Návody na cvičení ze ZVT (ZPRACOVATELSKÉ VLASTNOSTI TEXTILNÍCH VLÁKEN)

Transkript

1 Návody na cvičení ze ZVT (ZPRACOVATELSKÉ VLASTNOSTI TEXTILNÍCH VLÁKEN) Miroslava Maršálková 003

2 Náplň cvičení z předmětu ZPRACOVATELSKÉ VLASTOSTI TEXTILNÍCH VLÁKEN NÁPLŇ CVIČENÍ:. týden Úvod, bezpečnostní předpisy, pomůcky,zadání domácí práce. týden Úloha, zadání semestrální práce 3. týden Úloha 4. týden Úloha 5. týden Úloha 6. týden Úloha 7. týden Úloha 8. týden Úloha 9. týden Úloha 0. týden Úloha. týden Úloha. týden Úloha 3. týden Úloha 4. týden Náhrady cvičení, zápočet SEZNAM ÚLOH:. Vlhkost vlákenné suroviny. Soudržnost vlákenných poloproduktů 3. Zjišťování měrné hmotnosti materiálů 4. Zjišťování délky vláken nepřímou metodou 5. Jemnost vláken metodou měření průměrů na obrazové analýze, micronaire (WIRA) 6. Pevnost a tažnost jednotlivých vláken 7. Svazková pevnost a jemnost bavlněných vláken 8. Tření vláken 9. Migrace vláken v průřezu příze 0. Vliv zákrutu na pevnost příze. Zkoumání povrchové struktury a poškození vláken, přízí a plošných textilií pomocí REM Použité normy:. ČSN ČSN ČSN ČSN , ČSN 80 04, EN ISO ČSN , EN ISO 06, EN ISO ČSN

3 Úloha VLHKOST VLÁKENNÉ SUROVINY Zadání : U předloženého vlákenného materiálu určete: standardní suchou hmotnost vzorku vlhkost vzorku Pomůcky : kondicionovační přístroj Princip : Zkouška se provádí v souladu s ČSN Vlhkost vlákenného materiálu se zjišťuje vysoušením: Zkoušený vzorek se zváží, přesnost vážení se uvádí v 0, % hmotnosti materiálu. Vzorek se vysouší při stanovené teplotě až do ustálení hmotnosti vzorku.vzorek je považován za vysušený, když rozdíl mezi dvěma váženími v dvacetiminutových intervalech není větší než 0, % původní hmotnosti. Vysoušecí teploty : pro všechny textilie 07 ± C pro přírodní hedvábí 40 C pro syntetická vlákna C Zpracování naměřených výsledků : standardní suchá hmotnost vzorku [ g ] m dtr = mtr + K K= c ( x 9,5 ) pro ba: c =,9 0 4 vl: c = 5,3 0 4 VS: c = 4,8 0 4 ϕ ps x = 6 0 ϕ p ϕ ϕ = 00 S vlhkost vzorku [ % ] u f = m f m m dtr dtr 00 Uf skutečná vlhkost vzorku [ % ] m f původní čistá hmotnost vzorku [ g ] m tr čistá hmotnost vysušeného vzorku [ g ] K korekční faktor p S tlak nasycené páry při teplotě t [ kpa ] ϕ relativní vlhkost vzduchu přiváděného pro sušení [ % ] x obsah vlhkosti vzduchu pro sušení [ % ] 3

4 Úloha SOUDRŽNOST VLÁKENNÝCH POLOPRODUKTŮ Zadání : U předloženého vlákenného poloproduktu určete jeho maximální průměrnou pevnost a koeficient zpracovatelnosti. Pomůcky : Tiratest 300, elektronické váhy Sartorius Princip : Zkouška se provádí na testovacím přístroji Tiratest300. Upínací délka vlákenného poloproduktu musí být větší než maximální délka vláken. Při napínání dochází až do maximální pevnosti F H k narovnávání vláken. Vytváří se tak na grafu oblast soudržnosti, kterou je popsána plochou A S. Po dosažení F H dochází ke skluzu vláken, který se vyjadřuje pomocí plochy grafu A K. F[N] F H A S A K l [mm] A S práce soudržná A K práce klouzavá F H maximální pevnost vlákenného poloproduktu K koeficient A C práce celková AS K = [] A C = AS + A A K [ J ] Ideální koeficient zpracovatelnosti je roven, většinou je ale menší než. Plochu A S a A K zjistíme planimetrováním nebo vážením. f F T H S = [ N tex ] f S poměrná pevnost vlákenného poloproduktu T délková hmotnost vlákenného poloproduktu K 4

