ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ОДНООСНОМ РАСТЯЖЕНИИ БЕЗ РАЗРУШЕНИЯ

 

Задания:

1. Подготовить пробы материалов для испытаний, проведя их маркировку и кондиционирование.

2. Изучить особенности работы на разрывной машине РТ-250М-2 (см. лабораторную работу 4) и методики проведения испытаний по определению показателей, характеризующих свойства материалов при действии усилий, меньших разрывных.

3. Провести испытания материалов и определить показатели свойств.

 

Основные понятия

 

При производстве и эксплуатации изделия на его материал крайне редко действуют усилия, равные или больше, чем разрушающие. В реальных условиях на материалы, из которых изготовлены изделия, действуют усилия, которые меньше разрушающих.

Ввиду того что материалы обладают вязкоупругими свойствами, в них возникают необратимые деформации даже при действии сил намного меньших разрушающих.

Показателями, характеризующими свойства материалов при действии вне­шних сил Р меньше разрывных Р*, т.е. при Р< Р* (σ < σ *), являются:

пластичность П (%), характеризующая способность материала принимать определенный размер (форму) после действия на материал внешней силы:

П = 100(ɛ _о/ɛ _пол), (5.1)

где ɛ ₀ — относительная остаточная деформация материала после прекращения действия на пробу материала внешней нагрузки Р (напряжения σ ) и «отдыха», %; ɛ _пол — относительная полная деформация пробы материала при действии заданной нагрузки (напряжения) или деформации;

полная деформацияɛ _пол (%):

 

ɛ _пол = 100(ℓ ₁ - ℓ )/ ℓ = 100(Δ ℓ _пол / ℓ ), (5.2)

 

где ℓ ₁ — длина рабочей части пробы при действии Р(σ ); ℓ — длина рабочей части пробы до испытания; Δ ℓ _пол — абсолютная полная деформация рабочей части пробы материала;

остаточная деформация ɛ ₀ (%):

ɛ ₀ = 100(ℓ ₂ - ℓ )/ ℓ = 100(Δ ℓ _о/ ℓ ), (5.3)

 

где ℓ ₂ — длина рабочей части пробы после действия Р(σ ) и «отдыха» (пролежки); Δ ℓ _о — абсолютная остаточная деформация рабочей части пробы материала;

упругость У (%), характеризующая способность материала восстанавливать исходные размеры (форму) после действия внешней силы (напряжения):

У = 100[(ɛ _пол - ɛ _ост) / ɛ _пол)], (5.4)

или

У= 100 - П; (5.5)

Коэффициент поперечного сокращения μ, характеризующий изменение поперечного размера пробы материала при одноосном растяжении:

 

μ ⁼ ɛ _поп / ɛ _прод (5.6)

где ɛ _поп — относительная деформация пробы в поперечном на­правлении:

 

ɛ _пол = 100(b - b₁)/ b, (5.7)

где b – ширина рабочей части пробы материала до растяжения; b₁ - ширина рабочей части пробы при заданном значении Р; ɛ _прод — относительная деформация рабочей части пробы в продольном направлении при действии заданной силы. Значение ɛ _прод = ɛ _пол, вычисленной по формуле (5.2).

 

Подготовка к испытанию. Общие размеры проб текстильных полотен, кож, мягких искусственных кож, меха и резин, а также методики подготовки их к испытанию при одноосном растяжении изложены в выше в лабораторной работе №1.

На пробах текстильных полотен перед испытанием на двух продольных и двух поперечных пробах проводят в центральной части рабочей зоны линию, перпендикулярную длине, размером b = (40 ±0, 1) мм при ширине пробы 50 мм, оставляя по 5 мм с каждой стороны (рис. 5.1 а).

Рис. 5.1. Форма, размеры и разметка полоски проводится перпендикулярно рабочей зоны ткани (а) и картона (б)

Форма пробы (полоски) для картонов прямоугольная, общая длина равна 140 мм, а ширина (50 ±0, 5) мм. Перед испытанием на лицевой поверхности вдоль пробы карандашом наносят три тонкие параллельные линии, из которых одна проходит посередине и две другие - на расстоянии 10 мм от нее (рис. 5.1, б). К этим линиям на расстоянии 20 мм от одного из концов полоски проводится перпендикулярная линия, от которой на расстоянии рабочей длины, равной 100 мм, проводится параллельная ей вторая линия. Точки пересечения отмечают тонкой иглой или карандашом. По этим линиям пробы устанавливают в зажимах.

