ANIZOTROPIE P Ř I T Ř ENÍ OPÁSÁNÍM PLOŠNÝCH TEXTÍLIÍ ANISOTROPY IN CAPSTAN OF FABRICS BAKALÁ Ř SKÁ PRÁCE TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÍ

(1)

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÍ

Katedra textilních technologií

Studijní obor: Mechanická textilní technologie

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

ANIZOTROPIE PŘI TŘENÍ OPÁSÁNÍM PLOŠNÝCH TEXTÍLIÍ

ANISOTROPY IN CAPSTAN OF FABRICS

Vedoucí bakalářské práce:

Prof. Ing. Radko Kovář, CSc.

(2)

Prohlášení

Byl(a) jsem seznámen(a) s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracoval(a) samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím bakalářské práce a konzultantem.

V Liberci, dne 17. 5. 2010 . . .

Podpis

(3)

Poděkování

Rád bych poděkoval Prof. Ing. Radko Kováři, CSc za odborné vedení a cenné rady při zpracování bakalářské práce.V neposlední řadě děkuji své rodině a přátelům za podporu v době studia.

(4)

Anotace:

Tato bakalářská práce se zabývá anizotropií při tření opásáním plošných textilií se zaměřením na vliv vnitřního tření.

V první části práce je soustředěna na teorie tření a vlastností textilií. Dále je popsán význam tření v textilním průmyslu. Experimentální část popisuje přípravu vzorků a použitý materiál, ale také vlastní měření na přístroji INSTRON 4411. Naměřené hodnoty jsou shrnuty v tabulkách, grafech a komentářích. V závěru jsou shrnuty výsledky, které jsou podstatou této práce.

Annotation:

My bachelor work is concerned on anisotropy in capstan friction of fabrics with the stress put on the influence of internal fiction.

In the first part of this work is introduced theory of friction and theory of properties of flat textiles. Next is described importance of friction for textile industry. The experimental section describes samples preparation and used material, but also the measurement device INSTRON 4411. Measured results are shown in tables, charts and completed with comments.

In the conclusion is the essence and summary of the main results.

(5)

Seznam použitých symbolů a veličin:

α -úhel opásání [ ° ]

d - průměr válce

f - součinitel tření [ N ] F0 - vstupní tahová síla [ N ] FT -třecí síla [ N ]

FN - kolmá tlaková síla mezi tělesy [ N ] FT -Fakulta textilní

g - tíhové zrychlení H -chlupatost

IS_H -horní mez intervalu spolehlivosti IS_D -dolní mez intervalu spolehlivosti KTT -katedra textilních technologií l - délka [mm]

m - hmotnost [ g ] Ni -délková třída n -počet

s -směrodatná odchylka s2 -výběrový rozptyl

S1 -délka vláken v délkové kategorii 1 mm S2 -délka vláken v délkové kategorii 2 mm S3 -počet vláken přesahujících délku 3 mm T -délková hmotnost [tex]

v - rychlost [ m s^-1]

V - variační koeficient [ % ]

(6)

Obsah:

1

Úvod

... 7

2

Tření

... 8

2.1 Mechanismus tření ... 8

2.2 Základní složky ovlivňující tření ... 9

2.3 Povrchové a vnitřní tření tkanin... 9

2.3.1 Vnitřní tření kapalin ... 10

2.3.2 Tření v textilu ... 11

2.4 Skutečná plocha kontaktu ... 12

3

Vlastnosti textilií

... 13

3.1 Klimatické podmínky pro zkoušení vlastností textilií... 13

3.2 Délková hmotnost příze ... 14

3.3 Mechanické vlastnosti příze ... 14

3.4 Chlupatost příze ... 15

4

Použité statistické operace

... 16

5

Experimentální část

... 18

5.1 Příprava vzorků... 18

5.2 Použitý materiál... 18

5.2.1 Parametry použitých textilií ... 18

5.3 Vlastní měření... 19

5.3.1 Popis dynamometru INSTRON 4411 ... 19

5.3.2 Postup měření ... 20

5.3.3 Schéma principu experimentu ... 21

5.4 Vstupní tahová síla ... 21

5.5 Výsledky měření ... 22

5.6 Grafické zobrazení měřené tahové síly s různými vstupními tahovými silami 27 5.7 Grafické zobrazení měřené tahové síly ve všech směrech ... 34

5.8 Grafické zobrazení průměrné třecí síly ve všech směrech ... 35

... 36

5.9 Grafické zobrazení součinitele tření a intervalu spolehlivosti ... 37

5.9.1 Výpočet intervalu spolehlivosti ... 37

(7)

1 Úvod

Anizotropie je vlastnost, kterou se označuje závislost určité veličiny na volbě směru.

Směr- při tomto slovu se každému vybaví zcela odlišné věci. Někdo si představí směr umění, jiný si vybaví dopravní značku s názvem obce a kilometry, které chybí do cíle. Tématem této bakalářské práce je anizotropie při tření opásáním plošných textilií. Směrem se v tomto případě rozumí směr tkaniny v různých stupních od 0 do 90 a veličinou je třecí síla.

