Podobně jako vlákna jsou příze a nitě definovány jako délkové textilie, jejichž jeden rozměr (tloušťka) se řádově liší od druhého rozměru (délky).

Transkript

1 Obsah 1 Jemnost přízí a nití Označování délkové hmotnosti přízí a nití 5 Konstrukční parametry přízí a nití zákrut 7 3 Hmotná nestejnoměrnost délkových textilií Nestejnoměrnost textilií Měření hmotné nestejnoměrnosti délkových textilií 17 4 Mechanické vlastnosti přízí a nití Namáhání v tahu 8 4. Zkoušení pevnosti v tahu Cyklické namáhání Pružnost nitě Konstrukční parametry plošných textilií Plošná hmotnost Hustota provázání 39 6 Mechanické vlastnosti plošných textilií Pevnost plošných textilií v tahu 46 7 Stálosti a odolnosti plošných textilií Stálosti tvaru Stálosti tvaru tuhost v ohybu Splývavost Mačkavost Stálosti vybarvení Odolnosti textilií Odolnost proti tvorbě žmolků žmolkovitost Odolnost proti tvorbě zátrhů u pletenin Odolnost proti hoření hořlavost 6 8 Fyziologické vlastnosti plošných textilií Komfort oděvních textilií Prostup tepla Prostup vzduchu prodyšnost Propustnost vodních par Propustnost kapalné vody a transport vody Kombinované metody stanovení prostupu médií textiliemi 7 Literatura 73 3

2 1 JEMNOST PŘÍZÍ A NITÍ Cíl kapitoly: Tato kapitola je věnována studiu vyjadřování jemnosti délkových textilií, metodám jejího stanovení a potřebným výpočtům. Čas potřebný k prostudování: Kapitola obsahuje informace o vyjadřování a stanovení jemnosti přízí. Není obsáhlá. Ke studiu budeme potřebovat maximálně ½ hodiny. Na co navazujeme: Tato kapitola navazuje na předchozí kapitoly o metrologii, jednotkách a klimatických podmínkách pro měření vlastností textilií. Definice: Jemnost vláken, přízí a nití je podle normy nazývána délkovou hmotností, definovanou poměrem mezi hmotností a délkou. Délková hmotnost přízí a nití Podobně jako vlákna jsou příze a nitě definovány jako délkové textilie, jejichž jeden rozměr (tloušťka) se řádově liší od druhého rozměru (délky). Délková hmotnost (jemnost) přízí a nití se stanoví gravimetrickou metodou. Gravimetrická metoda Gravimetrická metoda [8] spočívá v přesném odměření délky příze nebo nitě a jejím přesném zvážení. Délkovou hmotnost pak stanovíme podle známého vztahu m l 3 T = *10 [g/m] = [tex] (1.1) Pro stanovení délkové hmotnosti přízí a nití tedy potřebujeme odměřit přesnou délku, nejčastěji ve formě přaden. To se provádí na vijáku, na kterém se přadeno navine. Obvod křídlenu je přesně 1 m. Takto odměřenou délku přesně zvážíme např. na analytických vahách. Některé váhy, zejména váhy elektronické jsou konstruovány tak, že je na nich možno stanovit po zadání odměřené délky přímo jemnost (délkovou hmotnost) v [tex]. Pro orientační stanovení jemnosti se zejména v provozech používají váhy kvadratické, na nichž je stupnice cejchována přímo v [tex]. U těchto vah je nutno vždy dodržet předepsanou délku, pro kterou jsou váhy konstruovány. (obr.1.1). 4

3 1.1 Označování délkové hmotnosti přízí a nití Příze a jednoduché nitě jsou označovány jemností a konstrukčními parametry (počtem zákrutů) [3]: Příklad: 4 tex Z 370 značí jednoduchou přízi jemnosti 4 tex a předenou s 370 zákruty pravého směru. Družené nitě jsou označovány symbolem t=0. Jejich jemnost je prostým součtem jemnosti jednotlivých družených nití: n T D = T ij i= 1 t=0 (1.) Obr. 1.1 Kvadratické váhy pro stanovení jemnosti kde T ij - počet družených jednoduchých nití Příklad: U nití stejné konstrukce: 4 tex Z 370 x t=0 U nití nestejné konstrukce: (3 tex Z tex Z 370) t=0 Skané nitě. U skaných nití je nutno počítat se seskáním: l = l = l j j ( j 1) ε j *10 *10 [%] (1.3) l( j 1) l( j 1) Seskáním se zkracuje délka skané nitě, roste tedy hmotnost na jednotku délky. Indexy j a (j-1) značí j-tý stupeň skaní a (j-1) předchozí technologický stupeň. Při označování skaných nití je potřebné označit také skací zákruty. Příklad: Pro nitě stejné konstrukce (4 tex Z 370 x) S 450 značí skanou nit ze dvou jednoduchých nití 4 tex s 370 zákruty na metr kroucenými doprava. Skaní je provedeno levými zákruty 450 m -1. Pro nitě nestejné konstrukce ( 3 tex Z tex f 40 S 1000 ) S 300 značí skanou nit konstruovanou z jednoduché nitě 3 tex s pravými zákruty 450 m -1 a přiskávaným hedvábím 13 tex se 40 fibrilami a levými zákruty 1000 m -1. Skaní je provedeno 300 zákruty m -1 doleva. 5

4 Pro vícenásobné skaní 5 tex Z 530 } S tex Z 400 Příklad: 50 tex Z 330 } S 400 Znamená dvojnásobně skanou nit konstruovanou v prvním skaní z jednoduchých nití 5 tex a 530 pravými zákruty m -1 a 8 tex s 400 pravými zákruty m -1. První skaní je provedeno levými zákruty 450 m -1. Druhé skaní je realizováno přiskáním nitě 50 tex s pravými zákruty 330 m -1 skacími levými zákruty 400 m -1. Z návinu nitě jsme na vijáku odvinuli 10 přaden po 100 m. Přadena jsme zvážili a zjistili průměrnou hmotnost 100 metrového přadena, která činí,0486 g. Povšimněme si, že definice jemnosti v tex je vztažena na 1000 m. Proto stačí pouze posunout desetinou čárku o 1 des. místo doprava, abychom dostali délkovou hmotnost v tex:,0486 g/100 m = 0,486 tex 6

5 KONSTRUKČNÍ PARAMETRY PŘÍZÍ A NITÍ - ZÁKRUT Cíl kapitoly: Tato kapitola je věnována studiu parametrů přízí, které souvisí s technologickými procesy, ve kterých příze vznikají. Čas potřebný k prostudování: Kapitola zahrnuje konstrukční parametry přízí a nití. Myslím, že 1 hodina studia by měly na prostudování stačit. Na co navazujeme: Navazujeme na povšechné znalosti textilních technologií, kapitolu o jemnosti a znalosti jednotek. Definice: Konstrukčními parametry přízí rozumíme zejména zákrut. Konstrukce příze je ovlivňována činností pracovních orgánů, které vytvářejí soudržné síly mezi vlákny ve struktuře příze. Zákrut přízí a nití Principem zpevnění vláken ve vlákenném svazku je zvýšení jejich kontaktů, vzájemné přitlačení vláken k sobě a tím také zvýšení tření mezi vlákny. Vazné body v přízi nebo niti jsou tedy realizovány zhutněním vlákenného svazku prostřednictvím zákrutu. Toto zhutnění se provádí jak u krátkých vláken (střižových nebo též zvaných staplových), která musí být před zakroucením urovnána do rovnoběžné polohy nebo jinými slovy paralelizována, tak i u vláken dlouhých tzv. hedvábí. Zákrut vyjadřuje počet otáček, které vloží zakrucovací pracovní orgán (vřeteno, křídlo, rotor u bezvřetenového předení, atd.) do paralelizovaného vlákenného svazku na jeho určitou délku (převážně se počítají zákruty na 1 m). Následkem zakrucování při předení, Obr..1 Směr zákrutu popř. skaní dochází ke zkracování původní S levý zákrut, Z pravý zákrut délky k seskání. Podle směru zakrucování urovnaného vlákenného svazku označujeme zákrut jako pravý (Z) a levý (S) ( viz. obr..1) [33]. Zkrácení původní délky l 0 na konečnou délku l 1 můžeme popsat vztahem l = l 1 l 0 [m] (.1) Z toho vypočteme seskání podle vztahu l = ε s *10 [%] (.) l0 7

