Механические свойства тканей: прочность, деформация, изгиб и трение

В процессе эксплуатации и переработки текстильные материалы подвергаются разнообразным механическим воздействиям: растяжению, изгибу и трению. Способность ткани сопротивляться этим воздействиям или изменяться под ними определяет ее основные механические свойства. Каждое свойство характеризуется рядом специфических показателей. Ключевыми характеристиками при растяжении являются прочность на разрыв и разрывное удлинение, при изгибе — жесткость и сминаемость, а при трении — раздвижка нитей и осыпаемость.

Прочность ткани на разрыв определяют по разрывной нагрузке — усилию, вызывающему разрушение образца. Этот стандартный показатель качества измеряют на разрывной машине, закрепляя полоску ткани шириной 50 мм между зажимами. Испытания проводят отдельно для нитей основы и утка, вычисляя среднее арифметическое значение. Для экономии материала применяют метод малых полосок шириной 25 мм. Результаты выражают в ньютонах (Н) или деканьютонах (даН) и сравнивают с нормативными значениями.

На прочность ткани влияет множество факторов: волокнистый состав, структура и линейная плотность пряжи, вид переплетения, плотность и отделка. Наибольшую прочность демонстрируют ткани из синтетических нитей. Упрочняют материал такие процессы, как валка, декатировка, мерсеризация и аппретирование. Напротив, отваривание, беление и крашение могут несколько снижать прочность.

Параллельно с прочностью на разрывной машине фиксируют абсолютное разрывное удлинение (Lр) — приращение длины образца в момент разрыва. Рассчитывают его по формуле: Lр = Lk - Lo, где Lk — конечная длина, а Lo — начальная зажимная длина. Отношение этого удлинения к начальной длине, выраженное в процентах, называется относительным разрывным удлинением (Ep). Оба параметра являются стандартными показателями качества материала.

Полное удлинение ткани включает доли упругой, эластической и пластической деформации. Их соотношение зависит от состава волокон и структуры ткани. Высокой долей упругого удлинения обладают ткани из спандекса, текстурированных нитей и плотной шерстяной крученой пряжи, что обеспечивает малую сминаемость и хорошую формоустойчивость. Эластическое удлинение характерно для шерсти и шелка, позволяя форме постепенно восстанавливаться. Преобладание пластического удлинения у хлопка и льна приводит к сильной сминаемости.

В смесовых тканях соотношение типов удлинения зависит от пропорций компонентов. Добавка лавсана увеличивает упругость, а вискозы — снижает. Для повышения упругости льняных тканей в их состав вводят лавсан. Наличие эластичных волокон обеспечивает высокую растяжимость, что востребовано в спортивной и корсетной одежде. Доля упругой деформации также возрастает с увеличением крутки и толщины пряжи и повышением плотности ткани.

Величина и длительность растягивающей нагрузки влияют на баланс между обратимой и необратимой частью деформации. Рост нагрузки и времени ее действия увеличивает долю остаточных, необратимых удлинений. Многократные нагрузки в процессе носки приводят к накоплению таких деформаций и потере формы изделия. Для компенсации этого в швейные изделия вводят прокладочные материалы, стабилизирующие детали.

При изготовлении одежды необходимо учитывать растяжимость материалов, особенно эластичных полотен. Растяжимость шва и материала должны быть соизмеримы. Этого достигают, используя кромку вдоль шва, применяя цепные стежки вместо челночных и выбирая растяжимые швейные нитки (лавсановые). Большое влияние оказывают частота строчки и натяжение нити: увеличение натяжения снижает растяжимость шва, а увеличение частоты стежков — повышает.

Под действием многократных небольших деформаций структура ткани постепенно расшатывается. Выносливость (долговечность) — это способность ткани выдерживать множество циклов деформаций до разрушения. Она зависит от связей в структуре и волокнистого состава. Более выносливы ткани с повышенной плотностью и содержащие упругие волокна (синтетика, шерсть). Наименьшая выносливость наблюдается при нагрузке под углом 45° к нитям основы и утка, что важно учитывать при конструировании.

