تحقیق مقاله خواص مکانیکی پارچه

چکیده

یکی از مهمترین خواص مکانیکی پارچه استحکام آن می باشد . همچنین ازدیاد طول تا حد پارگی نیز حائز اهمیت می باشد عوامل مختلف روی این خواص  می توانند تاثیر گذار باشند از جمله جنس نخ ، نمره نخ ، نوع نخ و تراکم و غیره .

در این پروژه کارهای ذیل انجام شده است :

- بررسی استحکام پارچه های تاری پودی با تراکم های تار و پود مختلف در سه طرح بافت متفاوت

- بررسی ازدیاد طول تا حد پارگی پارچه های تاری پودی با تراکم های تار و پود مختلف در سه طرح بافت متفاوت

- مقایسه بین استحکام و ازدیاد طول تا حد پارگی در پارچه های مورد آزمایش

آزمایشات بر روی پارچه ها با تراکم های مختلف انجام شد و نتایج بدست آمده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت که در نهایت در مورد استحکام پارچه مبانی تئوری و نتایج عملی مورد انطباق قرار گرفت ولی در مورد ازدیاد طول روند خاصی ملاحظه نشد و به نظر می رسد بررسی بیشتر و دقیق تری مورد نیاز می باشد .

نتایج حاصله عبارتند از :

- در مورد تاثیر تراکم تار بر روی استحکام در جهت تار و تراکم پود بر روی استحکام در جهت پود می توان پیش بینی نمود با n برابر شدن تراکم هم در تار و هم در پود استحکام نیز n برابر خواهد شد .

- همچنین بین طرح بافتهای سرژه ، تافته و ترکیبی از سرژه و تافته ، طرح سرژه دارای بیشترین استحکام و تافته دارای کمترین استحکام می باشد .

- با تغییر عرض نمونه های آزمایش شده با تراکم های تار مختلف به نحوی که تعداد سرنخ نمونه ها مساوی باشد تغییر خاصی از لحاظ آماری روی استحکام ایجاد نمی شود ولی از لحاظ عددی با افزایش تراکم تار و کاهش عرضی ، استحکام بایستی کاهش یابد .

فصل اول

 تعاریف و کلیات

1-1- تنش

تنش در هر مقطع به صورت نسبت نیرو وارده به آن مقطع به سطح آن تعریف می شود :

(1-1)         

که  تنش ، p نیروی وارده و A سطح مقطع مورد نظر می باشد .

2-1- کرنش

کرنش یا ازدیاد طول عبارت است از نسبت تغییر طول به طول اولیه یک ماده .

(2-1)        

که  کرنش ،  تغییر طول و L طول اولیه می باشد .

3-1- نمودار تنش – کرنش

خروجی اصلی دستگاههائی که آزمایشات کشش توسط آنها انجام می شود این نمودار می باشد .

البته این نمودار برای مواد مختلف بسیار متنوع و متفاوت می باشد . ضمنا آزمایشات متعدد کشش بر روی یک نوع ماده ، ممکن است و به نتایج و نمودارهای مختلفی منجر شود که این تفاوت به خاطر عوامل موثر بر روی آزمایش از جمله دمای آزمایش و سرعت بارگذاری می باشد .

مواد مختلف با توجه به نمودار تنش – کرنش به دو گروه عمده مواد نرم و مواد شکننده یا ترد تقسیم بندی می شوند .

در نمودار مربوط به مواد نرم ابتدا یک خط مستقیم با شیب تند وجود دارد سپس به مرحله تنش بحرانی () می رسد که تسلیم از آنجا آغاز می شود . سپس تنش نهایی () در اثر حداکثر بار اعمال شده بر روی نمونه به وجود می آید . تنش گسیختن () تنشی است که در زمان گسیختن یا بریدن بوجود می آید و همان طور که در شکل 1-1 مشخص می باشد در مواد نرم قبل از گسیخته شدن یک مرحله باریک شدن ماده نیز وجود دارد .

شکل 1-1. منحنی تنش کرنش آلومینیوم]1[

در مواد ترد و شکننده مثل چدن گسیختن یک باره و بدون مشاهده تفاوت در نرخ ازدیاد طول رخ می دهد . این موضوع در شکل 2-1 مشخص است .

 شکل 2-1. منحنی تنش کرنش مواد‌ترد]1[

4-1- مدول الاستیسه (مدول اولیه)

رابطه بین تنش () و کرنش () به صورت زیر می باشد

(3-1)       

E ، مدول الاستیسم نامیده می شود .

اکثرا طراحی سازه های مهندسی به گونه ای است که تغییر شکل در آنها نسبتا کم باشد به همین دلیل همواره بخش خطی نمودار تنش – کرنش را در نظر می گیرند . رابطه (3-1) با توجه به همین موضوع عنوان می شود .