6 Přísně vzato bychom měli se seskáním počítat při stanovení jemnosti skaných nití. V praxi se to však běžně neprovádí. Zkoušení zákrutů Při zkoušení zákrutů [7,10] můžeme vycházet ze tří základních předpokladů: jedna otáčka zakrucovacího orgánu na 1 m znamená 1 zákrut / m. Tyto zákruty zjistíme obráceným postupem rozkrucováním. zakroucením vlákenného svazku určité jemnosti nebo nití při skaní doleva určitým počtem zákrutů dojde ke zkrácení původní délky o tutéž hodnotu, jako když budeme vlákenný svazek (příze, nitě) zakrucovat doprava. Jinými slovy: zkrácení při zakrucování určitým počtem zákrutů je stejné, ať kroutíme na jednu nebo na druhou stranu. stoupání šroubovice na povrchu příze nebo nitě je při stejných počtech zákrutů a různých jemnostech přízí stále stejný. Jako přístroje slouží ke zkoušení zákrutů zákrutoměry. Zákrutoměry jsou přístroje, které přízi (nit) upnutou v čelistech na nastavené upínací délce rozkrucují. Otáčky potřebné k rozkroucení úseku příze (nitě) jsou registrovány na počitadle, resp. na displeji. Schéma zákrutoměru je na obr... Pro zkoušení zákrutů se používají různé metody metoda přímá se používá pro skané nitě metoda nepřímá s napínačem a omezovačem se používá pro jednoduché příze předené z krátkých ( staplových vláken ) metoda nepřímá do překroucení se používá pro hedvábí Obr.. Schéma zákrutoměru [3] 1 otočná čelist, výkyvná čelist, 3 motorek s regulací otáček, 4 výkyvné rameno spojené s čelistí, 5 - předpětí, 6 displej, 7 stupnice změn délky zkoušené nitě, 8 zarážka výkyvného ramene omezovač Metoda přímá Skaná nit je uchycena v čelistech zákrutoměru 1 a, které jsou vzdáleny o upínací délku l 0. Ukazatel změny délky nitě je nastaven na 0. Nit je rozkrucována otáčkami motorku 3 8

7 až do stavu, kdy skaná nit neobsahuje žádné zákruty (ze skané nitě se stala nit družená). Přitom se vlivem předpětí 5 vyklání výkyvné rameno 4 spojené s čelistí. Na stupnici 7 můžeme odečíst změnu délky rozkroucených nití a vypočítat z ní seskání. Zákruty na metr [m -1 ] se vypočtou přepočítáním z upínací délky. Metoda nepřímá napínače s omezovačem Jednoduché příze nelze pod napětím daným předpětím rozkroutit tak, aby neměly žádný zákrut. Takto rozkroucená příze má pevnost danou pouze soudržností vláken a přetrhla by se. Při této metodě se nejprve zkusmo stanoví přibližná hodnota změny délky příze při rozkrucování. Do ½ této hodnoty se nastaví omezovač 8. Při dalších zkouškách zákrutu jednoduché příze se upne vzorek tak, aby ukazatel změny délky byl na 0. Při rozkrucování se příze prodlužuje, až výkyvné rameno 4 s předpětím 5 (napínač) narazí na omezovač 8. Zkouška pokračuje tak, že otáčení čelisti 1 na motorku 3 probíhá dále stejným směrem, až se ukazatel změny délky příze vrátí zpět na 0. (Znamená to, že jsme při napínači opřeném o omezovač překročili nulové zákruty příze a zakroutili jsme ji opačnými zákruty na původní hodnotu zákrutů v přízi). Souhrnně: v upnutém úseku příze je stejný počet zákrutů jako na počátku, ale opačného směru, na displeji je dvojnásobný počet zákrutů (anebo zákruty na dvojnásobnou upínací délku) než je počet zákrutů v přízi. Počet zákrutů se přepočítá na metr. K úvaze: Má v tomto případě smysl hovořit o seskání, přesněji o sepředení? Jak bychom jej zjistili při zkoušce zákrutů? Odpověď na konci stránky 1. Metoda nepřímá do překroucení Tuto metodu používáme u těch délkových textilních útvarů, u nichž by obě předchozí metody nevedly k úspěchu. Je to zejména tvarované hedvábí. Měření probíhá ve dvou stupních. Při prvním stupni upneme nit do aretovaných (upevněných) čelistí a zakrucujeme nit ve směru původních zákrutů až do překroucení. Hodnotu zákrutů ponecháme na displeji. Při druhém stupni zkoušky upneme do aretovaných čelistí nový vzorek a rozkrucujeme jej přes nulové zákruty až do překroucení. Na displeji zůstane dvojnásobný počet zákrutů na upínací délku jako u předcházející metody. Upínací délka je předepsána normou [7,10] a bývá 0,5 m, popř. 0,5 m. U ČSN je upínací délka stanovena na 0,5 m. Zákruty se přepočtou na metr. Předpětí je pro zkoušení zákrutů velmi důležité a jeho hodnota je obsažena v normách. Podle ČSN je předpětí pro skané nitě předepsáno 5 mn / tex, pro jednoduché příze 1mN / tex. Zákrutový koeficient Jestliže bychom zkoumali stoupání šroubovice při stejném počtu zákrutů u přízí nebo nití různé jemnosti, zjistili bychom, že stoupání šroubovice je vždy stejné. Z tohoto zjištění 1 O sepředení nemá smysl mluvit. Měřit jsme začali od nuly a na nulu jsme se vrátili. Rovněž zkrácení vláken během předení není předmětem zájmu technologů nebo pracovníků kontroly jakosti. Koeficient zákrutů je důležitou mírou v technologii předení, protože zohledňuje počet zákrutů vzhledem k jemnosti příze. 9

8 vychází funkční závislost, kterou vyjadřuje koeficient zákrutů α, nazývaný též zákrutovou mírou. Odvození vychází z předpokladu, že výška jednoho ovinu vlákna v ideální niti je výškou šroubovice. Vztah (.3) α Z = [m -1 ] (.3) T je označován jako vztah Köchlinův. Tento vztah vyhovuje pro jemnost (délkovou hmotnost) nití T >10. Pro jemnosti T < 10 byl tento vztah modifikován Phrixem: Z α = [m -1 ] (.4) 3 T Koeficient zákrutů α není bezrozměrné číslo! Jeho jednotkami jsou: pro Köchlinův vztah [m -1. Mtex 1/ ] pro Phrixův vztah [m -1. Mtex /3 ] Intermezzo Myslím, že je na čase, vzít si něco menšího (jak říkal medvídek Pú). Udělejte si chvíli oddechu, kávu nebo čaj a k tomu ty dobré sušenky, co máte ve špajzu (myslím že je to 3. police vlevo). Protože však také v době odpočinku se z nás stávají textiláci a textilní zkušebníci, doporučuji se chvíli věnovat líbezné historické textilní literatuře, zejména hororovým básním K.J.Erbena ze sbírky Kytice. Obzvlášť půvabná je báseň Zlatý kolovrat, jak matka s dcerou vypíchaly oči a usekaly ruce a nohy Dorničce, aby se druhá dcera mohla vdát za krále, anebo Štědrý den, kde půvabně zní verše Toč se a vrť můj kolovrátku Ejhle adventu již nakrátku a blízko, blizoučko Štědrý den! Přadleny vkládaly zákruty do příze, my vkládáme zákruty studiem do svého mozku! Aby nám to šlo lépe, zkusme si vypracovat po odpočinku malinkatý úkoleček. 10

