Перед работниками текстильной промышленности поставлена задача максимально возможной замены натуральных волокон для технических целей химическими /I/. По мере увеличения общего объема производства синтетических волокон и высокомолекулярных соединенийполимеров возникает необходимость совершенствования их свойств /2/. Потребность в технических волокнах со специфическими свойствами, особенно таких, как термостойкие и высокопрочные, неразрывно связана с дальнейшим научно-техническим прогрессом всего народного хозяйства /3/. В настоящее время наука о полимерах располагает убедительными доказательствами, свидетельствующими о реальной возможности получения из ориентированных гибкоцепных полимеров изделий с физико-механическими показателями, существенно более высокими нежели выпускаемых в промышленном масштабе волокон /4/.
Простое сравнение теоретических показателей с теми, которые достигнуты в настоящее время на реальных технологических процессах, указывает на большую степень несовершенства структурной организации полимеров в ориентированном состоянии и на значительные потенциальные ресурсы повышения прочных и упругих свойств волокон /2/. Эти обстоятельства наглядно иллюстрируют тот факт, что необходимо всестороннее изучение деформационных свойств синтетических нитей, с целью регулирования процессов получения материалов с высокими прочностными и упругими показателями.
Значительное место в выпуске синтетических волокон отводится высокопрочным капроновым комплексным нитям и мононитям технического назначения. Они получили широкое применение в шинной промышленности и резино-технических изделиях, фильтровальных тканях и композиционных материалах, а также в ряде других отраслей народного хозяйства. От капроновых технических нитей, применяемых для производства кордных тканей и резинотехнических изделий, требуется высокая прочность при растяжении, пониженное удлинение и высокий модуль.
Высокопрочные капроновые нити технического назначения в условиях получения, переработки и эксплуатации подвергаются растягивающим нагрузкам, значительно меньшим, чем разрывные, но действующим продолжительное время и в различных температурных условиях. Поэтому возникает необходимость в разработке метода количественного описания деформационных свойств указанных объектов.
Метод должна отличать простота аналитического описания релаксационного цроцесса, минимальное число характеристик для его описания, он должен быть доступным для практического использования в материаловедческих и технологических исследованиях.
Основная особенность капроновых нитей состоит в проявлении нелинейной вязкоупругости. Широко используемые диаграммы растяжения не дают достаточно четкой расшифровки этих свойств и, следовательно, необходимой информации о деформационных свойствах. В связи с этим в данной работе метод определения деформационных характеристик разрабатывался на основе измерений изотермического релаксационного цроцесса и его анализа с позиций представлений об активационном характере механических воздействий, сложившихся в физике и механике полимеров.
С целью улучшения прочностных и деформационных свойств капроновых нитей технического назначения цродолжаются работы по усовершенствованию технологических процессов. При этом решающей стадией производства комплексных нитей является ориентационное вытягивание. Поэтому установление взаимосвязи между этой стадией и деформационными свойствами представляется важнейшим фактором, необходимым для решения задач по целенаправленному регулированию этих свойств. Существенным фактором является также толщина мононити.
Разработка соответствующей системы характеристик, которая может быть использована как в техническом контроле, так и для инженерных расчетов (описание и црогнозирование) деформационных цроцессов по результатам экспресс-испытаний для высокопрочных капроновых нитей технического назначения определяет актуальность работы. Для текстильного материаловедения рассматриваемая диссертационная работа представляется как инструмент для оценки деформационных свойств капроновых нитей технического назначения.
Результаты исследований, изложенные в данной диссертационной работе, были получены при выполнении целевой программы 0Ц-018ГКИТ, а также комплексно-координационного плана Минлегпрома СССР и Минвуза СССР на 1981 — 1985 г. г. по теме «Изучение строения и свойств текстильных материалов» .
Выполненная работа соответствует перечню рекомендуемых направлений диссертационных исследований в области текстильного материаловедения «Разработка методов оценки и прогнозирования долговечности текстильных, кожевенно-обувных и меховых материалов» предложенного отраслевым совещанием по вопросам аттестации научных и научно-педагогических кадров в области технологии материалов текстильной и легкой промышленности.
Цель работы состояла в разработке метода определения деформационных характеристик по кратковременным измерениям релаксации напряжения, а также в обосновании применимости этого метода к капроновым нитям, различающимся технологией получения.
