Druhy zkoušek mechanického namáhání:
Statické zkoušky – Při těchto zkouškách zatěžujeme materiál zvolna. Působení v řádech minut, při dlouhodobých zkouškách dny až měsíce [27].
Dynamické zkoušky rázové a cyklické – Při těchto zkouškách působíme nárazově po zlomek sekundy. Cyklické zkoušky se proměnné zatížení opakuje i mnoha cykli za sekundu až do několika miliónů jejich opakování [27].
Zvláštní technické zkoušky – Jejichž údaje je možno považovat za směrné (výsledek zkoušky závisí na mnoha vedlejších činitelích). Nejdůležitější z těchto zkoušek jsou zkoušky tvrdosti [27].
Podle teplot – Závisí na tom, při jakých teplotách zkoušky provádíme (normálních, vysokých, nízkých) [27]
Tato práce je zaměřena na pevnost a tažnost tkanin. Proto další kapitoly budou věnovány právě tahovému namáhání, jehož odezvou je pevnost v tahu. První část bude popisovat pevnost a tažnost délkových vlákenných útvarů a v další části se budeme věnovat pevnosti a tažnosti samotných tkanin. Poslední část bude zaměřena na zkoušení pevnosti a tažnosti, jak délkových vlákenných útvarů, tak i tkanin z nich zhotovených.
4.1. Pevnost a tažnost
Jediné normované zkoušky v textilu jsou pevnosti v tahu. Při namáhání materiálu v tahu je odezvou pevnost v tahu. Pevnost v tahu je zkouškou statickou.
Pevnost a tažnost je zjišťována současně při tahové zkoušce na dynamometru. Pevnost a tažnost určujeme u délkových vlákenných útvarů (příze, multifilamenty atd.) a také u plošných útvarů (tkaniny, pleteniny atd.) [28].
4.1.1. Pevnost a tažnost délkových vlákenných útvarů
Délkové vlákenné útvary jsou charakteristické dvěma rozměry délkou a průměrem (tj. šířkou). Pevnost a tažnost je měřena v podélném směru, tj. směru osy délkového vlákenného útvaru [18]. Testování délkových vlákenných útvarů na pevnost a její vyhodnocení bude popsáno v kapitole 4.1.2.2. Experimentální vyhodnocení pevnosti tkanin.
4.1.1.1. Pevnost délkových vlákenných útvarů
Pevnost je maximální síla při tahovém namáhání, ve většině případů zároveň síla při přetrhu. Jednotkou pevnosti je N. Pokud tuto sílu vztáhneme k ploše, dostáváme napětí, které má jednotku N*m-2. Častěji používaným parametrem u délkových vlákenných útvarů je poměrná pevnost. Jedná se o pevnost podělenou jemností materiálu.
Jednotkou této veličiny je N*tex-1 [29].
4.1.1.2. Tažnost délkových vlákenných útvarů
Tažnost je vyjádřena poměrem mezi prodloužením do přetrhu a upínací délkou.
Upínací délka je vzdálenost mezi upínacími čelistmi. Prodloužením je myšlena vzdálenost, o kterou se materiál protáhne od původní upínací délky. Tažnost také může být vyjádřena v procentech [29].
𝜀 =∆𝑙
𝑙0 ∗ 100 (24)
ε ……… tažnost [%]
Δl ……… prodloužení do přetrhu [mm]
lo………. upínací délka [mm]
4.1.2. Pevnost a tažnost tkanin
Pevnost tkanin je stejně jako u délkových vlákenných útvarů maximální síla při tahovém namáhání. Pro tažnost tkanin platí také stejná definice jako u délkových vlákenných útvarů. Odlišností od délkových vlákenných útvarů je, že se jedná o plošnou textilii, která má dva hlavní směry (osnova a útek), proto je možné tkaninu testovat na pevnost a tažnost následujícími způsoby:
Jednoosé (uniaxiální) zatížení - zatěžování tkaniny v jednom z hlavních směrů (osnova nebo útek) [25]
Dvouosé (biaxiální) zatížení – deformace tkaniny současně ve více směrech (nemusí to být konkrétně osnova a útek) [25]
Tato práce je zaměřena na namáhání jednoosé, proto další část této práce bude zaměřena na popis tohoto způsobu namáhání.
Rozlišujeme dva možné přístupy k určování pevnosti a tažnosti tkanin:
Experimentální – Jedná se o testování pevnosti a tažnosti zhotovených tkanin ve směru osnovy nebo útku. Výsledkem je tahová křivka, která vyjadřuje chování tkanin při namáhání danou silou a prodloužením. Pro výpočet tažnosti používáme totožný vzorec (21) jako pro délkové vlákenné útvary. Testování pevnosti a tažnosti tkanin a jejich vyhodnocení bude popsáno v kapitole níže.
Teoretické – Při výpočtu teoretické pevnosti a tažnosti tkaniny vycházíme z jejích základních zadaných parametrů a z parametrů samotných nití, z kterých je zhotovena. Pro tuto práci je stěžejní jen teoretická pevnost tkanin, proto teoretická tažnost nebude dále rozváděna.
