автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Новые разрушающие методы оценки механических свойств химических комплексных нитей

• ГБ ОЛ

2 2 тон 1933

На правах рукописи

ЛАВРОВА ЗОЯ ИГОРЕВНА

НОВЫЕ РАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ХИМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСНЫХ НИТЕЙ

Специальность 05.19.01 - Материаловедение (текстильное,

кожевенно-меховое, обувное, швейное)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических нате

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна на кафедре материаловедения.

Научные руководители: Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор К. Е. Перепелкин

кандидат технических наук, доцент М. Н. Иванов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, ст. н.с. В. И. Киселев

доктор технических наук, доцент С. В. Ломов Ведущее предприятие ТОО "Институт технических сукон", г. Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится 23 июня 1998 г. в 4-И час. на заседании диссертационного совета Д.063.67.01 при Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна, ауд. 241. Адрес: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 1В. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан 22 мая 1998 г.

Отаывы в двух экземплярах (заверенные печатью) направлять по адресу: Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18, ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета д. т. н., доцент

А. Е. Рудин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Расширение сферы использования химических нитей и необходимость прогнозирования свойств текстильных материалов на их основе требует более полной оценки их строения и свойств с применением как общепринятых, так и новых методов исследований и испытаний. Важным, но мало изученным вопросом, является также оценка взаимодействия элементарных нитей и неравномерности их свойств в комплексных нитях. Степень реализации свойств отдельных элементарных нитей в химических комплексных нитях во многом определяется именно этими факторами. Существующие методы не позволяют количественно оценить силы фрикционного взаимодействия внутри комплексных нитей при разрушении, а предложенный в 50-х годах в работах по проектированию прочности пряжи косвенный показатель внутреннего взаимодействия волокон в нитях так и не был экспериментально определен. В то же время изучение зоны разрушения комплексной нити позволяет найти новые показатели эффективной и критической длины элементарных нитей и с их использованием оценить фрикционное взаимодействие между элементарными нитями в зависимости от строения комплексной нити.

Важную информацию о процессе разрушения комплексных нитей позволяет получить также метод регистрации спектра акустической эмиссии. Для изучения текстильных материалов, состоящих из дискретных структурных элементов, этот метод применялся очень мало. В течение ряда лет метод регистрации акустической эмиссии разрабатывался на кафедре материаловедения СПГУТД в основном применительно к разрушению волокон и некрученых комплексных нитей при небольшой зажимной длине,

* Определение терминов см. стр. 9 и 13.

когда нить ведет себя как пучок невзаимодействующих между собо? элементарных нитей. Реальные же условия эксплуатации предполагают использование комплексных нитей различного строения, в том числс различной крутки, и метод регистрации акустической эмиссии в сочетании < анализом полной диаграммы деформирования до разрыва дает новук информацию об их строении и особенностях свойств, а также наличш неравномерности свойств структурных элементов (элементарных нитей).

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы явилас] разработка метода изучения зоны разрыва комплексных нитей и оценю фрикционного взаимодействия между элементарными нитями пр! разрушении; метода изучения разрушения комплексных нитей I регистрацией совмещенной диаграммы растяжения и спектра акустическо] эмиссии; метода оценки по акустическому спектру наличия дефектны: элементарных нитей и неравномерности их механических свойсте в процесс разрушения комплексных нитей.

Для достижения поставленной цели в работе реализуются слсдугогци задачи:

- исследование характера зоны разрушения различных видо химических комплексных нитей при варьировании их крутки;

- разработка метода оценки сил фрикционного взаимодействи элементарных нитей в комплексной с использованием показагел критической длины, оцениваемого но длине зоны разрыва;

- исследование процесса разрушения при растяжении комплексны нитей с регистрацией полной диаграммы растяжения до разрыва и спектр акустической эмиссии;

- изучение влияния крутки комплексных нитей на характеристик спектра акустической эмиссии;

- разработка критериев оценки степени взаимодействия между элементарными нитями и неравномерности свойств отдельных элементарных нитей при разрушении комплексной по акустическим спектрограммам;

- оценка возможности по спектру акустической эмиссии оценки качества комплексных нитей и неравномерности разрушения элементарных нитей.