5 Zpracování naměřených výsledků : l 0 = 300 mm F 0 = 0,5 N Předložený materiál musí být bez zákrutů x s v[%] F H [N] T [ktex] f S [N/ktex] A S [g] A K [g] K 5

6 Úloha 3 ZJIŠŤOVÁNÍ MĚRNÉ HMOTNOSTI MATERIÁLŮ Zadání : Podle zjištěné měrné hmotnosti předloženého vlákenného materiálu určete o jaký materiál se jedná. Pomůcky : pyknometr, elektronické váhy Sartorius Princip : Měrná hmotnost vlákenných materiálů se určuje zpravidla pyknometrickou metodou. Metoda spočívá ve vážení pyknometru s plnící kapalinou a pyknometru s plnící kapalinou a vlákenným materiálem. Plnící ( imerzní ) kapalina musí splňovat následující podmínky: chemická neutrálnost nesmí zbotnávat vlákno pomalá penetrace do mikropórù vláken Zpracování naměřených výsledků : Na základě naměřených hodnot se měrná hmotnost ρ stanoví výpočtem podle vztahu: mv ρ k ρ = [kg.m 3 ] m + P P v k kv m v...hmotnost vláknitého materiálu [ g ] ρ k...měrná hmotnost plnící kapaliny [ kg.m 3 ] P k...hmotnost pyknometru naplněného kapalinou [ g ] P kv...hmotnost pyknometru naplněného kapalinou a vlákenným materiálem [ g ] číslo vzorek vzorek vzorek 3 měření P k m v P kv P k m v P kv P k m v P kv : 5 x s v[%] 6

7 Název vlákna bavlna len konopí juta ramie vlna přírodní hedvábí viskóza acetát polyamid 6 polyamid 6.6 polyuretan polyester polyethylen polypropylen polyakrilonitril polyvinylchlorid polyvinylalkohol skleněná vlákna čedičová vlákna Zkratka CO LI HA JU RA WO SE CV CA PA PA PU PL PE PP PAN GF ρ [kg.m 3 ],55.0 3,49.0 3,48.0 3,45.0 3,50.0 3,30.0 3,37.0 3,5.0 3,3.0 3,5.0 3,5.0 3,.0 3, , ,9.0 3,0.0 3,40.0 3,30.0 3,49.0 3, Bod měknutí [ C] žloutne při 0 křehne při 00 nižší než u vlny ztráta pev. při Bod tání [ C] t rozkladu [ C] f [mn.tex ] ε [%] 6 0 0,6,5 3, ,5 4,7 7

8 Úloha 4 ZJIŠŤOVÁNÍ DÉLKY VLÁKEN NEPŘÍMOU METODOU Zadání : U předloženého vzorku pramene bavlněných vláken stanovte jejich délku nepřímou metodou. Popište přímé metody měření délky vláken. Pomůcky : fibrogram FM /A (Autostampler) Princip : U této metody měření délky vláken se neproměřují jednotlivá vlákna, ale celý svazek paralelně uspořádaných vláken. Vlivem změny intenzity procházejícího světla, která je vyhodnocována číslicovým analyzátorem, je určena délka vláken. Vzorek prochází 4 pásmy:. pásmo hřebenem se přes perforovanou stěnu nabírají vlákna do druhého hřebenu. pásmo slouží k pročesání pramene a k odstranění přebytečných vláken 3. pásmo dva kartáče v protisměru se otáčející uvolňují volná vlákna 4. pásmo vakuová komora dvě spojené čočky sací zařízení Výsledkem jednoho měření jsou dvě hodnoty délek L a L. L je délka 50% vláken, L je délka,5% vláken. FIBROGRAF: 00% Relativní počet vláken 50%,5% L Délka vláken L 8