9 Kontrola studia Než budete studovat dál, zkuste si prosím: ÚKOL: 1. K čemu slouží zákrut?. Co je to seskání? 3. Jaká je to příze: tex (0 Z 540)x3 S 360? 4. Na čem měříme zákruty? 5. V čem spočívá přímá metoda měření zákrutů? 6. K čemu byste použili nepřímou metodu měření zákrutů s napínačem a omezovačem? 7. Co je to alfa zákrutová a jaký má rozměr? 8. Prostudujte si prosím příklad na stránce a vypočítejte podle něj příklad k procvičení. 11

10 Příklad: Stanovte statistické charakteristiky při měření zákrutu na vlnařské skané niti jemnosti tex 5x a jednoduché přízi. Skací zákruty a seskání byly měřeny metodou přímou, přádní zákruty byly měřeny metodou nepřímou napínače s omezovačem. Předpětí bylo podle normy stanoveno u skané nitě jako 0,5 cn/tex a u jednoduché příze 0,1 cn/tex. (5 cn 3 předpětí pro skanou nit a,5 cn předpětí pro jednoduchou přízi). Hodnoty jsou uvedeny v tabulce. Pokud máte kalkulačku se statistikou, neváhejte ji pro výpočet použít! i Zs i [0,5 m 1 ] l [mm] Zp i [0,5 m 1 ] Poznámka Σ Vztahy použité pro výpočet: Průměrná hodnota: Rozptyl: Směrodatná odchylka: 1 x = n s s = n x i i = 1 n 1 = ( x n 1 s i = 1 i x) 3 1 cn = přibližně 1 g 1

11 Variační koeficient: s v = *10 x Interval spolehlivosti: Dolní hranice: Horní hranice: L L x t D = ( α, n 1) * x + t D = ( α, n 1) * s n s n Kvantil Studentova rozdělení pravděpodobnosti t (α, n-1) je všeobecně používán v hodnotě 1,96. Skací zákruty: Skací zákruty byly měřeny na upínací délce 0,5 m. Proto je průměrná hodnota a směrodatné odchylky vynásobena čtyřmi. Tím dostáváme zákruty a jejich směrodatnou odchylku na jeden metr. Průměrná hodnota skacích zákrutů: Směrodatná odchylka: z s s 1 = ( 3963)*4= 158,5*4= 634,08m 5 1 = s = 7,6*4= 30,48m 1,48 Variační koeficient: v = 30 *10 4,8 % 634,08 = Dolní hranice IS: L D 30,48 = 634,08 1,96 = 6,13m 5 1 Horní hranice IS: L H 30,48 = 634,08 + 1,96 = 646,03m 5 1 Seskání a přádní zákruty jsou počítány obdobně podle uvedených vztahů. Přádní zákruty musíme vynásobit dvěma (!), abychom dostali zákruty na metr. Výsledky jsou uvedeny v tabulce. Charakteristika odhad Skaná příze Seskání Jednoduchá příze odhad střední hodnoty 158,5 * 4 = 634,08 [m 1 ] (4,48 / 50) * 10 = 1,79 % 61,3 * = 5,64 [m 1 ] směrodatná odchylka 7,6 * 4 = 30,48 [m 1 ] 0,586 5,61 * = 51, variační koeficient [ % ] 4,8 13,08 9,8 dolní hranice IS [ m 1 ] 6,13 1,698 50,56 horní hranice IS [ m 1 ] 646,03 1,88 54,7 13

12 Příklad: Stanovte statistické charakteristiky při měření zákrutu na vlnařské skané niti jemnosti tex 5x a jednoduché přízi. Skací zákruty a seskání byly měřeny metodou přímou, přádní zákruty byly měřeny metodou nepřímou napínače s omezovačem. Předpětí bylo podle normy stanoveno u skané nitě jako 0,5 cn/tex a u jednoduché příze 0,1 cn/tex. (5 cn předpětí pro skanou nit a,5 cn předpětí pro jednoduchou přízi). Hodnoty jsou uvedeny v tabulce. Pokud máte kalkulačku se statistikou, neváhejte ji pro výpočet použít! i Zs i [0,5 m 1 ] l [mm] Zp i [0,5 m 1 ] Poznámka Σ Charakteristika odhad Skaná příze Seskání Jednoduchá příze odhad střední hodnoty [ m 1 ] směrodatná odchylka [ m 1 ] variační koeficient [ % ] dolní hranice IS [ m 1 ] horní hranice IS [ m 1 ] 14

13 3 HMOTNÁ NESTEJNOMĚRNOST DÉLKOVÝCH TEXTILIÍ Cíl kapitoly: Cílem této kapitoly je seznámit se s nestejnoměrností vlastností textilií. Zvláštní důraz je přitom kladen na studium nestejnoměrnosti hmotné, která je důležitou vlastností u přízí a nití. Čas potřebný k prostudování: Kapitola se zdá trochu složitější, ale myslím, že maximálně hodiny nám na ni budou stačit.. Co říkáte? Na co navazujeme: Navazujeme na studium zpracování naměřených dat a na vyjadřování statistických charakteristik, konkrétně rozptylových charakteristik a variačního koeficientu. Definice: Nestejnoměrnost je procentuální vyjádření kolísání náhodně proměnné veličiny. Při výrobě přízí je velmi sledovanou vlastností kolísání délkové hmotnosti, která je definována jako hmotná (nebo též hmotová) nestejnoměrnost. 3.1 Nestejnoměrnost textilií Definice: Definujme si nejprve pojem nestejnoměrnosti. Jak bylo již dříve uvedeno a jak jsme si jistě zapamatovali, každou hodnotu měřené veličiny je možno napsat jako správnou hodnotu a odchylku chybu : xi = µ ± ε i (viz kapitola Experimentální data) (3.1) Za předpokladu, že se měřená veličina (náhodně proměnná veličina) řídí některým z rozdělení náhodně proměnných veličin, můžeme vyjádřit statistické charakteristiky, jako Průměrnou hodnotu n 1 x = x i (3.) n i= 1 Rozptyl 1 n ( ) s = x i x (3.3) n 1 i= 1 Směrodatnou odchylku s = s Směrodatná odchylka udává kolísání naměřených hodnot okolo průměrné hodnoty v absolutních jednotkách. Toto kolísání vyjádřené v procentech vyjadřuje variační koeficient s v = *10 [%], (3.4) x který je vyjádřením nestejnoměrnosti. Nestejnoměrnost je tedy procentuální vyjádření kolísání náhodně proměnné veličiny. 15

14 Tak můžeme hovořit o nestejnoměrnosti délkové hmotnosti (jemnosti), nestejnoměrnosti pevnosti, apod. Při výrobě přízí je velmi sledovanou vlastností kolísání délkové hmotnosti, která je definována jako hmotná nestejnoměrnost. Hmotná nestejnoměrnost délkových textilií Hmotná nestejnoměrnost je jedním z velmi sledovaných parametrů kvality délkových textilií (přízí, nití, pramenů, přástů, atd.). Hmotná nestejnoměrnost přízí a nití totiž ovlivňuje řadu jejich dalších vlastností, jako např. délkovou hmotnost, zákruty, pevnost, atd. V plošné textilii se hmotná nestejnoměrnost projevuje negativně různými efekty, jako je tzv. moiré 4 efekt, pruhovitost, atp. Teorie hmotné nestejnoměrnosti vychází ze tří základních hledisek a příčin: 1. Příčina nestejného počtu vláken v různých průřezech příze a uspořádání vláken do svazků v její struktuře (obr.3.1) Obr. 3.1 Různý počet vláken v průřezu příze a svazky vláken. Příčina nestejného průřezu, resp. délkové hmotnosti (jemnosti) samotných vláken (obr.3.) 3. Nedokonalost návaznosti konců staplových vláken na sebe vlivem nestejnoměrné délky vláken ( obr.3.3). Obr. 3. Nestejnoměrný průřez vláken Obr. 3.3 Teoretická návaznost konců vláken v přízi Poznámka: Obrázky znázorňující nestejnoměrnost příze jsou z ilustrativních důvodů značně přehnané! Roduvěrný textilák by takovouto přízi 1. vůbec nebyl schopen vyrobit. by takovouto přízi nebyl schopen použít ani jako podestýlku pod domácího psíka! 4 moiré čti moaré je charakteristická kresba nebo struktura projevující se různými křivkami nebo čarami na povrchu plošné textilie. Říká se také, že textilie má neklidný povrch. 16