Жесткость — это способность ткани сопротивляться изменению формы, противоположная гибкости. Эти свойства зависят от состава волокон, крутки и толщины пряжи, вида переплетения, плотности и отделки. Льняные ткани обычно жестче хлопчатобумажных и шерстяных. Аппретирование увеличивает жесткость, что требуется для прокладочных тканей, но нежелательно для детской и спортивной одежды. Жесткость осложняет раскрой и пошив, вызывая перегрев оборудования.

Формовочная способность материала — это умение образовывать и сохранять пространственную форму. Она возможна благодаря пористости структуры и наличию подвижных связей. Формообразование в одежде — следствие изменения угла между нитями основы и утка. Наибольшей способностью к этому обладают чистошерстяные ткани. Закрепляют форму с помощью влажно-тепловой обработки и термоклеевых прокладок. Для хлопчатобумажных и вискозных тканей применяют специальную отделку — форниз.

Драпируемость — способность ткани образовывать мягкие округлые складки. Она связана с массой и жесткостью. Аппретирование, нанесение покрытий, использование крученых нитей снижают драпируемость. Плохо драпируются парча, тафта, ткани с водоотталкивающими пропитками. Хорошей драпируемостью отличаются массивные ворсовые, портьерные и креповые ткани. Драпируемость оценивают методами иглы и диска, вычисляя соответствующие коэффициенты.

Рис.1. Определение драпируемости методом иглы

Рис.2. Определение драпируемости дисковым методом

Сминаемость — это образование трудноустранимых морщин под действием изгиба и сжатия. Она обусловлена возникновением пластических деформаций и зависит от соотношения упругих, эластических и пластических составляющих. Сильно сминаются ткани из растительных волокон (хлопок, лен). Блестящие светлые ткани зрительно подчеркивают сминаемость. Для ее уменьшения используют смесовые волокна, текстурированные нити и несминаемую отделку, включая форниз.

При эксплуатации и производстве ткань испытывает трение. Сила тангенциального сопротивления удерживает нити в структуре. Ее характеристикой служит коэффициент тангенциального сопротивления, который влияет на осыпаемость и раздвижку нитей. Низкий коэффициент приводит к дефектам, высокий — затрудняет движение в одежде и пошив. Для материалов с высоким трением используют тефлоновые лапки и дифференциальный транспортер.

Раздвижка нитей — это их смещение в плоскости ткани из-за недостаточного трения. Она зависит от структуры нитей, переплетения, плотности и отделки. Чаще смещаются нити основы. Опаливание увеличивает раздвижку, а аппретирование уменьшает. В изделиях раздвижка проявляется в области швов. Устойчивость к ней проверяют на разрывной машине, а уменьшают выбором свободного кроя.

Осыпаемость — смещение и выпадение нитей с открытых срезов. Она зависит от вида переплетения, крутки нитей и плотности. Наибольшей осыпаемостью отличаются ткани атласных переплетений, наименьшей — полотняные. Для защиты срезов их обметывают, проклеивают или используют специальные швы. Устойчивость к осыпанию возрастает с увеличением ширины и частоты обметочной строчки.

Прорубаемость — разрушение нитей материалом иглы при пошиве. На нее влияют плотность и жесткость материала, тип и размер иглы, вид швейной нитки. Скрытое прорубание может проявиться после стирки. Для предотвращения прорубания корректируют номер иглы, используют мягкие нитки и подбирают игольную пластину с правильным диаметром отверстия.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Гущина К.Г., Беляева С.А., Баженов В.И., Юрченко Н.Н. и др.

Источник: Материаловедение швейного производства.

Данные публикации будут полезны студентам специальностей в области легкой промышленности и конструирования одежды, начинающим технологам, конструкторам и дизайнерам швейного производства, а также всем, кто интересуется свойствами и классификацией текстильных материалов.