9 Zpracování naměřených výsledků : x s v[%] L [ mm ] L [ mm ] 9

10 Úloha 5 JEMNOST VLÁKEN METODOU MĚŘENÍ PRŮMĚRŮ NA OBRAZOVÉ ANALÝZE, MICRONAIRE (WIRA) Zadání : V průběhu cvičení : se seznamte s programem LUCIA G proměřte průměry vláken předloženého materiálu a proveďte vyhodnocení naměřených výsledků, k protokolu přiložte obrazovou dokumentaci stanovte průměr vláken v proudu vzduchu z obou metod určete jemnost vláken v [tex] pomocí zpřesněného Taylorova vzorce Pomůcky : obrazový analyzátor LUCIA G, Wira Wool Fineness Meter FM 06 Princip : Vlastní analýza obrazu probíhá podle schématu : snímání obrazu transformace obrazu segmentace obrazu vlastní měření Snímáním a převedením obrazu do digitální formy nastává analýza obrazu v užším slova smyslu. Jsou pro ni typické úpravy neboli transformace obrazu, dále identifikace objektů či textur neboli segmentace a nakonec kvantifikace do omezeného množství dat a měření. Smyslem takového zacházení s obrazem je získání reprodukovatelných a reprezentativních dat, které jsou pro studované struktury typické a mají význam pro daný obor. měření průměrů vláken pomocí obrazové analýzy připravit preparát ze zkoumaných vláken (příčný řez svazkem vláken) okalibrovat systém obrazové analýzy při zvětšení, které se bude používat pro měření upravit kontrast obrazu provést vlastní měření (minimálně 0) získaná data exportovat do tabulkového programu Excel a vyhodnotit měření průměru vláken v proudu vzduchu: Měření se provádí v souladu s ČSN vzorek vláken stanovené hmotnosti se stlačí na konstantní objem ve válcovité komoře s perforovaným čelem, ke kterému je připojen průtokoměr a tlakoměr vlákna jsou uložena tak, aby ležela převážně v pravém úhlu k delší ose komory regulovaný proud vzduchu pak prochází stlačenými vlákny a na stupnici tlakoměru se odečítá změna tlakové výšky, ze které se vypočítá průměrná tloušťka vláken Vzorek má hmotnost,5 ± 0,000g. Při měření udržujeme konstantní průtok vzduchu na hodnotě 680 l/ h. Po ustálení průtoku vzduchu se odečte na stupnici pokles vodního sloupce p [mm]. 0

11 Zpracování naměřených výsledků : měření průměru vláken v proudu vzduchu: itý vzorek p i d i [µm] : 0 x s v[%] d i = 4000 p i kde: d i itý průměr vlákna [µm] p i pokles vodního sloupce itého vzorku [mm] měření průměrů vláken pomocí obrazové analýzy itý vzorek d i [µm] T i [tex] : 0 x s v[%]

12 Úloha 6 PEVNOST A TAŽNOST JEDNOTLIVÝCH VLÁKEN Zadání : U předloženého vzorku stanovte : průměrnou pevnost F [N], s F, s F, v F průměrné poměrné prodloužení ε [%], s ε, s ε, v ε vypočítejte intervaly spolehlivosti Pomůcky : vlákenná trhačka Princip : Jednotlivá vlákna předloženého materiálu se zalepí do pomocného rámečku. Vlákna se upnou do vlákenné trhačky a provede se na nich konvenční tahová zkouška. Měření se provádí podle ČSN , pro účely laboratorních cvičení je modifikováno. Vlastní měření a zpracování naměřených hodnot : Rozměry pomocného rámečku: vnitřní 0 x 0 mm Upínací délka l 0 = 0 mm Počet měření n = 5 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot: i F i [N] l i [mm] ε[%] : 0 x s v[%] Pevnost F Absolutní prodloužení l n F = F i [N] l = l i [mm] n i= n i= n Poměrné prodloužení ε ε = l * 00 [%] l 0

