Кобляков А.И. (ред.) Лабораторный практикум по текстильному материаловедению

Подождите немного. Документ загружается.

ББК 37.23

Л 12

УДК 677.017(076)

i\yivnn

. II.,

Соловьев А. Н.,

Садыкова Ф. X.,

Ковачева М. В.,

Кобляков А. И.,

Кукин Г. Н.,

Потапова JI. В.,

Кудряшова Н. И.,

I^JSIIUU Lh 11М

Давыдов А. Ф.,

Литовченко С. Ф.

Королева Н. В.,

Николаев А. Д.,

Юдаева Л. В.

Чернов Е. Н.

Макарова Т. А.,

Косарева Л. П.,

Федорова Е. Ф.,

Рецензенты: кафедра материаловедения КТИЛПа (канд. техн. наук

А. Г. Ковальский), канд. техн. наук И. Н. Петрова

(ЦНИИшерсти) -

Лабораторный практикум по текстильному мате-

Л 12 риаловедению: Учеб. пособ. для вузов/Кобля-

ков А. И., Кукин Г. Н., Соловьев А. Н. и др. — 2-е

изд., перераб. и доп.— М.: Легпромбытиздат, 1986.-—

344 е.: ил.

Рассмотрены основные виды испытаний, проводимых при определе-

нии характеристик строения волокон, нитей, полотен, их механических

и физических свойств.

В отличие от первого издания (1974 г.) в учебное пособие включены

работы по структурному анализу, новые данные по механическим и

физическим свойствам и др.

Для студентов текстильных вузов.

3102000000-037

37-86

ББК 37.23

044(01)—86

и бытовое обслуживание», 1986,

с изменениями

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основные направления экономического и социального развития СССР на

1986—1990 годы и на период до 2000 года, принятые XXVII съездом КПСС,

определили широкую программу увеличения производства продукции, в том

числе текстильной, улучшения ее ассортимента и качества. Существенно дол-

жен расшириться выпуск высококачественных товаров, пользующихся повы-

шенным спросом населения.

В реализации этой программы большое место принадлежит разработке и

внедрению автоматизированных методов и средств контроля качества и ис-

пытания продукции как составной части технологических процессов. Особое

внимание должно быть уделено снижению материалоемкости, созданию но-

вых текстильных материалов, стандартизации качественных показателей тек-

стильных материалов и параметров технологических процессов. Поставленные

задачи требуют от инженерно-технических работников легкой промышленно-

сти глубокого знания структуры и свойств текстильных материалов, совре-

менных методов и аппаратуры для их изучения и контроля, факторов, влияю-

щих на качество материалов, в первую очередь технологических процессов,

условий эксплуатации.

Данное учебное пособие призвано оказать помощь студентам-техноло-

гам, обучающимся в высших учебных заведениях текстильного профиля, при

самостоятельной подготовке их к выполнению лабораторных работ по тек-

стильному материаловедению.

Лабораторный практикум является вторым изданием, дополненным и пе-

реработанным. В нем учтены научно-технические достижения отечественного

и зарубежного материаловедения, описаны современные методы и приборы,

известны в области текстильного материаловедения.

Содержание практикума соответствует типовой программе курса. В прак-

тикуме 11 разделов. В первом разделе изложены общие методы изучения

текстильных материалов, знание которых необходимо при выполнении других

работ. Второй и седьмой разделы, посвященные изучению строения волокон,

нитей и полотен, расширены путем введения работ по электронной микро-

скопии, рентгеноструктурному анализу, инфракрасной спектроскопии. Шестой

и одиннадцатый разделы, где рассматриваются вопросы ассортимента тек-

стильных материалов и оценки их качества, введены в практикум впервые,

Существенно обновлены и другие разделы практикума.

Лабораторный практикум написан коллективом кафедры текстильного

материаловедения Московского ордена Трудового Красного Знамени текстиль-

ного. института им. А. Н. Косыгина.

1. ОБЩИЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ

И ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

1.1. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ

Каждая лабораторная работа содержит: цель работы, основные

сведения (описание приборов и методики испытания), задание

для выполнения работы, указания для подготовки к работе и

отчета по ней (указания, общие для различных работ, излага-

ются в данном разделе).