15 K úvaze: Výše uvedené platí samozřejmě pro staplová vlákna. Je také nit z hedvábí (z nekonečných vláken) hmotně nestejnoměrná? Můžete mi prosím sdělit Váš názor na tento problém a zdůvodnit jej? Děkuji! Teorie popisující hmotnou nestejnoměrnost přízí a nití a jejích příčin je velmi široká. Úkolem textilního zkušebnictví je vybavit studenty znalostmi, jak tuto vlastnost měřit a interpretovat. 3. Měření hmotné nestejnoměrnosti délkových textilií Hmotnou nestejnoměrnost délkových textilií [9] můžeme stanovit v zásadě dvěma způsoby: diskrétně kontinuálně Diskrétní způsob stanovení hmotné nestejnoměrnosti délkových textilií spočívá v tom, že si délkovou textilii, např. přízi rozdělíme na p stejně dlouhých úseků, které zvážíme, stanovíme průměrnou hodnotu, rozptyl, směrodatnou odchylku a variační koeficient, jak je ukázáno na obr.3.4. Obr. 3.4 Diskrétní způsob stanovení hmotné nestejnoměrnosti Z obr.3.4 je patrno, že hmotnost jednoho úseku můžeme vypočítat jako m = m * n [g] (3.5) i vl vl kde m vl - je průměrná hmotnost vlákna [g]: m vl T * l (T je jemnost vlákna, l je délka vlákna) - je počet vláken v konkrétním i-tém úseku příze n vl Průměrná hmotnost úseku je pak dána podle známého vztahu: m = 1 p p m i i= 1 [g] (3.6) Průměrnou hmotnost úseku můžeme také stanovit graficky z plochy pod křivkou podle obr.3.5. S m = [g] (3.7) L 17

16 nahrazením plochy tvořené základnou a naměřenými hodnotami m i plochou obdélníka o stejné ploše. Pořadnice (hodnota na ose y ) bude mít velikost m. Obr. 3.5 Grafické stanovení průměrné hmotnosti úseku Rozptyl (kolísání hodnot okolo průměru) pak stanovíme podle vztahu: s p 1 = ( m p 1 i= 1 i m) [g ] (3.8) a směrodatná odchylka: s = s [g] (3.9) Variační koeficient se vypočítá podle: s m v = *10 [% ] (3.10) Hmotná nestejnoměrnost je definována jako lineární 5 hmotná nestejnoměrnost U 10 = m 1 * p p i= 1 m i m [ % ] (3.11) a kvadratická 6 hmotná nestejnoměrnost CV p 10 1 = ( m i m) m p 1 i= 1 [%] (3.1) Malinkatý úkoleček Potěšte prosím srdce starého muže a zkuste si výše uvedené vztahy (3.11) a (3.1) rozebrat a dokázat, že CV je vlastně variační koeficient! Dejte mi prosím zprávu o Vašem dalším studijním úspěchu! Děkuji! 5 Lineární hmotná nestejnoměrnost vychází ze statistické rozptylové charakteristiky lineární odchylky p 1 w = m i m [ g ] p i= 1 6 Kvadratická hmotná nestejnoměrnost vychází z rozptylu s. 18

17 Podle délky úseků, na které je délková textilie při měření rozdělena, můžeme popisovat hmotnou nestejnoměrnost na krátkých úsecích hmotnou nestejnoměrnost na dlouhých úsecích Kontinuální metoda stanovení hmotné nestejnoměrnosti Metod stanovení hmotné nestejnoměrnosti je celá řada. Byly např. vyvinuty metody optické, metody mechanického ohmatávání tloušťky nitě, metody využívající kapiláry, apod. Nejznámější a v současné době celosvětově používaná je však metoda využívající změny kapacity kondenzátoru [9]. Tato metoda byla nejvíce rozpracována firmou ZELLWEGER USTER 7. Firma také shromažďuje údaje ze svých přístrojů a jednou za 3 roky vydává tzv. Uster Statistics, které podávají přehled o kvalitě přízí na celém světě. Každý výrobce se pak může snadno dovědět, zda vyrábí příze se špatnou, průměrnou nebo velmi dobrou stejnoměrností. Princip je založen na nepřímém měření kolísavé hmotnosti délkové textilie, která prochází mezi deskami kondenzátoru. Délková textilie nahrazuje v kondenzátoru dielektrikum, jak je znázorněno na obr Kolísáním tloušťky délkové textilie (ta je závislá zejména na počtu vláken v průřezu, jak bylo uvedeno výše) při jejím konstantním pohybu mezi deskami kondenzátoru kolísá také kapacita měřicího kondenzátoru, který je součástí měřicího oscilátoru 1 (obr.3.7). Změna kapacity znamená také změnu frekvence oscilátoru. Tato frekvence je srovnávána s frekvencí srovnávacího oscilátoru 3. Obr. 3.6 Délková textilie mezi deskami kondenzátoru Oba signály jsou elektronicky zpracovány a výstupem pak jsou údaj o lineární a kvadratické nestejnoměrnosti U [%], CV [%] grafický údaj o kolísání relativní hmotnosti údaj o počtu silných a slabých míst a počtu nopků spektrogram graf zachycující statistické rozdělení spektra vlnových délek a u nejnovějších typů přístrojů (např. USTER TESTER III.) také údaj o chlupatosti údaj o jemnosti délkové textilie 7 Povšimněme si prosím jména firmy Zellweger a města odkud pochází Uster ve Švýcarsku (blízko Curychu). V textilní branži se však vžilo krátké označení USTER pro přístroje firmy a firma sama v současné době označuje své přístroje jako USTER-TESTER. Ale to jenom tak pro zajímavost. 19

18 Obr.3.7 Blokové schéma přístroje pro měření hmotné nestejnoměrnosti Zellweger Uster [3] Elektrody, tj. desky měřicího kondenzátoru jsou voleny podle délkové hmotnosti (jemnosti) měřené délkové textilie. Nastavitelná je rovněž rychlost průchodu délkové textilie mezi elektrodami. Přístroje jsou vybaveny elektrickými filtry, které umožňují prodloužit délku měřeného úseku délkové textilie. Podobně jako jsme u diskrétní metody stanovení hmotné nestejnoměrnosti mohli získat informace o nestejnoměrnosti na krátkých a dlouhých úsečkách, můžeme zařazením filtrů získat vnitřní nestejnoměrnost (na krátkých úsečkách) NORMAL TEST vnější nestejnoměrnost (na dlouhých úsečkách) INERT TEST Tvary křivek získaných z nastavení přístroje na režim NORMAL a INERT jsou na obr Obr. 3.8 Typické tvary křivek hmotné nestejnoměrnosti při nastavení na NORMAL a INERT [3] Při měření na aparatuře Zellweger Uster proměřujeme značnou délku délkové textilie. Původní vztahy (3.11) a (3.1) pro U [%], resp. CV [%] pak přecházejí na tvary pro lineární nestejnoměrnost 0