13 Úloha 7 SVAZKOVÁ PEVNOST A JEMNOST BAVLNĚNÝCH VLÁKEN Zadání : U předloženého vzorku bavlny stanovte svazkovou pevnost vláken a jemnost vláken. Pomůcky : Micronaire, Pressley, torzní váhy Princip : Pressley : Plochý svazek paralelně uspořádaných bavlněných vláken se upne do čelistí přístroje a konce vláken přesahující vnější strany čelistí se odříznou. Pak se svazek vláken působením tahové síly napíná až do přetržení. Hodnota pevnosti se přečte na stupnici přístroje, zjistí se hmotnost vláken ve svazku a vypočítá se poměrná pevnost N/tex. Micronaire : Vzorkem (5g) bavlněných vláken prochází vzduch. Propustnost je udávána na stupnici přístroje jako množství procházejícího vzduchu vzorkem. Mikronérní hodnota v závislosti na rozměrové vlastnosti bavlněného vlákna charakterizuje především jemnost bavlněných vláken. Zpracování výsledků měření : Svazková pevnost bavlněného vlákna: Cejchovací bavlna Měření pevnost hmotnost v librách [mg] x PI pevnost v librách Zkoušená bavlna hmotnost [mg] PI Jemnost bavlněného vlákna: Měření Jemnost [Mi] 5 x PI 0 pevnost v librách = hmotnost mg [ ] převodní konstanta Mi (~0 6 g.5,4mm ) na dtex je,54 Hodnocení: Svazková pevnost Jemnost PI Stupeň pevnosti Mi Stupeň jemnosti nad 8,80 velmi pevná pod 3,00 velmi jemná 8,00 8,79 pevná 3,0 3,99 jemná 7,00 7,99 středně pevná 4,00 4,99 průměrná 6,0 6,99 málo pevná 5,00 5,99 středně hrubá pod 6,09 nepevná nad 6,00 hrubá 3

14 Výpočty : pro každý svazek se vypočítá poměrná pevnost r p [N.tex ]: FL. b rp = 3 m.0 F zjištěná pevnost svazku [N] m hmotnost přetrženého svazku vláken [mg] L b svazková délka [mm] (při nulové upínací délce L b =,8 mm, při upínací délce 3mm L b =5 mm) upravená poměrná pevnost r pu [N.tex ] se vypočítá na základě výsledků zkoušek s cejchovací bavlnou: FS rpu = rp. K f ; K f = F F S standardní hodnota pevnosti cejchovací bavlny [N] F Z zjištěná hodnota pevnosti cejchovací bavlny [N] K f korekční faktor Z

15 Úloha 8 TŘENÍ VLÁKEN Zadání : Určete statický a dynamický koeficient tření u předloženého vlákenného materiálu. Pomůcky : zařízení pro měření tření vláken Princip : Tření je jednou z příčin soudržnosti vláken v lineárních textiliích. Negativně ovlivňuje např. vznik elektrostatického náboje, narušení vláken oděrem. Tření souvisí s povrchem vláken a rychlostí jejich pohybu. N F t F t = µ N N normálová síla F t třecí síla µ koeficient tření Na nakloněné rovině se měří úhel α náklonu roviny, při kterém se zatížená vlákna začnou pohybovat a čas, který je třeba, aby vlákna překonala délku nakloněné roviny s. α s Zpracování naměřených výsledků : Číslo měření α [º] t [s] : 0 x s v[%] Statický koeficient tření vypočteme z úhlu naklonění roviny: f = tgα Dynamický koeficient tření vypočteme z odečteného času a úhlu podle vztahu: a fd = tgα g cosα S k + k 4kk a = k 3 3

16 k k = t + ; k = 4s 4 = t ; ( 4s 8s ) 3 t měřený čas průběhu úseku mezi snímači [s] s dráha od výchozí polohy třecího elementu k prvnímu snímači [0,0m] s dráha mezi dvojicemi snímačů, po kterou snímáme čas [0,3m] 4