Перед выполнением работы студент обязан по практикуму и

рекомендованной литературе изучить материал, относящийся к

теме работы. Готовность студентов к занятию проверяется опро-

сом с применением технических средств и безмашинного кон-

троля. После выполнения работы студенты оформляют отчет в

последовательности, указанной в задании. В конце занятия

студенты должны сдать лаборанту приборы, инструменты и при-

вести рабочее место в порядок.

В каждом конкретном случае в зависимости от наличия аппа-

ратуры и отведенного на выполнение работы времени исполь-

зуется индивидуальный или бригадный метод выполнения зада-

ния. Для экономии времени по согласованию с руководителем

занятия число и время измерений можно уменьшить по сравне-

нию с требованиями стандартов или практикума. При бригад-

ном методе работы результаты однотипных измерений у отдель-

ных студентов объединяют для подсчета сводных характеристик

из большего числа испытаний.

1.2. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА

ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ПРОТИВОПОЖАРНЫХ СРЕДСТВ

В соответствии с ГОСТ 12.4.113—82 [1.1] студенты допуска-

ются к выполнению лабораторных работ только после инструк-

тажа по безопасности труда и пожарной безопасности в лабо-

ратории в целом и на каждом месте. Перед началом работы они

должны под расписку ознакомиться с инструкцией по технике

безопасности.

Рабочее место должно быть освобождено от посторонних

предметов. Приступать к работе на приборах нужно в халате

и обязательно в присутствии преподавателя или лаборанта.

Перед включением прибора в сеть следует визуально про-

верить исправность токопроводящих проводов и заземления. Во

время работы нельзя оставлять прибор без присмотра. Не раз-

решается браться руками за детали прибора, находящиеся в

движении, за шкив включенного электродвигателя и электро-

проводящие детали приборов. Нельзя смазывать и чистить при-

бор во время его работы. По окончании работы прибор необхо-

димо отключить от электросети. При случайном поражении

электрическим током необходимо немедленно выключить ток и

вызвать врача.

Каждый работающий с реактивами должен наливать их

очень осторожно, не наклоняясь над сосудом. Для получения

разбавленных растворов кислоты ее необходимо лить в воду,

непрерывно размешивая получаемый раствор. Недопустимо лить

в кислоту воду. Если на тело попали брызги кислоты, поражен-

ное место тщательно промывают водой, а затем слабым раство-

ром соды. При попадании на тело крепких растворов щелочей

пораженное место также тщательно промывают водой, пока

кожа не перестанет быть скользкой.

Каждый студент должен знать, где находятся средства про-

тивопожарной безопасности и как их использовать при загора-

нии. При возникновении пожара необходимо вызвать пожарную

команду и принять меры к тушению пожара, отключить электро-

сеть, организовать спасение материальных ценностей.

1.3. КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

ПРИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОМ ВЫДЕРЖИВАНИИ

И ИСПЫТАНИИ МАТЕРИАЛОВ

В лабораторном помещении или в климатических камерах при

выдерживании (кондиционировании) текстильных материалов

перед испытанием, а также при проведении испытаний должны

соблюдаться в соответствии с ГОСТ 10681—75* (СТ СЭВ

2038—79) [1.2]' следующие климатические условия (для уме-

ренной зоны): относительная влажность воздуха ф = 65±2%;

температура воздуха

= 20±2°С. Производственные испыта-

ния на предприятиях и в организациях легкой промышленности

допускается проводить при относительной влажности воздуха

65±5% и температуре 20if°C. Для трикотажных полотен и

изделий в соответствии с ГОСТ 8844—75* [1.3] и ГОСТ 9173—76

[1.4] установлены ф = 65 ± 5 % и / = 20j;f °С. Для создания тре-

буемых климатических условий в помещении применяют авто-

номные кондиционеры или другие установки.

Выдерживание пробы (образца) материала в стандартных

климатических условиях заключается в увлажнении материала

и доведении массы пробы до постоянной величины, что прак-

тически Наступает в том случае, когда масса за 2 ч увеличи-

вается менее чем на 0,25 %.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ

И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА ПСИХРОМЕТРАМИ

Относительная влажность <р (%) характеризует сте-

пень насыщения воздуха водяными парами и определяется по

формуле

= I00p

, (1.1) •

где pd — давление водяного пара атмосферы при температуре t

, Па; pt —

давление насыщенного водяного пара при температуре t

, Па.

Для измерения и регистрации относительной влажности и

температуры воздуха применяют:

аспирационный психрометр, обеспечивающий скорость дви-

жения воздуха около термометров не менее 2 м/с;

простой психрометр (скорость движения воздуха около его

термометров определяют кататермометром или сравнением с

показаниями аспирационного психрометра);

регистрирующие приборы — гидрограф и термограф.