Научная новизна;

- разработан новый метод оценки критической длины и фрикционного взаимодействия между элементарными нитями при разрушении комплексной;

- выявлено соответствие распределения координат точек разрыва элементарных нитей при разрушении комплексной закону распределения Вейбулла для одного разрушенного конца и нормальному закону распределения для всей зоны разрушения и рассчитаны параметры этих распределений;

- найдены средние значения эффективной и критической длин элементарных нитей в различных видах комплексных нитей (вискозные, лавсан, анид, терлон);

- оценена зависимость удельной силы трения в комплексной нити и вида поперечного сечения элементарных нитей;

- разработан усовершенствованный метод регистрации совмещенной диаграммы растяжения и спектра акустической эмиссии;

- установлено влияние коэффициента крутки нитей на вид спектра акустической эмиссии;

- разработан метод оценки по виду спектра акустической эмиссии степени неравномерности элементарных нитей в комплексной с учетом их постепенного разрушения при деформировании.

Практическая значимость:

- разработана методика определения критической длины и сил фрикционного взаимодействия элементарных нитей в комплексной и рекомендована для оценки процессов обработки при получении химических комплексных нитей и их подготовки к переработке;

- разработана методика оценки неравномерности механических свойств элементарных нитей при растяжении до разрыва комплексных нитей но акустическим спектрограммам;

- выполнена экспериментальная оценка харакгера разрушения комплексных нитей разных видов с различной круткой по совмещенным диаграммам деформирования до разрыва и акустическим спектрограммам;

- методы регистрации совмещенной диаграммы растяжения и спектра акустической эмиссии рекомендованы и прошли апробацию при оценки качества и неравномерности механических свойств элементарных нитей в химических комплексных нитях лавсан, терлон, армос в ОАО "НИИХимволокно", ОАО "Тверьхимволокно", ТОО "ТЕХНИКОМ" и других.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:

Международной научно-технической конференции "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве" (ПРОГРЕСС-96). Иваново, 1996;

Международной научно-технической конференции "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве" (ПРОГРЕСС-97). Иваново, 1997;

Всероссийской научно-технической конференции "Совремешпле технологии текстильной промышленности" (Текстиль-97). Москва, 1997;

Conference "Arch '97" Textiles designing and Care. Lodz, 1997;

10-th International Conference on Composite Materials Mechanics. Riga.

1998;

Научно-технической конференции СПГУТД по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности. Санкт-Петербург, 1998;

Научно-технической конференции "Дни науки". Санкт-Петербург,

1998;

на семинарах кафедры материаловедения СШ УТД.

По материалам диссертации опубликовано двенадцать работ.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 160 страницах, состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы, содержащего 125 наименований и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, определены цели и задачи работы.

Первая глава посвящена обзору литературы по строению и взаимодействию между элементарными нитями в химических комплексных нитях, а также влияния трения между элементарными нитями и волокнами и крутки комплексных нитей на механические свойства и процесс разрушения. Анализ литературы показал, что непосредственное измерение фрикционного взаимодействия элементарных нитей и волокон в нитях (пряже), влияющего на степень реализации их механических свойств, трудно выполнимо. Кроме того, проведен анализ немногочисленных данных в области изучения процесса разрушения нитей с использованием метода регистрации акустической эмиссии, часто применяемого для исследования механизмов разрушения горных пород, строительных, композиционных и других монолитных материалов.

Па основании анализа литературы поставлены задачи исследования, направленные на разработку и развитие ноеых, нетрадиционных методов изучения разрушения нитей при деформировании, позволяющих получить

дополнительные сведения о строении комплексных нигей и особенностях их механических свойств.

Вторая глава посвящена обоснованию выбора объектов и характеристике методов исследования.

Для разработки методов определения эффективной и критической длины и исследования фрикционного взаимодействия внутри комплексных нитей, анализа процесса разрушения нитей на основе акустической эмиссии основными объектами были выбраны различные виды химических комплексных нитей: текстильные (вискозные, полиэфирные - лавсан), технические (полиамидные - анид) и сверхвысокомодульные (пара-арамидные - терлон) с приблизительно одинаковым числом элементарных нитей (от 140 до 150). Выбранные для исследования комплексные нити отличаются химической природой составляющих элементарных нитей, методами получения и, следовательно, имеют разные формы поперечного сечения. Основные физико-механические показатели этих нитей приведены в табл. 1. Для исследований применялись нити с различной круткой в диапазоне коэффициентов крутки от 0 до 19.3.

