1 Rešeršní část
1.1 Mechanické vlastnosti materiálu
Testování materiálu a výrobků všeobecně nabývá stále více na významu.
Pokroky v textilním průmyslu a jeho technologií v kombinaci s nárůstem požadavků spotřebitelů na specifické chování vyžadují vyšší nároky na informace o dějích probíhajících v materiálu. Týká se to i dějů, které byly dříve opomíjeny, nebo je nebylo možno zaznamenávat konvenčními metodami měření.
Mechanické zkoušení patří k nejstarším metodám zkoušení materiálu. Rozumí se jím sledování vlastností při působení mechanických sil. Působení vnějšího mechanického namáhání způsobuje změnu tvaru a s tím spojenou deformaci tělesa.
Míra a charakter deformace závisí na druhu namáhání. V reálných situacích je možné se setkat s různými druhy namáhání. Nejčastěji jsou namáhání tahová, tlaková, ohybová, střihová nebo krutem. V praxi se v takto izolované formě vyskytují minimálně, proto je
jednotného způsobu testování, byly zavedeny normalizované zkoušky simulující určitý typ namáhání. To mj. zajistí porovnatelnost výsledků různých materiálů. (1)(2)
Výběr zkušebního testu je do značné míry dán aplikací materiálu, která určuje způsob namáhání. Cílem zkoušky je, co nejblíže simulovat podmínky namáhání a tím zjistit, jak se daný materiál bude chovat v reálných podmínkách. Proto jsou například často testovány příze na tah, zátěžové textilie na oděr, bytové textilie na nehořlavost, textilie pro automobilový průmysl na změny chování při výkyvech teplot apod. V praxi se často využívá vztahů založených na výsledcích statistických měření či empirie. (3)
V následujících podkapitolách jsou uvedeny vybrané mechanické zkoušky určené přímo pro netkané textilie a dále i jiné mechanické zkoušky materiálů, které se zabývají obdobným způsobem zatěžování jiných druhů materiálů. Některé ze zkoušek by mohly vhodně simulovat podmínky namáhání při lisování netkané textilie (více o technologii a podmínkách doprovázejí výrobu materiálu v kapitole 2.2).
Statická zkouška tahem ČSN EN 29073-3 (80 6133)
Jedná se o nejběžnější z mechanických zkoušek (Obr. 1.1). Z tahové zkoušky přetržením podélného pásku jsou získávány základní informace o chování materiálu při působení tahového síly. Síla působí v podélném směru vzorku při konstantním prodlužování. Svorky čelistí musí být schopny upnout zkoušený vzorek po celé jeho šíři bez poškození. Odebírané vzorky mají šířku 50 mm a dostatečnou délku k pohodlnému upnutí mezi čelisti ve vzdálenosti 200 mm. Lze použít kratší délku, např. z důvodu vysoké tažnosti, musí to být ovšem uvedeno v protokolu. Křivka zatížení se zaznamenává při konstantním prodlužování 100 mm/min. Je možné po dohodě zainteresovaných stran použít i jinou rychlost posuvu. Pokud dojde v přetrhu ve svorce, není možné brát výsledky v úvahu. (4)
Obr. 1.1 Fotografie trhacího zařízení s příslušenstvím v laboratoři KNT
TU V LIBERCI KNT
Tahová zkouška grab ČSN EN ISO 9073-18 (80 6192)
Metoda grab byla zavedena pro zjišťování určitých mechanických vlastností materiálu za použití přístrojů sloužící ke klasické zkoušce tahem. Rozdíl spočívá v rozměrech vzorku a rozdílného upnutí materiálu do kleštin. Kdy šířka materiálu převyšuje šířku čelistí (Obr. 1.2). Rychlost posuvu čelistí je 300 mm/min. Zkouška se nedoporučuje používat pro materiály s vysokou tažností.(5)
Obr. 1.2 Schéma pro zkoušku grab
Statická zkouška protržením ČSN EN ISO 12236 (80 6127)
Tento test pochází z původní zkoušky pro měření únosnosti podkladních půd při výstavbě silnic. V dnešní době se tzv. Kalifornský poměr únosnosti (CBR - Californian bearing ratio) využívá pro vyhodnocování únosnosti podloží a konstrukčních vrstev při výstavbě dopravní infrastruktury (Obr. 1.3).