5-1- رفتار الاستیک – پلاستیک ماده

اگر در یک آزمون کششی ، کرنش های ایجاد شده در اثر بارگذاری پس از برداشتن بار از بین بروند ماده آزمایش شده را الاستیک گویند و در مواد پلاستیک پس از برداشت بار بر روی جسم مقدار کرنش به صفر بر نمی گردد و مقداری از این تغییر در جسم باقی می ماند .

6-1- نسبت پواسن

نسبت کرنش عرضی به کرنش طولی یا محوری به صورت قدر مطلق نسبت پواسن نامیده می شود .

(4-1)        

7-1- انرژی کرنشی

کار انجام شده از طریق اعمال بار P بر یک جسم و ازدیاد طول آرام آن باید موجب افزایش نوعی انرژی در رابطه با تغییر شکل جسم گردد که این انرژی را انرژی کرنشی گویند . این موضوع در شکل 3-1 نشان داده شده است .

شکل 3-1. سطح زیر منحنی تنش – کرنش]1[

(5-1)       

که u انرژی کرنشی و p نیروی وارده می باشد .

8-1- منحنی تنش – کرنش پارچه

مقدار استحکام مورد نیاز نخ یا پارچه به مصرف نهایی آن بستگی دارد . این که نخ یا منسوخ مورد نظر در صنعت استفاده می شود یا به عنوان پوشاک به کار می رود نقش تعیین کننده ای دارد.

همچنین خواص یک ساختار نساجی مثل نخ یا پارچه به ارتباطات درونی و پیچیده بین آرایش الیاف و خواص آنها بستگی دارد .

تمام مفاهیمی که در بخش های قبلی عنوان شد ، برای منسوجات نیز قابل تعریف و تقسیم می باشد اما در مورد منسوجات به جهت افزایش دقت در اندازه گیری‌ها تعاریف جدیدی از جمله استحکام کششی و استحکام پارگی نیز ارائه شده است .

9-1- استحکام کششی :

ماکزیمم نیروی ثبت شده در آزمایش کشش در مورد یک نمونه تا نقطه پاره شدن می باشد . این نیرو به صورت مستقیم با سطح مقطع نمونه متناسب می باشد .

(شکل در فابل اصلی موجود است)

10-1- استحکام تا حد پارگی :

همان طور که در شکل 4-1 مشاهده می شود مقدار استحکام در لحظه پارگی . کمتر از ماکزیمم استحکام می باشد . این مقدار نیرو در لحظه پارگی به عنوان استحکام تا حد پارگی معرفی می شود . البته مقدار نیروی پارگی می تواند بعد از ماکزیمم نیروی تنشی نیز ادامه پیدا کند .

(شکل در فابل اصلی موجود است)

شکل 4-1. یک منحنی نیرو-ازدیادطول برای مواد نساجی]2[

11-1-  روش های مختلف تست کشش :

بدیهی است منحنی نیرو – ازدیاد طول برای هر نمونه را می توان با تحت کشش قرار دادن نمونه و اندازه گیری نیرو برای هر مقدار طول نمونه به دست آورد . از آنجا که ازدیاد طول نمونه و نقطه پارگی نمونه های پلیمری بستگی به زمان آزمایش دارد ، طریقه اعمال ازدیاد طول یا همان کشش عامل بسیار مهمی در نتایج بدست آمده می باشد .

به طور کلی سه نوع دستگاه تست کشش وجود دارد .

1- دستگاههائی که با نرخ ثابت ازدیاد طول کار می کنند .

 C.R.E یاConstant Rate af Elongadion

2- دستگاههایی که با نرخ ثابت ازدیاد نیرو کار می کنند :

C.R.L یاConstant Rate af loading

3- دستگاههائی که با نرخ ثابت تراورس کار می کنند :

C.R.T یاConstant Rate af Travers  

12-1- روش های اندازه گیری استحکام پارچه :

از آنجا که استحکام پارچه به عنوان یک منسوخ ، مقاومت آن در برابر نیروی کششی می باشد می توان برای اندازه گیری این پارامتر از هر سه روش تست کششی که قبلا عنوان شد استفاده نمود .

13-1- روش نمونه گیری استاندارد پارچه :

یکی از مهمترین پارامترهای تاثیر گذار بر روی نتایج آزمایشات نحوه نمونه گیری از پارچه مورد نظر می باشد که طبیعتا بایستی استانداردهائی را مد نظر قرار داد :

1- جهت تار و پود در پارچه تعیین گردد .

2- نمونه ها نباید از  عرض پارچه به حاشیه نزدیک تر باشند .

3- نمونه ها را می توان در امتداد خطی مورب نسبت به قطر انتخاب نمود .

4- در انتخاب و برداشت نمونه باید دقت شود نمونه های تاری و پودی دارای تار یا پود مشترک نباشند ولی در صورت محدود بودن پارچه می توان نمونه ها را طوری انتخاب نمود که تعدادی تار یا پود مشترک باشند .

بهتر است ابتدا پارچه روی سطح صاف پهن شود . سپس تقسیمات لازم صورت گیرد و سپس با استفاده از قیچی نمونه ها به دقت از پارچه جدا شوند.

