Механические свойства тканей: растяжение, изгиб и трение

В процессе эксплуатации и переработки текстильные материалы подвергаются разнообразным механическим воздействиям. Эти воздействия вызывают растяжение, изгиб и трение, что определяет основные механические свойства тканей. Каждое из этих свойств характеризуется специфическими показателями, которые стандартизированы и оцениваются в лабораторных условиях. Изучение этих параметров позволяет прогнозировать поведение материала в производстве и в процессе носки изделий.

Растяжение ткани описывается такими характеристиками, как прочность на разрыв, разрывное удлинение и выносливость. Прочность на разрыв определяют на разрывной машине, фиксируя нагрузку, при которой образец разрушается. Этот показатель, выражаемый в ньютонах (Н) или деканьютонах (даН), является ключевым стандартизированным критерием качества. Испытания проводят отдельно для нитей основы и утка, вычисляя среднее арифметическое значение для серии образцов.

На прочность ткани при растяжении влияет множество факторов. К ним относятся волокнистый состав, линейная плотность нитей, строение ткани и вид отделки. Наибольшей прочностью обладают материалы из синтетических нитей. Процессы, такие как мерсеризация и аппретирование, повышают прочность, а отбеливание или крашение могут её снижать.

Параллельно с прочностью определяют абсолютное разрывное удлинение (Lр), представляющее приращение длины образца в момент разрыва. Отношение этого удлинения к начальной длине образца называется относительным разрывным удлинением (Ep), выражаемым в процентах. Оба параметра являются стандартными показателями, характеризующими способность ткани деформироваться до разрушения.

Полное удлинение ткани складывается из упругой, эластической и пластической составляющих. Их соотношение зависит от природы волокон и структуры материала. Ткани с преобладанием упругого удлинения (например, из спандекса или шерсти) меньше сминаются и хорошо сохраняют форму. Материалы с большой долей пластического удлинения (льняные, хлопчатобумажные) легко сминаются и требуют влажно-тепловой обработки.

Свойства ткани при многократном растяжении характеризует выносливость — число циклов деформации до разрушения. Этот показатель зависит от прочности связей в структуре ткани и её волокнистого состава. Наибольшей выносливостью обладают ткани, содержащие упругие волокна: синтетические, шерсть, натуральный шелк. Наименьшая выносливость наблюдается при нагрузке под углом 45° к нитям основы и утка.

Изгиб ткани характеризуется такими свойствами, как жесткость, драпируемость и сминаемость. Жесткость — это способность материала сопротивляться изменению формы, противоположная гибкости. Эти свойства зависят от волокнистого состава, крутки и толщины пряжи, вида переплетения, плотности и отделки. Например, аппретирование повышает жесткость.

Рис. 1. Определение драпируемости методом иглы. Образец с формированными складками подвешивается на игле для измерения расстояния между нижними углами.

Рис. 2. Определение драпируемости дисковым методом. Круглый образец накидывается на диск; площадь его проекции измеряется для расчета коэффициента драпируемости.

Драпируемость — способность ткани образовывать мягкие складки — тесно связана с её массой и жесткостью. Для её оценки используют метод иглы или дисковый метод, вычисляя коэффициент драпируемости (Kд). Хорошей драпируемостью обладают мягкие шерстяные ткани креповых переплетений, а плохой — жесткие материалы с пленочными покрытиями или сильно крученой пряжей.

Сминаемость — это способность ткани образовывать неисчезающие морщины под действием изгиба и сжатия. Она зависит от соотношения упругих и пластических деформаций волокон. Материалы из растительных волокон (хлопок, лен) сминаются сильнее, чем ткани из волокон животного происхождения или эластичных синтетических волокон. Для уменьшения сминаемости применяют специальные отделки, например, форниз.

Формовочная способность материала — это свойство создавать и устойчиво сохранять пространственную форму. Она реализуется через две стадии: формообразование и закрепление формы. Формообразование возможно благодаря пористости структуры и подвижным связям между нитями. Закрепление формы часто достигается с помощью влажно-тепловой обработки или использования термопластичных волокон и клеевых прокладок.

Трение между слоями ткани или тканью и другими поверхностями характеризуется силой тангенциального сопротивления. Её количественной мерой служит коэффициент тангенциального сопротивления. Низкое значение этого коэффициента может привести к раздвижке нитей и осыпанию срезов, а высокое — затрудняет движения в одежде. Коэффициент зависит от волокнистого состава, вида отделки и структуры поверхности материала.

Раздвижка нитей — это смещение нитей одной системы относительно другой, возникающее из-за недостаточного трения. Она ухудшает внешний вид и снижает долговечность изделий, особенно в области швов. На раздвижку влияют структура переплетения, крутка нитей, плотность и отделка ткани. Для её уменьшения при конструировании выбирают модели свободного силуэта и избегают критичных швов.

Осыпаемость представляет собой смещение и выпадение нитей из открытых срезов ткани. Это явление обусловлено недостаточным закреплением нитей в структуре и силами трения между ними. Наибольшей осыпаемостью отличаются ткани атласных и сатиновых переплетений, а также материалы из гладких химических нитей. Борются с осыпаемостью путем обметывания срезов, применения специальных швов и проклеивания.

Прорубаемость — это повреждение нитей материала иглой швейной машины в процессе пошива. Она ухудшает внешний вид и снижает прочность шва. На степень прорубания влияют плотность и жесткость материала, тип и номер иглы, вид швейной нитки. Для предотвращения повреждений необходимо правильно подбирать оборудование, например, использовать игольные пластины с оптимальным диаметром отверстия.

В целом, комплексная оценка механических свойств тканей — растяжимости, жесткости, сминаемости, раздвигаемости и осыпаемости — является основой для прогнозирования их технологического поведения и эксплуатационных характеристик. Учет этих свойств позволяет оптимизировать процессы проектирования, раскроя и пошива, обеспечивая высокое качество и долговечность готовых швейных изделий.

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.