Tření je fyzikální jev, který je nedílnou součástí našeho života. Vzniká při vzájemném působení dvou a více těles. Již v dávné historii napomohlo tření k obrovskému objevu, který ovlivnil život celého lidstva – vznik ohně. Původním náčiním pro rozdělávání ohně byl klacík a dřevěná podložka. Díky tření klacíku o podložku došlo k zahřátí a vznikl oheň. S pokrokem lidstva přišlo i ulehčení v podobě zápalek, později zapalovače, které však jsou jako prvotní primitivní zařízení závislé na stejném principu tření dvou těles. Představte si takového Gekona, který má na tlapičkách lamely a v nich miliardy malinkých chloupků. Díky tomu dokáže šplhat i po skle. Už od jak živa se snažilo lidstvo napodobit matku přírodu. Až nakonec bylo vynalezeno nanovlákno. Spojením těchto nanovláken dostaneme jemnou přízi, ve které neustále dochází mezi miliony vláken ke tření a tím délková hmotnost ovlivňuje skutečnou plochu kontaktu mezi dvěma tělesy . V textilním odvětví dochází ke tření jak při prvotním zpracování vláken, přes celý technologický proces, až po výsledný produkt. U oděvů dochází ke tření při styku s pokožkou,ale také při kontaktu textilie s textilií a tím může docházet k vytváření žmolků.

První část této práce se zabývá teorií tření. Podrobněji se zaměřuje například na povrchové a vnitřní tření nití, vnitřní tření kapalin a další témata, jenž jsou uvedena v obsahu.

Dále se navazuje na teorii vlastností textilií, kde jsou uvedeny klimatické podmínky pro zkoušení textilií a vlastnosti příze.

V druhé části, experimentální, je popsán použitý materiál a měření. Zde je také schéma dynamometru INSTRON 4411 a popis práce s přístrojem.

Cílem této bakalářské práce je z vybraných vzorků tkanin, určit pomocí měření a výpočtů následující - jak ovlivňuje směr tkaniny třecí odpor po kovové ploše. Z naměřených

(8)

2 Tření

2.1 Mechanismus tření

Tření je jev, který vzniká při pohybu tělesa v těsném kontaktu s jiným tělesem.

Většinou je třením míněno tření mezi pevnými tělesy. Nelze opomenout další často zmiňovanou variantu tření a to viskozitu tekutin. U textilií se často tření pevných těles a tekutin kombinuje (např. vosková vrstva na povrchu vlákna bavlny, tuk na vlněných vláknech se nechovají jako ideální pevné těleso).

Při každém tření existuje třecí síla, která působí vždy proti pohybu tělesa (příp. proti změně klidového stavu u klidového tření).

Podstatou mechanismu tření tedy je, že při pohybu tělesa po podložce dochází na stykové ploše tělesa a podložky k vzájemnému silovému působení. Na pohybující se těleso působí podložka silou proti směru jeho pohybu, pro kterou platí F_T = f.F_N, kde F_N [N] je tzv.normálová složka síly, kterou působí těleso na podložku, f je součinitel smykového tření, F_T [N] je třecí síla.

Vedle pojmu tření je definován další pojem - opotřebení, který vyjadřuje progresivní ztrátu materiálu při pohybu jednoho tělesa po druhém. Prostředkem ke snížení třecího odporu je lubrikace. Použitím mazadel (lubrikantů) se snižuje koeficient tření a opotřebení.[3], [9]

Obr.1: Tření tělesa po podložce

Legenda: F_T [N] – třecí síla, F_N [N] – normálová síla

(9)

2.2 Základní složky ovlivňující tření

- tření vzniká mezi tělesy, ve vzájemném kontaktu, vlivem mezimolekulárně- mechanických interakcí

- tření ovlivňují faktory, jako povrch a materiál

- mechanická složka tření se projevuje deformací povrchových nerovností - při deformaci tuhým povrchem se projevuje tvorba rýh

- jestliže se uvádějí do pohybu dva hladké povrchy, porušují se adhezní síly povrchů - princip klouzání (lubrikace) spočívá v oddělení třecích povrchů (kapalinné tření)[9]

2.3 Povrchové a vnitřní tření tkanin

Tření se dělí na vnitřní tření nití a povrchové tření tkanin. Uplatňuje se při výrobě i při používání plošné textilie. Tření nití je tření o keramické, plastové, kovové apod. materiály.

Nebo také tření nitě s nití. Má veliký vliv na technologické procesy, ale také na vlastnosti výsledné textilie.

Pro tření opásáním platí, že díky deformaci textilie nedochází pouze k povrchovému tření, ale i k vnitřnímu tření. Celkové tření má dvě relativně oddělené složky. Tření se může uplatnit staticky a kineticky. Staticky uplatněné je to tehdy, pokud se dotýkající tělesa vzájemně nepohybují. V tomto případě je zajištěna stabilita systému. Za kinetické tření se považuje stav, kdy se dotýkající tělesa vzájemně pohybují. V tomto případě dochází k přeměně energií. A to mechanické energie na energii tepelnou. Tepelná energie vzniká nejen na povrchu, ale i uvnitř textilie.

Tření ovlivňuje např. i tloušťka textilie a jiné geometrické údaje ( např. dostava, tažnost osnovy a útku ), technologický proces i vlastnosti výsledné textilie. Tření uvnitř, tzn. uvnitř vláken, je tvořeno viskózními a plastickými složkami deformace vláken. Pohyb nití ve vazných bodech se dá považovat za vnitřní tření plošné textilie. Uplatnění vnitřního tření je při deformaci textilie.

Tři varianty uplatnění povrchového tření nitě, tj. tření jednostranným přítlakem (obr. 2.a), oboustranným přítlakem nitě (obr.2.b) a opásáním (obr.2.c) .[1], [4]

(10)

Obr.2: Tření jednostranným a oboustranným přítlakem a opásáním a)FT = FN f b) F = F0+2FN f c ) F = F0 e^af

2.3.1 Vnitřní tření kapalin

Tekutina s větším vnitřním třením teče pomaleji. Na tělesa pohybující se v tekutině s větším vnitřním třením působí větší odporová síla.

