Методы и средства исследований. Методические указания по выполнению лабораторных и учебно-исследовательских работ по дисциплине

Министерство образования Российской Федерации Восточно-Сибирский государственный технологический университет

Лабораторная работа 9 Тема: Определение стойкости текстильных материалов к стирке и химической чистке

Кафедра « Технология изделий легкой промышленности»

Методические указания по выполнению лабораторных и учебно-исследовательских работ по дисциплине «Методы и средства исследований» для студентов 3 и 4-го курсов специальностей: 281100 «Технология изделий из кожи» 281200 «Конструирование изделий из кожи» 280800 «Технология швейных изделий» 280900 «Конструирование швейных изделий» Часть 3

Составитель: Раднатаров В.Ц.

Улан – Удэ 2004

Как известно, при стирке и химической чистке изделий из текстиля на них существенное влияние оказывают ряд факторов, которые в комплексе ухудшают их механические и физические свойства. При стирке – это моющий раствор, механические воздействия, повышенная температура; при сушке – фактор светопогоды; при глаженье – повышенная температура гладильной поверхности; при химчистке – физико-химическое воздействие органического растворителя на материал. Для оценки стойкости текстильных материалов к стирке и химчистке проводятся испытания, имитирующие аналогичные условия и последующего определения показателей свойств материала с последующим сравнением этих показателей с показателями контрольных проб. Цель работы. Изучение приборов и методик определения стойкости текстильных материалов к стирке и химчистке. Материалы, инструменты, оборудование и приборы 1. Образцы различных видов тканей (пальтовые, костюмные, плательные). 2. Материалы химико-хозяйственного назначения: а) органический растворитель(трихлорэтилен или перхлорэтилен) – 250 мл; б) мыло хозяйственное – 2 куска по 250 г.; в) сода кальцинированная или порошок стиральный – 1 упаковка; г) вода горячая (50-60 0 С) – не менее 20 л.

1. Термометр жидкостный с пределом измерения от 0 до 100 0С; пинцет лабораторный; химическая посуда; перчатки химически стойкие; бумага фильтровальная; респиратор. 2. Машина разрывная марки РМ-30 или РТ-250М с инструкцией по эксплуатации; машина стиральная активаторного типа с центрифугой; электроутюг с терморегулятором. 3. Прибор для химической чистки в лабораторных условиях; весы лабораторные технические. 4. ГОСТ 21050-75. Ткани для спецодежды. Метод определения устойчивости к химической чистке. Устройство и техническая характеристика прибора для химчистки Прибор модели 021 предназначен для проведения лабораторного испытания, заключающегося в воспроизводстве условий химической чистки текстильных материалов. Общий вид его представлен на рисунке 1. Техническая характеристика 1. 2. 3. 4.

Частота вращения крестовины, об/мин…………..12 Вместимость стеклянных банок, л………………..2 Масса единичной пробы, г…………… не более 60 Материал взбалтывателя и размеры………стальные шарики диаметром от 3 до 6 мм по ГОСТ 3722-81 5. Тип электродвигателя ………………….. АОЛ 21-4: мощность, кВт……………………………………0,37 частота вращения, об/мин……………………….1400 6. Габаритные размеры, мм…………… .600х450х570 7. Масса прибора, кг……………………………….. 35

Рис. 1. Прибор для химчистки тканей: 1-основание; 2-редуктор; 3-электродвигатель; 4-фланец; 5-крестовина; 6-втулка; 7,8-малая и большая чашки; 9-стопорный винт; 10-маховик; 11-выключатель; 12-проба; 13растворитель; 14-мешочки со стальными шариками; 15-заливная пробка; 16маслоуказатель; 17-сливная пробка; 18-электрокабель

Прибор смонтирован на литом чугунном основании 1, в верхней части которого расположен червячноцилиндрический редуктор 2. На верхней крышке корпуса редуктора соосно с его ведущим валом смонтирован электродвигатель 3. Ведомый вал редуктора расположен по горизонтали и имеет два выхода наружу (налево и направо). На них насажены фланцы 4, которые в свою очередь приварены к крестовинам 5. По концам этих крестовин имеются четыре одинаковые направляющие втулки 6, обеспечивающие соосность стержней малых 7 и больших 8 чашек и их фиксацию в нужном положении с помощью стопорных винтов 9. В нижней части корпуса редуктора, на вал червяка, насажен маховик 10, служащий для приведения крестовин вручную в удобное для снятия и установки стеклянных банок положение.

Методика выполнения работы Стирка в лабораторных условиях может быть осуществлена тремя способами, а именно: кипячением проб в мыльно-содовом растворе с одновременным, либо последующим трением материала механическими приспособлениями, либо руками; стиркой в стиральных машинах; стиркой в стиральных вибрационных устройствах. Стойкость к стирке определяется обычно для тех материалов, одежда из которых подвергается в условиях эксплуатации частой стирке. Размеры точечной пробы должны обеспечивать определение разрывного усилия материала до, и после стирки. Из одной половины точечной пробы вырезают контрольные пробы стандартных размеров для испытания на разрывной машине и определяют их разрывную нагрузку, вторая подвергается стирке в стиральной машине. Мыльно-содовый раствор приготовляется заранее из расчета на 0,5 л воды 30 г хозяйственного мыла и 20 г кальцинированной соды или 40 г стирального порошка. В стиральную машину заливают 12 л воды при температуре 50-60 0С и 0,5 л приготовленного раствора. Пробы стирают в течение 30 мин и прополаскивают 5 мин, после чего отжимают в центрифуге. Их высушивают в сушильном шкафу и затем гладят в течение 2 мин утюгом с терморегулятором. Проглаженную пробу разрезают на элементарные пробы для определения разрывного усилия. Изменение разрывного усилия подсчитывают отдельно по основе и по утку по формуле: Р = 100(Рк - Р0) / Рк,

(9.1)

где Рк -разрывное усилие до стирки (контрольная проба); Р0 – разрывное усилие пробы после стирки.