В отдельных экспериментах при выполнении работ для предприятий ОАО "НИИХимволокно", ОАО "Тверьхимволокно" по внедрению разработанных методик использовались сверхпрочные нити армос с линейной плотностью 58 и 100 текс, имеющие относительную разрывную нагрузку, до 200 сН/текс.

Измерение эффективной длимы элементарных нитей проводилось путем измерения длин концов разорванных нитей, помещенных на черной бархатной поверхности.

Измерите полной диаграммы растяжения (включая правую часть после максимума) проводилось на разрывной машине ¥??,-] 0/1 прр зажимной длине от 50 до 250 мм.

Таблица 1

Характеристика основных объектом исследования

Наименование комплексных нитей Линейная плотность текс Число элементарных пмтей Относит, разрывная нагрузка, сП/текс Коэфф. вариации по разрывной нагрузке, % Удлинение при разрыве %

Вискозная 83.0 150 16.3 3.7 19.5

Полиэфирная -лавсан 55.5 144 28.4 2.4 22.5

Полиамидная -анид 93.5 140 59.7 5.3 15.1

Пара-арамид-ная - терлон 29.4 150 155.4 3.3 3.4

Образцы комплексных нитей перед испытанием выдерживались в стандартных климатических условиях (температура 20 1 2 ° С, относительная влажность 65 ± 2 %). и подготавливались с заклейкой концов ПВА эмульсией между полосками бумаги и подсушкой в течение 24 ч.

В третьей главе описывается разработанный метод определения эффективной и критической длины и оценки фрикционного взаимодействия между элементарными нитями в комплексной при разрыве.

При нагружении и деформировании нитей за счет граничных касательных напряжений происходит перераспределение нагрузки между отдельными элементарными нитями. Это приводит к возрастанию вдоль элементарных нитей растягивающих усилий, которые на определенном расстоянии достигают значений, равных их прочности, что и приводит к разрыву. В процессе разрыва комплексной нити можно выделить среднее течение, по которому разрывается наибольшая часть элементарных нитей. Расстояние от среднего сечения до места разрыва элементарной нити называется эффективной длиной 1Эф На этой длине суммарная сила фрикционного взаимодействия отдельной элементарной нити с экружагощими становится равной ее прочности. Критическая длина 1кр

элементарных нитей в комплексной - это удвоенное значение эффективной длины. (Термины приняты по аналогии с областью однонаправленных композиционных материалов, армированных волокнами).

Для оценки Ееличины эффективной и критической длины элементарных нитей в комплексной разработана оригинальная методика. После разрушения комплексных нитей с различной круткой измерялись длины элементарных нитей в зоне разрыва Длина зоны разрыва оценивалась между точками разрушения всех элементарных нитей. По полученным данным строились гистограммы распределения координат точек разрыва элементарных нитей. Наблюдение процесса разрушения и полученные гистограммы показали, что наибольшая часть элементарных нитей в комплексной разрушается по линии, соответствующей моде распределения длин. Па рис. 1, а, б, как пример, приведены гистограммы распределения координат точек разрыва элементарных нитей для одного из концов в случае вискозной и гистограмм получены значения средней эффективной длины элементарных нитей в комплексной. Рассмотрено соответствие распределения координат точек разрыва элементарных нитей трем теоретическим законам распределения: нормальному, нормально-логарифмическому и закону распределения Вейбулла. Отмечено наиболее близкое соответствие экспериментально полученного распределения закону распределения Вейбулла и рассчитаны его параметры.

