie [ N ] F m - absolutní pevnost stanovená v mokrém stavu (po smočení) textilie [ N ] F - absolutní pevnost stanovená za klimatických normovaných podmínek [ N ]

15 Simulační zkoušky Katedra textilních materiálů Pro namáhání v kombinovaném stavu: Pevnost ve smyčce : f Fsm 2* F Pevnost v uzlu: f sm = U = F F U 2 *10 *10 [%] F sm - abs. pevnost nitě ve smyčce [ N ] F u - abs. pevnost nitě v uzlu [ N ] 2 [%] Hodnoty relativních pevností ve smyčce a v uzlu jsou vždy menší než 100 %.

16 Deformace elastická a plastická Deformace elastická vratná Elastické deformace lze očekávat pouze v oblasti malých sil a deformací, kde průběh F= f ( l ) je lineární.

17 Deformace elastická Katedra textilních materiálů Bod P mez pružnosti Od počátku do bodu P elastické deformace Tečna v počátku ke křivce počáteční tangentový modul (modul pružnosti) modul pružnosti - první derivace funkce tahové (pracovní) křivky, (tečna ke křivce v počátku). Většinou ji konstruujeme graficky, změříme úhel α a vypočítáme tg α. U textilií je místo pojmu Youngův modul pružnosti používán pojem počáteční tangentový modul E P. Bod P, kde tečna v počátku opouští tahovou křivku je definován jako mez pružnosti. Jednotky modulu pružnosti jsou stejné jako na ose y!

18 Deformace elastická Modul pružnosti E P = ε σ p p = F p * l S * l [ Pa] Modul počáteční tangentový E p f p = [ N tex ε p 1 První derivace ke křivce v počátku E Tangentový df (0) = [ N tex dε ] 1 ]

19 Tuhost vlákna Modul sekantový H F A) = [ N tex ε ( A) ( 1 ] Spojnice počátku a konce křivky

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

21 Deformační práce Katedra textilních materiálů Deformační práce plocha pod křivkou A l = 0 F * dl [ J ] Měrná deformační práce A a = = m A T [J.tex -1 ]

22 Mechanické vlastnosti vláken Vliv podmínek namáhání na průběh a výsledky zkoušení mechanických vlastností vláken - Klimatické podmínky (norma: T=20 C, φ = 65 % ) - Upínací délka l 0 - Rychlost zatěžování

23 Mechanické vlastnosti vláken Klimatické podmínky - Rozdílná pevnost za sucha a za mokra (po smočení) Bavlna, len, konopí vzrůst pevnosti za mokra až na 120 %pevnosti za sucha Viskóza pokles pevnosti z mokra na 50 % pevnosti za sucha Syntetická vlákna minimální vliv (pokles o 10 %)

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

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

26 Mechanické vlastnosti vláken Rychlost zatěžování - Při zpracování a užívání vláken, nití a textilií dochází k dynamickému namáhání (velmi rychlé) při malé deformaci přenáší textilie větší síly:» Zpracování vláken mezi pracovními orgány mykacího stroje, posukovacího stroje, dopřádacího stroje» Zatkávání útku do osnovy (prošlup)» Namáhání šicí nitě při šití frekvence až 100 Hz NORMOVÁNA RYCHLOST ZATĚŽOVÁNÍ 100 mm/min NEBO ČAS TRVÁNÍ ZKOUŠKY CCA 20 s neodpovídá skutečnosti, ale jsou k dispozici přístroje pro měření

27 Mechanické vlastnosti vláken PŘÍSTROJE PRO Í PEVNOSTI A TAŽNOSTI přístroje pracující s konstantním přírůstkem síly (přístroje typu Schopper) df = dt konst. přístroje pracující s konstantním přírůstkem deformace dnešní moderní přístroje s výměnnými měřicími členy (celly) d ε = dt konst.

28 Mechanické vlastnosti vláken - Zkoušení jednotlivých vláken zdlouhavé trhačka Zkoušení svazku vláken - rychlá metoda zařazena do linek HVI Pressley Tester

29 Mechanické vlastnosti vláken Pevnost vláken ve svazku Pressley Tester

30 Mechanické vlastnosti vláken Pevnost vláken ve svazku Pressley Tester

31 Mechanické vlastnosti vláken Pevnost vláken ve svazku Pressley Tester čelisti Odříznutí svazku: Nulová upínací délka l 0 = 0 délka svazku = šířka složených čelistí = 11,65 mm Popř. s vložkou 1/8 l 0 = 3,2 mm délka svazku = 14,85 mm

32 Mechanické vlastnosti vláken Pevnost vláken ve svazku Pressley Tester postup -Pročesání svazku -Vložení do čelistí -Uzavření a utažení čelistí -Odříznutí svazku -Vložení čelistí do přístroje -Odtržení -Otevření čelistí PI = síla[ lb] -Zvážení svazku -Stanovení Pressley Index hmotnost svazku[ mg]

33 Mechanické vlastnosti vláken Pevnost vláken ve svazku přepočet na poměrnou pevnost: Pro upínací délku l 0 = 0 1 f [ cn. tex ] = PI Pro upínací délku l 0 = 3,2 [ lb mg ]*5,36 1 f [ cn. tex ] = PI [ lb mg ]*6,80 1 lb = 0,453 kg

34 Mechanické vlastnosti vláken Komplexní stanovení jakosti suroviny Linky HVI (High Volumen Instruments) :» Délka vláken - přístroj Fibrograf» Jemnost vláken - přístroj Micronaire» Pevnost vláken - přístroj Pressley Tester» Čistota suroviny - přístroj Trash Tester» Barva suroviny - CCD kamera Linky sestavovány nejprve pro bavlnu nutnost rychlého stanovení kvality Nyní rovněž pro vlnu Chemická vlákna garantuje výrobce

35 Mechanické vlastnosti bude-li každý z nás z křemene, je celý národ z kvádrů! Jan Neruda