Определение стойкости материалов к химической чистке производят по ГОСТ 21050-75, который распространяется на ткани для спецодежды, кроме тканей, содержащих хлориновые и поливинилхлоридные волокна. Химическая чистка тканей лабораторным способом выполняется на вышеописанном приборе, принцип работы которого заключается в следующем. Сначала вращением маховика 10 крестовины прибора устанавливают в вертикальное положение, с тем чтобы одна из стеклянных банок заняла правильное положение. Затем ослабив стопорный винт 9 поднимают малую чашку 7 вверх до упора, и удерживая ее за стержень в этом положении снимают банку с прибора. Во избежание падения малой чашки ее стопорят вышеупомянутым винтом. Открыв банку в нее загружают сначала пробу ткани массой не более 60 грамм, а потом заливают растворитель (тетрахлорэтилен или перхлорэтилен) в количестве, соответствующем модулю ванны, равному 10. Сверху, в эту же банку, помещают три капроновых мешочка, содержащие стальные шарики массой 8 грамм. После этого данную банку плотно закрывают крышкой и устанавливают в обратном порядке в прибор, следя за тем, чтобы не было перекоса банки и отсутствовало свободное пространство между ней и чашками. Аналогичным образом загружают и вторую банку. Рекомендуется перед установкой банок на прибор убедиться в отсутствии течи растворителя, выдерживая их на некоторое время (5-10 сек.) крышками вниз. По завершении подготовительных работ прибор включают в сеть и обрабатывают пробы в течение 15 минут. Затем прибор выключают и поочередно вынимают из банок обработанные пробы тканей. Дальнейшие действия с этими пробами производятся уже вне данного прибора. Использованный растворитель в случае его дальнейшей непригодности слить осторожно в герметичную тару для утилизации соответствующим образом. Сливать растворитель в раковину категорически запрещается!

Обработанную пробу ткани помещают между фильтровальной бумагой и отжимают, затем сушат в сушильном шкафу при температуре от 60 до 65оС в течение 60 мин. Испытуемые пробы ткани подвергают химической чистке пять раз, после чего производят оценку стойкости ткани к химической чистке по изменению следующих показателей: • изменение размеров после замочки или мокрой обработки – по ГОСТ 5012-82 и ГОСТ 8710-84; • стойкость к истиранию тканей по плоскости – по ГОСТ 18976-73 и ГОСТ 9913-85; • разрывная нагрузка и удлинение – по ГОСТ 3813-72; • водоотталкивающие свойства – по ГОСТ 3816-81; • кислозащитные свойства – по ГОСТ 16166-80 и ГОСТ 11209-85; • огнезащитные свойства – по ГОСТ 11209-85 и ГОСТ 15898-70; • воздухопроницаемость – по ГОСТ 12088-77; • стойкость к прожиганию – по ГОСТ 12.4.052-78; • устойчивость окраски – по ГОСТ 10761-75, ГОСТ 9733.0-83 – ГОСТ9733.2-83, ГОСТ 9733.6-83, ГОСТ 9733.13-83, ГОСТ 9733.27-83. Изменение свойств материалов после химической чистки (Х) %, определяют по формуле: Х = 100 (С1 – С2) / С1,

(9.2)

где С1 – исходный показатель ткани; С2 – показатель ткани после химической чистки.

Ткань считается устойчивой к химчистке, если после проведения пятикратной чистки значения показателей, характеризующих ее эксплуатационные и защитные свойства:

не выходят за пределы допустимых отклонений, установленных нормативно-технической документацией для данного вида материала. Результаты выполнения работы представляются в табличной форме (см. таблицы 1 и 2). Таблица 1 Усилие при разрыве контрольных проб Рк, даН

Усилие при разрыве проб, прошедших испытание, Ро, даН

Снижение усилия при разрыве материала ∆Р, %

Показатель материала после химчистки С2

Изменение показателя после химчистки Х, %

Таблица 2 Исходный показатель материала С1

Указания мер безопасности 1. Ввиду токсичности используемых органических растворителей испытания проб на взбалтывателе производятся только в вытяжном шкафу. 2. Для предотвращения возможности образования фосгена при работе с трихлорэтиленом курения и работы с открытым огнем запрещаются. 3. При длительной работе необходимо проводить систематический контроль за состоянием воздушной среды. ПДК паров трихлорэтилена составляет 10 мг/м3.

При работе с трихлорэтиленом обязательным является пользование средствами индивидуальной защиты: очки, респираторы, резиновые перчатки. Задание. Определить стойкость текстильных материалов к стирке и химчистке. Сделать выводы по проделанной работе. Контрольные вопросы 1. Каково устройство лабораторного прибора для химической чистки швейных изделий? 2. Как готовится стиральный раствор для определения стойкости материалов к стирке? 3. Каков режим проведения стирки? 4. Каков режим проведения химчистки изделий? 5. Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при проведении химчистки?

Лабораторная работа 10 Тема: Исследование триботехнических характеристик материалов, применяемых в обуви и одежде Основы трибологии и триботехники. Трибология – наука о трении, износе, смазке и взаимодействии контактирующих поверхностей при их взаимном перемещении. Триботехническое материаловедение – раздел трибологии, изучающий изменение структуры в поверхностных слоях разнообразных конструкционных материалов под действием условий трения на основе закономерностей трения и изнашивания.

Известны два понятия о трении: внутреннее и внешнее. Трение называется внутренним, если оно сопутствует и противодействует относительному перемещению частей одного и того же тела. Трение, сопутствующее и противодействующее относительному перемещению двух тел, находящихся в соприкосновении, называется внешним, так как зависит от взаимодействия внешних поверхностей этих тел вблизи участков касания и не зависит от состояния внутренних частей тела. Различают следующие виды и характеристики внешнего трения: • трение покоя – трение двух тел при микроперемещениях до перехода к относительному движению; • трение скольжения – трение движения, при котором скорости тел в точке касания отличаются по величине и направлению; • трение качения – трение движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по величине и направлению; • сила трения – сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, тангенциально направленная к общей границе между этими телами; • коэффициент трения – отношение силы трения двух тел к силе нормального давления одного тела на другое. В экспериментальной практике известны и другие определения из области триботехники, приведенные ниже. Изнашивание – процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющейся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела. Скорость изнашивания – отношение величины износа к интервалу времени, в течение которого он произошел. Интенсивность изнашивания – отношение величины износа к пути, на котором происходило изнашивание.

Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости или интенсивности изнашивания. 10.1. Определение тангенциального сопротивления текстильных материалов В швейном производстве сила трения возникает при перемещении текстильного материала по поверхности настилочного стола, при соприкосновении его с деталями швейных машин и т. п. При взаимном перемещении двух текстильных материалов помимо силы трения возникает сила цепкости, обусловленная зацеплением макронеровностей поверхности материалов, выступающих кончиков волокон и нитей. Совместное действие сил трения и цепкости называют тангенциальным сопротивлением. Тангенциальное сопротивление и трение материалов имеют существенное значение при проектировании, изготовлении и эксплуатации швейных изделий. Анализ теорий трения указывает на большую роль фактической площади касания, скорости скольжения, нагрузки, температуры. В общем виде влияние зоны контакта и типа контактирующих материалов на силу трения выражается зависимостью: F = τ · A,

(10.1)

где τ – постоянная, зависящая от природы материалов; А – фактическая площадь контакта.

При изучении сил трения различают трение покоя (статическое трение Тс) и трение скольжения (динамическое трение Тк). Схема сил, возникающих при движении тела по поверхности, показана на рис. 2.

Рис.2. Схема сил, возникающих при движении тела по поверхности

Если сила трения Т = Тс, то тело под действием силы Р не движется (Тс>Р). Если сила трения Т = Тк, то тело движется под действием силы Р (Тк<Р). Основными характеристиками тангенциального сопротивления и трения являются соответствующие коэффициенты тангенциального сопротивления и трения f , представляющие собой отношение силы тангенциального сопротивления или трения То к силе нормальной N, т.е. f = Tо / N.

(10.2)

Следует отметить, что точный расчет силы и коэффициента трения чисто аналитическим путем весьма затруднителен. Поэтому их, как правило, определяют экспериментальным путем. Наиболее простым и доступным методом определения коэффициента трения является метод наклонной плоскости. На наклонную плоскость (рис. 3) устанавливают образец материала массой mr. Изменяя угол γ, определяют его величину, при которой образец начинает перемещаться, Коэффициент трения f рассчитывают по зависимости: f = Т / N = mr sinγ/(mk cosγ) = tgγ.

(10.3)

Рис.3. Схема разложения сил, действующих при движении тела по наклонной поверхности

Цель работы. Определить численное значение коэффициента тангенциального сопротивления текстильных материалов. Материалы, инструменты, приборы 1. Образцы различных видов тканей. 2. Гири лабораторные технические; пинцет лабораторный; уровень технический 2 класса точности; секундомер, динамометр растяжения. 3. Приборы лабораторные для определения тангенциального сопротивления. 4. Разрывная машина РМ-30 с паспортом по эксплуатации. Устройство и работа прибора для определения коэффициента тангенциального сопротивления Общий вид прибора такого назначения представлен на рис. 4. Он представляет собой сборную конструкцию,

Рис.4. Общий вид прибора для определения тангенциального сопротивления текстильных материалов

состоящую из основания 1, на котором смонтировано приводное устройство, включающее электродвигатель постоянного тока 2, червячный редуктор 3, связывающий их клиновой ремень 4, а также винтовую пару. В правой части, имеются два одинаковых кронштейна 5, в верхней части которых смонтированы: градуированная шкала 6, с закрепленными на ней конечными выключателями 7 и 8; подвижная плоскость из стального листа 9 на фигурной оси, с опорами 10 на радиально-упорных подшипниках; основной зажим 11 и дополнительный - 12. Принцип работы прибора заключается в том, что при переключении тумблера 13 из положения «Выкл» в положение «Вверх» крутящий момент от ведомого вала редуктора 3 через шарнир Гука 14 передается на винт 15, установленный на двух опорах 16 и 17. С вращением этого винта гайка 18 движется по нему, влево увлекая за собой регулируемую по длине тягу 19, которая приводит к изменению угла наклонной, т.е. в данном случае подвижной

плоскости 9 вместе с закрепленной с помощью зажимов 11 и 12 пробой текстильного материала 20. При достижении этой плоскостью определенного угла наклона колодка 21, обтянутая испытуемой пробой начинает движение вниз. В момент ее начала движения тумблер 13 переводят в среднее положение, в результате чего дальнейший подъем подвижной плоскости прекращается. Одновременно по шкале прибора отмечают величину угла наклона. Зная угол наклона подвижной плоскости, вычисляют через его тангенс коэффициент тангенциального сопротивления, а именно: f = tg α.

полярность: розовый провод – «плюс»; синий – «минус») подключают к источнику питания (к выпрямителю В-24, он на рис.4 не показан). Подлежащую для эксперимента пробу материала 20 размещают лицевой стороной на подвижной плоскости и закрепляют основным зажимом 11, а затем к свободному концу этой пробы подвешивают груз 26 массой 5 кг для вытяжки пробы и только после этого закрепляют ее основательно в натянутом состоянии вспомогательным зажимом 12. После этого груз вместе с подвесным зажимом снимают. Затем элементарной пробой материала 2 (рис.5)

