Одноциклові характеристики і їх отримання.

Серед питань про поведінку волокон або ниток в циклах закручення - розкручування - відпочинок найбільш вивчений питання про їх рівноважності - величині моменту, що розкручує, якім вони володіють. Як вже зазначалося, деформація зрушення аналогічно розглянутій вище деформації розтягування включає в себе три складові частини - пружну, еластичну і пластичну. Оскільки дві перші оборотні, закручене волокно або нитка прагне розкрутитися; при цьому виникає розкручуваний момент.

У ряді випадків, наприклад для вироблення трикотажних виробів, прагнуть отримати рівноважну нитку, тобто таку, у якої момент, що розкручує, відсутній зовсім або невеликий. У такої нитки при переробці не виникає сукрутин і вона менше обривається. Для кручених ниток вдається добитися рівноваги, даючи напрям другому суканню, зворотне тому, яке нитка отримала при першій. Виникає від двох сукань два протилежно спрямованих моментам, що розкручують, взаємно врівноважуються і виробляється рівноважна нитка.

Іншим способом отримання рівноважних ниток є їх волого-термічна обробка. Під дією вологи і нагріву, які досягаються запарюванням (найчастіше під тиском) або іншими методами, забезпечується прискорене протікання в нитці релаксації еластичної деформації зрушення; молекули приходять в рівноважний стан, що крутить момент різко зменшується, і нитку втрачає здатність розкручуватися.

Навпаки, в інших випадках, наприклад при виробленні крепових ниток, добиваються того, щоб вони володіли значним моментом, що розкручував.

Завдяки розкручуванню крепової нитки створюється своєрідний хвилястий ефект на поверхні виробленої з неї тканини.

За допомогою наступного простого методу можна визначити рівновагу нитки. Від мотка відмотують відрізок довжиною 1 м і складають його навпіл у вигляді петлі. Якщо нитка рівноважна, петля не скручується зовсім або дає не більше 6 витків; у протилежному випадку число витків виходить великим.

А. Н. Соловьев запропонував визначати рівновагу ниток за допомогою круткомерів. Випробовувану нитку заправляють в закріпленні затиски круткомеру під попереднім навантаженням. Відстань між затисками встановлюють рівну 250 мм. Лічильник круткомера заздалегідь ставлять на нуль.

Далі нитку беруть лівою рукою біля віддаленого від лічильника затиску і, звільнивши кінець, складають її петлею так, щоб крайні крапки її співпали і вона в цьому місці опинилася затисненою. При складанні петлі на середину нитки накладають препарувальну голку.

Після видалення голки і звільнення другого кінця нитки із затиску, нитку, складену петлею, перехоплюють двома пальцями правої руки так, щоб петля мала довжину 125 мм. Розташував петлю вертикально, дають їй повністю закрутитися і, узявши лівою рукою, заправляють кінцями в затиск у лічильника. Протягнувши в петлю препарувальну голку лівою рукою, відчиняють затиск і починають його обертати так, щоб петля повністю розкрутилася.

Середня нерівноважність, кр./м, обчислюється з точністю до цілих одиниць множенням свідчень лічильника на 8. Якщо при випробуванні одного зразка нерівноважність нитки має різні напрями, то при знаходженні алгебраїчної суми нерівноважність за напрямом Z зважають позитивною, а за напрямом S - негативною.

Середня нерівноважність в цьому випадку знаходиться діленням алгебраїчної суми на загальне число випробувань.

Для сильно неврівноважених ниток (більше 100 кр./м) оцінюють нерівноважність даним методом не рекомендується.

Іноді для визначення неравновесності використовують вертикальні круткомери.

Для знаходження моменту, що розкручує, застосовують також прилади, описані вище (рис. 2.1.2.). В цьому випадку, визначивши момент, що крутить, після заданого числа кручень, спостерігають якийсь час за зворотним рухом стрілки приладу і визначають, наскільки вона розкрутиться.

Так, для нитки шовку-сирцю 10 текс при суканні 500 кр./м момент, що розкручує, склав, за даними Л. Е. Осипової, 1510⁵ Нсм, при суканні 2000 кр./м - 4010⁵ Нсм, при суканні 3000 кр./м-12910⁵ Нсм, а для віскозної нитки приблизно тій же лінійній щільності при суканні 2000 кр./м він склав, за даними Р. Штейнбергера, 2610⁵ Нсм.

З цих даних виходить, що шовк сирець, що володіє більшою оборотною деформацією, при однаковому закручуванні дає і більший момент, що розкручує.

Для того, щоб визначити, як при деформації кручення (наприклад, в процесах переробки) нитка чинить опір зміненню своєї форми, вивчають її жорсткість при крученні. Жорсткість при крученні С, Нм/рад, є фізичною характеристикою, що є коефіцієнтом пропорційності між моментом, що крутить, і відносним кутом закручування, рівний, якщо форму нитки вважати циліндром, добутку модуля зрушення G (модуля пружності другого роду) на полярний момент інерції Iр

С = G1_Р (2.2.1)

Підставивши значення Iр з формули (2.1.3.) у формулу (2.2.1.), отримаємо

С=1,63T²10G/². (2.2.2.)