Правильность показаний регистрирующих приборов и про-

стого психрометра периодически проверяют аспирационным пси-

хрометром, но не реже одного раза в сутки.

Аспирационный и простой п с и х р о м е т р ы(рис. 1.1)

состоят из двух одинаковых термометров 1 и 2. Термометр 1

показывает температуру воздуха. Шарик термометра 2 обернут

слоем тонкой неаппретированной хлопчатобумажной ткани с по-

верхностной плотностью 50—60 г/м

. У аспирационного психро-

метра ткань перед каждым измерением смачивают в течение

1 мин дистиллированной водой, а у простого психрометра она

постоянно опущена концом в сосуд с водой. Вода, испаряясь,

охлаждает термометр 2, поэтому его показания ниже показаний

сухого термометра 1. Чем суше воздух и меньше его относитель-

ная влажность, тем интенсивнее испарение воды и больше пси-

хрометрическая разность показаний сухого и влажного термо-

метров (t

— М- Интенсивность испарения воды зависит также

от скорости воздуха, что необходимо учитывать при определе-

нии его относительной влажности простым психрометром.

В аспирационном психрометре воздух всасывается вентилято-

ром 6 (см. рис. 1.1, а) и проходит в раструбах 3 и 4 трубки 5

около термометров 1 и 2 с постоянной скоростью — не менее

2 м/с. Вентилятор 6 получает вращение от часового механизма

7 или небольшого электродвигателя.

Постоянная скорость всасываемого воздуха обеспечивается

определенной скоростью вентилятора, которую проверяют через

окошечко 8 по времени одного оборота контрольной черты на

барабане, указанному в паспорте прибора.

4—г

Л Л

=30

20= =20

J0 =

по

|40

Й)

10= =10

Рис. 1.1. Аспирацион-

ный (а) и простой

(б) психрометры

Перед каждым измерением относительной влажности воздуха

необходимо проверить, увлажнена ли ткань в простом психро-

метре, а в аспирационном психрометре смочить ткань с помощью

пипетки дистиллированной водой с температурой 20±2°С в те-

чение 1 мин.

После достижения самой низкой температуры влажного тер-

мометра, но не раньше чем через 3—5 мин работы вентилятора,

определяют сначала температуру влажного термометра t

, а за-

тем температуру сухого термометра t

с погрешностью 0,1 °С.

За самую низкую температуру влажного термометра принимают

температуру, не изменяющуюся в течение 1 мин. Показания

обоих термометров простого психрометра считывают, находясь

на наибольшем допустимом зрением расстоянии. Сначала как

можно быстрее считывают десятые доли градуса, а затем целые

градусы.

В ГОСТ 10681—75* (СТ СЭВ 2038—79) [1.2] приведены

таблица и номограмма для определения относительной влаж-

ности воздуха аспирационным психрометрцм, которые не учи-

тывают изменение атмосферного давления.» В целях более точ-

ного определения относительной влажности воздуха по темпера-

туре сухого t

и влажного U термометров по табл. 1.1 опреде-

Таблица 1.1

0,0 0,1

0,2 0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Значение р, Па

1228

1236 1244

1253 1261

1270 1278

1287

1295 1304

1313

1321 1330

1339 1348 1357 1366

1375

1384

1393

1403

1412 1421

1431 1440

1450

1459 1469

1478

1488

13 1498 1508 1518

1528

1538

1548 1558

1568

1578

1588

1599

1609

1620

1630 1641

1651

1662 1673 1684 1695

15 1706 1717

1728 1739 1750

1761

1773

1784 1796

1807

1819 1830 1842

1854 1866 1878 1890 1902 1914

1926

1938 1951

1963

1976 1988

2001

2013 2026 2039

2052

2065

2078 2091

2104

2117

2130

2144

2158

2171 2185

2198

2212 2226

2240 2254

2268

2282 2296 2310 2325

2339

2354 2368 2383 2398

2413

2428

2443

2458 2473

2488

2504

2519

2535

2550

2566

2582 2598 2613 2629

2646

2662

2678

2694

2711

2727 2744

2761 2777

2794

2811

2828

2846

2863 2880

2898

2915

2933 '

2950

2968

2986 3004 3022

3040

3059

3077 3096

3114 3133

3151

3170

3189

3208

3227

3247 '