Техническая характеристика прибора 1. Рабочая длина подвижной плоскости, мм…….. 320 2. Скорость движения (подъема – опускания) подвижной плоскости, м/мин………………..0 – 1,0 3. Рабочий угол движения плоскости, град…... 0 - 80 4. Напряжение источника питания, В……………. . 12 5. Род тока……………………………… постоянный 6. Мощность эл/двигателя, Вт…………………….. 60 7. Размеры, мм: пробы из ткани ……………….500 х 80 колодки ……………………….120 х 55 элементарной пробы………… 260 х 50 8. Габариты прибора, мм…………… 780 х 600 х 230 9. Масса, кг………………………………………… ..14 Методика выполнения эксперимента Прибор устанавливают на стол и при необходимости вращением резьбовых штанг резинометаллических опор 22-24 добиваются по уровню 25 горизонтальности основания. Затем прибор с помощью вилочного разъема (соблюдая при этом

Рис.5. Способ закрепления элементарной пробы на колодке: 1-колодка; 2-проба; 3-сукно; 4- зубчатая пластина; 5- ручка; 6- скоба пружинная

обтягивают текстолитовую колодку 1, а ее свободные концы закрепляют специальным зажимом так, как показано на этом рисунке. С тем, чтобы обеспечить надежное закрепление элементарной пробы на колодке рекомендуется в месте захвата концов пробы поместить под ними кусочек сукна 3 размером 40 х 50 мм. На находящуюся в исходном, т.е. в горизонтальном положении подвижную плоскость, на расстоянии 10 мм от основного зажима, помещают колодку (в продольном направлении), обтянутую вышеупомянутой элементарной пробой. Затем тумблер 13 переводят в положение «Вверх». Внимательно наблюдая за поведением обтянутой колодки, улавливают момент трогания ее с места,

и одновременно с ним тумблер переводят в среднее положение («Выключено»). После чего по шкале 6 отмечают величину угла наклона подвижной плоскости. Далее по вышеупомянутой формуле вычисляют коэффициент тангенциального сопротивления. Для повторного проведения опыта вышеупомянутый тумблер переводят в положение «Вниз». При этом подвижная плоскость будет двигаться обратно вниз до тех пор, пока не сработает нижний конечный выключатель. С его срабатыванием подвижная плоскость вновь займет исходное, т.е. горизонтальное положение. Опыт повторяют многократно (до 15 раз), а результат подсчитывают как среднее арифметическое пяти последних измерений. Данные первых десяти измерений отбрасывают, так как из-за притирания трущихся поверхностей значение угла α меняется. Задание. Изучить устройство и принцип работы прибора для определения тангенциального сопротивления материалов. Определить коэффициент тангенциального сопротивления различных тканей и по результатам проведенной работы сделать выводы. Контрольные вопросы 1. В каких случаях текстильные материалы испытывают трение и тангенциальное сопротивление? 2. Какие виды трения вам известны, и какие способы их снижения знаете? 3. Каков принцип работы прибора для определения тангенциального сопротивления текстильных материалов? 4. От чего зависит величина коэффициента трения и зависит ли она от площади контакта? 5. Какую вы могли бы еще предложить методику определения тангенциального сопротивления?

10.2. Износостойкость подошвенных и каблучных материалов при истирании Известно, что при эксплуатации обуви контакт ее с опорной поверхностью, другими предметами и ногами человека носит постоянный характер. В результате поверхность трущихся деталей разрушается, изнашивается. Наиболее существен этот износ для подошв и каблуков. Степень и характер износа зависят от вида контактирующих материалов, прилагаемых усилий, особенностей поверхности, скорости приложения усилий, атмосферных условий. Изнашивание подошвенной кожи, по Г.И. Кутянину, является следствием постепенного отрыва структурных элементов коллагена друг от друга в результате разрушения химических и межмолекулярных связей под действием внешних сил и термофлуктуационных процессов в самой коже. Что касается износа искусственных подошвенных материалов, то изнашивание подошвенных резин под влиянием трения весьма специфично и зависит от ряда факторов. Трение резины, согласно А.А. Авилова А.А., Г.М. Бартенева, И.В. Крагельского и других, является результатом молекулярного сцепления контактирующих поверхностей, внедрения неровностей одной поверхности в другую и механического зацепления этих неровностей. На абразивный износ резин существенно влияют их физико-механические свойства, особенно предел прочности и модуль упругости при растяжении. С модулем упругости резины, как известно, тесно связана ее твердость. При одинаковой твердости более износостойкой является резиновая подошва, имеющая больший предел прочности при растяжении. Вместе с тем доказано, что с повышением твердости резины возрастают удельные давления и ускоряется изнашивание. У резин малой плотности (0,3… 0,5 г/см3)

твердость снижена, поэтому удлинения сроков службы подошв добиваются повышением их толщины. Замечено, что в целом на износостойкость резин, наряду с эксплуатационными факторами, существенно влияет и состав, особенно тип и количество каучука, а также входящих в этот состав ингредиентов (наполнителей, мягчителей, красителей и пр.). Износостойкость подошвенных материалов при трении определяют на различных приборах, отличающихся как по конструкции, так и по условиям испытания. Поэтому сравнение результатов истирания материалов, выполненных на разных приборах, зачастую становится невозможным. Это обстоятельство необходимо обязательно учитывать при сопоставлении полученных данных с данными, имеющимися в литературе.

Устройство и принцип работы трибометра Общий вид трибометра, предназначенного для определения стойкости подошвенных и каблучных материалов к абразивному износу по методу «образец – контртело» представлен на рис.6. Он включает в себя деревянную,

Цель работы. Определить стойкость подошвенных и каблучных материалов к абразивному износу. Рис.6. Трибометр для определения стойкости подошвенных и каблучных материалов к абразивному износу

Материалы, приборы, инструменты 1. Подошвенные и каблучные материалы. 2. Трибометр для измерения момента трения и износостойкости подошвенных и каблучных материалов. 3. Тензоусилитель УТ4–1 в комплекте со вспомогательными устройствами и приборами. 4. Прибор для определения плотности резины. 5. Твердомер ТШР с техническим паспортом. 6. Весы аналитические ВЛР – 200 с разновесами. 7. Гири технические в наборе, тахометр. 8. Секундомер, лупа увеличительная, пинц