Skutečné kapaliny se od ideální kapaliny liší tím, že u nich při proudění dochází k přeměně části kinetické energie jednotlivých částic kapaliny v tepelnou energii. Dochází tedy k přeměně

kinetické energie uspřádaného pohybu v kinetickou energii neuspořádaného pohybu. Kapaliny s vnitřním třením se označují jako viskózní (vazké).

Název vnitřní tření vychází ze skutečnosti, že tento jev je podobný tření při pohybu tuhých těles. U viskózních kapalin však k tomuto tření dochází uvnitř kapalin a nikoli na povrchu.

Vnitřní tření se vyskytuje nejen v tekutinách, ale také v pevných látkách, kde způsobuje např.

změnu elastických vlastností látky. Např. vnitřní tření v pružině, na kterou nepůsobí žádný odpor prostředí (měla by tedy kmitat netlumeně), způsobí útlum a postupné zastavení jejích kmitů. Vnitřní tření je významné i při deformaci textilií. [7]

(11)

2.3.2 Tření v textilu

Tření se uplatňuje i v textilním průmyslu. Součinitel tření je důležitou charakteristikou jak délkových, tak plošných textilií. U délkových textilií hraje tření velkou roli při technologickém zpracování přízí a následném vytváření plošných textilií.

Třecí vlastnosti textilií jsou velmi důležité, a to jak při výrobě oděvů a textilních produktů, tak při jejich každodenním používání a nošení. Při tření vláken může docházet k poškození povrchu vlákna. Tento jev vede k rychlému opotřebení textilie. Třením se povrch vlákna jakoby „ zvrásní “.

V současné době uživatele nejvíce zajímají materiálové vlastnosti textilie a vzájemné působení textilií při jejich používání (tření mezi nimi). Pokud jsou materiály nevhodně zkombinované, může docházet k problémům, jako je rychlejší opotřebení látky, nabíjení statickou elektřinou, atd.

Někdy je vysoké tření mezi tkaninami požadováno; např. u potahů sedaček v automobilech, u křesel a ostatního sedacího nábytku a také všude tam, kde je nutné zabránit nepříjemnému klouzání mezi oděvem a jiným textilním produktem.

Vysoké tření může být také požadováno mezi vrstvami šatů a dekoračních tkanin.

Košile a halenky by měly mít vysoké tření proti horní části vnitřní strany kalhot a sukní a předcházet tak vyklouznutí. Vysoké tření je také důležité v procesu šití, aby nedocházelo ke skluzu jednoho dílu přes druhý a předešlo se tak nežádoucího vzhledu hotového výrobku.

Oproti tomu je nízké tření požadováno v následujících případech. U podšívek bund nebo kabátů by měly mít nízké tření a to kvůli menšímu opotřebení. Ponožky a punčochy by měly klouzat kvůli snadnějšímu oblékání. Na druhou stranu, vysoké intervláknové tření snižuje např. tendenci punčoch pouštět oka.

Textilní materiály jako jsou příze, tkaniny, pleteniny se chovají díky své nehomogenitě ještě méně předvídatelněji než kompaktní pevné materiály.

Výzkumy třecích vlastností v oblasti textilu řeší zejména závislost velikosti třecí síly na relativním pohybu vlákenných útvarů (nití) při tkacím procesu. V tomto ohledu nerovnosti a drsnosti povrchů nití hrají nezanedbatelnou roli, neboť při jejich vzájemném stlačení, ke kterému v procesu tkaní neustále dochází, a následnému pohybu po sobě, vzniká odpor vůči vzájemnému smýkání.

(12)

Na třecí odpor nemá vliv jen struktura tkaniny, ale také použitá příze. Skutečný celkový kontakt tkanin je také tvořen mnoha vzájemnými kontakty vláken. Během procesu tření jsou vnější plochy vláken deformovány a mění svou geometrii.

U tkanin s vlasem je dokonce počáteční skluz tvořen jen přízí. U textilních materiálů dále vstupuje do hry struktura vazby tkanin a pletenin a samozřejmě vliv aviváže a zušlechťovacích prostředků atd. [1] , [2] , [6]

2.4 Skutečná plocha kontaktu

Skutečný kontakt povrchu textilních výrobků (např. po oceli, keramice nebo po jiném textilním materiálu) je uskutečňován na mnoha malých místech kontaktem vláken na povrchu textilie. Když začne působit tangenciální síla, vlákna mohou začít měnit svoji pozici a pohyb těles může začít ještě dříve, než je třecí odpor překonán. Později po změně vzájemné pozice začíná skluz v kontaktních místech a to ne v jednom okamžiku, ale postupně. Přítlačná síla mění skutečnou plochu kontaktu. Statické tření roste s růstem času, po který jsou tělesa v kontaktu před jejím uvedením do kontaktu. Při porušení ideálních stavu nastává odchylka, kdy menší tělesa mají poněkud menší tření. To znamená, že koeficient tření f závisí na reálné ploše kontaktů. S růstem normálové síly F_Ndochází k poklesu f Na obrázku vidíme pomocí deformability šikmý náběh tkaniny, značený modře. Zatím co zelenou barvou je znázorněn např. kov. [6]

Obr.3: Deformační křivka tkaniny

(13)

3 Vlastnosti textilií

3.1 Klimatické podmínky pro zkoušení vlastností textilií

Vlastnosti vláken a textilií z nich vyrobených se mění s klimatickými podmínkami.

Aby bylo docíleno objektivního výsledku zkoušení, musí zkouška se řídit normou, která podmínky zkoušení stanovuje.

Klimatické podmínky ve zkušebnách stanovuje norma ČSN EN 20139 a udává, že teplota vzduchu ve zkušebně má být 20 ± 2 ºC a vlhkost vzduchu 65 ± 2 %.

