Заполнение, пористость и наполнение ткани

Эти характеристики, используемые для оценки заполненности тканей волокнистым материалом, влияют на различные свойства тканей. По соотношению показателей линейного наполнения и заполнения оценивают связность нитей в ткани.

Линейное заполнение ткани по основе Е_оили по утку Е_упоказывает, какой процент длины прямолинейного отрезка по основе или утку заполняют поперечные сечения нитей другой системы – утка или основы. При этом линейное заполнение не учитывает вид переплетения и не зависит от него.

Линейное заполнение ткани по основе Е_о, % (по линии 0 – 0₁ рис. 4), , линейное заполнение ткани по утку Е_у, % (по линии Y—Y₁), Е_у = 100dу/b = d_уП_у, где d_ои d_y – диаметры нитей основы и утка, мм; а и b – расстояния между осями соседних нитей основы и утка, мм; П_о и П_у– число нитей на 100 мм по основе и утку.

Если значения диаметра нитей выразить через линейную плотность , то формулы принимают вид , ,где Т_о и Т_у - линейная плотность нитей основы и утка, текс; d₀ и d_У – средняя плотность нитей основы и утка, мг/мм³.

Отсюда следует, что Е_о=Е_у=100%соответствуют a = d_o и b = d_y, т. е. теоретически максимально возможной плотности ткани без учета второй системы и сплющивания нитей. Значения Е >100 % указывают на сплющивание нитей или смещение по высоте расположения центров их сечений с шагом а или b, меньшим значения диаметра нитей.

Рис. 4. Схема для расчета линейного, поверхностного заполнений и линейного наполнения ткани

Размеры сквозных пор в ткани а₀ и b_о, мм, (рис. 3) можно определить при Е £ 100% без учета сплющивания и смещения нитей по толщине по формулам: и

Поверхностное заполнение Е_s, %, ткани определяется отношением площади проекций обеих систем нитей (AGJD + FHCJ) в минимальном элементе ткани (ABCD на рис. 4) к площади этого элемента. За минимальный элемент принимают участок ткани, ограниченный одноименными (левыми и нижними) образующими соседних нитей. Его размер не зависит от вида и раппорта переплетения.

или

Формула справедлива для значений Е_о£ 100% и Е_у£ 100 %. Если Е_о>100 % или Е_у>100 %, это соответствует Е_s = 100%, т. е. полному заполнению поверхности ткани и отсутствию в ней сквозных пор.

Объемное заполнение E_V, %, ткани определяется отношением объема нитей V_н в ткани к объему V_T ткани:

Если считать, что средняя плотность нитей основы и утка одинакова и равна , (где М – масса ткани объемом V_T), то , где d_Т и d_н – средняя плотность ткани и нитей, мг/мм³.

Заполнение ткани по массе E_м %, определяется отношением массы М нитей в ткани к ее максимальной массе М_maх при условии полного заполнения всего объема ткани V_T веществом волокна или нити: или , где g - плотность вещества волокон или нитей, мг/мм³.

Если обозначить объем вещества V_в в ткани без воздушных промежутков, то его масса M, т. е. равна массе нитей. Отсюда,

Следовательно, заполнение ткани по массе показывает долю (в процентах) объема вещества в контурном объеме ткани.

Относительная пористость ткани оценивается различными характеристиками. Поверхностная пористость A_s, %, показывает отношение площади сквозных пор к площади всей ткани: . Объемная пористость A_v, %, показывает долю воздушных промежутков только между нитями: . Общая пористость А_общ, %, характеризует процентную долю вткани всех промежутков между нитями и волокнами, а также внутри них: .

Линейное наполнение показывает, какой процент длины прямолинейного отрезка ткани (w – w₁) или (z – z₁) составляет сумма диаметров поперечных сечений нитей двух систем, показанных внизу на рис. 4 жирными линиями, без учета сплющивания или наклонного расположения.

Линейное наполнение по основе Н_о, %, определяют по следующим исходным параметрам. Если плотность по основе П_о нитей на 1 дм, а число нитей основы в раппорте R_o,то длина раппорта в миллиметрах . При числе уточных перекрытий в раппорте t_удлина L_Rо заполняется R_oнитями основы с диаметром d₀ и 2 t_унитями утка с диаметром d_y. Следовательно:

или

Линейное наполнение по утку Н_у, %, определяют аналогично по формуле , где t₀ – число основных перекрытий в раппорте.