Испытание проводят при скорости опускания нижнего зажима 60 мм/мин. При достижении требуемой нагрузки, равной 1, 8 кН (180 кгс), разрывную машину выключают и образец выдерживают под данной нагрузкой не менее 2 мин.

Затем образец вынимают из зажимов разрывной машины и не раньше чем через 5 мин проводят измерение рабочей длины ℓ ₂ по трем продольным линиям.

Для картонов определяют пластическую деформацию:

ɛ _д.п. = 100(ℓ ₂ - ℓ )/ ℓ, (5.8)

Для кож верха обуви и целых шкурок меха дополнительно определяют упругую деформацию ɛ _упр при напряжении 10 МПа.

При испытании кож для одежды и ремешков (проб) меха определение упругой деформации осуществляют при напряжении 5 МПа. Расчет ɛ _упр проводят по формуле

ɛ _упр = ɛ _пол - ɛ _о. (5.9)

При определении ɛ _упр меха измерение длины ℓ ₁ рабочей части ремешка или образца меха для расчета ɛ _пол проводят после 3 мин выдержки в зажимах разрывной машины с заданным напряжением. Измерение ℓ ₂ рабочей части ремешка или образца меха для расчета ɛ _о проводят после 3 мин разгрузки и пролежки. Результаты измерений и расчетов заносят в форму 5.1.

Для проб кож, мягких искусственных кож на нетканой основе и меха значение усилия Р_у (даН) для проведения испытаний вычисляется, исходя из заданного напряжения и средней величины площади поперечного сечения

Р_у = σ •F_cp.

Для войлоков в соответствии с ГОСТ 314—72 перед проведением испытаний вычисляют требуемое усилие Р_у для деформирования точечной пробы по формуле Р_у = σ •F, где σ = 250 МПа (нормируемая величина), F_cp - площадь поперечного сечения, м².

Если нельзя заранее определить требуемое усилие для деформирования пробы материала, необходимо провести предварительное полуцикловое испытание двух проб по разным направлениям до разрыва. В основном эта процедура применяется для текстильных материалов и мягких искусственных кож на текстильной основе.

При проведении испытаний регистрируют значения Δ ℓ при соответствующих Р. Результаты полуцикловых испытаний заносят в форму 5.1 и по этим данным строят графики растяжения проб материалов. Из графиков для каждой пробы определяют значение

Δ ℓ _у = Δ ℓ _пол = 0, 75Δ ℓ *

в продольном и поперечном направлениях и соответствующее им значение усилия Р_у.

Затем вычисляют среднеарифметическое значение Р_у по каждому направлению. Полученное значение Р_у применяют при деформации оставшихся проб материалов для проведения испытаний.

Размеры рабочей части проб для материалов, направление вырубания (вырезания), их количество, уровень заданного усилия Р_у или деформации Δ ℓ _у для испытаний при определении П, У, μ приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Материал	Размер рабочей части, мм	Число проб на материале при направлении	Действующая сила (напряжение) или
	Длина	Ширина	Про- дольном	Попе- речном	деформация
Кожа: для верха обуви					σ = 10 МПа
подкладки для одежды					σ = 5 МПа
Искусственная кожа: на тканой основе					Δ ℓ пол = Δ ℓ у = 0, 75 Δ ℓ *
на нетканой основе					σ = 5 МПа
Все ткани, кроме шерстяных					Δ ℓ пол = Δ ℓ у = 0, 75 Δ ℓ *
Ткани шерстяные					Δ ℓ пол = Δ ℓ у = 0, 75 Δ ℓ *
Трикотажные полотна					Δ ℓ пол = Δ ℓ у = 0, 75 Δ ℓ *
Нетканые полотна					Δ ℓ пол = Δ ℓ у = 0, 75 Δ ℓ *
Войлок				—	Ру = 25 F, Н
Картон					Р= 180 даН
Мех: для ремешков					σ = 5 МПа
для целых шкурок					σ = 10 МПа
Синтетические материалы для низа обуви					Если ɛ *> 100%, Δ ℓ у = 50 мм; Если ɛ *< 100%, то Ру = 0, 4Р*

 

Проведение испытаний. Определив экспериментально или рассчитав теоретически величину усилия Р_у или деформации Δ ℓ _у, приступают к проведению испытаний.

При закрытом арретире разрывной машины устанавливают требуемое расстояние между зажимами. Затем выбирают шкалу для измерения усилия. Для испытания мягких кож, трикотажа, нетканых полотен и мягких искусственных кож выбирают шкалу 0-50 даН, для испытания тканей с высокой жесткостью, картонов и резин — шкалу 0-100 даН.

