Микроскопические исследования структурных изменений волокон ткани в процессе эксплуатации одежды

Особенностью современных материалов и пакетов одежды, которые характеризуются высокими предельными прочностными характеристиками, является ярко выраженный релаксационный характер их поведения и способность накапливать значительные остаточные деформации при эксплуатации. Важнейшие показатели надежности (формоустойчивость, восстанавливаемость, потеря прочности) связаны со структурной организацией материалов на микро- и макроуровнях. Структурные изменения волокон и нитей влияют на свойства материалов и приводят к нарушению исходного или заданного состояния изделия.

В данной работе проведен анализ морфологических изменений структуры волокон ткани в процессе эксплуатации. Использовалась растровая микроскопия, которая позволила исследовать характер изменения исходной структуры волокон ткани в процессе износа. Важным преимуществом рассматриваемого метода является высокая глубина изображения и контраста

Для исследования использовали пробы образцов исходного материала и участков изделия (жакет женский, 46 размера средней полнотной группы, прошедший эксплуатационную носку 3,5 года). Выбор участков изделия для отбора образцов проводили с учетом топографии износа [1]. Характеристика объектов исследования приведена в табл. 1.

зволило исследовать срезы целиком и локальные участки на различной толщине. Результаты микроскопических исследований срезов образцов позволяют установить, что исходный образец № 1 состоит из достаточно равномерной системы основных нитей из смеси шерстяных и синтетических (полиэфирных) волокон. Визуально просматривается рельеф опорной поверхности ткани. Структура волокон характеризуется равномерной толщиной, гладкой наружной поверхностью полиэфирных и плотным чешуйчатым слоем шерстяных волокон. В структуре образца № 2, бывшего в эксплуатации, наблюдается изменение плотности нитей в ткани, рельефа поверхности, уменьшение толщины материала, обусловленные вероятно технологическими и

Таблица 1

характеристика объектов исследования

Для изучения структурных изменений волокон ткани на ультрамикротоме были подготовлены пробы срезов (перпендикулярно нитям основы) указанных в вышеприведенной таблице образцов. Для усиления контраста подготовленные образцы напылялись тонким слоем золота. Микроскопические исследования проводили на растровом микроскопе фирмы JEOL (Япония) при различных увеличениях (х110, х330), что по- эксплуатационными воздействиями. Выявлены изменения структуры волокон: микротрещины и неравномерность диаметра по длине, волнистость поверхности полиэфирных волокон и повреждение чешуйчатого слоя шерстяных волокон. Это позволяет подтвердить, что при эксплуатации волокна подвергались истиранию, изгибу, растяжению. Структура волокон образца № 3, которая также имеет изменения по сравне-

Микроскопические исследования структурных изменений волокон ткани в процессе эксплуатации одежды нию с исходным образцом: нарушение чешуйчатого слоя шерстяных волокон, поверхностные микротрещины и неравномерность толщины вследствие многоцикловых растягивающих усилий полиэфирных волокон.

Таким образом, для шерстяных волокон наиболее существенным фактором износа является истирающее воздействие, что и приводит в основном к повреждению чешуйчатого слоя. Растяжение, сжатие, кручение, изгиб в меньшей степени деформируют волокна шерсти по сравнению с полиэфирными. Очевидно, это связанно с молекулярной структурой кератина. Изменение морфологии полиэфирных волокон в основном связанно с многоцикловыми деформациями изгиба, растяжения, что приводит к поверхностным микротрещинам и накоплению остаточных деформаций вследствие релаксационных процессов.

Для оценки степени влияния изменений структуры на деформационные свойства материала исследовали упруго-пластические характеристики образцов № 1—3 при многоосном пространственном растяжении, устройство и методика изложены в работе [2]. Порядок подготовки и испытания проб соответствовали ГОСТ 10681—75, ГОСТ 20566—75, 14067—91, 12023— 2003. Величина относительной среднеквадратической ошибки при статистической обработке результатов не превышала 8,0% при достоверности 0,95, а коэффициент вариации 6,0-8,8%. В таблице 2 представлены компоненты полной деформации для образцов № 1—3, рассчитанные по экспериментальным данным.

Анализ результатов показал, что у образцов № 2, 3 (бывших в эксплуатации) снижается ве- личина остаточной деформации. Уменьшение доли остаточной и повышение упругой деформаций у образцов в процессе эксплуатации объясняется теорией наследственной вязкоупругости и способностью ткани (волокна) «помнить» все предшествующие воздействия [3]. При снятии нагрузки появляется остаточная деформация, величина которой убывает при каждом последующем цикле “нагрузка-разгрузка“. Постепенно материал меняет свои свойства — доля пластической деформации убывает, а упругой — растет.

Таким образом, проведенные микроскопические исследования позволили установить, что износ приводит к морфологическим изменениям структуры волокон и соответственно к изменению исходных деформационных свойств материала.

Выводы

• 1.    Растровой электронной микроскопией установлено, что для шерстяных волокон наиболее существенным фактором износа в эксплуатации является истирающее воздействие, приводящее к повреждению чешуйчатого слоя. Изменение морфологии полиэфирных волокон связанно с многоцикловыми деформациями растяжения и приводит к поверхностным микротрещинам и накоплению остаточных деформаций.

• 2.    Оценка деформационных свойств при пространственном растяжении позволила установить, что у образцов бывшего в эксплуатации материала уменьшается доля пластической деформации и увеличивается упругая компонента, что объясняется теорией наследственной вязкоупругости и способностью материала «помнить» все предшествующие воздействия.

Таблица 2

Составные части деформации