В зависимости от заполнения и наполнения ткани изменяются многие ее свойства. При малом заполнении ткань обычно бывает легкой, гибкой, имеет повышенную проницаемость и теплопроводность. При увеличении плотности, заполнении и наполнении ткани возрастает связь элементов ее структуры, увеличивается поверхностная плотность, прочность и износостойкость, а проницаемость и теплопроводность уменьшаются. При очень высоком заполнении и наполнении ткань становится жесткой и тяжелой. В некоторых случаях высокое заполнение по одной системе нитей используют для получения гладкой блестящей поверхности ткани.

Механические свойства

Механические свойства определяют отношение текстильных полотен к различно приложенным внешним усилиям, вызывающим деформацию растяжения, сжатия, изгиба, а также тангенциальное сопротивление полотен и такие связанные с ним явления, как раздвижка нитей в тканях, осыпаемость, прорубаемость, спуск петель в трикотаже и др.

Прочность при растяжении - важный показатель механических свойств текстильных полотен, определяющий их целостность. Сопротивление структуры полотен (систем нитей, волокон нитей и волокон) зависит от многих факторов. К ним относятся и условия деформирования (среды, скорости растяжения) и состояние структуры полотен. Известен ряд теорий прочности.

При растяжении текстильных полотен до разрыва могут быть определены следующие показатели механических свойств:

- разрывная нагрузка Р_р, Н - наибольшее усилие, выдерживаемое единичной пробой до разрыва;

- давление на пробу s_п, Па, при продавливании мембраной;

- удельная разрывная нагрузка Р₀, кН´м/кг, которая применяется для сравнения разрывной нагрузки текстильных полотен разной массы и рассчитывается по формуле

где Р_р – абсолютная разрывная нагрузка, Н; r_S – поверхностная плотность полотна, г/м²; а_р – рабочая ширина полоски пробы, мм.

- разрывное напряжение s_р, Па, - относительная нагрузка, выражающая отношение разрывной нагрузки Р_р к площади S поперечного сечения единичной пробы, на практике разрывное напряжение определяют по формуле:

При наличии элементов структуры с разной плотностью вещества нитей необходимо рассчитать средневзвешенную плотность g_c кг/м³, нитей:

где a_{I -}- доли нитей по массе в пробе, сопротивляющихся растяжению.

Для тканей b трикотажа разрывную нагрузку по длине (основе) и ширине (по утку) можно рассчитать с учетом массы материала разрываемой системы нитей.

или

где С– доля массы нитей той системы, по направлению которой происходит растяжение.

Удлинение при разрыве l_р, мм, представляющее собой приращение длины единичной пробы, определяют по формуле:

где L_K конечная (к моменту разрыва) длина единичной пробы, мм; L_o – длина между зажимами, мм.

Относительное удлинение при разрыве e_Р – это удлинение при разрыве, выраженное в процентах от первоначальной длины:

К комплексным показателям механических свойств текстильных полотен при растяжении до разрыва относится работа разрыва (абсолютная, удельная и объемная). Абсолютная работа разрыва R_р, Дж, – работа, совершаемая внешними силами при растяжении единичной пробы до разрушения. Ее рассчитывают по формуле:

где l_р – коэффициент полноты диаграммы , где S_ф – фактическая интегральная площадь под кривой растяжения (рис., a S_obc); S – интегральная площадь прямоугольника с координатами Р_р и l_p(S_obca) (см. рис 4).

Рис. 5. Диаграмма растяжения элементарной пробы полотна: а – неполная; б – полная

При разрыве текстильных полотен во многих случаях разрушение пробы происходит не мгновенно, а с убыванием. Тогда полная работа где R2 – работа по разрушению неразорвавшихся элементарных звеньев структуры. Удельная работа разрыва rр, Дж/г,

– работа разрушения структуры, от отнесенная к единице массы:

где М_Р – масса рабочей части полоски пробы, г.

Объемную работу разрыва r_v, Дж/см³, определяют по формуле:

где V_P – объем рабочей части единичной пробы, см³.