Затем проводят заправку пробы материала в зажимы разрывной машины и открывают арретир. Контрольную стрелку 10 на шкале силоизмерителя (рис. 4.3) выставляют на требуемое значение Р_у. Убедившись, что все готово к проведению испытания, на панели разрывной машины нажимают кнопку « Вниз ».

В тот момент, когда ведущая стрелка 9 совпадет со значением силы контрольной стрелки 10, нажимают кнопку « Стоп », регистрируют значение абсолютного удлинения, которое равно Δ ℓ _у = Δ ℓ _пол, а также измеряют ширину b₁ пробы в средней части с точностью ±0, 1 мм, применяя штангенциркуль.

Для проб из кож, мягких искусственных кож на нетканой основе, меха и войлока при достижении значения Р = Р_у измеряют ширину b₁ пробы в центральной части и нажимают кнопку « Верх ». При остановке нижних зажимов закрывают арретир, вынимают пробу и дают время на пролежку: для кож, мягких искусственных кож на нетканой основе, меха — 30 мин; для войлока — 20 мин. После пролежки замеряют длину рабочей части пробы ℓ ₂.

Пробы текстильных полотен, мягких искусственных кож на тканой основе и искусственного меха деформируются на величину

Δ ℓ _у = Δ ℓ _пол.

При достижении данной величины на шкале измерения абсолютной деформации (рис. 4.3) нажимают кнопку « Стоп », определяют величину отрезка, проведенного в центральной части пробы перпендикулярно продольной оси, затем нажимают кнопку « Вверх ».

При остановке нижних зажимов пробу вынимают из них и дают время на пролежку в течение 30 мин, по истечении которого измеряют длину рабочей части пробы ℓ ₂.

Измерение ширины пробы (отрезка b₁) должно быть проведено максимально быстро.

Измерение отрезков b и на пробах картонов проводят между крайними линиями, нанесенными на лицевой стороне (см. рис. 5.1 б).

По формулам (5.2) и (5.3) вычисляют ɛ _пол и ɛ ₀. Подставляя значения ɛ ₀ и ɛ _пол вычисляют пластичность, а затем по формуле (5.4) — упругость. Зная ширину проб b и b₁ по формуле (5.7) вычисляют ɛ _пол, по формуле (5.6) — коэффициент поперечного сокращения μ.

Пробы резин в отличие от проб других материалов растягивают до разрушения. Испытание проводят на разрывной машине ИР 574-3 при скорости движения нижнего зажима до 500 мм/мин. После разрушения проб регистрируют абсолютное удлинение при разрыве Δ ℓ * = Δ ℓ _пол.

Закрыв арретир, из зажимов извлекают остатки пробы и через 30 с после разрушения пробы измеряют длину ее рабочей части ℓ ₂.

По формуле (5.3) вычисляют Δ ℓ ₀ и ɛ ₀.

Результаты измерений и расчетов заносят в форму 5.1.

Для резин пластичность определяют по формуле:

П= 100(ɛ _о/ ɛ *). (5.45)

Результаты измерений и расчетов заносят в форму 5.10. За конечный результат испытаний по определению П, У и μ принимают среднеарифметическое значение параллельных испытаний по каждому направлению.

Форма 5.1

Мате­ риал

Номер образца

Направление выкраивания образца

Толщина h (мм) образца под номером

h ср, мм

Fср, мм2

Р, даН

Δ ℓ, мм

ℓ 1, мм

ℓ 2, мм

 

Продолжение формы 5.1

b, мм

b1 мм

Рy, даН

Δ ℓ у, мм

Δ ℓ пол, мм

ɛ пол, %

ɛ o, %

ɛ упр, %

ɛ *, %

ɛ о, %

ɛ пол, %

П, %

У, %

μ

 

Выводы: Оценить соответствие испытываемо материала нормативным требованиям стандартов, и определить области его применения в производстве одежды.

 

 

Вопросы для самоподготовки

1. Какую форму и размер имеют пробы материалов?

2. При каких условиях проводят испытания для текстильных полотен, кож, мягких искусственных кож, картона и резины для определения полной и остаточной деформации?

3. По каким формулам вычисляются пластичность, упругость и коэффициент поперечного сокращения?

4. Для чего необходимо знать пластичность, упругость и коэффициент поперечного сокращения материалов?

 

Лабораторная работа 6

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: