织物撕裂性能实验准确性分析

织物撕裂仪可用于各种机织物 、针织物和撕裂方向有规则的非织布的撕裂强力测定。目前, 国内纺织产品检验机构使用的撕裂仪大多是国产仪器, 多采用埃尔门道夫落锤式撕裂仪的基本结构形式, 虽然仪器结构的一些关键数据都符合标准要求 ,但不同企业所生产仪器的检测数据差异却比较大。早在 1995年国家已颁布 《落锤式织物撕裂仪检定规程 》, 但一直没有与规程相配套的力值专用检具。特别是随着特种面料撕裂性能研究的深入和测试仪器的发展 ,测试参数范围要求更大 , 使得检具质量成倍增加, 检具夹持不住 ,无法进行校准。研究一种准确性高、设计合理、适用于现场仪器校准的标准装置是解决检测数据准确性的关键 。
针对这个问题, 本文研制了一种织物撕裂仪校准装置, 不仅适用于国内外生产的各种型号的机械撕裂仪 ,也能校准电子式织物撕裂仪 ,只要输入仪器制造的结构参数,计算出对应的标尺 /角度与力值对照表, 就能够制作一套适合的校准装置 。

1 测试机理
织物撕裂性能的检测方法有梯形法、单缝法、舌形法 、落锤法等 ,撕破破坏机理相似:织物被外界的物件握持或钩拉 ,局部纱线受力而断裂成裂缝或被撕成两半 ,使织物受到破坏, 在实际撕裂过程中 ,并非只是处于相邻两个交织点之间的纱线被拉伸变形 ,而是处于若干个交织点之间的线段均被拉伸变形。几种测试方法共同的特征是织物撕破是通过纱线的逐根断裂来实现的 ,按撕破是撕裂经纱或纬纱而分别称为经向撕破或纬向撕破,在撕破过程中,断裂纱线四周的织物由于纱线的歪斜和滑移增大了单根纱线能承受的断裂强力 。除落锤法外, 其他几种测试方法均采用织物强力机 , 以拉伸速度为 100 mm/min定速拉伸一定距离 ,以拉伸过程中力值的峰值或峰值平均值为撕破强力 。
定速拉伸法测定的撕破强力一般大于落锤法测得值 ,其原因是由于落锤法撕破速度较快,在高速冲击过程中,织物中的纱线没有更多时间作相互滑动 ,使撕破受力三角形区域变小而受力纱线根数减少 ,因此撕破强力较低。
由于落锤法测试更接近模拟服用状态 ,更能反映织物整理后的耐用性及坚韧程度, 成品检验多采用此法 ,因此 ,落锤式织物撕裂仪的测试数据准确可靠尤为重要。

2 仪器原理
目前落锤式撕裂仪主要有机械式和电子式两种,两者的原理相同 ,本文以电子式落锤式撕裂仪为例展开研讨 。
2.1 电子式仪器作用原理
采用落锤式撕裂仪测出的撕裂强力是以撕裂试样时所消耗的功折算而来 ,可以说是织物撕裂的平均强力 。撕裂试样的过程中所消耗的功是摆锤的势能转化而来的 。摆锤在工作前后消耗的势能可分为两部分:撕裂试样的过程中所消耗的功和该过程中所有其他阻力所消耗的功。撕裂试样所消耗的功为平均撕裂力与做功行程的乘积 ;阻力所消耗功为这些阻力矩与摆的回转角度的乘积 。如图 1,实线为初始状态, 虚线为工作结束时的位置 。

2.2 电子式撕裂仪标尺的数学模型
机械摆锤式或电子摆锤式撕裂仪都是以角度来指示 Δh的变化的 ,图 1中摆锤重心为 G,初始位置时 G到回转中心 O的连线与过回转中心 O的铅垂线的夹角为 β(摆锤初始扬角 ), 织物撕裂后重心位置为 G′,转过角度为 α, 设 OG为 r,则

对于 α0 设计为固定值的电子式撕裂仪 ,与机械式一样,设计有阻力距调节装置, 改变阻力矩以校准各量程零位 。由于制造、锈蚀或使用中磨损等原因 ,阻力调节装置在不同的转角时其阻力并不均匀。有的仪器为了提高测量精度 ,减小随机性仪器误差,便设计为试验前实测并记忆 α0 , 采用这种方法可以避免该不均匀性 ,这种仪器便没有阻力距调节装置 。这种电子式撕裂仪,每次试验前要校验零位 , 作不加试样的空白试验 ,记忆此时的 α0 , 仪器按该数据计算撕裂力 。有的仪器在记忆 α0 时同时记忆 β,可以减小底板水平调节误差带来的影响 ,能够更好地保证测试精度,这种仪器验前可以不必校准水平 。
由 (3)式知:在仪器中,测试的撕裂力 F是由角度表示的 。

三、校准装置设计
根据传统校准方法 ,以仪器工作前后检具增加的势能代替试样撕裂功是最稳定 、可靠的校准方法。
3.1 力值校准装置的原理
当将仪器摆锤的某一位置 (摆锤的初始位置在回转中心下方 )安装一个校准砝码, 释放摆锤后砝码的位置升高,势能增加。以检具(砝码 +连接件 )增加的势能代替式 (1)中试样撕裂功 FS,除以做功的行程 ,计算出平均力 。该力与示值比较, 便可校准撕裂仪示值是否正确。有如下关系:

3.2 设计思路
3.2.1 增加 Δh,减少砝码
采用以检具增加的势能代替试样撕裂功方法时,公式为 mgΔhi =FiS;其中, g为当地重力加速度 (常数 ),式中的 m和 Δh都可以改变 ,只要其乘积能符合公式即可。要使校准大力值时的砝码最少 ,必须先充分利用增大 Δh的可能,再配备相应质量的砝码。
3.2.2 改变检具的回转半径,使大小力值都可校准
在仪器某位置固定一个滑槽, 其中有一个可滑动的尺, 不加砝码, 尺身的质量即为小力值的校准砝码,尺的下端还可增加砝码, 以适应大力值校准的需要。根据 mgΔhi =FiS, 将检具质心到回转中心的距离调整到相应的数值;仪器工作前后, 机械式仪器指针应落在相应的力值刻度上, 电子式仪器则显示相应的力值。由于尺身滑动可以是无级的,可以校准任何一个刻度,校准精度提高。

四、结 语
(1)按文中的设计思路已设计出能够改变 Δh的校准装置,并经仪器生产企业成功试验,不仅解决了该公司仪器的出厂合格检验难题, 并对改进仪器结构提供了参考和依据 。
(2)本文研究的校准装置既广泛适用于国内外生产的各种型号传统机械撕裂仪, 也可以应用于目前新发展的电子式织物撕裂仪 只要输入制造的结构参数 ,计算出对应的标尺 /角度与力值对照表 ,就能应用于各生产厂家的撕裂仪校准。
(3)本研究实现了原有校准装置的原理突破 , 校准精度高,量程范围宽 ,可随机增加校准点 。

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