3266 3286

3305

3325

3344

3364

3384 3404

3424

3445

3465 3486

3506 3527

3548

3568

3590 3611

3632 3653 3675

3696

3718

3740

3762

3784

3806 3828

3850

3873 3895

3918

3941

3964 3987

4001

4033 4056

4080

4103 4127

4151

4175

4199 4223

4248 4272

4297

4321

4346

4371 4396 4421 4446

4472

ляют соответствующие значения pt и р

давления насыщенного

водяного пара в паскалях. Для аспирационного" психрометра

вначале рассчитывают давление водяного пара атмосферы ра

(Па) при температуре t

Pd —

— 0,5 (/

—

)B/7,55, (1.2)

где р

— давление насыщенного водяного пара при температуре t

, Па; (t

—

— t

) — психрометрическая разность, °С; В — атмосферное давление, измерен-

ное в помещении при испытании, гПа.

Затем по формуле (1.1) подсчитывают относительную влаж-

ность воздуха.

Пример 1.1. Показания аспирационного психрометра: <

— 21 °С, t

= 17 °С.

Давление воздуха В — 1000 гПа (750 мм рт. ст.). Определить относительную

влажность воздуха.

По табл. 1.1 находим pt = 2488 Па в р

= 1938 Па. Тогда в соответ-

ствии с формулой (1,2) р«= 1938—0,5(21 — 17) 1Q00/7.55 = 1673 Па. После

этого по формуле (1.1) находим ср = 1673/2488 == 67,2 %.

Для простого психрометра относительную влажность воз-

духа ф (%) подсчитывают по формуле

=100 [р

- AB(t

- t

)]/p

, (1.3)

где А — коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха;

Д=; 0,001 (65+ 6,75/о). (1.4)

Рис. 1.2. Зависимость коэффициента А от

скорости воздуха v

Как видно на рис. 1.2, изменение

скорости воздуха (v < 1 м/с) может

оказывать большое влияние на его

относительную влажность.

В помещениях лаборатории ско-

рость воздуха мала и обычно близ-

ка к 0,2 м/с, чему по формуле (1.4)

соответствует А — 0,09875. Для бо-

лее точного определения А одно-

временно регистрируют показания аспирационного и простого

психрометров, установленных на близком расстоянии. После

этого, определив по формулам (1.1), (1.2) и показаниям аспи-

рационного психрометра относительную влажность воздуха ф,

подставляют найденное значение в формулу (1.3) и, зная пока-

зания простого психрометра, а также атмосферное давление В,

находят значение А.

Пример 1.2. Одновременно с показаниями аспирационного психрометра,

приведенными в примере 1.1, были сняты показания простого психрометра;

U = 21 °С, t

— 17,4 °С. Определить коэффициент А в формуле (1.3) и ско-

рость воздуха около простого психрометра по формуле (1.4).

По табл. 1.1 находим pt = 2488 Па и р,= 1988 Па. Подставляем из-

вестные нам данные в формулу (1.3): 67,2 = 100[1988 — А

•

1000(21—

— 17,4)]/2488, откуда А = (1988 — 67,2

2488/100)/1000(21 — 17,4) = 0,0878.

По формуле (1.4) получаем v = 6,75/(1000Л — 65) = 6,75/(87,8 — 65) =

= 0,3 м/с.

РЕГИСТРАЦИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ

И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА ГИГРОГРАФАМИ

И ТЕРМОГРАФАМИ

Метеорологический гигрограф MB-11 (рис. 1.3) по-

зволяет измерять относительную влажность воздуха в пределах

30—100 % при изменении температуры до +45 °С. Измеритель-

ным элементом является обезжиренный пучок волос 2, закреп-

ленный во втулках 1, а посередине притянутый крючком 3 к

стержню 4. Последний соединен с осью 12 большой дуги 6. Про-

тивовес 5 натягивает пучок волос 2. При повышении относитель-

ной влажности воздуха длина волос увеличивается, и наоборот.

Поэтому дуга 6 поворачивается на ту или иную сторону вместе

с фрикционно сцепленной с ней малой дугой 11, закрепленной

на оси 10 вместе с указателем 7. Перемещения указателя запи-

сываются пером 9 на градуированной бумаге барабана 8, вра-

щающегося от часового механизма с суточным или недельным

действием. Показания гигрографа периодически проверяют аспи-

рационным психрометром и корректируют поворотом винта 13.