K zajištění těchto podmínek se buď klimatizuje celý prostor zkušebny, nebo se zkoušený materiál předem klimatizuje v klimatizačních skříních a vzorky jsou vyjmuty jen na dobu potřebnou k provedení dané zkoušky.

Obr.4: Klimatizační skříň KBF ICH series fy Binder

(14)

3.2 Délková hmotnost příze

Příze jsou definovány jako délkové textilie, jejichž jeden rozměr (tj. tloušťka) se řádově liší od druhého (délky) a jejich jemnost je dle normy nazývána délkovou hmotností.

Délková hmotnost se stanovuje na základě gravimetrické metody [6], která spočívá v přesném odměření příze a jejím přesném zvážení. Přesná délka se odměřuje na vijáku, na kterém se navine tzv. přadeno. Obvod křídlenu vijáku je přesně 1 m. Takto připravený vzorek je zvážen na vahách (analytické, elektronické aj.).

Délková hmotnost se následně stanoví podle vztahu:

103

∗

= l

T m [g/km] = [tex] (1)

kde: m … hmotnost přadena;

l … délka.

3.3 Mechanické vlastnosti příze

Mechanické vlastnosti jsou odezvou daného materiálu na mechanické působení vnějších sil a jsou zahrnovány do tzv. zpracovatelských vlastností, protože ovlivňují další zpracování příze. Během namáhání dochází k deformaci materiálu, která závisí na velikosti zatížení, rychlosti namáhání a době trvání. Podle rychlosti, kterou síla působí, lze namáhání rozdělit na statické a dynamické. Namáhání lze dále dělit na jednorázové a cyklické.

Mechanické vlastnosti mohou být popsány takzvanými ultimativními čili mezními charakteristikami, mezi které patří např. pevnost.

(15)

3.4 Chlupatost příze

Další důležitou vlastností, která ovlivňuje nejen vzhled příze, ale i plošných textilií a výrobků z nich vyrobených, je chlupatost. Definicí chlupatosti je více, lze ji vyjádřit např.

jako celkovou délku vyčnívajících chlupů z těla příze v cm vztažená na délku 1 cm příze.

(definice dle Zellweger Uster ). [11]

Chlupatost je závislá na počtu a délce vláken v průřezu příze, proto hrubší příze vykazují obecně vyšší chlupatost oproti jemnějším přízím. Také vysoký podíl krátkých vláken výrazně ovlivní chlupatost výsledné příze. Hlavní vliv na vznik chlupatosti je tzv. přádní trojúhelník. Některá vlákna nejsou zachycena ve vrcholu trojúhelníka, nejsou zakrucována a podílejí se tak na vzniku chlupatosti.

V současné době existuje řada optických metod, kterými je možné zjišťovat chlupatost příze.

Jednou z metod je přístroj fy ZWEIGLE. Zařízení pracuje na principu vyhodnocování změny průtoku snímaného světla. Příze, která prochází měřícím přístrojem, přerušuje tok světla a vyvolává tak proměnnou odezvu na sérii fototranzistorů. To umožní určit počet chlupů a rozdělit je podle délek do 12 tříd. Délka vláken se měří směrem od povrchu příze.

Zobrazení se provádí diferenční metodou: vlákna registrovaná v určité délkové třídě Ni se odečítají od vláken registrovaných v nižší třídě Ni -1. To se provádí pro každou třídu. Takto jsou v jedné délkové třídě počítána jen ta vlákna, která této délce skutečně odpovídají.

Chlupatost příze se udává jako distribuce délek v jednotlivých třídních intervalech od 1 mm až 15 mm chlupů a počet odstávajících vláken přesahujících délku 3 mm, jenž se označuje jako kategorie S3 . Kategorie S12 je pak počet odstávajících vláken od (1 – 2) mm. [8]

Obr.5: Přístroj Zweigle G567

(16)

4 Použité statistické operace

Výběrový průměr:

- udává součet všech hodnot vydělený jejich počtem a používá se v základní statistice.

∑

=

= ⁿ

i

xi

x n

1

1 (2)

kde: n … počet hodnot;

xi … naměřené hodnoty.

Rozptyl:

- rozptyl je definován jako střední hodnota kvadrátů odchylek od střední hodnoty.

Odchylku od střední hodnoty, která má rozměr stejný jako náhodná veličina, zachycuje směrodatná odchylka.

Směrodatná odchylka:

- je odmocnina rozptylu náhodné veličiny. Používá se v matematické statistice.

s2

s= ⁽³⁾

Variační koeficient:

- je charakteristikou variability a je podílem směrodatné odchylky a průměru.

102

∗

= x

v s (4)

Součinitel tření: vypočítaný z Eulerova vztahu

- podstatnou úlohu hrají vlastnosti obou materiálů – materiálu, ze kterého je pohybující se těleso i materiál, po kterém se toto těleso pohybuje

F₁= F-F₀

0 0

− = ⋅ α^f

F F F e

F1…… naměřená síla F₀…...vstupní tahová síla F……...průměrné zatížení αf= ln ( F-F₀ / F₀ )

(17)

Eulerův vztah: F1=Fo·e^αf (6) Vstupní tahová síla : výpočet síly pomocí tíhového zrychlení F₀ = m g (7) 1 kg odpovídá 9,81 N

Třecí síla: je fyzikální veličina, která vyjadřuje velikost a směr tření mezi tělesy

F_T = F – 2F₀ (8)

Interval spolehlivosti:

- je interval, ve kterém s předem zvolenou pravděpodobností, leží hodnota hledaného parametru. Tvoří součást intervalových odhadů.