Путем совмещения мод гистограмм распределения двух разорванных концов получены гистограммы распределения длин элементарных нитей в зоне разрушения комплексных нитей (рис. 1, в, г), которые соответствуют нормальному закону распределения. Значения среднего, характеризующего центр нормального распределения и среднего квадратического отклонения определены для экспериментально полученных распределений длин элементарных нитей при разрушении комплексной. Для количественной оценки степени совпадения эмпирического и теоретического распределений

4 8 12 16 I, мм

20-

10 20 30

мм

-8-4 О 4 6 1, мм

10 0 10 20 |,мм

Рис. 1. Гистограммы распределения координат концов элементарных нитей при разрушении комплексных нитей при зажимной длине 250 мм и коэффициенте крупа! 9.7:

а - для одного конца разорванной вискозной нити; б - для одного конца разорванной полиэфирной нити; в - совмещенная для всей зоны разрушения; г - совмещенная для всей зоны разрушения.

использовались критерий Пирсона %2, а также критерий Романовского Кг. ■ Значения расчетного критерия Пирсона Р в каждом случае не превышали табличные значения у_2т, а значения критерия Романовского не превышали 1.86 при уровне значимости 0.95.

Полученные данные позволили определить значения эффективной и критической длин элементарных нитей в комплексных, которая зависит от степени взаимодействия между элементарными нитями и является статистической величиной. Для некрученых нитей математическое ожидание критической длины возрастает и приближается к зажимной длине образца вследствие малого фрикционного взаимодействия между элементарными нитями. При увеличении крутки и усилении фрикционного взаимодействия в нити происходи! снижение величины критической длины элементарных нитей в комплексной.

Четвертая глава посвящена разработке метода изучения механизма разрушения и взаимодействия элементарных нитей в комплексной на основе регистрации акустической эмиссии. Регистрация акустической эмиссии проводилась по усовершенствованной методике, при этом датчик акустических сигналов был установлен непосредственно на зажиме разрывной машины, а регистрация сигналов осуществлялась при помощи быстродействующего самопишущего прибора типа НЗОЗО на бумажной ленте. В момент разрыва элементарной нити запасенная ею энергия деформации выделяется в виде импульса отдачи, который передается зажиму и воспринимается датчиком с последующим усилением и регистрацией на ленте самопишущего прибора. Таким образом, высота (амплитуда) импульсов на спектрограмме оказывалась пропорциональной отдаче запасенной энергии деформации на длине участка элементарной нити от зажима до точки разрушения. Для всех изученных видов нитей получены акустические спектрограммы (в координатах амплитуда

импульсов - деформация) и диаграммы растяжения (нагрузка -деформация), анализ которых дает дополнительную информацию о разрушении комплексных нитей. Спектр акустической эмиссии состоит из набора импульсов, возникающих в момент разрыва отдельных элементарных нитей при растяжении комплексной нити. Полученные акустические спектрограммы нитей условно можно отнести к трем типам разрушения, которые схематично представлены на рис. 2: а - разрушение пучка элементарных нитей (некрученой комплексной нити); б, в - разрушение нити, содержащей одну или группу элементарных нитей с пониженными показателями разрывной нагрузки (в этом случае на акустических спектрограммах можно увидеть импульс или импульсы, соответствующие дефектным элементарным нитям, в то же время на диаграмме растяжения до разрыва не регистрируется никаких изменений); г - разрушение комплексной нити с высокой круткой (все элементарные нити разрываются одновременно и акустическая спектрограмма имеет вид одного импульса).

Проведены исследования и разработана методика оценки неравномерности свойств элементарных нитей при разрушении комплексных нитей с использованием метода регистрации спектра акустической эмиссии. Для этой цели нити раскручиваются с помощью круткомера до нулевой крутки. Испытывались кондиционные полиэфирные и другие нити, а также и нити с пониженными прочностными характеристиками. Одновременно записывались полные диаграммы растяжения нитей до разрыва, включая их правую часть и акустические спектры. Выявлено как значительное уменьшение разрывной нагрузки некондиционных нитей, так и на акустической спектрограмме более раннее появление акустических импульсов (как пример, для полиэфирных нитей рис. 3, а, б). Критериями оценки

Рис. 2. Схемы совмещенных диаграмм растяжения до разрыва и спектров акустической эмиссии при их разрушении: а - пучок волокон (некрученая комплексная нить); б, в - нить, содержащая одну или группу дефектных элементарных нитей; г - комплексная нить с высокой круткой.