19 U 10 = m 1 L L 0 m( l) m dl [ % ] (3.13) a pro kvadratickou nestejnoměrnost CV L 10 1 = ( m( l) m) m L 0 dl [ % ] (3.14) Obrázek 3.9 ukazuje, jak by se z kolísání hmotné nestejnoměrnosti daly určit hodnoty U [%] a CV [%]. U stanovení CV přitom předpokládáme, že se kolísání hmotné nestejnoměrnosti řídí normálním zákonem rozdělení pravděpodobnosti. Za tohoto předpokladu (kolísání neperiodických vad je symetrické) pak platí: CV U = π a z toho CV 1,5* U [%] (3.15) Obr. 3.9 Kolísání hmotné nestejnoměrnosti a stanovení hodnoty U [ % ] a CV [ % ] Údaj o počtu tzv. vnějších vad, tj. tenkých, silných míst a nopků provádí imperfekční indikátor. Ten registruje odchylky od jmenovité tloušťky (průřezové hmotnosti) nad nastavenou relativní mez (30, 40, 50, 60 %). Hodnota imperfekčního indikátoru udává počet těchto vad na odměřenou délku. Dalším údajem, který aparatura poskytuje je spektrogram. Tento graf je výsledkem načítání periodických výchylek hmotné nestejnoměrnosti do tříd s délkou periody λ. Délka periody je vlastně délka vlny, se kterou se pravidelně projevuje výchylka tloušťky (hmotné nestejnoměrnosti) délkové textilie (obr.3.9). Rozdělení délek λ jsou vynášena v logaritmické 1

20 stupnici. Histogram rozdělení délek period jako funkce tzv. spekter S(λ) je nazýván spektrogram ( obr.3.10). Obr Spektrogram (speciální histogram spekter vlnové délky λ) [3] Písmenem k je označeno spektrum vlnové délky, která se vyskytuje ve větším počtu než jiné vlnové délky. Znamená to, že v délkové textilii se pravidelně vyskytují vady. Zvýšený počet těchto vad (vlastně výchylek hmotné nestejnoměrnosti) je načten právě v místě k. Tomuto jevu se říká komínek. V praxi to znamená, že vadu vytváří špatný pracovní orgán v technologii (vylomený zub v soukolí, porušený povlak protahovacího válečku, vymleté ložisko, atp.). Za pomoci spektrogramu můžeme zároveň odhalit, kde asi pravidelně se vyskytující nestejnoměrnost vzniká. I na dálku Vám vidím na očích, že byste se již jako zanícení textiláci rádi zeptali: Jsem já jako textilák vůbec schopen vyrobit přízi s nulovou hmotnou nestejnoměrností? Odpověď zní: Ó nikoli, ó vznešení! Hmotná nestejnoměrnost v délkové textilii vždy nějaká bude. Věc je zakleta v tom, že samotná vlákna jsou ve své tloušťce nestejnoměrná a nestejnoměrná jsou vlákna i ve své délce (vzpomeňme na staplový diagram). Pojednávali jsme o tom také na začátku této kapitoly, kdy jste řešili úvahu, má li také nit z nekonečných vláken hmotnou nestejnoměrnost. (Samozřejmě, že má. Při výrobě hedvábí také kolísá tloušťka vláken, občas nějaké vlákno v průřezu nitě chybí nebo přebývá ). Prakticky z toho vyplývá, že se teoreticky nemůžeme dostat pod určitou úroveň hmotné nestejnoměrnosti. Této mezní nestejnoměrnosti se říká nestejnoměrnost limitní (obr.3.11).

21 k ks Obr Různé druhy spekter nestejnoměrnosti [3] 1 Ideální spektrum limitní nestejnoměrnosti Reálné spektrum bez periodických vad 3 Reálné spektrum s periodickými vadami ( k komínek, ks tzv. kupovité spektrum zapříčiněné průtahovým ústrojím) Jak již bylo řečeno, limitní nestejnoměrnost je závislá na stejnoměrnosti tloušťky a délky vláken. Dá se vypočítat podle vztahu: CV U n 1 =,8 (1 + 0,0004* vdi ) * Tvi pi [%] (3.16) T i= 1 lim * n 1 = 3,5 (1 + 0,0004* vdi ) * Tvi pi [%] (3.17) T i= 1 lim * kde T - je jemnost délkové textilie (příze) v [tex] v di - je variační koeficient průměrů vláken d [%] i-té komponenty T vi - je délková hmotnost vláken [dtex] i-té komponenty - je hmotnostní podíl [%] i-té komponenty v délkové textilii p i Praktický význam výpočtu limitní nestejnoměrnosti U lim [%] a CV lim [%] spočívá v tom, že z nich a z naměřených tzv. efektivních nestejnoměrností můžeme vypočítat index nestejnoměrnosti I U ef CVef = = [1] (3.18) U lim CV lim Ze vztahu pro index nestejnoměrnosti (3.18) vidíme, že tato veličina je bezrozměrná a bude nabývat hodnot větších než 1 (I 1). To proto, že se při nejlepší vůli můžeme dostat maximálně na limitní nestejnoměrnost. V tomto případě by byl index nestejnoměrnosti I=1. 3

22 USTER STATISTICS Jak bylo uvedeno výše, firma ZELLWEGER USTER shromažďuje celosvětově údaje o nestejnoměrnosti vyráběných přízí a tyto údaje statisticky zpracovává. Firma vydává v pravidelných časových úsecích informace v podobě grafů, z nichž příklad můžeme vidět na obr Z grafu můžeme odečíst, jestli vyrábíme přízi co do stejnoměrnosti průměrnou, podprůměrnou nebo nadprůměrnou. Jinými slovy: dostaneme-li se s nestejnoměrností naší příze určité jemnosti [tex] na 50 %, znamená to, že stejných výsledků dosahuje 50 % výrobců na světě. Vyrábíme přízi průměrnou. Dostaneme-li se s naší přízí na 75 %, vyrábí takovouto přízi 75 % výrobců. Je to příze podprůměrná. Snahou každého výrobce je, dostat se mezi 5% výrobců, kteří vyrábějí přízi s nízkou hmotnou nestejnoměrností. Výroba takto kvalitní příze však stojí hodně úsilí, vyžaduje dobrou surovinu a dobře seřízenou technologii. Je proto potřeba hledat optimum mezi náklady výroby a cenou příze. Nezapomínejme proto na normy ISO řady 9000! Bude-li nám odběratel číst levity 8 za stejnoměrnost naší příze, neváhejme použít také USTER STATISTICS. Obr. 3.1 USTER STATISTICS pro přízi 8 levity, domluvy, důtky, kárání. 4

23 Kontrola studia Než budete studovat dál, zkuste si prosím ÚKOL Prostudujte si prosím následující příklad a vypracujte podle něj příklad k procvičení: Vypočtěte index nestejnoměrnosti, jestliže byly na přízi vlna/polyester 30/70, jemnosti 35 tex naměřeny hodnoty nestejnoměrnosti CV ef [%]: 19,5 19,3 19,0 19,6 18,5 Z hodnot naměřených CV vypočítáme průměrnou hodnotu CV ef = 19,18 %. Vlákna mají tyto parametry jemnosti: Vlna: jemnost 9,9 dtex, variační koeficient jemnosti v d = 10,6 % Polyester: jemnost 8,0 dtex, variační koeficient jemnosti v d = 4,0 % Z nich vypočítáme CV lim : CV lim =,8 =, T (1 + 0,0004 * v ) * T * pi = n ( 1+ 0,0004*10,6 )*9,9* 30 + ( 1+ 0,0004*4 )*8,0*70 = 13,99 % i= 1 n i= 1 di vi U ef = CV ef / 1,5 = 15,34 % CV I = CV ef lim 15, 34 = = 1, 37 13, 99 5

24 Příklad k procvičení: Vypočtěte index nestejnoměrnosti, jestliže byly na přízi vlna/polyester 30/70, jemnosti 35 tex naměřeny hodnoty nestejnoměrnosti CV ef [%]: 18,5 18,9 18,3 19,0 19,1 Průměrná hodnota CV ef = %. Vlákna mají tyto parametry jemnosti: Vlna: jemnost 9,9 dtex, variační koeficient jemnosti v d = 10,6 % Polyester: jemnost 8,0 dtex, variační koeficient jemnosti v d = 4,0 % 6