платформу 1, на которой смонтирован металлический корпус 2, внутри которого на подшипниках установлен приводной вал 3. Задняя часть этого вала соединена с эластичной муфтой, а передняя ее часть выполнена с резьбовой частью - для закрепления на ней с помощью гайки контр-тела 4 в виде втулки. На лицевой стороне корпуса свободно в пазах установлен держатель испытуемого образца 6, с регулируемым по высоте упором 6. Для исключения продольного перемещения держателя во время испытания на корпусе трибометра установлена съемная крышка 7. Держатель образца состоит из двух стальных половинок, стянутых воедино с помощью штифтов 8. Он имеет внутри цилиндрическую выточку, в которую запрессован опорный подшипник, благодаря чему наружная его обойма легко раскачивается вместе с рычагом 9, имеющим на одном конце

балансир 10, а на другом – подвеску с крючком 11. Данный крючок посредством капроновой нити 12 соединен с тензометрическим силоизмерителем 13. Сверху вышеупомянутый корпус имеет на неподвижной опоре 14нагрузочную штангу 15, предназначенную для нагружения испытуемого образца 16 посредством подвешивания к ее свободному концу гирь17. Принцип работы трибометра сводится к следующему. От электродвигателя через редуктор, далее муфту, получает вращение приводной вал 3, на котором закреплено выбранное согласно заданию контр-тело 4 в виде втулки. Испытуемый образец, размеры которого представлены на рис.7, находится в

Рис. 7. Форма и размеры испытуемого образца

это время в держателе образца 5 и контактирует с поверхностью контр-тела. Необходимое усилие прижатия (т.е нагружения) образца к контр-телу достигается с помощью нагрузочной штанги 15. При вращении приводного вала вместе с контр-телом относительно испытуемого образца происходит трение скольжения. Так как держатель образца жестко связан с рычагом 9, то он стремясь повернуться в направлении вращения контр-тела воздействует через нить на тензометрический силоизмеритель 13. Сигнал от данного силоизмерителя поступает через тензоусилитель на быстродействующий самописец, который в течение всего периода испытания непрерывно фиксирует на диаграммную ленту величину момента трения.

Техническая характеристика трибометра 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Частота вращения приводного вала, об/мин……22; 28; 36 Материалы контр-тела…сталь, дерево, бетон, песок и пр. Размеры контр-тела, мм…………….. диам. 25; высота 35 Размеры испытуемого образца, мм…………………14х15х7 Мощность электродвигателя, Вт………………………120 Габаритные размеры, мм………………………400х170х140 Масса, кг……………………………………………………20 Методика и порядок выполнения эксперимента

Перед началом испытаний проводится работа по подготовке испытуемых образцов. Для этого из предложенных подошвенных и каблучных материалов (возможно и формованных, а также прилитых к следу обуви подошв и каблуков) вырезаются сапожным ножом образцы. Количество образцов по каждому из материалов согласовывается с руководителем работы. После доводки образцов шлифованием до требуемых размеров и очистки их от пыли производится определение первоначальной массы на аналитических весах, а затем уже испытания на истирание. Однако до проведения последних рекомендуется определить весьма важный, с точки зрения износостойкости показатель это твердость подвергаемых испытанию материалов. Определение твердости подошвенных и каблучных материалов Твердость определяют твердомером марки ТШР согласно ГОСТ 253 – 75. Схема твердомера показана на рис.8.

зазора между заплечиками втулки 2 и площадкой 9. Через 30 сек отмечают по индикатору глубину погружения шарика в образец с точностью до 0,01 мм. После испытания, вращая звездочки 6, поднимают площадку 5 до тех пор, пока стрелки индикатора не займут первоначального положения. Твердость материалов низа на ТШР вычисляется по зависимости: Нш = Р / π · d · h,

(10.4)

где P - масса, равная 1 кг; d - диаметр шарика, см; h – глубина погружения шарика, см.

Рис.8. Схема твердомера ТШР

Методика работы на этом приборе следующая. Сначала пользуясь имеющимся уровнем, твердомер устанавливают вертикально на столе. Затем площадку 9 с помощью звездочек 10 поднимают настолько, чтобы на нее опиралась втулка 2. При этом большая стрелка индикатора 3 станет на 0, а маленькая – на цифру 2. После этого образец 12 располагают на подставке под шариком и опускают площадку 5 с индикатором (вращением звездочек 6) так, чтобы после касания поверхности образца 12 шариком 4 большая стрелка индикатора сделала два полных оборота и остановилась на нуле, а маленькая стрелка должна также находиться на нуле. При вращении звездочки 10 площадка 9 опускается до тех пор, пока между заплечиками втулки 2 и площадкой 9 не образуется зазор 4…5 мм. При этом шарик вдавливается в образец, и стрелка индикатора начинает двигаться. Отсчет времени по секундомеру начинают с момента образования

Твердость отобранных образцов определяют в трех точках каждого угла образца, причем точки должны находиться на расстоянии 25 мм от его краев и на таком же расстоянии друг от друга. Твердость формованных и штампованных подошв определяют в трех точках в области каблука. Каблуки и набойки испытывают на твердость также в трех точках, но до вырубания из них образцов для испытания на износостойкость. Полученные результаты по твердости материалов низа заносят в таблицу 3. Таблица 3 -Твердость подошвенных и каблучных материалов Наименование материала низа

Твердость, кг/см

Следующим этапом, согласно методике, является основная часть, а именно: подготовка и проведение испытания образцов на истирание. Для этого необходимо выполнить монтаж испытательной установки; тарировку

тензометрического силоизмерителя; расчет усилия нагружения образца и собственно эксперимент. Затем следует математическая обработка экспериментальных данных и анализ в целом по работе. Монтаж испытательной установки выполняют по схеме, представленной ниже на рис.9.

Таблица 4 - Результаты тарировки силоизмерителя Вес гири, Р, г 0 100 200 300 400 500

Показания самописца (отклонение пера от нулевой линии, ∆, мм) 0

Схема нагружения испытуемого образца и векторы возникающих при этом сил представлены на рис. 10 а, б.

Рис.9. Схема монтажа установки 1- выпрямитель; 2- электродвигатель; 3- редуктор; 4- муфта; 5- трибометр; 6- силоизмеритель; 7- самописец; 8- тензоусилитель; 9- стабилизатор

По завершении монтажа и прогрева аппаратуры производят балансировку мостовой схемы с последующей тарировкой тензометрического силоизмерителя. Сущность ее заключается в том, что за крючок свободного конца этой балки подвешиваются поочередно калиброванные гири массой от 100 до 500 граммов и одновременно заносятся показания самописца Н338 – 1П в таблицу. 4. Далее на основании полученных показаний строят тарировочный график зависимости ∆ = f ( Р ).

а

б Рис. 10

Исходные данные: А – длина штанги (300 мм); масса штанги– 0,33 кг; Б – плечо штанги 75 мм; l – длина рычага 120 мм; d - диаметр контр-тела (12,5 мм); mд – масса держателя образца 3,4 кг. Производя несложные расчеты, имеем значения усилия нагружения испытуемого образца с учетом массы его держателя (таблица 5).

Таблица 5 Вес гири, Р, г 0 100 200 400

Усилие нагружения образца, N, кг 4,000 4,400 4,880 5,680

Методика определения износостойкости материалов низа обуви Сущность методики работы и последовательность ее выполнения заключается в следующем. Сначала на трибометре (см. рис.6) откидывают вправо до упора нагрузочную штангу 15, а затем, отвернув два крепежных винта, снимают крышку 7. Выполнив их, аккуратно, не допуская перекоса, из корпуса 2 вынимают вместе с рычагом 9 держатель испытуемого образца 5. Отвинтив ключом на приводном валу 3 гайку (на рисунке она не показана), на этот вал насаживают тот или иной истирающий материал, т. е. контр-тело и тем же ключом завинчивают снятую гайку до упора. После этого подготовленный для истирания образец вставляют в гнездо держателя образца так, чтобы ходовая (рабочая) сторона его была обращена к контр-телу. Убедившись в том, что испытуемый образец надежно «сидит» в гнезде, держатель образца устанавливают обратно на место. На «рабочем месте» испытуемый образец должен контактировать с контр-телом и находится при этом уже под предварительной нагрузкой от массы держателя образца mд. Дополнительное нагружение образца осуществляют нагрузочной штангой, откидывая ее влево в рабочее положение до упора и подвешивая (в случае надобности) к ее свободному концу калиброванные гири. Затем с помощью капроновой нити 12(№ 00) соединяют рычаг 9 с силоизмерителем 13. Длина нити подбирается с таким

расчетом, чтобы в исходном положении вышеупомянутый рычаг занял горизонтальное положение. По завершении подготовительных работ включают вначале кнопкой лентопротяжный механизм самописца, а затем тумблером электродвигатель Д и одновременно с ним запускают секундомер. При вращении контр-тела относительно испытуемого образца происходит трение и износ последнего. С помощью тахометра определяют частоту вращения контр-тела (n,об/мин), и при необходимости требуемое значение устанавливают регулятором, имеющимся на передней панели выпрямителя В-24. Далее по известным из курса физики формулам вычисляют угловую (ω) и линейную (v) скорости скольжения образца по контр-телу: ω = π · n / 30, мин-1 v = ω · r, м/мин.

(10.5) (10.6)

Останавливая через каждую минуту в течение первых 5 минут трибометр и самописец, а далее через каждые 5 минут в течение 45 мин. снимают испытуемый образец с прибора и производят его взвешивание на аналитических весах. По потере массы в единицу времени определяют сопротивление истиранию β подошвенного или каблучного (набоечного) материала в абсолютных (г/час) и относительных (%) величинах. Полученные данные заносят таблицу 6. Диаграмма записываемая на ленту самописца отражает характер изменения величины момента трения Мт( г·мм) за весь период проведения испытания и определяемого из соотношения: Мт = Fт · l, где Fт – сила трения скольжения, г.; l – длина рычага.

(10.7)

Численное его значение (в том числе и момент трения покоя Мтп) определяется по тарировочному графику (см. выше). Определив из формулы (10.7) значение силы трения, переходят к вычислению величины коэффициента трения f испытуемого материала по следующей формуле: f = Fт / N,

(10.8)

где Nт – усилие нагружения образца, кг (см. табл.5).

Найденные числовые значения коэффициентов трения скольжения испытанных материалов заносят в табл. 6. Планирование эксперимента и последующая обработка экспериментальных данных осуществляется по известной методике с применением методов математической статистики. Построение графических зависимостей выполняется с использованием табличного редактора Excel. Таблица 6 Контртело

Материал подошвы или каблука

Усилие нагружения образца, N, кг

Скорость скольжения, V, м/мин

Момент трения Мт,, г·мм

СопроСила тивление трения истиранию F, г β (г/час;%)

Коэффициент трения f

Задание. Составить план эксперимента, изготовить образцы для испытания на износостойкость. Провести эксперимент и по полученным данным построить соответствующие графические зависимости. Сделать выводы по работе.

10.3. Определение фрикционных свойств подошвенных материалов При изучении фрикционных свойств в обуви подошвенным и каблучным материалам уделяется особое внимание. Коэффициенты трения этих материалов существенно влияют на безопасность ходьбы, особенно по мокрым и обледенелым грунтам. Метод оценки фрикционных материалов основан на определении силы трения скольжения, возникающей при перемещении обуви или образца относительно опорной поверхности с постоянной скоростью и при постоянном давлении образца на опорную поверхность. Коэффициент трения скольжения при этом устанавливают как отношение силы трения к нормальной силе, прижимающей обувь или образец к опорной поверхности. Метод позволяет проводить испытания на сменных опорных поверхностях (дерево, керамическая плита, бетон, сталь, линолеум) в сухом и мокром состоянии. Цель работы. Определить фрикционные свойства подошвенных и каблучных материалов при трении скольжения по различным видам опорной поверхности. Материалы, обувь, оборудование, приборы 1. Опорные поверхности из: дерева, стали, линолеума, бетона, керамики, асфальта. 2. Обувь: любого вида, рода; на подошве из полиуретана, ТЭП, пористой и непористой резин, из натуральной кожи, кожволона и др. 3. Разрывная машина РТ-250М, приставка к разрывной машине для испытания на трение скольжения с техническим паспортом. 4. Динамометр образцовый марки ДОСМ -1.

5. Тензоусилитель УТ-4-1, самописец Н338-1П. 6. Гири калиброванные, весом от 5 кг до 20 кг. Устройство и работа экспериментальной установки Кинематическая схема описываемой установки представлена на рис.11, а на рис.12 – ее общий вид.

Рис. 11. Кинематическая схема установки

Рис. 12. Общий вид установки

В принципе данная установка является приставкой* к разрывной машине 1 РТ-250, которая состоит из рамы 2 сваренной из профилированных уголков, тележки 3, перемещающейся во время работы по двум направляющим рельсам. С целью обеспечения легкости и плавности хода тележка имеет четыре одинаковых колеса, на подшипниках. В качестве сменной опорной поверхности 4 применяются плиты прямоугольной формы, изготовленные из дерева, бетона, керамики, стали и др. Колесо 5 и площадка 6 с двумя резьбовыми штангами 7 обеспечивают равномерное распределение давления обуви 8 на опорную поверхность при ее перемещении. Требуемое усилие нагружения (имитируется давление стопы человека в обуви на опорную поверхность при стоянии) достигается посредством перекладины 9 с колесом 5 и калиброванных грузов 10. Движение обуви назад по опорной поверхности передается от активной штанги 11 разрывной машины через систему блоков 12, трос 13 и скобу из стальной закаленной проволоки (рис.13), зацепленную за крокульную часть каблука. С целью обеспечения надежности и безопасности работы в конструкции приставки предусмотрены два конечных выключателя ВК. Первый из них вмонтирован на самой тележке 3 и служит для своевременного отключения питания электродвигателя разрывной машины при достижении обувью предельной черты опорной поверхности. Второй выключатель смонтирован на раме и служит для обесточивания машины в случае внезапного обрыва верхнего троса и последующего за ним возможного движения тележки за пределы направляющих рельсов колес.

* - далее в тексте «приставка»

Принцип работы вышеописанной приставки вкратце заключается в следующем. Подлежащая испытанию обувь, одетая на колодку помещается на тележку и с помощью перекладины и двух штанг с площадкой прижимается к опорной поверхности. После зацепления тросов с помощью крючков к штангам разрывной машины включают ее в сеть. При этом обувь с заданной скоростью начинает скольжение назад по опорной поверхности, в то время как сама тележка стоит на месте. Во время скольжения обуви фиксируют по шкале разрывной машины силу трения скольжения и далее по приведенной выше формуле вычисляют коэффициент трения. На основании полученных данных судят о фрикционных свойствах материалов подошв и каблуков при скольжении по тем или иным материалам опорной поверхности. Техническая характеристика приставки 1. 2. 3. 4. 5.

Величина рабочего хода тележки, мм………......20 Длина пути скольжения обуви, мм…………. .50 Скорость скольжения обуви, мм/мин……….0-250 Величина усилия нагружения обуви, кгс… 20-80 Габаритные размеры, мм: каретки для образцов……… .210х65х90 опорной поверхности тележки….370х160 приставки (в рабочем положении)… 1280х220х1680 6. Масса приставки в сборе, кг………………… 34

Монтаж приставки и методика определения фрикционных свойств материалов подошвы и каблука Монтаж приставки на разрывную машину 1(рис.12) выполняется четырьмя болтами в заранее приготовленные отверстия на панели и на передней стенке упомянутой машины. Закрепив приставку, приступают к установке последней по имеющемуся в ней уровню. После этого устанавливают ножки 14 приставки перпендикулярно к полу вращением их лапок до касания с полом. Затем монтируют по месту перекладину 9 и со стороны ее свободного конца вдевают площадку 6 с закрепленными на ней штангами, регулируемыми по длине. Для удобства установки тележки на рельсы и в последующем испытуемой обуви на опорную поверхность, перекладину приподнимают за его свободный конец и ставят аккуратно на предохранительный упор 15, находящийся на одной оси со штангами ножек. Электропровода идущие от выводов вышеупомянутых конечных выключателей приставки подсоединяют к управляющей сети разрывной машины. Машина при этом должна быть отключена от сети! К верхней штанге разрывной машины с помощью крючка зацепляют один конец верхнего троса, а второй конец - к тележке. Здесь следует отметить, что определение величины силы трения скольжения производится визуально по шкале разрывной машины, и в том случае, если есть необходимость в записи этой величины на диаграммную ленту самописца, то применяется еще и тензометрический силоизмеритель 16 П-образной формы, подвешиваемого с помощью крючка к верхней штанге 17 разрывной машины. Далее один конец нижнего троса зацепляют за аналогичный крючок нижней подвижной штанги, а ко второму концу этого троса подцепляют скобу (см. рис. 13), и ее в свою очередь за

Рис. 13. Скоба

крокульную часть каблука испытуемой обуви надетой на колодку. Обувь при установке на опорную поверхность ориентируют носочной частью в направлении натяжения верхнего троса. Затем, откинув предохранительную стойку вниз, плавно опускают перекладину, вместе с ней и площадку со штангами на испытуемую обувь, вставляя одновременно в отверстие колодки ее заднюю штангу до упора. С помощью регулировочных гаек штанг добиваются горизонтальности площадки. Окончательная фиксация передней штанги к площадке производится лишь после того, как ее лапка займет устойчивое положение в носочно-пучковой части обуви (в сечении 0,68Д). Нагружение обуви, равно как и прижатие ее к опорной поверхности, производится путем подвешивания гирь за штангу крюка перекладины. Заданное усилие нагружения определяется экспериментальным путем с помощью образцового динамометра растяжения ДОСМ-1. С его же помощью производится тарировка тензометра 16. Методика его тарировки заключается в следующем. Сначала выполняют монтаж измерительной установки по схеме: тензометр – усилитель – самописец. Затем предварительно закрепленному на силовом штативе динамометр подвешивают тензометр. После чего приступают к его тарировке, а именно: его нагружают растягивающим усилием посредством гирь и при его показании по шкале величин 5, 10, 15 и 20 кг отмечают величину отклонения пера самописца от нулевой отметки. Результаты тарировки заносят в таблицу