1 - диаграмма растяжения, 1' - правая часть диаграммы растяжения,

2 - первый импульс спектра (группа импульсов), 3 - спектр акустической эмиссии.

Рис. 3. Совмещенные диаграммы растяжения до разрушения и акустические спектрограммы кондиционной (а) и некондиционной (б) полиэфирных комплексных нитей:

1 - диаграмма растяжения, 1' - правая часть диаграммы растяжения,

2 - первый импульс спектра, 3 - спектр акустической эмиссии.

неравномерности механических свойств отдельных элементарных нитей по акустической спектрограмме являются следующие характеристики: ширина спектра, положение точки начала разрушения первых элементарных нитей, наличие отдельных (или группы) импульсов, предшествующих основной части спектра. Неравномерную или дефектную нить отличают большая ширина спектра и меньшая относительная деформация от начала деформирования образца до появления сигналов, соответствующих разрушению первых элементарных нитей.

Таким образом, метод регистрации акустической эмиссии позволяет выявить наличие скрытых дефектов в отдельных элементарных нитях в процессе растяжения некрученой комплексной нити до разрыва.

В пятой главе приводятся результаты сравнительного исследования процессов разрушения химических комплексных нитей на основе разработанных методов. С использованием полученных данных эффекгивной и критической длины была рассчитана удельная сила фрикционного взаимодействия между элементарными нитями при разрушении различных видов химических комплексных нитей, а также проведены сравнительные исследования акустических спектров. Изучалось влияние крутки комплексных нитей как на удельную силу фрикционного взаимодействия элементарных нитей, так и на вид акустических спектрограмм.

Показатели эффективной и критической длин позволили рассчитать силы фрикционного взаимодействия элементарных нитей в комплексной, используя условие равенства сил трения и прочности отдельной элементарной нити в момент разрыва:

Рв ~ Ртр ~ Ргр.уд' 1эф (1.а)

р р

ТРУД 1,ф 0.511р ^ '

в Егр - сила фрикционного взаимодействия элементарной нити с окружающими, сН Р„ - абсолютная разрывная нагрузка элементарной нити, сН Рттр.уд - удельная сила фрикционного взаимодействия элементарной нити

с окружающими, сН/мм Ьф - эффективная длина элементарных нитей в комплексной, мм 1кр- критическая длина элеметгтарных нитей в комплексной, мм.

При очень малых величинах крутки (и ее нулевом значении) зона азрушения комплексных нитей распространялась на всю длину образца ¡ежду зажимами. В этом случае значение критической длины (удвоенной ффективной длины) элементарных нитей в комплексной оказывается равной лине образца, что вносит некоторые искажения в измеренные величины и ценку фрикционного взаимодействия элементарных нитей в комплексной, то должно учитываться при проведении расчетов. Значения удельной силы рения в зависимости от природы нити и величины крутки приведены в табл. и 3 при доверительной вероятности 0.95. Нужно заметить, что данные н этих аблицах при нулевой крутке в соответствии с вышесказанным следует читать условными.

Получена зависимость удельной силы трения комплексной нити от вида критической длины элементарных нитей. По мере увеличения критической липы сила трения на единицу длины элементарной нити существенно меньшается.

Из приведенных данных видно, что при увеличении крутки значения дельной силы фения в зоне разрыва при зажимных длинах 50 и 250 мм остепенно сближаются и при коэффициенте крутки 19.3 становятся почти динаковыми. Так, уд = 4.23 сН/мм в зоне разрыва вискозной комплексной

Таблица'.

Взаимосвязь удельной силы трения и коэффициента крутки при разрушена вискозной и полиэфирной комплексных нитей

Вискозная комплексная нить, Полиэфирная комплексная нить,

зажимная длина зажимная длина

Коэфф. Ь=50 мм Ь=250 мм 1/=50 мм Ь—250 мм

кругкн 1ср.кр> мм ^тр.уда сН/мм ^ср.кр» мм р А тр.уд, сН/'мм ММ ^тр.уд, сН/мм 1 ср.кр, мм Ргр.уд» сН/мм