( ) n t s

x

IS_D = − _α_n₋₁ pro dolní mez intervalu (9)

( ) n t s

x

IS_H = + _α_n₋₁ pro horní mez intervalu (10) kde: t_α(n-1) … kvantil Studentova výběrového rozdělení. [5]

(18)

5 Experimentální část

5.1 Příprava vzorků

Vzorky byly odebrány a klimatizovány v klimatizační skříni při podmínkách stanovených normou . Vzorky byly v klimatizační skříni uloženy po dobu 24 hodin při teplotě 20 ± 2 ºC a vlhkosti vzduchu 65 ± 2 %.

5.2 Použitý materiál

Zkoumaným materiálem byly tři tkaniny. Z nichž první tkanina byla plátnová vazba o délkové hmotnosti 35,5 tex, která byla vyrobena ze 100% polypropylenu. Druhý vzorek, tvoří tkanina s atlasovou vazbou o délkové hmotnosti 50 tex a byla vyrobena ze 100%

polypropylenu. A poslední třetí tkanina byla plátnová vazba o délkové hmotnosti 31 tex a byla vyrobena z bavlny.

5.2.1 Parametry použitých textilií

1.plátnová vazba - název tkaniny: NESTOR materiál: bavlna

délková hmotnost: 35,5 tex dostava útku: 2500 nití/m dostava osnovy: 2600 nití/m

2.atlasová vazba

-

vazba: 2/4

materiál: 100% POP délková hmotnost: 50 tex

(19)

Vzniká pravidelným rozmístěním vazných bodů, které se ovšem vzájemně nedotýkají.

Charakteristické jsou volně tažené (neprovázané) nitě na tkanině.

3.plátnová vazba

-

materiál: 100% POP délková hmotnost: 31 tex dostava útku: 2100 nití/m dostava osnovy: 2350 nití/m

Obr.6: Plátnová vazba

5.3 Vlastní měření

Vlastní měření bylo realizováno v laboratořích KTT. K měření anizotropie při tření opásáním plošných textilií byl použit přístroj dynamometr INSTRON 4411, který umožňuje univerzální zkoušení textilií. Přístroj je určen k zjišťování mechanických vlastností délkových a plošných textilií. Lze realizovat jednoosé namáhání tlakem, tahem a ohybem.

5.3.1 Popis dynamometru INSTRON 4411

Přístroj se skládá ze dvou hlavních částí. První část je řídící skříň a druhá je zařízení pro zatěžování vzorku. Zatěžovací zařízení je tvořeno příčníkem, na kterém je nasazena 100 N snímací hlava s dvojicí kovových válců. Snímací hlava je v podstatě čidlem síly a dráhy. Je

(20)

5.3.2 Postup měření

Ze tří druhů tkanin byly vyrobeny vzorky pro další měření. Z první tkaniny, v plátnové vazbě materiál POP, bylo připraveno 90 vzorků o velikosti 280 x 50 mm, ve 3 směrech po 6 měřeních. Ze druhé tkaniny, v atlasové vazbě materiál POP, bylo připraveno 210 vzorků o velikosti 280 x 50 mm, v 7 směrech po 6 měřeních. Ze třetí tkaniny, v plátnové vazbě materiál ba – NESTOR bylo připraveno 90 vzorků o velikosti 280 x 50, ve 3 směrech po 6 měřeních.

Dále byly vzorky klimatizovány 24 hod. v klimatizační skříni, za klimatických podmínek t = 22 °C, φ = 65 %. kde relaxovaly. Relaxovaný stav je takový stav, kdy je v tkanině minimální množství energie. Po 24 hodinách byly vzorky vyjmuty z klimatizační skříně a připraveny pro měření na přístroji INSTRON 4411.

Vzorek byl upevněn mezi spodní upínací čelist a veden přes pár jemných kovových válců. Rychlostí příčníku 120 mm / min. Nakonec vzorku bylo připevněno závaží, u kterého se postupně měnily vstupní tahové síly. Následovalo samostatné měření a vyhodnocování získaných dat.

(21)

5.3.3 Schéma principu experimentu

F1 = F0 e ^α^f

f = 1/α ln ( F₁ / F₀ )

-

výpočet součinitele tření

Obr.8: Schéma principu experimentu

5.4 Vstupní tahová síla

Zkouška probíhala tzv. tahovou metodou tření v laboratořích KTT

(22)

V tabulce je uveden výpočet vstupní tahové síly za pomoci tíhového zrychlení, které se odpovídalo 1kg …. 9,81 N. V laboratořích KTT, bylo vybráno pět druhů závaží, které byly zjištěny na digitální laboratorní váze série JJ s váživostí 600 g a dílkem 0,01 g.

Tab.1 Výpočet vstupní tahové síly

Fo Hmotnost závaží

[ g ]

Vstupní tahová síla [ N ]

1 10 0,0981

2 20,26 0,1987

3 51,63 0,5065

4 108,11 1,0606

5 210,22 2,0623

5.5 Výsledky měření

Zkouška probíhala na přístroji INSTRON 4411 v laboratoři KTT.

Klimatické podmínky v laboratoři: t = 22 °C, φ = 65 %.

Podmínky měření :počet měření – 84

1. tkanina ( plátnová vazba - POP ) 3 směry po 6 měřeních 2. tkanina ( atlasová vazba - POP ) 7 směrů po 6 měřeních

3. tkanina ( plátnová vazba – NESTOR bavlna ) 3 směry po 6 měřeních upínací délka –280 mm;

Běžná rychlost příčníku je 60 mm / min. Ale pro tuto práci byla zvolena rychlost příčníku 120 mm / min, pro snadnější zpracování získaných dat a urychlení práce.

Vstupní tahové síly : 0,0981 N, 0,1987 N, 0,5065 N, 1,0606 N, 2,0623 N

(23)

Diskuze k tabulkám

V tabulkách 2 – 14 byly vypočítány průměrné veličiny: výběrový průměr, směrodatná odchylka, variační koeficient, součinitel tření a třecí síla. Tyto veličiny byly vypočítány za různé vstupní tahové síly Fo₁ až Fo₅. V tabulkách je uveden průměrný součinitel tření. Ten byl určen z dílčích součinitelů tření, které byly vypočteny z naměřených hodnot v rozmezí od 5 do 25 mm. Měření bylo provedeno na přístroji INSTRON 4411 v laboratořích KTT.

Tab.2 Atlasová vazba – směr osnovy

Vstupní tahová síla

1 2 3 4 5

F [ N ] 0,3748 0,6605 1,5356 3,0689 5,8053

5.6 Grafické zobrazení měřené tahové síly s různými vstupními tahovými silami

Atlasová vazba - sm

ě

r osnovy

0 1 2 3 4 5 6 7

0 5 10 15 20 25

Posunutí [ mm ]

Síla [ N ] ^Fo1

Fo2 Fo3 Fo4 Fo5

Obr.9: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( Atlasová vazba – směr osnovy )

Atlasová vazba 15 stupňů

0 1 2 3 4 5 6 7

0 5 10 15 20 25

Síla [ N ] ^Fo1

Fo2 Fo3 Fo4 Fo5

(28)

Atlasová vazba 30 stupňů

0 1 2 3 4 5 6 7

0 5 10 15 20 25

Posunutí [ mm ]

Síla [ N ] ^Fo1_Fo2

Fo3 Fo4 Fo5

Obr.11: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( Atlasová vazba 30 stupňů )

Atlasová vazba - sm

ě

r diagonální

0 1 2 3 4 5 6 7

0 5 10 15 20 25

Posunutí [ mm ]

Síla [ N ] ^Fo1

Fo2 Fo3 Fo4 Fo5

Obr.12: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( Atlasová vazba směr diagonální )

(29)

Atlasová vazba 60 stup

ňů

0 1 2 3 4 5 6 7

0 5 10 15 20 25

Posunutí [ mm ]

Síla [ N ] ^Fo1

Fo2 Fo3 Fo4 Fo5

Obr.13: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( Atlasová vazba 60 stupňů )

Atlasová vazba 75 stup

r diagonální

0 1 2 3 4 5 6 7

0 5 10 15 20 25

Posunutí [ mm ]

Síla [ N ] ^Fo1

Fo2 Fo3 Fo4 Fo5

Obr.20: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( 100 % POP – směr diagonální )

(33)

Plátnová vazba ( 100 % POP ) sm

ě

r útku

0 1 2 3 4 5 6 7

0 5 10 15 20 25

Posunutí [ mm ]

Síla [ N ] ^Fo1

Fo2 Fo3 Fo4 Fo5

Obr.21: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( 100 % POP – směr útku )

Diskuze ke grafům

Na obr. 9 - 21 jsou znázorněny na ose y tahové síly a na ose x je posunutí o 25 mm, které bylo přednastaveno na přístroji INSTRON 4411. Na obr. 9 - 15 je použita tkanina v atlasové vazbě z POP. Na dalších zobrazeních je plátnová vazba, na obr. 16 – 18 je tkanina bavlněná a na obr. 19 – 21 je z POP. Z grafů je zřejmé, že velikost třecí síly závisí přímo úměrně na velikosti vstupní tahové síly. Výpočet statických hodnot se provádí v rozmezí 5-25 mm posuvu tkaniny, ale u obr. 10 až 14 jej nelze použít pro nejvyšší hodnoty zařízení, správný je potom výpočet z intervalu 10 až 25 mm. Zešikmený náběh křivky je způsoben tažností tkaniny.

(34)

5.7 Grafické zobrazení měřené tahové síly ve všech směrech

Atlasová vazba - vstupní tahová síla F

01

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

0 5 10 15 20 25

Posunutí [ mm ]

Síla [ N ]

směr osnovy směr 15 stupňů směr 30 stupňů směr diagonální směr 60 stupňů směr 75 stupňů směr útku

Obr.22: Grafické znázornění atlasové vazby se vstupní tahovou silou F₀₁

Atlasová vazba - vstupní tahová síla F₀₅

0 1 2 3 4 5 6 7

0 5 10 15 20 25

Posunutí [ mm ]

Síla [ N ]

směr osnovy směr 15 stupňů směr 30 stupňů směr diagonální směr 60 stupňů smět 75 stupňů směr útku

(35)

Na obr. 22 - 23 jsou znázorněny na ose y tahové síly a na ose x posunutí. Odlišnosti grafů na obr. 22 a 23 jsou pouze ve velikosti vstupní tahové síly F₀. Z grafického zobrazení je zřejmé, že směry tkaniny ovlivňují tahovou sílu minimálně. Rozdílné nabíhání křivek je ovlivněno tažností tkanin. Proto je vhodné pro výpočty používat hodnoty od 10 do 25 mm.

5.8 Grafické zobrazení průměrné třecí síly ve všech směrech

Atlasová vazba - vstupní tahová síla Fo1

0,165 0,17 0,175 0,18 0,185 0,19 0,195 0,2

Sm ě ry tkaniny

T ř e c í s íl a [ N ]

^sm^ě^{r osnovy}

směr 15 stupňů směr 30 stupňů směr diagonální směr 60 stupňů směr 75 stupňů směr útku

Obr.24: Grafické znázornění atlasové vazby se vstupní tahovou silou F₀₁

(36)

Atlasová vazba - vstupní tahová síla Fo5

1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65 1,7 1,75

Sm ě ry tkaniny

T ř e c í s íl a [ N ]

^Sm^ě^{r osnovy}

Směr 15 stupňů směr 30 stupňů směr diagonální směr 60 stupňů směr 75 stupňů směr útku

Obr.25: Grafické znázornění atlasové vazby se vstupní tahovou silou F05

Na obr. 24 – 25 jsou znázorněny na ose y velikosti třecí síly a na ose x třecí síly podle směru tkanin od 0o do 90o. Na grafech si lze povšimnout minimálních rozdílů mezi velikostmi třecích sil. A lze usoudit, že směry tkanin ovlivňují třecí síly minimálně.

(37)

5.9 Grafické zobrazení součinitele tření a intervalu spolehlivosti

5.9.1 Výpočet intervalu spolehlivosti

Tab.15 Interval spolehlivosti 95 % ( atlasová vazba ) pro f₁

Veličina směr osnovy

15 stupňů

30 stupňů

45 stupňů

60 stupňů

75 stupňů

směr útku IS D [ N ] 0,32948 0,33044 0,34409 0,34266 0,34547 0,34330 0,33376 IS_H[ N ] 0,33412 0,33796 0,35050 0,35274 0,35492 0,35114 0,34144

Tab.16 Interval spolehlivosti 95 % ( atlasová vazba ) pro f₅

15 stupňů

30 stupňů

45 stupňů

60 stupňů

75 stupňů

směr útku IS D [ N ] 0,18762 0,17842 0,17494 0,17324 0,18092 0,18659 0,19068 IS_H[ N ] 0,19258 0,18658 0,18566 0,18476 0,18908 0,19300 0,19532

Tab. 17 Interval spolehlivosti 95 % ( plátnová vazba NESTOR ) pro f1

45 stupňů

směr útku IS _D[ N ] 0,29650 0,28078 0,28309 IS H [ N ] 0,32609 0,29502 0,29790

Tab.18 Interval spolehlivosti 95 % ( plátnová vazba NESTOR ) pro f5

Veličina směr 45 směr

(38)

Tab.19 Interval spolehlivosti 95 % ( plátnová vazba POP ) pro f₁

45 stupňů

směr útku IS D [ N ] 0,38342 0,35095 0,36049 IS_H[ N ] 0,39958 0,36825 0,37991

Tab.20 Interval spolehlivosti 95 % ( plátnová vazba POP ) pro f5

45 stupňů

směr útku IS D [ N ] 0,22302 0,19423 0,20700 IS_H[ N ] 0,22578 0,2004 0,21679

(39)

Sou č initel t ř ení

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

0 15 30 45 60 75 90

Sm

ě

ry

Hodnoty f [ 1 ]

Průměrní součinitele tření pro F5 + F05

Průměrní součinitele tření pro F1 + F01

Obr. 26: Průměrní součinitelé tření a interval spolehlivosti u atlasové vazby

Sou č initel t ř ení

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

0 15 30 45 60 75 90

H o d n o ty f [ 1 ]

Průměrní

součinitele tření pro F5 + F05

Průměrní součinitele tření pro F1 + F01

(40)

Sou č initel t ř ení

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

0 15 30 45 60 75 90

Sm ě ry

H o d n o ty f [ 1 ]

Průměrní součinitele tření pro F5 + F05 Průměrní součinitele tření pro F1 + F01

Obr.28: Průměrní součinitelé tření a interval spolehlivosti ( plátnová vazba – POP )

Na obr. 24 – 26 jsou na ose y znázorněny hodnoty průměrného součinitele tření a na ose x jsou zapsány směry tkaniny od 0° do 90°. Na obr. 24 jsou znatelné rozdíly od obr.25 – 26.

Důvodem je rozdílný počet použitých směrů. Z grafů je zřejmé, že součinitel tření závisí na velikosti vstupní tahové síly (čím větší je vstupní tahová síla, tím menší je součinitel tření).

Pro hodnoty f: v grafech nedochází k překrytí intervalu spolehlivosti, tudíž je rozdíl hodnot staticky významný. U některých směrů na ose x dochází k překrytí a proto je rozdíl hodnot staticky nevýznamný.

(41)

6 Závěr

Cílem této práce bylo z vybraných vzorků tkanin určit jak ovlivňuje směr plošné textilie třecí odpor po kovové ploše. Jako plošné textilie byla vybrány tkaniny v plátnové a atlasové vazbě. Tkanina v atlasové vazbě byla z polypropylenu a v plátnové vazbě z bavlny a polypropylenu. Měření bylo provedeno na dynamometru INSTRON 4411 v laboratořích KTT.

Nejprve se práce zaměřuje na velikost třecí síly v závislosti na vstupní tahové síle.

Experimentem bylo zjištěno, že čím je vstupní tahová síla větší, tím je také větší třecí síla.

Zajímavé bylo pozorovat zešikmený náběh křivky, jenž byl způsoben tažností tkaniny. Směr tkaniny téměř nepatrně ovlivňoval velikost třecí síly.

Dále byl zkoumán součinitel tření v závislosti na směru osnovy a útku, popř. diagonále, jak je popsáno v experimentální části. Se zvyšováním vstupní tahové síly docházelo ke zmenšování součinitele tření pomocí adheze (přilnavosti). Z toho vyplývá, že vstupní tahová síla ovlivňuje třecí odpor. V souvislosti se střední hodnotou součinitelů tření byl vypočten a graficky znázorněn interval spolehlivosti. Bylo zjištěno, že rozdíl hodnot je staticky významný na ose y, protože nedošlo k překrytí intervalů (tzv. chybových křivek).

Experimentem byly ověřeny následující předpoklady: směr plošné textilie ovlivňuje minimálně třecí odpor při posouvání po kovové třecí ploše. Záleží spíše na reliéfu tkaniny a ploše skutečného kontaktu. Třecí odpor rovněž ovlivňuje chlupatost plošné textilie.

Dále by bylo zajímavé zjistit, zda kolísání koeficientu tření nebylo ovlivněno menším počtem pokusů nebo změnou klimatických podmínek. Pro přesnější údaje by bylo vhodné použít snímací hlavu 5 N a tím pádem se zabývat i vnitřním třením základních elementů – vláken, dále mezivlákeným třením u přízí, zákrutu přízí a třením přízí v tkanině při zatěžování ve dvou směrech (osnovy a útku). V neposlední řadě by bylo zajímavé vyzkoušet měření na různých průměrech válců např. kalandrovacím. Protože, zde už úplně neplatí Eulerův vztah, jelikož se budou vnitřní síly snažit tkaninu narovnávat.

(42)

Literatura:

[1] Howell, H. G., Mieszkis, K. W., Tabor, D.: Fiction in textiles. Butterworths Scientific Publications 1959.

[2] Kovář, R.: Struktura a vlastnosti plošných textilií. TU v Liberci 2003.

[3] Wagner, J.: Fyzika [přehled pro textilní fakultu]. VŠST v Liberci 1989.

[4] Kovar , R. – Mertova, I.: Internal Fiction on Woven Fabric Deformation. 3rd International Textile, Clothing and Design Conference, Dubrovník 2006

[5] Kovačič, V.: Zkoušení textilií, Liberec 2001

[6] Hrdinová Miroslava: Třecí vlastnosti tkanin (bakalářská práce), TU Liberec, fakulta textilní, 2007

[7] ČSN EN ISO 2062 (800700) Textilie - Nitě na návinech - Zjišťování pevnosti a tažnosti jednotlivých nití při přetrhu

[8] Hradilová Jana : Chlupatost přízí (diplomová práce), TU Liberec, fakulta textilní, 2004

[9] http://www.ft.vslib.cz/depart/ktm/files/20060106/zvt_p_6.pdf [10] http://cs.wikipedia.org/

[11] ]http://www.uster.com

(43)

Seznam obrázků:

Obr.1: Tření tělesa po podložce ... 8

Obr.2: Tření jednostranným a oboustranným přítlakem a opásáním... 10

Obr.3: Deformační křivka tkaniny... 12

Obr.4: Klimatizační skříň KBF ICH series fy Binder ... 13

Obr.5: Přístroj Zweigle G567... 15

Obr.6: Plátnová vazba ... 19

Obr.7: Přístroj INSTRON 4411 ... 20

Obr.8: Schéma principu experimentu ... 21

Obr.9: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( Atlasová vazba – směr osnovy ) ... 27

Obr.10: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( Atlasová vazba 15 stupňů )... 27

Obr.12: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( Atlasová vazba směr diagonální ) ... 28

Obr.15: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( Atlasová vazba – směr útku ) ... 30

Obr.16: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( NESTOR – směr osnovy )... 30

Obr.17: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( NESTOR – směr diagonální )... 31

Obr.18: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( NESTOR – směr útku )... 31

Obr.19: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( 100 % POP – směr osnovy ) ... 32

Obr.20: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( 100 % POP – směr diagonální ) ... 32

Obr.21: Graf znázorňující vstupní tahové síly ( 100 % POP – směr útku

)...

³³

Obr.22: Grafické znázornění atlasové vazby se vstupní tahovou silou F01... 34

Obr. 26: Průměrní součinitelé tření a interval spolehlivosti u atlasové vazby ... 39

... 39

Obr.27: Průměrní součinitelé tření a interval spolehlivosti ( plátnová vazba NESTOR ) ... 39

(44)

Seznam tabulek:

Tab.1 Výpočet vstupní tahové síly ... 22

Tab.2 Atlasová vazba – směr osnovy ... 23

Tab.3 Atlasová vazba - směr 15 stupňů... 23

Tab.4 Atlasová vazba - směr 30 stupňů... 23

Tab.5 Atlasová vazba - směr diagonální ... 24

Tab.6 Atlasová vazba – směr 60 stupňů ... 24

Tab.7 Atlasová vazba – směr 75 stupňů ... 24

Tab.8 Atlasová vazba – směr útku... 24

Tab.9 Plátnová vazba ( NESTOR – bavlna ) – směr osnovy ... 25

Tab.10 Plátnová vazba ( NESTOR - bavlna ) – směr diagonální ... 25

Tab.11 Plátnová vazba ( NESTOR – bavlna ) – směr útku... 25

Tab.12 Plátnová vazba ( POP ) – směr osnovy ... 26

Tab.13 Plátnová vazba ( POP ) – směr diagonální... 26

Tab.14 Plátnová vazba ( POP ) – směr útku... 26

Tab.15 Interval spolehlivosti 95 % ( atlasová vazba ) pro f₁... 37

Tab.16 Interval spolehlivosti 95 % ( atlasová vazba ) pro f₅... 37

Tab. 17 Interval spolehlivosti 95 % ( plátnová vazba NESTOR ) pro f₁... 37

Tab.18 Interval spolehlivosti 95 % ( plátnová vazba NESTOR ) pro f₅... 37

Tab.19 Interval spolehlivosti 95 % ( plátnová vazba POP ) pro f₁... 38

Tab.20 Interval spolehlivosti 95 % ( plátnová vazba POP ) pro f₅... 38