فصل دوم

 روش‌های مطالعه  خواص مکانیکی پارچه

1-2- مقدمه

     ارتباط بین خواص مکانیکی نخ و پارچه و پیش‌بینی رفتار مکانیکی پارچه با توجه به دانستن خواص مکانیکی نخ، دارای اهمیت بسیار زیادی می‌باشد. به عنوان مثال در صورتی که رابطه‌ای بین استحکام نخ و استحکام پارچه تعریف شود، می‌توان در صورت در دسترس نبودن شرایط بافت قبل از تولید پارچه، از روی خواص مکانیکی نخ، خواص مکانیکی پارچه را پیش‌بینی نمود.

     تا‌کنون تلاش‌های بسیار زیادی برای پیش‌بینی خواص مکانیکی پارچه‌ها انجام شده است. تکنیک‌های ساخت پارچه نیز تاکنون پیشرفت‌های زیادی کرده است،اما با همه‌این اوصاف هنوز دانش بشر از پیش بینی رفتار مکانیکی پارچه، خیلی محدود است]3[

     در دهه‌های گذشته پارچه‌ها علاوه‌بر کاربرد لباسی، مصارف گوناگون صنعتی نیز پیدا کرده‌اند.  بنابراین از آنجایی که هنگام استفاده از انواع منسوجات، خصوصا موارد صنعتی آن، استحکام خاصیت بسیار مهمی‌می‌باشد؛ اهمیت مطالعه رفتار مکانیکی منسوجات مشخص می‌شود.

     یکی از اهداف در مطالعه هندسه پارچه‌ها نیز رسیدن به یکنواختی و دقت بیشتر در محاسبات می‌باشد. جدا از کاهش اشتباهات، استفاده از امکاناتی که استانداردها در اختیار می‌گذارند مزیت بزرگی می‌باشد. همچنین استفاده از روش‌هایی که هم برای نخ‌ها و هم برای ساختارهای پیچیده پارچه قابل استفاده باشد همواره مورد توجه می‌باشد ]4[

     روش‌هایی که برای مطالعه ساختار و خواص ابعادی پارچه‌ها و خواص مکانیکی آن‌ها مورد استفاده قرار گرفته است را به طور کلی می‌توان به شش دسته تقسیم کرد:

1- تحلیل هندسی

2- مکانیکی

3-  هندسی-مکانیکی

4-  پردازش تصویر

5- تصویربرداری

6- استفاده از مدل‌های ریاضی

     روش‌های تحلیل هندسی شامل تجویز نسخه‌ای از فرم هندسی برای ساختار ویژه‌ای از پارچه می‌باشد. در حالی که در روش مکانیکی تلاش بر‌این است که هندسه و خواص ساختاری پارچه از مشخصات توپولوژی و خواص مکانیکی اجزای سازنده اش (الیاف، نخ و ...) به‌دست آید. البته بین‌این دو مشی مرزبندی دقیقی وجود ندارد؛ به طوری که بسیاری از مواردی که مدل مکانیکی تلقی می‌شوند شامل عناصر هندسی، و موارد هندسی نیز به‌ایده‌های مکانیکی وابسته هستند. مزیت مشی تحلیل‌های هندسی آن است که مدل‌های ساختاری به‌دست آمده ساده‌تر هستند و به محاسبات ساده‌ای نیز احتیاج دارند. در مقابل اطلاعات به‌دست آمده نیز محدود می‌باشد. در حالی که درمدل‌های مکانیکی اگر فرض‌های انجام شده به اندازه کافی به واقعیت نزدیک باشند، اطلاعات بیشتری در اختیار قرار می‌دهند؛ البته در‌این حالت پیچیدگی‌های موجود و استفاده از کامپیوتر هزینه‌ها را افزایش می‌دهند. روش‌های هندسی-مکانیکی نیز شامل استفاده از روشی می‌باشد که هر دو تحلیل هندسی و مکانیکی به طور نسبتا برابری درآن استفاده شده باشد. ]4[

2-2- تعیین مدل هندسی

    هندسه پارچه‌ها تاثیر بسیاری روی رفتار آن‌ها دارد. به عنوان مثال، وقتی‌که پارچه در جهت تار کشیده می‌شود، موج پود افزایش می‌یابد. اهمیت مطالعه هندسه پارچه‌ها به خاطر موارد ذیل می‌تواند مهم باشد:

پیش‌بینی ابعاد پارچه‌ای که می‌بایست بافته شود وخواص ابعادی آن.

به ‌دست آوردن ارتباط بین پارامترهای ابعادی پارچه مثل موج و زاویه بافت.

پیش‌بینی خواص مکانیکی با‌ترکیب هندسه پارچه و خواص نخ مثل مدول یانگ، سختی خمشی و سختی پیچشی.

کمک برای فهم کارآیی پارچه‌ها مثل زیر دست و خواص سطحی آن. ]