Основные задачи работы: — разработка метода определения деформационных характеристик капроновых нитей технического назначения на основе анализа процесса релаксации напряжения;
— описание и расчетное прогнозирование процесса релаксации напряжения;
— количественное описание диаграмм растяжения;
— установление взаимосвязи между ориентационным вытягиванием комплексных нитей, диаметром мононитей и их деформационными свойствами.
Научная новизна работы состоит в разработке метода определения деформационных характеристик с позиций развиваемой теории нелинейной вязкоупругости, экспериментальном и расчетном обосновании математического описания диаграмм растяжения по указанным деформационным характеристикамустановлении взаимосвязи между указанными технологическими стадиями и деформационными свойствами получаемых нитей.
Практическая значимость работы заключается в использовании разработанного метода для сопоставления деформационных свойств нитей, различающихся технологией изготовлениядля целенаправленного регулирования этих свойствкачественной и количественной интерпретации диаграмм растяжения применяющихся в техникерасчетного прогнозирования простых и сложных режимов нагружения, реализующихся в эксплуатационных условиях.
4.3. Основные результаты главы 4.
1. Путем проведения кратковременных измерений в изотермическом режиме релаксации напряжения для широкого диапазона деформаций (5%) на комплексных капроновых нитях, различающихся кратностью вытягивания (Л = 4,3 ч- 4,86) и мононитях различных диаметров d = 0,3 -г 0,9 мм) получены релаксационные «семейства». По разработанной методике рассчитаны деформационные характеристики.
2. Подтверждена надежность полученных деформационных характеристик по разработанному методу, путем расчета и прогноза в широком диапазоне времени процесса релаксации напряжения.
3. Показано, что в результате увеличения степени вытягивания комплексных капроновых нитей происходит изменение деформационных характеристик: увеличиваются модули упругости EQ и вязкоупругости Еэ, объем (Е0 — Еэ) и интенсивность Е^ релаксационных вкладов.
4. Отмечено, что с уменьшением диаметра мононитей происходит увеличение модулей упругости Еп и вязкоупругости Е0, интенсивности Е 1 и объема (ЕА — Е) релаксационных вкладов. Наблюдаемые измеи U о нения деформационных характеристик мононитей обусловлены различиями в молекулярной ориентации.
ОБЩЕ ИТОГИ.
1. Разработан метод определения деформационных характеристик капроновых комплексных нитей и мононитей технического назначения на основе измерения изотермической релаксации напряжения. Преимущества этого метода состоят в кратковременности измерений, минимальном количестве характеристик, простоте их определения и обоснованности с позиций развиваемой кинетической концепции релаксационных процессов.
2. Посредством измерений и расчётов с позиции феноменологической теории нелинейной вязкоупругости обосновано использование двух нормированных релаксационных функций от сложного деформационно-временного аргумента — функционала: интеграла вероятностей и экспоненциальной функции для количественного описания и расчётного прогнозирования изотермических релаксационных процессов в диапазоне деформирования до 5%.
3. Измерения и расчёты с помощью разработанного метода подтвердили достаточную надёжность применяемого количественного описания релаксации в диапазоне температур от 293 К до 333 К, а также и для прогнозирования релаксации напряжения на 3*4 десятичных порядка времени. Последнее обосновывает достаточную объективность деформационных характеристик, определяемых по разработанному методу.
4. Установлено, что с увеличением температуры происходит уменьшение модулей упругости и вязкоупругости, а также увеличение интенсивности релаксационного процесса. Последнее коррелирует с приближением к известной области резкого увеличения механических потерь.
5. С помощью разработанного метода выявлена взаимосвязь релаксационных процессов с диаграммами растяжения, которые широко используются для оценки прочностных и деформационных свойств нитей. Установленная взаимосвязь позволяет количественно интерпретировать эти диаграммы, а также прогнозировать более сложные режимы активного деформирования. Из этого следует, что определяемые характеристики достаточно глубоко отражают эксплуатационные свойства нитей.
6. Установленные соответствия медлу деформационными свойствами и кратностью вытягивания комплексных капроновых нитей технического назначения, а также изменением диаметра у высокопрочных мононитей. С увеличением степени вытягивания комплексных капроновых нитей и уменьшением диаметра мононитей происходит увеличение модулей упругости и вязкоупругости, увеличение релаксационного вклада и интенсивности редаксации, изменения характера нелинейности вязкоупругих свойств.
7. Проведенные пробные измерения на лавсановых нитях и лентах подтвердили возможность применения разработанного метода к ряду синтетических нитей, обладающих аналогичной ориентированной структурой, а также к изделиям из них.