Kalifornský poměr únosnosti, vyjadřováno v %, je poměr síly potřebné k zatlačení standardizovaného trnu konstantní rychlostí do dané hloubky vůči síle, která je potřebná k zatlačení téhož trnu do totožné hloubky v normovém kamenivu (1.1) (7)
(1.1)
kde značí sílu zatížení na standardizované podloží a označuje sílu potřebnou k zatlačení trnu do zkoušené zeminy.
Statickou zkoušku protržením je možné najít také pod označením CBR test.
Slouží pro zjišťování odolnosti textilie proti protržení měřením síly, která je potřebná k protlačení průbojníku až k protržení vzorku. Průbojník musí být zakončený plochým koncem. Zkušební vzorek musí být upnut mezi dva ocelové kruhy a průbojník je umístěn vertikálně na středu vzorku. Zaznamenává se síla potřebná k protržení a posun při rychlosti 50 mm/min, který průbojník překonal od přepětí 10 N až do protržení. Dle normy se používá průbojník z korozivzdorné oceli o průměru 50 mm a poloměr zaoblení čelního okraje byl stanoven na 2,5 mm (Obr. 1.4). Pro dostatečné zajištění vzorku proti prokluzu jsou na čelistech umístěni vroubkované kruhové plochy. Tyto plochy musí být umístěny 7 mm od vnitřního kraje.(8)
Obr. 1.4 Schéma statické zkoušky protržením
Podle původní normy CBR testu DIN 54 307 dle článku 10.2 lze vypočítat deformaci způsobem uvedeným v (1.2) a (1.3). Jedná se o analogii výpočtu deformace v tahu.
(1.2)
(1.3)
TU V LIBERCI KNT
Zjišťování odolnosti proti mechanickému pronikání ČSN EN ISO 9073-5 (80 6135)
Tato zkouška je metodou pro stanovení odolnosti proti mechanickému pronikání netkaných textilií pomocí kuličky daného průměru. Zkouška byla primárně vyvinuta pro použití na netkané textilie s určitou mírou tažnosti, pro které je běžná zkouška protržením (Regular burst test) nevyhovující. Vzorek materiálu je pevně sevřen mezi dvěma vodorovnými prstenci a kolmo na střed textilie je protlačován průbojník s kulovým koncem. Test je ukončen v momentě, kdy nastane protržení textilie. Vzorek by neměl být znečištěný a neměl by přijít do styku s kapalinami, aby nenastaly změny koeficientu tření mezi zkoušeným materiálem a průbojníkem. Na vzorek by se nemělo ani psát. Průbojník o velikosti 25,4 mm se posouvá směrem dolů rychlostí 300 mm/min směrem ke svorkám (prstencům) držící materiál, které mají vnitřní průměr 44,5 mm (Obr. 1.5). Velikost poloměru průbojníku se po dohodě může lišit a musí se zaznamenat do protokolu zkoušky. Záznam posuvu by mělo započít při předpětí 5N. (9)
Obr. 1.5 Schéma zkoušky odolnosti proti mechanickému pronikání
Zjišťování pevnosti v dalším trhání ČSN EN ISO 9073-4 (80 6134)
Tato metoda je tahovou zkouškou pro zjišťování pevnosti netkané textilie v dalším trhání již natrženého vzorku, při které je zkoušen lichoběžníkový zkušební vzorek. Při této metodě je pevnost textilie dána především vlákny struktury netkané textilie, jejich vzájemnou adhezí a jejich pojením. Bylo prokázáno, že tato metoda nemůže být používána pro netkané textilie, které plošnou hmotností a pevností překračující určitou hranici. Výzkumy k tomuto problému ještě stále probíhají.