17 Úloha 9 MIGRACE VLÁKEN V PRŮŘEZU PŘÍZE Zadání : U daného vzorku stanovte koeficient migrace komponent. Z předloženého preparátu získejte pomocí obrazového analyzátoru LUCIA M obrazovou dokumentaci, kterou použijete pro výpočet koeficientu migrace. Pomůcky : světelný mikroskop, obrazový analyzátor LUCIA M Princip : Rozložení vláken (migrace) v příčném řezu příze je ukazatelem kvality mísení při výrobě směsových přízí. Stanovímeli rozložení vláken z patřičného množství řezů, můžeme stanovit úroveň promísení při konkrétním přádním plánu. Je zřejmé, že budeli promísení nedokonalé a vlákna budou migrovat do shluků, může se to projevit např. pruhovitostí barvené plošné textilie. Obecnou metodou stanovení migrace vláken z příčného řezu příze je rozložení řezu na radiální zóny a stanovení počtu vláken jednotlivých komponent v těchto zónách. Metoda dle Hamiltona Průřez příze se rozdělí na pět radiálních zón s konstantním přírůstkem poloměru (obr. 4). V každém mezikruží se sečte počet vláken podle komponent. Metoda používá statistických metod přepočítávající počet vláken na momenty rozdělení počtu vláken podle čísla zóny. I II III IV V Obr. Radiální zóny Souhrnný moment rozložení, který je roven součtu pěti částečných momentů, se nazývá moment skutečného rozložení M skut. Kromě toho jsou definovány tři hypotetické případy rozložení : ideální rovnoměrné rozložení M st výskyt sledované komponenty pouze ve vnitřních zónách M vnitř výskyt sledované komponenty pouze ve vnějších zónách M vnej Při skutečném umístění vláken ve vnějších zónách, kdy M skut > M st, je koeficient migrace: M M M skut st = 0 [%] M M vnej ve vnitřních zónách řezu M skut < M st : M M M skut st = 0 [%] Mst Mvnitø Koeficient migrace udává, jak dalece v % jsou směsované komponenty umístěny radiálně v průřezu nitě. Při výpočtu se vylučuje třetí střední zóna : M skut = M Z + M Z + M Z3 + M Z4 + M Z5 = = ( * a ) + ( * a ) + 0 * a 3 + ( * a 4 ) + ( * a 5 ) = = * (a 5 a ) + a 4 a kde : a a 5...počet vláken komponenty A v zónách 5,, 0, +, +... ukazatel umístění v zónách M Z M Z5... momenty rozložení pro zóny 5 N A M st = [ ( n5 n) + ( n4 n) ] N st 5

18 Vlastní měření a zpracování naměřených hodnot : Pomocí obrazové analýzy vytvořit obraz řezu příze a provést výpočet. Pro zjednodušení výpočtu je vhodné použít následující tabulky. Koeficient migrace stanovte pouze pro jednu komponentu, pro druhou vyjde koeficient migrace číselně shodný pouze s opačným znaménkem. Parametr Počet vláken Celkové množství vláken Číslo zóny Umístění zóny Komponenta A: a a a 3 a 4 a 5 N A Komponenta B: b b b 3 b 4 b 5 N B Počet vláken v zónách n n n 3 n 4 n 5 N M skut > M st Parametr Výpočet momentu M vnej Celk. množ. Moment M vněj pro A vláken Číslo zóny Umístění zóny Počet vláken v zóně n n n 3 n 4 n 5 N N A N A N A Možné rozložení X n 5 N A n 5 +X vláken v zónách X n 4 n 5 N A n 5 +n 4 průřezu X n 3 n 4 n 5 N A n 5 +n 4 X X 3 n n 3 n 4 n 5 N A n 5 +n 4 n X 3 X = N A n 5 X = N A (n 5 + n 4 ) X = N A (n 5 + n 4 + n 3 ) X 3 = N A (n 5 + n 4 + n 3 + n ) Mskut Mst M = 0 M M [%] vněj M skut < M st Parametr Výpočet momentu M vnitř. Celk. množ. Moment M vnitř. pro B vláken Číslo zóny Umístění zóny Počet vláken v zóně n n n 3 n 4 n 5 N N B N B N B Možné rozložení n Y N B n Y vláken v zónách n n Y N B n n průřezu n n n 3 Y N B n n +Y n n n 3 n 4 Y 3 N B n n +n 4 + Y 3 Y = N B n Y = N B (n + n ) Y = N B (n + n + n 3 ) Y 3 = N B (n + n + n 3 + n 4 ) Mskut Mst M = 0 M M [%] st st vnitř 6