25 4 MECHANICKÉ VLASTNOSTI PŘÍZÍ A NITÍ Cíl kapitoly: Studiem mechanických vlastností si osvojíme znalosti o vlivu mechanických namáhání na příze a nitě, zkoušení pevnostních charakteristik přízí a nití a jejich významu pro technologické zpracování. Čas potřebný k prostudování: Obsah kapitoly není nikterak složitý a mechanické vlastnosti známe z denního života. Myslím, že hodiny by nám na prostudování měly stačit. Na co navazujeme: Navazujeme na zkušenosti z běžného života, na studium statistických charakteristik a na studium předchozích kapitol tohoto učebního textu. Definice: Mechanické vlastnosti materiálů (všeobecně) jsou jejich odezvou na mechanické působení od vnějších sil. Podobně jako u vláken jsou mechanické vlastnosti přízí a nití definovány jako jejich odezva na vnější působení sil. Pojmy jako ultimativní charakteristiky, napětí, deformace, modul pružnosti, deformační práce, tržná délka, atd. byly vysvětleny u mechanických vlastností vláken. V krátkosti zopakujme základní definice a pojmy: Podle rychlosti, s níž vnější síla působí, můžeme namáhání přízí a nití posuzovat jako statické, kde síla působí pomalu dynamické, kde síla působí rychle a kromě toho namáhání jednorázové (do přetrhu) cyklické (bez přetrhu nebo do porušení nitě) Během mechanického namáhání dochází v niti ke změně délky - deformaci, která je závislá na: velikosti zatížení rychlosti namáhání době trvání Mechanické vlastnosti se uplatní při zpracování přízí a nití a proto jsou zařazovány rovněž mezi zpracovatelské vlastnosti. Mechanické vlastnosti jsou popisovány tzv. ultimativními charakteristikami 9 : pevnost ( síla do přetrhu ) P [N] napětí do přetrhu σ [Pa] protažení do přetrhu l [mm] tažnost (deformace do přetrhu) ε [%] relativní pevnost f [N/ tex], resp. [cn / dtex] tržná délka l T [km], resp. [m] délka, při níž by se textilie zavěšená na jednom konci přetrhla vlastní tíhou. 9 Ultimativní mezní, okrajový 7

26 4.1 Namáhání v tahu Při namáhání v tahu [6] nazýváme odezvu materiálu pevností v tahu 10. Tuto vlastnost zkoušíme na dynamometru přístroji pro definované namáhání vzorků a registraci síly a deformace (natažení). Obr. 4.1 Tahová křivka Deformace Napětí Pod pojmem napětí σ [Pa] rozumíme absolutní sílu F [N] přepočítanou na plochu průřezu vzorku S [m ]. Protože plocha průřezu nitě je obtížně stanovitelná, přepočítává se absolutní síla F [N] na jemnost vzorku T [ tex ]. Přísně vzato bychom v tomto případě měli poměr mezi silou do přetrhu a jemností šicí nitě nazývat poměrnou pevností f [N.tex -1 ]. Napětí, resp. poměrná pevnost do přetrhu vzorku je nazýváno pevností v tahu. F[ N] f = [ N.tex -1 ] (4.1) T[ tex] Při natahování vzorku nitě dochází k jeho prodloužení, čili deformování. Absolutní deformaci vyjadřujeme v absolutních jednotkách jako l [mm]. Má-li být deformace různých materiálů srovnávána, je ji nutno podobně jako u napětí přepočítat na relativní jednotky, nejčastěji [%]. Nebudeme li vyjadřovat deformaci v %, bude vyjádřena jako bezrozměrné číslo [-]. Pro přepočet deformace používáme následující vztahy: Absolutní deformace l = l [mm] (4.) l 0 kde l je konečná délka po natažení [mm] l 0 je počáteční (původní) délka vzorku [mm], zvaná upínací délka Relativní deformace popř. l[ mm] l l 0 ε = = [1] (4.3) l0 [ mm] l0 10 Pevnost v tahu materiálu, např. šicí nitě, zkoušíme vždy, když si utrhneme kousek nitě na přišití knoflíku. Profesionálové ovšem nit ustřihnou. 8

27 l l ε = *10 [%] (4.4) 0 Relativní deformaci do přetrhu zveme tažnost [%]. Deformaci popisujeme jako vratnou - elastickou a nevratnou - plastickou. Elastické - vratné deformace lze očekávat pouze v oblasti malých sil a deformací, kde průběh F= f ( l ) je lineární. 4. Zkoušení pevnosti v tahu Při zkoušení mechanických vlastností jde většinou o zjištění meze pevnosti [6]. Nit je v těchto zkouškách zatěžována až do destrukce - přetrhu vzorku. Výsledkem je ukazatel ultimativní síly [N] - mezní síly zatěžování - t. zn. síly potřebné k přetržení vzorku ultimativní deformace [mm, %] - mezního přetvoření - t.zn. protažení, které odpovídá síle v okamžiku přetrhu ultimativního napětí (relativní síly) [N/tex] - t.j. síla potřebná k přetržení vzorku přepočtená na plochu průřezu nitě. Plocha je v tomto případě obtížně stanovitelná a proto se ultimativní síla přepočítává na délkovou hmotnost - jemnost v [tex] ultimativní přetvárné práce - mezní práce do přetrhu [J], tedy energie, kterou je třeba vynaložit, aby síla v závislosti na deformaci (protažení) způsobila destrukci vzorku (jinými slovy aby došlo k přetrhu). grafické znázornění průběhu závislosti síly [N] na deformaci [mm], t.j. funkce F = f( l) Princip měření mechanických odezev spočívá v deformaci textilie pomocí čelistí dynamometru (trhacího stroje trhačky) a měření odezvy síly měřícím členem spojeným s jednou z čelistí. U přízí a nití se stanoví rovněž relativní změna pevnosti za sucha a za mokra: f F F S S = *10 [%] (4.5) Fm F f S = *10 [%] (4.6) kde - Fs je absolutní pevnost stanovená ve vysušeném stavu nitě [N] - Fm je absolutní pevnost stanovená v mokrém stavu (po smočení) nitě [N] - F je absolutní pevnost stanovená za klimatických normovaných podmínek [N] Dále se ještě stanovuje jako simulační zkouška kombinovaného namáhání pevnost ve smyčce a pevnost v uzlu: F * F sm sm = *10 [%] (4.7) f 9

28 f F F U U = *10 [%] (4.8) kde - Fsm je absolutní pevnost nitě ve smyčce [N] - Fu je absolutní pevnost nitě v uzlu [N] Hodnoty relativních pevností ve smyčce a v uzlu jsou vždy menší než 100 %. Modul pružnosti přízí a nití U přízí a nití tak jako u vláken používáme místo pojmu Youngův modul pružnosti pojem počáteční tangentový modul E P. Bod P, kde tečna v počátku opouští tahovou křivku pak definujeme jako mez pružnosti. Modul pružnosti lze definovat tangentovým modulem pružnosti E T f p = [N. tex -1 ] (4.9) ε p Na tahové křivce definujeme dále tzv. sekantový modul, což je spojnice dvou bodů na křivce. Pokud takto spojíme počátek a konec křivky dostáváme tzv. tuhost nitě H: H F( A) = [N. tex -1 ] (4.10) ε ( A) Plocha pod křivkou je definována jako deformační práce: A = l 0 F( l) * dl [J] (4.11) kterou lze přepočítat na měrnou deformační práci Předpětí A a = [J. tex -1 ] (4.1) T Abychom mohli přesně stanovit deformaci nitě, která je závislá na změně délky a abychom mohli také přesněji odečítat počáteční tangentový modul, vkládáme před měřením pevnosti na textilii předběžnou sílu, kterou nazýváme předpětí. Předpětí je stanoveno normou [6]. Upínací délka Upínací délka l 0 [mm] je rovněž normována. U přízí a nití je upínací délka většinou stanovena l 0 = 500 mm. 30