0 54 0.34 133 0.14 56 0.45 235 0.11

4.8 32.6 0.57 21.6 0.86 25.4 0.95 40 0.63

9.7 ■ 7.8 2.38 9.6 1.94 15 1.67 19.4 1.28

19.3 4.4 4.23 3.9 4.72 13.2 1.89 15 1.67

Таблица;

Взаимосвязь удельной силы трения и коэффициента крутки при разрушении комплексных нитей анид и терлон

Комплексная нить анид, Комплексная нить терлон,

зажимная длина зажимная длина

Коэф. Ь = 50 мм Ь = 250 мм Ь = 50 мм Ь ^250 мм

крутки ^з.кр, мм Рц>.уд= сН/мм мм Ртр.уд, сП/мм Цр.кр, мм Гтр.уд- сН/мм ММ Ртр.у» сН/мм

0 77.2 1.45 224 0.5 78.2 1.04 216 0.35

4.8 42.4 2.63 40.4 2.76 50.4 1.61 43.8 1.85

9.7 36.6 3.04 39.4 2.83 34.6 2.34 38.4 2.11

19.3 32.8 3.4 34.6 3.23 27.2 2.98 28.8 2.81

нити при зажимной длине Ь = 50 мм, а при Ь - 250 мм Р7р уд= 4.72 сй'ш .

Проведешше исследования показали, что величина удельной силы трения зависит не только от вида химических комплексных нитей, но и формы поперечного сечения элементарной нити. У нитей, имеющих гладкую поверхность (полиэфирные, полиамидные, пара-арамидные) значения удельной силы трения между элементарными нитями при разрыве меньше по сравнению с вискозными элементарными нитями, имеющими изрезанную поверхность.

Сравнительные исследования акустических спектров разных видов химических комплексных нитей показали, что вид акустических спектрограмм зависит от коэффициента крутки нитей. На рис. 4 и 5 представлены совмещенные диаграммы растяжения и акустические спектрограммы вискозной и полиэфирной комплексных нитей с различной круткой. При деформировании до разрыва некрученых комплексных нитей на спектрограммах фиксировались акустические импульсы, соответствующие разрывам отдельных или групп элементарных нитей (рис. 4, а). Точке максимума на диаграмме растяжения соответствовал наибольший по высоте импульс на акустической спектрограмме. После достижения максимальной нагрузки разрывы элементарных нитей продолжались (правая часть диаграммы растяжения). С увеличением коэффициента крутки комплексных нитей ширина акустической спектрограммы, т. е. расстояние от первого до последнего импульса уменьшалось, а амплитуда импульсов возрастала (рис. 4, б, в). Следует отметить соответствие данных по изменению фрикционного взаимодействия между элементарными нитями в комплексной (табл. 2 и 3) и видом акустической спектрограммы. С увеличением фрикционного взаимодействия между элементарными нитями происходит переход от индивидуального их разрушения к групповому. При дальнейшем увеличении крутки взаимодействие между элементарными нитями настолько усиливалось.

8,%

10 15 20 25 е.%

Рис. 4. Совмещенные диаграммы растяжения до разрушения и акустические спектрограммы вискозной комплексной нити при зажимной длине 50 мм и коэффициентах крутки: а - а ~ 0; о - а - 4.8; в - а = 9.7; г-а = 19.3.

1 - диаграмма растяжения, 1' - правая часть диаграммы растяжения,

2 - первый импульс спектра, 3 - спектр акустической эмиссии.

Рис. 5. Совмещенные диаграммы растяжения до разрушения и акустические спектрограммы полиэфирной комплексной нити при зажимной длине 50 мм и коэффициентах крутки: а - а = 0; б - а = 4.8; в-а=9.7;г-а= 19.3.

! - диаграмма растяжения, 1' - правая часть диаграммы растяжения, 2 - первый импульс спектра, 3 - спектр акустической эмиссии.