Podstata zkoušky spočívá v upnutí nerovnoběžných stran lichoběžníku do čelistí trhacího přístroje vzdálených 25 mm. Vzorek je postupně protahován rychlostí 100 mm.min-1 dokud se v místě nástřihu nezačne tvořit trhlina. Odolnost v dalším trhání je nutné zaznamenávat až do úplného přetrhu zkušebního vzorku. Za platný výsledek je považováno dosažení vzdálenosti 64 mm mezi svorkami. Průměrná hodnota síly se získává z intervalu hodnot zatěžující síly od první vrcholové hodnoty síly po sílu odpovídající vzdálenosti 64 mm mezi svorkami. Poté se již tahová síla snižuje v důvodu blízkosti okraje zkoušeného materiálu. Průměrná pevnost se zjišťuje v Newtonech.
Schéma zkušebního vzorku uvádí Obr. 1.6. (10)
Obr. 1.6 Šablona pro zkoušku pevnosti v dalším trhání s lichoběžníkem
TU V LIBERCI KNT
Hydraulická metoda pro zjišťování pevnosti v protržení a roztažení při protržení ČSN EN ISO 13938-1 (80 0875)
Tato zkouška byla vyvinuta pro testování tkaných, pletených, netkaných a laminovaných textilií. Hydraulická zkouška spočívá ve vytvoření tlaku kapaliny na roztažitelnou hydraulickou membránu, která působí na jednu stranu vzorku (Obr. 1.7).
Tato metoda může být použita i v pneumatické formě (ČSN EN ISO 13938-2), kde do tlaku 800 kPa nebyl zaznamenán rozdíl ve výsledcích. Pro zkoušení textilií, kde je vyžadován vyšší tlak, se doporučuje použít výhradně hydraulickou metodu.
Obr. 1.7 Schéma hydraulické metody zjišťování pevnosti (11)
Při zatěžování vzorku nastává změna tvaru měřeného vzorku a ve stěně vzniká napětí a , které je v rovnováze až do porušení stěny. Z Laplaceovy rovnice rovnováhy (11) lze odvodit hledané velikosti hlavních napětí vyjádřené v (1.4) a pro isotropní materiály (1.5)
(1.4)
(1.5)
kde a jsou napětí působící ve stěnách elementu, a poloměry zakřivení elementu, tlak kapaliny působící na ploše elementu, okamžitá tloušťka elementu.
Plocha zkoušených vzorků může být 7,3 cm2, 10 cm2, 50 cm2 (bývá používána nejčastěji, tj. ø 80 mm) nebo 100 cm2. Konstantní zvyšování objemu kapaliny a tím zvyšování tlaku by mělo být v rozmezí od 100 cm3.min-1 do 500 cm3.min-1, aby bylo dosaženo protržení vzorku v čase (20 ± 5) s. (12)
Napětí ve stěně sledovaného vzorku lze poměrně jednoduše odvodit. Obtížnější je sledování deformace materiálu pro příslušný tlak kapaliny. Při zjednodušení určitých předpokladů lze tuto deformaci vypočítat (11). Vhodnější je využít optický sledovací systém, který kontinuálně zaznamenává nanesenou sít na vzorku. (13)
Zkouška podle Erichsena ČSN EN ISO 20482
Tato zkouška byla vytvořena pro zkoušení hlubokotažnosti plechů a pásů, kdy je do přidržovačem upnutého plechu vtlačován kulovitý průtažník o průměru 20 mm (Obr.
1.8). Hodnota hlubokotažnosti se získává z prohloubení zkušebního tělesa do materiálu až do jeho prasknutí.
Obr. 1.8 Zkouška podle Erichsena kde p značí prohloubení.
Měřítkem hlubokotažnosti je příslušné prohloubení uváděné v mm. Mimo prohloubení je také posuzován tvar a směr trhlin, z kterých se dále zjišťují další vlastnosti zkoušeného materiálu. V textilním průmyslu by nebylo zjišťování těchto vlastností podle této zkoušky optimální. Prozatím není možné vyvozovat závěry z tvaru trhlin v textilii, protože by u většiny z nich nebylo možné přesně rozpoznat hranici porušení textilie. (14)
TU V LIBERCI KNT