19 Úloha 0 VLIV ZÁKRUTU NA PEVNOST PŘÍZE Zadání : U předloženého vzorku příze stanovte:. počet zákrutů použitím nepřímé metody. průměrnou změnu pevnosti v závislosti na zvyšování a snižování počtu zákrutů o 0, 0, 30% z průměrného počtu zákrutů 3. u naměřených výsledků proveďte statistické vyhodnocení, z průměrných hodnot pevností sestrojte graf závislosti pevnosti na počtu zákrutů příze 4. do protokolu uveďte všechny metody pro zjišťování počtu zákrutů Pomůcky : zákrutoměr, dynamometr Princip : Metody zjištění počtu zákrutů si studenti sami předem nastudují a jejich principy budou uvedeny v protokolu! Pro zkoušení pevnosti nitě si nejprve z jemnosti vypočteme potřebné předpětí. Provedeme měření pevnosti (pro upínací délku 50 mm) na dynamometru, pro daný počet zákrutů provedeme vždy 0 měření. Zpracování naměřených výsledků : Z F i [ N ] [/m] F [ N ] s F [ N ] v F [ % ] 3 počet zákrutů snížený o 0 % z původního počtu zákrutů 4 průměrný počet původních zákrutů příze 5 počet zákrutů zvýšený o 0 % z původního počtu zákrutů 7

20 Úloha ZKOUMÁNÍ POVRCHOVÉ STRUKTURY A POŠKOZENÍ VLÁKEN, PŘÍZÍ A PLOŠNÝCH TEXTILIÍ POMOCÍ REM Zadání : V průběhu cvičení : se seznamte s přípravou vzorku pro REM AQUASEM se seznamte s metodou REM a s obsluhou přístroje AQUASEM prohlédněte vzorek předloženého materiálu a proveďte vyhodnocení K protokolu přiložte obrazovou dokumentaci. Pomůcky :přístroj pro naprašování Au SCD 030, REM AQUASEM Princip : Pro rastrovací elektronovou mikroskopii (REM) je charakteristická jednoduchá příprava preparátu, ale složité pracovní zařízení. Příprava preparátu spočívá v připevnění zkoumaného vzorku na pracovní stolek. Takto upravený vzorek se pokryje tenkou vrstvou (0 30 nm) Au. Primární paprsek se pohybuje pořádcích po preparátu (rastruje) a vyráží sekundární elektrony. Ty jsou snímány sondou, převáděny na videosignál a zobrazeny na monitoru. Výhody REM: velká hloubka ostrosti, plastické zobrazení, velká rozlišovací schopnost. Systém PROXIMA Jedná se o rastrovací elektronový mikroskop plně řízený počítačem. Systém se skládá ze 3 hlavních částí: fyzikální část, elektronika, počítač. Fyzikální část je plně svázána se vzorkem a vzniká v ní obraz. Je ovládána elektrickými signály z elektroniky. Elektronika mikroskopu zprostředkovává ovládání fyzikální části mikroskopu a předávání užitečných signálů počítači. Počítač je řídící jednotkou celého mikroskopického systému. Obr. Princip REM 8

21 Technické údaje systému PROXIMA Rozlišení 9 nm Zvětšení až Urychlovací napětí.0 až 0 kv Pracovní vzdálenost 3 až 50 mm Příkon 0 V / 50 Hz, max 900 VA Řídící počítač PC 00 Mhz, 6 MB RAM, 7 monitor Vlastní měření : Připravte vzorek z předloženého materiálu : vzorek nalepte oboustranně lepící páskou na nosný stolek. vzorek naprašte Au v přístroji SCD 030 Proveďte vlastní pozorování v REM a vyhodnoťte jej. K protokolu přiložte obrazovou dokumentaci. 9