Таблица 4

Зависимость относительной ширины акустической спектрограммы Вс от коэффициента крутки*^

Коэффициент крутки Вискозная комплексная нить, зажимная длина Полиэфирная комплексная нить, зажимная длина Комплексная нить анид, зажимная длина Комплексная нить терлон, зажимная длина

50 мм 250 мм 50мм 250мм 50мм 250мм 50мм 250мм

0 0.31 0.33 0.42 0.51 0.43 0.50 0.43 0.48

2.7 0.29 0.24 0.33 0.44 0.30 0.31 0.37 0.39

4.8 0.21 0. 16 0.26 0.29 0.24 0.26 0.29 0.24

9.7 0.13 0.11 0.11 . 0.16 0.17 0.17 0.16 0.19

19.3 0.03 0.04 0.07 0.03 0.03 0.01 0.05 0.07

*) Приведенные значения характеризуют отношение ширины акустической спектрограммы к величине общей деформации нитей до их полного разрушения.

что они уже все разрывались практически одновременно. Акустическая спектрограмма имела вид одного акустического импульса в момент разрыва, а правая часть диаграммы растяжения существенно уменьшалась (рис. 4, г). В таблице 4 представлена зависимость относительной ширины акустической спектрограммы ВЕ, приведенной к полной относительной деформации в относительных единицах, при разрушении комплексных нитей от коэффициента крутки.

В шестой, главе обобщены результаты проведенных исследований и даны рекомендации по их практическому применению.

Исследования показали, что разработанные методы являются новым подходом к изучению механизма разрушения химических комплексных нитей. Метод определения эффективной и критической длин позволяет оценить фрикционное взаимодействие элементарных нитей в комплексной в зависимости от вида нитей и особенностей их поверхностной обработки в процессах получения или подготовке к переработке. При проектировании механических свойств нитей необходимо стремиться к уменьшению критической длины, что увеличивает силу трения между элементарными нитями и приводит к повышению прочностных характеристик комплексной нити. Это особенно важно для высокопрочных высокомодульных технических нитей, являющихся силовыми элементами различит.IX изделий, композиционных материалов и конструкций.

Метод регистрации совмещенной диаграммы растяжения и спектра акустической эмиссии позволяет проследить постепенное разрушение структуры нитей от начально«) этапа деформирования до полного разрыва. Показатели акустического спектра также характеризуют степень реализации механических свойств элементарных нитей в процессе растяжения; они позволяют оценить неравномерность их механических

свойств. Метод имеет малую трудоемкость и позволяет получить новые характеристики качества химических комплексных нитей.

Методы определения эффективной и критической длины и регистрации акустического спектра при деформировании и разрушении применимы к различным видам химических комплексных нитей в широком диапазоне их линейной плотности и механических свойств. На основе проведенных исследований и промышленной апробации разработаны методики и рекомендации по их применению.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны новые экспериментальные методы оценки свойств химических комплексных нитей, позволяющие получить дополнительные сведения о механизме их разрушения, строении и особенностях свойств:

- метод определения эффективной и критической длины и фрикционного взаимодействия элементарных нитей в комплексной;

- метод регистрации совмещенной диаграммы деформирования и спектра акустической эмиссии;

- метод оценки по акустическому спектру наличия дефектных элементарных нитей и неравномерности их механических свойств.

Разработанные методики применены для изучения свойств химических комплексных нитей различных видов: текстильных (вискозных, полиэфирных - лавсан), технических (полиамидных - анид), сверхвысокомодульных (пара-арамидных - терлон, армос) и др.

2. Экспериментальная оценка критической длины элементарных нитей в комплексной позволила получить следующие оригинальные результаты:

- впервые экспериментально определено распределение значений эффективных длин элементарных нитей и длины зоны разрушения в зависимости от величин крутки (в интервале коэффициента крутки до 19.3);

- найдены виды распределения координат точек разрыва элементарных нитей (закон распределения Вейбулла для отдельного конца комплексной нити и нормальное распределение для всей зоны разрушения) и найдены параметры распределений;

- на основе данных по критической длине впервые определены силы фрикциогаюго взаимодействия между элементарными нитями в комплексной в зависимости от величин крутки; указана взаимосвязь между видами и формой поперечного сечения элементарных нитей и удельной силой трения внутри комплексных нитей.

3. С применением метода регистрации спектра акустической эмиссии при деформировании (растяжении) получены следующие результаты:

- определены акустические спектрограммы поочередного разрыва элементарных нитей при растяжении комплексных нитей, являющиеся динамической характеристикой их разрушения по элементам структуры;

- установлена зависимость вида акустической спектрограммы от значений кругки нитей.