Як показали Г. Л. Слонімський і Л. Є. Осипова, для нитки, що має в перетині n що не взаємодіючих між собою елементарних ниток (тобто коли між ними відсутнє тертя або склеювання) з жорсткістю кожної Со, жорсткість

С= nС₀. (2.2.3)

Для монолітно зв'язаних елементарних ниток

С_mах = n²С₀. (2.2.4.)

Для реальних ниток, складених з елементарних ниток (або волокон), що взаємодіють між собою, характерні проміжні випадки, при яких справедлива рівність

С, (2.2.5.)

Чи приблизно

. (2.2.6.)

Наприклад, для ниток шовку-сирцю β = 1,5. Це слід мати на увазі при визначенні модуля зрушення G: для ниток його значення нижче, ніж для волокон або елементарних ниток.

Оскільки жорсткість елементарних ниток падає пропорційно квадрату їх лінійної густини, а жорсткість комплексної нитки, складеної з елементарних, росте пропорційно числу останніх в ступені β, де β < 1,5, то штучні комплексні нитки, складені з більшого числа елементарних, мають меншу жорсткість, чим нитки тієї ж лінійної густини, але складені з меншого числа елементарних.

Оскільки у вираз жорсткості входить модуль зрушення, слід ще раз вказати, за яких умов доцільно користуватися цією характеристикою. Як і модуль подовжньої пружності, модуль зрушення можна застосовувати для текстильних волокон і ниток в тому випадку, якщо до них на короткий час додаються малі зовнішні розтягуючи сили. Аналогічно цьому модулем зрушення і поняттям жорсткості при крутінні текстильних ниток можна користуватися тоді, коли на короткий час, обчислюване долями або максимум одиницями секунд, даються малі відносні кути закручування (для ниток найбільш поширених лінійних щільностей зазвичай не більше 2 кр./см).

Якщо повідомити нитки великі кути закручування, то вона наряду з пружною і швидко оборотною частиною еластичної деформації зрушення отримає поволі оборотні еластичні і необернені пластичні деформації; тоді застосування поняття «модуль зрушення» і обчислення жорсткості при крученні втрачають сенс.

Для визначення жорсткості на сукання частіше всього використовують крутильний маятник. Для ниток метод випробування і відповідний прилад - крутильний маятник - розроблені І. С. Павловим.

Нитка 1 (рис. 2.2.1.), складену у вигляді петлі, закріплюють в затиску 2 і перекидають через гачок 4, розташований на щаблині П- подібної стійки 5. На петлю за допомогою гачка підвішують легкий круглий диск 3, який і становить крутильний маятник. Він починає розкручуватись в протилежну сторону під дією оборотних деформацій нитки, потім знов закручується і розкручується. Сукання поступово затухає. Тривалість другого періоду розкручування заміряють по секундоміру. При випробуванні волокон дисковий маятник подвішується не на петлю, а на розпрямлене одиночне волокно і закріплюється.

Приймаючи поперечний перетин нитки за круг, для якого полярний момент інерції Ір, як відомо, приблизно рівний 0,1d⁴, і користуючись звичайними формулами теорії

коливань, можна отримати вираз жорсткості через період коливання при прискоренні сили тяжіння g, довжині підвісу l, діаметрі диска D, його товщині h і густини його матеріалу γ :

С = G1_Р = 0,4πγ/(), (2.2.7)

де t— час випробування, с.

Оскільки в процесі випробування на певному приладі всі величини, окрім t, залишаються постійними, формулу можна записати у такому вигляді:

С = G1_Р = К/ (2.2.8)

Для приладу І. С. Павлова при D = 6,3 см, G = 24,3 г і l= 15 см величина К для ниток приблизно рівна 72. Часто жорсткість С виражають в умовних одиницях, приймаючи за одиницю жорсткості жорсткість нитки з періодом коливання 100с.

Тоді:

С=10 000/t². (2.2.9.)

Дані про жорсткість волокон деяких видів (по П. А. Рогову) зведені в табл. 2.2.1.

Таблиця 1

Жорсткість при крученні для різних волокон і елементарної нитки

Волокно, нитка	Діаметр, мкм	Жорсткість при крутінні,г
Бавовняне	18,1	426-578
Вовняне
Віскозне штапельне	6,4
Капронова елементарна нитка

 

Дані про жорсткість ниток (по П. А. Рогову) зведені в табл. 2.2.2..

Жорсткість волокон і ниток при суканні істотно залежить від їх вологості, вона різко знижується із збільшенням вологості.

Визначивши жорсткість при суканні по формулі (2.2.7) і обчисливши по розрахунковому діаметру нитки за формулою (2.1.3.) полярний момент інерції, можна по формулі (2.2.1.) обчислити модуль другого роду G.

Оскільки волокна і нитки є тілами анізотропними і такими, що володіють деформаціями, що складаються з трьох компонентів, визначувані для цих тіл модулі 1-го і 2-го роду і коефіцієнти Пуассона умовні, то просте співвідношення між модулем зрушення і модулем пружності для них відсутній, тобто

GЕ : 2(1+ ). Значення G повинні знаходитися самостійно, а не обчисленням по відомих Е і . Відносини Е:G значно змінюються (від 2 для скляного волокна до 28 для зміцненого віскозного).

Багатократне закручування - розкручування волокон і нитей вивчене мало, як і деформація їх зрушення в чистому вигляді, тому вони тут детально не розглядаються.

Таблиця 2