29 Rychlost zatěžování Rychlost zatěžování má na výsledky měření pevnosti v tahu a tažnosti zásadní vliv. Čím rychleji budeme nit zatěžovat, tím méně času bude mít na přeskupení vnitřních sil tvořených např. třením mezi vlákny. S rostoucí rychlostí zatěžování roste úroveň pevnosti a klesá tažnost. Standardní rychlost zatěžování je normována v době trvání zkoušky řádově desítek sekund (ČSN [6] uvádí např. rychlost zatěžování při zkouškách pevnosti nití 100 mm/min). Jen tak mimochodem a k úvaze: Jakými časy jsou namáhány např. šicí nitě v praxi? Samozřejmě velmi krátkými. Textilie jsou namáhány dynamicky. Tato skutečnost však také znamená, že deformace se odehrávají v oblasti elastických vratných deformací. Souvislosti jsou zřetelné. Překročíme-li u šití úroveň elastických deformací šicí nitě (špatným seřízením šicího stroje), dochází k postupnému dopružování nitě a tvorbě vrásnění švů. 4.3 Cyklické namáhání Cyklické namáhání je definováno jako pravidelný vzrůst a pokles deformace a napětí v niti doplněný prodlevami. Tento postup může být realizován do konstantní deformace (resp. síly) nebo se vzrůstající úrovní napětí, popřípadě až do přetrhu. Vynecháme-li některou část cyklu (zejména prodlevu), hovoříme o polocyklickém namáhání. Podle této definice by samozřejmě také zkouška pevnosti v tahu byla definována jako namáhání polocyklické do přetrhu. Cyklické namáhání je možno realizovat buď v pomalém režimu (pseudostaticky) nebo v rychlém režimu (dynamicky). Obr. 4. Cyklické namáhání nitě Cyklické namáhání je znázorněno (relaxace napětí) na obr.4.. Na obr. značí průběh jeden cyklus. Průběh je odezva na namáhání. Povšimněme si poklesu síly na křivkách v dolní části obrázku. Během natažení nitě dochází k prokluzu mezi vlákny, struktura nitě se uvolňuje a dochází k poklesu síly. Tento jev je označován jako relaxace napětí. Jestliže bychom namáhali šicí nit do konstantní síly, byl by odezvou tzv. creep, jak je znázorněno na obr.4.3. Obr. 4.3 Cyklické namáhání šicí nitě (creep) 31

30 4.4 Pružnost šicí nitě Jedním z ukazatelů chování přízí a nití v technologickém procesu je jejich pružnost, zvaná též elasticita. Přestože je nit v technologii (např. při tkaní nebo na šicím stroji) namáhána velmi rychle dynamicky, lze si určitý obrázek o elasticitě (pružnosti) nitě udělat z cyklického měření v pseudostatickém režimu. Při zkoušce pružnosti nitě ji zatěžujeme postupně na vyšší úrovně (obr.4.4). Na obr.4.4 je patrná zvyšující se úroveň napětí a deformace šicí nitě při zkoušce pružnosti. Protože deformace ε [%] je lineárně závislá na čase, můžeme překreslit průběh síly do os F [N] - ε [%]. Rozbor druhu deformace ε [%] na namáhání šicí nitě je znázorněno na obr.4.5. Obr.4.4 Namáhání nitě při zkoušce pružnosti Z obrázku je patrné, že celková deformace ε celk [%] se skládá z deformace elastické ε elast [%], která se celá vrátila a deformace plastické ε plast [%], která se projevuje zůstatkovým protažením šicí nitě. ε celková = ε elastická + ε plastická (4.13) Na dynamometru se nám však projevují křivky, znázorněné na obr.4.6. K deformacím elastickým a plastickým je nutno ještě připočítat deformaci, která se tzv. zotaví při prodlevě s nulovým napětím (silou). To je znázorněno na obr.4.6. Obr.4.5. Rozbor celkové deformace 3

31 Křivky na obr. 4.6 jsou vytvořeny v režimu, kdy vykreslování křivky souhlasí s pohybem spodní zatěžovací čelisti. Jinými slovy: jde-li čelist dolů, je zvyšována deformace a napětí, jde-li čelist nahoru, je deformace a napětí snižováno. Povšimněme si, že i-tý stupeň (např. 1.) začíná v nule. Nit je zatěžována do úrovně celkové deformace ε celkové [%]. Poté se čelist začne vracet, deformace a napětí klesá, a to až do bodu 1, kdy se křivka dotkne osy ε [%]. Vrátila se elastická pružná deformace. Čelist se však vrací do původní polohy na počátku. Na niti se projevuje prověšení plastická deformace. Obr.4.6 Rozbor křivek z dynamometru Velikost této deformace plastické okamžité ε plast. okamžitá [%] je tedy od bodu 1 až k počátku. Nastává prodleva a nit se zotavuje. Po zotavení nitě nastává (i+1) ní cyklus namáhání (např..). Křivka i+1 nezačíná v počátku, ale teprve poté, co se zrušila (natáhla) zbylá plastická deformace od počátku k bodu. Deformaci 1 můžeme považovat za deformaci elastickou ε elast okamžitou [%], deformaci za deformaci elastickou zotavenou ε elast. zotavená [%] a deformaci 3 za deformaci plastickou zotavenou ε plast. zotavená [%]. Celková deformace se tedy skládá z částečných deformací ε celková = ε elastická zotavená + ε plastická zotavená (4.14) Pro stanovení poměrů deformací během celého zatěžovacího procesu provádíme cyklické namáhání šicí nitě se zvyšující se úrovní napětí a deformace až do jejího přetrhu. Z jednotlivých deformačních stupňů vyhodnocujeme jednak deformaci celkovou ε celk. [%] deformaci elastickou zotavenou ε elast. zot. [%] deformaci plastickou zotavenou ε plast. zot. [%] Z vyobrazení je zřejmé, že plastická zotavená deformace v i-tém stupni zatěžování je rovna vzdálenosti na ose ε [%] od počátku až po náběh dalšího, (i+1) ho stupně. Proto elastickou deformaci ε elast. zot. [%] vypočítáme z rozdílu celkové a plastické deformace v i-tém stupni zatěžování: ε elast. zot. = ε celk. - ε plast. zot. (4.15) 33

32 Pružnost šicí nitě vyjádříme na základě poměru elastických deformací nitě a přísně elastického tělesa, jehož celková deformace se rovná deformaci elastické tak, že sestrojíme závislost elastických a celkových deformací nitě a plochu pod křivkou porovnáme s plochou pod přímkou elastického tělesa, jak je znázorněno na obr Získáme tak průměrný stupeň elasticity S 1 E = *10 [%] (4.16) S Obr. 4.7 Vyjádření stupně elasticity šicí nitě [3] 34