Абсолютная погрешность показаний гигрографа непостоянна

и может достигать 5 %.

11,00/40

ощо

0,00120

о,оот

0,00100

0,00090

о,ооот

0,00070

OfiOOOO

V,M/C

Рис. 1.3. Метеорологический гигро- Рис. 1.4. Биметаллический термо-

граф МВ-11 граф

Место расположения гигрографа выбирают по тем же пра-

вилам, что и для психрометра. Для установки гигрографов на

стене укрепляют полку.

Биметаллический термограф (рис. 1.4) предназна-

чен для непрерывной записи температуры воздуха в пределах

—35 ... +45°С с погрешностью ±1°С в течение суток или не-

дели. Измерительным элементом служит биметаллическая изо-

гнутая пластинка 2, закрепленная одним концом в станине. При

изменении температуры меняется •кривизна пластинки 2, что

через тягу 3 и рычаг 4 передается указателю 5. Перо 6 указателя

записывает температуру воздуха на бумажной ленте 7 бара-

бана, вращающегося от часового механизма. Показания термо-

графа периодически проверяют по контрольному термометру и

корректируют поворотом винта 1.

Задание

1. Проверить аспирационным психрометром относительную влажность и тем-

пературу воздуха в помещении лаборатории.

2. Сравнить показания простого и аспирационного психрометров, рассчитать

скорость воздуха около простого психрометра и подобрать соответствую-

щую таблицу для правильного определения влажности воздуха в данном

помещении простым психрометром.

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ПЕРЕД ИСПЫТАНИЕМ

Кондиционирование образцов заключается в предварительном

выдерживании их в течение определенного времени в стандарт-

ных климатических условиях (см. с. 5) для приведения влаж-

ности материала к состоянию, близкому к сорбционному равно-

весию. При этом влажность материала будет зависеть от того,

как происходило кондиционирование — в результате сорбции,

т. е. поглощения влаги, или десорбции, т. е. отдачи влаги

(рис. 1.5).

Иногда для получения сравнимых результатов измерений

кондиционирование проводят только путем сорбции, предвари-

тельно подсушивая образцы в течение 1 ч при температуре не

выше 50 °С.

На влажность материала помимо длительности кондициони-

рования влияет и ряд других факторов: скорость движения воз-

Рис. 1.5. Изменение влажности W материа- W

ла в зависимости от времени Т при сорб-

ции (I) и десорбции (2)

духа, плотность образца, вид паков-

ки нитей. Поэтому в стандартах

предусматривается различная про-

должительность кондиционирова-

ния, обычно не более 24 ч.

Для поддержания необходимых

климатических условий в помещении лаборатории используют

кондиционеры, а при их отсутствии образцы выдерживают пе-

ред испытанием в климатических камерах (гигростатах) или

в эксикаторах (малые образцы) [1.5—1.7].

1.4. ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИСПЫТАНИЙ

При проведении испытаний необходимо очень тщательно, акку-

ратно и без ошибок записывать в лабораторной работе все пер-

вичные результаты измерений. Отбрасывание при этом резко

отличающихся (выскакивающих) результатов допускается лишь

после соответствующего анализа (см. с. 18). При записи такие

результаты обводят цветным карандашом. Первичные резуль-

таты и подсчитываемые затем сводные характеристики записы-

вают с учетом погрешности приборов и измерений.

Числовые результаты, получающиеся в процессе исследова-

ния свойств текстильных материалов, обычно неодинаковы, и по

ним трудно оценить исследуемое свойство, особенно при боль-

шом числе испытаний. Поэтому проводят уплотнение информа-

ции, заменяя многочисленные первичные результаты сводными

характеристиками среднего уровня исследуемого свойства и его

неравномерности.

Однако выборочные сводные характеристики, полученные

при испытании небольшой выборки, а не всего исследуемого ма-

териала, нельзя распространять на весь материал (генеральную

совокупность). Сводные характеристики для всего материала

могут отличаться от выборочных в пределах доверительных гра-

ниц, которые определяют с заданной доверительной вероятно-

стью, зависящей также от закона распределения первичных ре-

зультатов [1.8].

ЗАПИСЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Запись первичных данных. Низший разряд

записываемых ре-

зультатов должен соответствовать низшему разряду цены

* Термин «низший разряд» относится не только к целым числам, но и к

цифрам после запятой.