استحکام مواد نساجی
مقاومت مواد نساجی يكي از مورد توجه ترين شاخصه هاي کیفی می باشد كه از دير باز مورد رسیدگی زیادی قرار گرفته است. به لحاظ تاریخی صنعتی شدن اندازه گیری استحکام مواد نساجی به دوره انقلاب صنعتي بر می گردد که از آن زمان تا امروز شاهد ایجاد روشها و وسایل مختلف تحقيقاتي و صنعتي برای بررسی موضوع مقاومت مواد نساجی هستیم.
به لحاظ موضوعی مسئله مقاومت تنها پاسخ ماده به نیروهای خارجی است اما به لحاظ تئوریکی مقاومت در برابر نیرو دامنه وسیعی از رفتارهای مکانیکی را در بر می گیرد. در این مجموعه سعی خواهد شد به علت وسعت بحث تنها به اجمال به بخشی از پاسخهای مکانیکی سیستمهای مواد نساجی توجه گردد و برای مطالعه بیشتر خوانندگان به مقالات مرتبط هدایت گردند.
در بررسی مواد نساجی به صورت بسیار رایج با سه دسته ماده روبرو خواهیم بود: الیاف، نخ و پارچه که تمامی این مواد در مسئله مقاومت نیروئی دارای وجوه اشتراک می باشند به عبارتی دیگر مقاومت نخ تحت تاثیر الیاف و مقاومت پارچه تحت الشعاع الیاف و نخ می باشد، اگرچه نوع ساختمان نخ و پارچه نیز بر مقاومت نیروئی تاثیر گذار است. در مجموعه حاضر سعی می گردد از رسیدگیهای تئوری پیشرفته در رابطه با استحکام پرهیز شود و تنها بر اساس نظری مسائل مربوط به استحکام و توجهات خاص علمی مرتبط با آن مورد رسیدگی واقع شود.
شاید ساده ترین بخشی که هر فرد خواننده در حوزه مسائل نساجی با آن روبرو است استحکام ماده نساجی در برابر اعمال نیروی عمود بر راستای ماده است که سبب ایجاد رفتار غیر خطی در ماده می گردد، لذا با توجه به کاربردی بودن موضوع اخیر در ابتدا سعی می گردد مفاهیمی مقدماتی در رابطه با آن مطرح گردد.
- برای اندازه گیری استحکام در راستای عمود بر ماده نساجی از وسايل آزمايشی بسیار پیشرفته ای امروزه استفاده می گردد که داراي تكنولوژيهای متفاوتي هستند. اما در اعمال نیرو مي توان آنها را به سه گروه تقسیم نمود:
- نرخ ثابت ازدياد طول ( C.R.E )
- نرخ ثابت ازدياد نيرو ( C.R.L )
- نرخ ثابت ازدياد تراورس( C.R.T )
كه در مباحث بعدي به صورت مفصل هر كدام از اين روشها مورد بحث قرار خواهند گرفت.
دستگاههاي مقاومت سنجي يكي از قديمي ترين وسايل آزمايشگاهي در صنايع نساجي هستند. كه اولين كارهاي انجام شده جهت اتوماتيك كردن آنها در انتهاي دهه 1940 صورت گرفته است.
تحقيقات بيشتر جهت توسعه دستگاههاي آزمايش مقاومت سنجي، در ابتداي دهه 1980 كه سيستم كنترل ميكروپروسسور رايج گرديد، انجام پذيرفت. از خصوصيات نسل حاضر (نسل سوم) دستگاههاي مقاومت سنج مي توان موارد زير را به شمار آورد:
- تقليل زمان انجام آزمايش
- به صورت اتوماتيك انجام دادن كليه آزمايشها
- تجزيه و تحليل اطلاعات به سادگي هر چه تمام تر (توسط سيستمهاي كامپيوتري)
- تعيين پارامترهاي مهم آزمايش مقاومت سنجي كه قبلاً كمتر امكان پذير بود نظير تعيين مدول در نواحي مختلف و يا اندازه گيري كار بخشي انجام شده
- حذف خطاهاي اندازه گيري به علت دارا بودن سيستمهاي بسيار دقيق اندازه گيري نيرو و ازدياد طول
تعاريف مقدماتی در توصیف اندازه گیری استحکام مواد نساجی
در اينجا با توجه به ضرورت دانستن بعضي از مفاهيم اوليه در رابطه با مقاومت سنجي لازم به ذكر است كه بعضي از واژه ها و يا اصطلاحات متداول در رابطه با سيستمهاي اندازه گيري مقاومت به صورت خلاصه بيان گردند:
- 1_1 نیرو ( Force ): با وارد كردن نیرو به نمونه (مثل الیاف، نخ یا پارچه)، در راستای محوری کشش در نمونه ایجاد خواهد شد. واحد نيرو نیوتن ( N = kg . m/s²) مي باشد. و مقدار آن به شتاب جاذبه دارد. زماني كه دقت زيادي نياز باشد نیرو اندازه گيري شده ، با ضرب نمودن در مقدار شتاب جاذبه محلي (برای مقایسه در بخشهای مختلف دنیا) و تقسيم برCm/Sec 981 يا ft/Sec 2/32 تصحيح خواهد شد.
شکل 1 - تعادل نیرو در نیروی وارد به فنر
حرکت Δℓ نشان دهنده مقدار نیروی F است که بر فنر وارد می شود. مقدار نیرو وابسته به شتاب ناشی از جاذبه زمین است. اگر وزنه ای 1 کیلوگرمی همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است به فنر آویزان شود، برای تعیین نیروی وارد بر فنر، جرم باید در شتاب ضرب شود به دلیل گرانش: a = 9.81 m/s²
نیروی F = m * a = 1[kg]* 9.81 [m/s²] = 9.81 [kg . m/s²] = 9.81 [N]
بنابر این اگر جرم یک کیلوگرمی به فنر اویزان شود معادل نیروی 9.81 است که به فنر اعمال میشود.