4. Методы определения критической длины и фрикционного взаимодействия элементарных нитей в комплексной рекомендованы для оценки влияния характера поверхности и заключительных обработок в процессах получения химических нитей и их подготовки к переработке.

5. Методы регистрации совмещенной диаграммы деформирования и спектра акустической эмиссии рекомендованы и прошли апробацию при оценке качества и неравномерности механических свойств элементарных нитей в химических комплексных нитях лавсап, терлон, армос в ОАО

"НИИХимволокно", ОАО "Тверьхимволокно", ТОО "ТЕХНИКОМ" и других организациях.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Лаврова З.И., Перепелкин К.Е., Иванов М.Н. Оценка критической длины при разрушении комплексных нитей / Межд. науч.-техн. конф. "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве" (ПРОГРЕСС-96). Тез. докя,-Иваново, 1996, с. 211-212.

2. Perepelkin К.Е., Lavrova Z.I., Ivanov M.N. Determination of crytical length and interfilament friction in multifilament chemical yams / Conf. "Arch Tex '97" Textiles designing and Care. Reports. - Lodz, 1997. Separate reprint.

3. Перепелкин K.E., Лаврова З.И., Иванов М.Н. Оценка фрикционного взаимодействия элементарных нитей в комплексной по величине их критической длины / Межд. науч.-техн. конф. "Прогресс-97". Тез. докл. - Иваново, 1997, с. 175-176.

4. Перепелкин К.Е., Лаврова З.И. Метод регистрации акустической эмиссии при исследовании особенностей разрушения комплексных нитей, пряжи и тканей / Межд. науч.- техн. конф. " Прогресс-97". Тез. докл. -Иваново, 1997, с. 177-178.

5. Перепелкин К.Е., Лаврова З.И. Акустическая эмиссия при исследовании разрушения текстильных материалов. / Всеросс. науч.-техн. конф. "Текстиль - 97". Тез. докл. - Мосига, 1997, с. 73-74.

6. Лаврова 3. И., Перепелкин К. Е., Иванов М. Н. Механизм разрушения комплексных нитей. Определение критической длины элементарных нитей. /Хим. волокна. - 1997. - № 5. - С. 43 - 48.

7. Перепелкин К. Е., Иванов М. П., Лаврова 3. И. Акустическая эмиссия при исследовании особенностей разрушения вискозных

комплексных нитей и текстильных материалов на их основе. /Хим. волокна. - 1997. - № 6. - С. 43 - 46.

8. Брезгин Р. В., Перепелкин К Е., Лаврова 3. И., Лугерт Е.В. Датчики, регистрация и интерпретация сигналов акустической эмиссии при оценке свойств текстильных материалов. Материалы научно-технической конференции СПГУТД по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности. - Санкт-Петербург, 1998, с.105.

9. Perepelkin К.Е., Lavrova Z.I. Acoustic emission method for determining the irregularity and defectivity of mechanical properties of reinforcing yarns and textiles. Abstracts 10-th international conference "Mechanics of composite materiais". - Riga, Latvia, 1998, p. 55.

10. Perepelkin. K.E., Lavrova Z.I., Ivanov M.N. Determination of critical length and interfilament cohesion in multifilament reinforcing chemical yarns. Abstracts 10-th international conference "Mechanics of composite materials". -Riga, Latvia, 1998, p. 56.

11. Лаврова 3. И., Перепелкин К. Е. Акустическая эмиссия при исследовании разрушения нитей. Материалы научно - технической конференции "Дни науки - 98". - Санкт - Петербург, 1998, с. 13 -14.

12. Лаврова 3. И., Перепелкин К. Е. Оценка фрикционного взаимодействия элементарных нитей в комплексной. Материалы научно -технической конференции "Дни науки - 98". - Санкт - Петербург, 1998, с. 14.

Лицензия № 020712 от 02.02.93 Оригинал подготовлен РИО СПГУД Подписано к печати 12.05.98 г. Формат 60 х 84 1/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1.57 Заказ 4 6

Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии СПГУТД 191028, Санкт-Петербург, ул. Моховая, 26