33 5 KONSTRUKČNÍ PARAMETRY PLOŠNÝCH TEXTILIÍ Cíl kapitoly: Tato kapitola je věnována studiu parametrů textilií, které souvisí s technologickými procesy, ve kterých textilie vznikají. Čas potřebný k prostudování: Kapitola je dosti obsáhlá, protože zahrnuje konstrukční parametry plošných textilií. Myslím ale, že hodiny studia by měly na prostudování stačit. Na co navazujeme: Navazujeme na povšechné znalosti textilních technologií, kapitolu o jemnosti a znalosti jednotek. Definice: Konstrukčními parametry plošných textilií rozumíme vazbu, dostavu a další parametry u tkanin vazbu, hustotu sloupků, hustotu řádků, délku očka a další parametry u pletenin Konstrukce textilie je ovlivňována činností pracovních orgánů, které vytvářejí soudržné síly mezi částmi struktury textilie. Základním prvkem konstrukce plošné textilie je vazný bod. Konstrukce textilie je ovlivňována činností pracovních orgánů, které vytvářejí soudržné síly mezi částmi struktury textilie. Základním prvkem konstrukce plošné textilie je vazný bod. Vlastnosti plošných textilií jsou závislé jednak na vlastnostech délkových textilií (vláken, přízí, nití), ze kterých jsou plošné textilie konstruovány, jednak na konstrukci plošné textilie a rovněž na konečné úpravě. Konstrukci plošné textilie ovlivňuje použitá technologie (tkaní, pletení, technologie výroby netkané textilie) způsob a druh interakcí mezi konstrukčními prvky (vazba, struktura) hustota zastoupení konstrukčních prvků v textilii (dostava, hustota sloupků, hustota řádků, atd.) Tkaniny Tkaniny jsou vytvořeny ze dvou soustav nití provázaných navzájem vazbou. Vazné body jsou tvořeny překřížením nití v pravém úhlu (u klasických tkanin). Styk nití (interakce) je víceméně bodový. Pro popis struktury existuje mnoho modelů, které zde nejsou presentovány. Pleteniny Pleteniny jsou tvořeny z jedné soustavy nití, jež je propletena v určité vazbě. Vazné body jsou tvořeny lineární interakcí nití. Tento způsob provázání umožňuje větší posuv nití ve vazném bodě. V praxi to znamená, že pletenina má větší schopnost se deformovat, než tkanina. Jak bylo uvedeno výše, základním konstrukčním parametrem je vazba. 35

34 Vazba je definována jako systém, kterým jsou provázány nitě (konstrukční prvky). Jejím zkoumáním se zabývá nauka o vazebních technikách. V rámci textilního zkušebnictví je vazba určována buď pod lupou nebo páráním nití a zakreslováním jejich provázání do patrony. S vazbou úzce souvisí další konstrukční parametry: plošná hmotnost (jemnost textilie) [kg.m - ] tloušťka [m] objemová měrná hmotnost [kg.m -3 ] pórovitost [%] hustota (dostava osnovy a útku, hustota řádků a sloupků) změny délky nití (setkání, procento setkání, spletení, procento spletení) Jednotlivé parametry vysvětlíme zvlášť. 5.1 Plošná hmotnost Jemnost plošných textilií se vyjadřuje její hmotností na jednotku plochy. Plošnou hmotnost stanovíme ze vztahu m m ρ S = = S l * b [kg.m - ] (5.1) kde ρ S - plošná hmotnost [kg.m - ] m - hmotnost odstřihu [kg] plošné textilie o ploše S [m - ] S - plocha odstřihu plošné textilie [m - ]. l je délka vzorku a b je šířka vzorku [m ] Metoda stanovení plošné hmotnosti Plošnou hmotnost stanovíme gravimetricky [7]: Z plošné textilie odstřihneme přesně po niti (po sloupku a po řádku) vzorky o rozměrech 100 x 100 mm, tyto zvážíme a hodnoty statisticky zpracujeme. Podle vztahu (5.1) přepočítáme na hmotnost 1 m. Přístroje a nástroje, které k tomu potřebujeme jsou měřítko, jehlička, nůžky a analytické váhy. Pokud použijeme váhy elektronické, můžeme získat po zadání plochy odstřihu přímo plošnou hmotnost v kg.m -. Pro výstřih vzorků o přesné ploše mm jsou k dispozici rovněž různé vyřezávače kruhových vzorků. Hmotnost běžného metru Hmotnost běžného metru je hmotnost odstřihu plošné textilie v plné šíři a délce odstřihu 1 m. Objemová měrná hmotnost Objemová měrná hmotnost je definována jako hmotnost 1 m 3 plošné textilie, což je podle fyzikální definice hustota ρ [kg.m -3 ]. Protože však zároveň pojem hustota je u 36

35 plošných textilií (např. pletenin) používán v jiných souvislostech, byl zaveden pojem objemové měrné hmotnosti. Podle definice je tato veličina dána vztahem m m ρ S ρ V = = = V S. h h [kg.m -3 ] (5.) kde m - je hmotnost plošné textilie [kg] V - je objem plošné textilie [m 3 ] Dalším parametrem, který u plošných textilií v souvislosti se stanovením plošné hmotnosti můžeme určit je pórovitost, jinými slovy obsah pórů naplněných vzduchem v textilii. Pórovitost kde vypočítáme ze vztahu: ρvlk ρv p = *10 [%] (5.3) ρ vlk p - pórovitost textilie v [%] ρ vlk - hustota klimatizovaných vláken [kg.m 3 ] (z tabulek) ρ V - objemová měrná hmotnost textilie [kg.m 3 ] U stanovení pórovitosti směsových textilií vycházíme ze vztahu kde 1 ρ SM = ρvlkj * v j [kg.m 3 ] (5.4) 10 k j= 1 ρ SM - hustota směsi [kg.m 3 ] ρ vlkj - hustota j-té komponenty klimatizovaných vláken [kg.m 3 ] v j - obsah j-té komponenty ve vlákenné směsi [%] Příklad: pro dvoukomponentní směs vláken vlna 45 %, polyester 55 % stanovíme hustotu směsi: ρ SM = ( ρ Kv ln y * 45 + ρ Kpolyester *55) = ( 1,31*10 * ,39 *10 *55) = = 1,350 *10 kg. m [ ] Pro úplnost nám ještě schází změřit tloušťku plošné textilie. Tloušťka Tloušťku plošné textilie můžeme definovat jako kolmou vzdálenost mezi lícem a rubem textilie. 11 Je jistě rozdíl, budeme-li tloušťku textilie měřit jen volně, bez přítlaku nebo jestli ji změříme ve stlačení mezi čelistmi. Protože je textilie materiál snadno deformovatelný 11 Co je líc a co je rub je myslím dostatečně známo. Líc se vyznačuje např. větším leskem, je barevnější, atd. 37

36 (stlačitelný), je měření tloušťky textilie normou [6] předepsáno za přesně stanoveného přítlaku čelistí. 1 K měření tloušťky textilií je používáno tloušťkoměrů různých konstrukcí. Principem měření tloušťky textilie však zůstává změření vzdálenosti mezi dvěma čelistmi, mezi kterými je umístěna textilie, jak je ukázáno na obr.5.1. Obr. 5.1 Princip tloušťkoměru Obr. 5. Princip stanovení tloušťky plošné textilie Závislost tloušťky textilie na čase po vložení přítlaku čelisti Jak bylo výše uvedeno, důležitým parametrem měření tloušťky textilie je přítlak mezi čelistmi. Je dán plochou zatěžující čelisti a silou, kterou čelist na textilii působí. Je definován jako měrný tlak: F p m = S [Pa] (5.5) kde F - je zatěžující síla [N] S - je plocha čelisti [m ] Tento přítlak je vyrovnáván vnitřním odporem v textilii. Jestliže bychom měřili tloušťku textilie ihned po vložení přítlaku, dospěli bychom k jiným výsledkům, než kdybychom tloušťku měřili až po určitém čase. To je ukázáno na obr.5.. Na křivce závislosti tloušťky na čase si povšimněme, že po určitém čase se křivka asymptoticky blíží konstantní tloušťce. V tomto čase jsou změny tloušťky textilie na čase minimální a při měření dospějeme k reprodukovatelným 13 hodnotám. Čas, při kterém dojde k ustálení deformace textilie bývá v normách stanoven na 30 s. Z výkladu je patrné, že použijeme-li různé přítlaky, změříme různé tloušťky textilie. Toto popisuje SOMMER tzv. stlačitelností: 1 Musíme si zároveň uvědomit, že různé normy mohou předepisovat různý přítlak pro různé typy textilií ( např. pro textilie s vlasovým povrchem plyše budou zřejmě předepsány jiné přítlaky než pro hustě dostavené hladké textilie ) 13 Reprodukovatelný - takový, že když dodržíme stejné podmínky měření, dojdeme ke stejným výsledkům. 38