- 2-1 نیروی پارگي ( Breaking Force ) : مقدار نیروئی كه نمونه تحت تأثيرآن گسيخته مي شود.
- 3-1 تنش ( Stress ) : وقتی خواسته باشیم میان ساختمان ظریف و ضخیم مقایسه داشته باشیم بهترین مبنای مقایسه تنش است که از طریق نسبت نيروي وارده بر مساحت سطح مقطع بدست مي آید.
نيروي وارد شده
رابطه (1) ــــــــــــــــــــــــــ = تنش
مساحت سطح مقطع
در اینجا برای رسیدگی علمی تر تنش می توان بر اساس مفاهیم مکانیک اشاره داشت که تنش در حقیقت از رابطه زیر برای اجسام مکانیکی تبعیت می نماید در شکل (2) تصویری از این واقعیت فیزیکی به نمایش در آمده است.
شکل 2 – تنش و کرنش برای جسم سخت
- 4-1 تنش جرمي ( Mass Stress ) : سطح مقطع بیشتر الیاف و ساختارهای لیفی نامنظم بوده و اندازه گیری آن به سادگی امکان پذیر نمی باشد. ساده ترین بیان در توصیف سطح مقطع مواد نساجی استفاده از نمره خطی ( Linear density ) نمونه است. که معمولا در توصیف الیاف و نخ بر حسب تکس و برای پارچه وزن بر متر مربع می باشد. به همین دلیل برای اندازه گیری تنش وارده به سطح مقطع الیاف و نخ از نسبت نيروي وارده بر نمره خطي لیف یا نخ استفاده می شود .
نيروي وارد شده
رابطه (2) ـــــــــــــــــــــ = تنش جرمي
نمره نخ
معمولا تنش جرمی برای اجسام یک بعدی همانند الیاف و نخ ( که نسبت یک بعد آن به بعد دیگر بسیار بزرگتر می باشد) به کار گرفته می شود. برای مواد لایه ای نظیر پارچه معمولا از نیرو در واحد سطح مقطع استفاده می گردد. یکی از روابط مفید بر اساس نرمالیز کردن خصوصیات پارچه به فرم زیر است :
عرض پارچه / نیرو
رابطه (3) ــــــــــــــــــــــــــ = تنش جرمي پارچه
مساحت/ جرم
در عمل می توان از رابطه (4) استفاده نمود:
(N/mm) عرض پارچه / نیرو
رابطه (4) ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــ= تنش جرمي پارچه بر حسب N/tex
( g/m² ) وزن پارچه
- 5-1 قوام ( Tenacity ) یا تنش مخصوص ( Specific stress ) : مقدار تنش جرمي در لحظه پارگي را مي گويند و بر حسب واحدهای نظیر گرم بر دنیر یا تکس بیان می شود. مقدار ظرافت رشته که بر اساس واحدهای نظیر دنیر بیان شده بر اساس نمره اسمی می باشد و وضعیت تغییر فرم یافته یا نازک شده نیست. اگرچه در بعضی موارد خاص می توان این تغییر مقدار مورد توجه قرار داد. استفاده از آحاد قوام یا تنش مخصوص کمک می نماید مقایسه بین ظرافتهای مختلف راحتر صورت پذیرد.
6-1 طول پارگي ( Breaking Length ) : طولي از نمونه است كه اگر نخ یا الیاف به صورت عمودي قرار گيرد، تحت وزن خود، پاره خواهد گرديد. این واحد به مفهوم آن نیست که برج بلندی درست شود و نمونه را از آن آویزان نمائیم بلکه به سادگی از طریق روابط می توان مقدار آن را محاسبه نمود. این واحد به بیان استحکام کمک می نماید، مقایسه راحتری بین استحکام الیاف و نخ صورت پذیرد. لازم به ذکر است مقدار استحکام بر حسب طول پارگی (Rkm) حدود 2% بیشتر از استحکام بر اساس سانتی نیوتن بر تکس (قوام) می باشد.
cN / Tex = 0.9807 . X Rkm
- 7 -1 ازدیاد طول ( Elongation ) : مقدار افزایش طول نمونه در حالت مستقیم بر حسب واحد طول است. این افزایش طول به مقدار نیرو و طول اولیه نمونه وابستگی دارد. از اینرو جهت مقایسه می بایست از واحد کرنش یا درصد ازدیاد طول استفاده نمود. معمولا مقدار ازدیاد طول نهائی بیشتر بیان می شود.
شکل 3 – ازدیاد طول نمونه
- 8-1 كرنش ( Strain ) : برای مقایسه مقدار ازدیاد طول نمونه های مختلف می بایست به طول اولیه آنها توجه گردد. از اینرو مقدار کرنش ( تنجیدگی) از نسبت ازدياد طول نمونه به طول اوليه آن طبق رابطه (5) بدست مي آید.
ازدياد طول نمونه
رابطه (5) ـــــــــــــــــــــــــ = كرنش
طول اوليه نمونه
- 9- 1 كشيدگي ( Extension ) : معمولا بیان درصد افزایش طول نسبت به طول اولیه جهت مقایسه قابل فهم تر می باشد از اینرو در صد كرنش را كشيدگي گويند. و از رابطه (6) مقدار آن قابل محاسبه است.
ازدياد طول نمونه
رابطه (6) 100 × ـــــــــــــــــــــ= کشیدگی
طول اوليه نمونه
پس از عضویت در پنل کاربری خود بخش ( فایل‌های مخصوص کاربران ) می‌توانید به جزوه‌های تخصصی دسترسی داشته باشید.