(аналогичную таблицы 4) и по ним далее по известной методике строят тарировочный график: ∆ =f (Р). Убедившись в готовности к работе разрывной машины и в том, что тросы «сидят» в шкивах блоков, стрелка шкалы силоизмерителя РТ-250 (или пера самописца) находится на нулевой отметке, нажимают на кнопку «Вниз». При этом нижняя штанга машины с заданной скоростью движется вниз и тянет за собой испытуемую обувь. Так как между подошвой и опорной поверхностью существует определенная сила сцепления, то тележка, перемещаясь, в начальный момент вместе с обувью воздействует посредством кинематических звеньев на силоизмеритель разрывной машины (или на тензометр). Совместное перемещение тележки с испытуемой обувью продолжается до тех пор, пока сила натяжения нижнего троса не превысит по величине силу трения покоя, обусловливающего его неподвижность. В тот момент, когда это произойдет, начинается процесс скольжения подошвы по опорной поверхности, и он прекратится тогда, когда обувь достигнет края тележки, где установлен конечный выключатель. При его срабатывании машина автоматически останавливается. В связи с тем, что длина пути скольжения обуви по опорной поверхности составляет 50 мм, то фиксирование величины силы трения скольжения ведут через каждые 10мм пройденного пути. В ходе работы эти данные заносят в таблицу 7 протокола испытаний. Таблица 7. Результаты испытаний на трение скольжения № п/п

Материал подошвы

каблука

Опорная поверхность

Скорость скольжения,V,м/мин

Усилие нагружения, Р,кг

Сила трения, F, кг

Коэффициент трения, f

Коэффициент трения f вычисляют по формуле 10.8 (см. выше). После завершения очередного испытания машину выключают, поднимают перекладину с площадкой, ставят ее на предохранительную стойку и только после этого производят замену испытуемой обуви на другую, или замену опорной поверхности, или же ту и другую одновременно. Следует отметить, что испытания на вышеописанной приставке к разрывной машине можно проводить не только на готовой обуви, но и на образцах в виде квадрата размером 60х60 мм, толщиной от 6 до 20 мм, изготавливаемых из подошвенных и каблучных материалов. Испытуемый образец в этом случае вставляется в гнездо входящей в комплект приставки специальной каретки представленной на рис.14.

эксперимент, предварительно составив его план. На основании полученных результатов, и последующего их анализа, сделать выводы по работе. Контрольные вопросы 1. Что такое трибология? 2. В чем отличие внутреннего трения от внешнего? 3. Как устроена приставка для определения фрикционных свойств подошвенных и каблучных материалов обуви? 4. Какова методика выполнения эксперимента на этой приставке? 5. Какие вы могли бы предложить варианты или способы противоскольжения обуви в зимний период? РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Рис. 14. Каретка к приставке для испытания образцов

Так как площадь рабочей поверхности образца уступает площади ходовой поверхности подошвы обуви, то соответственно и усилие нагружения должно быть меньше (примерно на 30 – 40 %). Задание. Из предложенных вариантов отобрать 2-3 пары обуви на подошве из различных материалов (или соответствующее количество образцов) выполнить

1. Зурабян К.М. и др. Материаловедение изделий из кожи: Учебник для вузов. – М.: Легпромбытиздат, 1988. – 415 с. 2. Михеева Е.Я., Беляев Л.С. Современные методы оценки качества обуви и обувных материалов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. – 248 с. 3. Бузов Б.А., Алыменкова Н.Д., Петропавловский Д.Г. и др. Лабораторный практикум по материаловедению швейного производства: Учебное пособие для вузов. - М.: Легпромбытиздат, 1991. – 432 с. 4. Толкунова Н.М.,Чернов Е.Н., Гончарова И.Е. Испытание текстильных материалов: Учебник для техникумов. – М.: Легпромбытиздат, 1993. – 224 с. 5. Дерегин Б.В. Что такое трение? – М.: Издательство АН СССР. 1961. – 230 с.

Составитель: Раднатаров В.Ц. Рецензент: Булгутова Д.А. Методические указания служат руководством по выполнению лабораторных и учебно-исследовательских работ по дисциплине «Методы и средства исследований» для студентов 3 и 4 курсов, обучающихся по специальностям: 280800; 280900; 281100; 281200. Ключевые слова: одежда, обувь, стирка, химчистка, трение, износ, нагрузка, скольжение, тензометрия, твердость, коэффициент трения.

Содержание 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Лабораторная работа 9. Определение стойкости текстильных материалов к стирке и химической чистке………….....................................................................3 Лабораторная работа 10. Исследование триботехнических характеристик материалов, применяемых в обуви и одежде……………………………………..10 10.1. Определение тангенциального сопротивления текстильных материалов…………………………….12 10.2. Износостойкость подошвенных и каблучных материалов при истирании………………………………..19 10.3. Определение фрикционных свойств подошвенных материалов………………………………………….31 Литература…………………………………………………..39

Компьютерный набор и верстка: Раднатаров В.Ц. Редактор Т.А. Стороженко

Подписано в печать 5.12.2003 г. Формат 60х80 1/16. Усл. п.л. 2,56 , уч.-изд. л. 2,0, тираж 50 экз. РИО ВСГТУ. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40,а. Отпечатано в типографии ВСГТУ. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 42.