4.1.2.1. Teoretické vyjádření pevnosti tkanin
Pevnost teoretická, stejně jako experimentální je vyjádření maximální síly do porušení tkaniny. Pro vyjádření teoretické pevnosti tkaniny pro osnovní a útkový směr [N*5cm-1] je možné použit model (Kovář [25]). Pevnost tkaniny pro osnovní a útkový směr vychází z poměrné pevnosti nití [N*tex-1] a jejich dostavy [n*10cm-1] v testovaném směru. Teoretická pevnost tkaniny se nejčastěji určuje jako pevnost tkaniny [N*5cm-1], což vychází z šířky vzorku testovaného experimentálně. Z důvodu, že dostava se udává na 10 cm je výsledný vztah vynásoben jednou polovinou. Pevnost je také možné přepočítat na různé délky a také i na jednu nit, jelikož se jedná o pevnost součtovou. [25].
𝑃𝑡𝑘𝑜,𝑢 = 𝐷𝑜,𝑢𝐹𝑁𝑇𝐾𝑉𝑃1
2 (25)
Ptko,u...pevnost tkaniny ve směru osnovy/útku [N*5cm-1] Do,u... dostava osnovy nebo útku [nití*10cm-1]
T ……… jemnost [tex]
FP ... poměrná pevnost jednotlivých nití [N*tex-1] KVP ...koeficient využití pevnosti [-]
Pevnost tkaniny, ale nemusí být rovna součtu pevností nití ve směru namáhání.
Protože počet a pevnost nití v druhém směru mají také silnou vazbu na pevnost ve směru testovaném. Účinnost přenosu síly z nití v testovaném směru je procento kumulativní síly z celkového počtu jednotlivých podélných nití v tomto směru, který se přenáší na tkaninu po tkaní. Z tohoto důvodu je zaveden koeficient využití pevnosti multifilamentu ve tkanině Kvp. Někdy je tento koeficient myšlen jako koeficient vazebného provázání, který zahrnuje pouze vliv vazby na pevnost tkaniny. V tomto případě se jedná o koeficient zahrnující veškeré parametry ovlivňující pevnost tkaniny včetně vazebného provázání.
𝐾𝑣𝑝 = 𝑝𝑒𝑣𝑛𝑜𝑠𝑡 𝑡𝑘𝑎𝑛𝑖𝑛𝑦 𝑣𝑒 𝑠𝑚ě𝑟𝑢 𝑜𝑠𝑛𝑜𝑣𝑦 (ú𝑡𝑘𝑢)
𝑆𝑜𝑢č𝑒𝑡 𝑝𝑒𝑣𝑛𝑜𝑠𝑡í 𝑜𝑠𝑛𝑜𝑣𝑛í𝑐ℎ (ú𝑡𝑘𝑜𝑣ý𝑐ℎ)𝑝ří𝑧í (26)
Hlavní důvody neúplného využití pevnosti ve tkanině [25]:
1. nestejnoměrnost nitě - pevnost nitě Fn je brána jako průměrná pevnost nitě. Ve tkanině se tedy může nejprve přetrhnout nejslabší nit dříve než ostatní - princip nejslabšího článku. Velký vliv na pevnost má také tažnost. Dojde-li k různé tažnosti nití, tak nit s nižší tažností se přetrhne dříve.
2. Způsob namáhání nitě - způsob trhání plošné textilie se liší od způsobu zjišťování pevnosti příze.
3. Nestejnoměrnost struktury tkaniny - tento problém se vyskytuje u vazeb s floty. Nitě s nižším setkáním jsou více protaženy a tím pádem může dojít k jejich dřívějšímu přetrhu.
4. Zpevnění nitě zatkáním - Důvodem dosažení koeficientu Kvp vyššího než 1 je pravděpodobně větší počet třecích míst ve tkanině oproti samotné niti, která nevyužívá stoprocentně pevnost vláken a při přetrhu dojde k porušení jen určitého podílu vláken [25].
4.1.2.2. Experimentální vyjádření pevnosti tkanin
Testování je prováděno na přístroji dynamometr neboli trhací stroj. Jedná se o přístroj pro definované namáhání vzorku a registraci síly a deformace. Tato zkouška je nazývána ultimativní, jelikož při testování dochází k nevratné deformaci materiálu (přetrhu). Výstupem trhacího stroje je tahová křivka, která bude popsána v kapitole níže [28].
4.1.2.2.1. Vliv podmínek namáhání na průběh a výsledky zkoušení mechanických vlastností
Klimatické podmínky - Rozdílná pevnost za sucha a za mokra. Bavlna, len a konopí vykazují za mokra nárůst pevnosti. Viskóza naopak pokles pevnosti za mokra až o 50%.
Na syntetický vlákna má vlhkost minimální vliv (max. pokles o 10%). Normované klimatické podmínky jsou teplota 20°C a vlhkost 65%.
Upínací délka – K přetrhu dojde v nejslabším místě vzorku. Na krátkých úsecích je menší pravděpodobnost výskytu slabších míst. Na dlouhých naopak větší pravděpodobnost.
Rychlost zatěžování – Čím větší čas, tím větší možnost přeskupení vnitřních sil viz. obr.
19. Rychlost zatěžování musí být stanovena normou [28].