Factores que afectan las propiedades de tracción de los tejidos

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Introducción

Los diseñadores, fabricantes y consumidores necesitan comprender propiedades de tracción de la tela Porque estos factores importan profundamente. Propiedades de tracción, incluido fortaleza, alargamiento, y elasticidadDefinen cómo reaccionan los tejidos bajo tensión, lo que influye en su durabilidad tanto para aplicaciones textiles como para aplicaciones industriales. Múltiples componentes estructurales, incluyendo alineación de fibras, construcción de hilo, métodos de tejido, y elementos ambientales, generan cambios sustanciales en el rendimiento de tracción. Los tejidos más densos, compuestos por numerosos hilos por pulgada, tienden a romperse con mayor resistencia. [1].

El rendimiento de tracción se ve afectado por las fibras

La base del tejido está formada por fibrasEstas propiedades determinan tanto la inicial fortaleza y estirar Propiedades del tejido.

• Grado de Orientación:El término describe el nivel en el que cadenas moleculares en una fibra están alineados. La orientación de cadenas de polímeros que se alinean con el eje de la fibra permiten que la tensión se distribuya equitativamente entre las cadenas. Los haces de fibras alcanzan su máximo resistencia a la tracción cuando la orientación está en su nivel más alto [2]. El proceso de dibujo de materiales sintéticos como Fibra de nylon y poliéster da como resultado una mejora de la orientación, lo que conduce a la producción de filamentos que exhiben mayor fortaleza.
• Grado de polimerización:Se refiere a la medición de cadena de polímero longitudes en fibras. Fibras con extensión cadenas de polímeros (más alto grado de polimerización) desarrollarse más fuerte enlaces intermoleculares, lo que resulta en un aumento tenacidad. El resistencia a la tracción de fibras aumenta mientras que su probabilidad de falla disminuye cuando la polimerización El nivel se vuelve más alto en ambos de cadena larga celulosa y de alto peso molecular fibras sintéticasLas fibras largas presentes en los materiales se vuelven ligeramente menos flexibles, aunque el resultado final produce fibras más fuertes. hilos.
• Grado de cristalinidad:Describe qué parte de una fibra está compuesta de moléculas altamente ordenadas. estructuras cristalinasEl empaquetamiento compacto de polímeros cristalinos resulta en mayor rigidez y propiedades más fuertes. El módulo de tracción de polímeros aumenta con cristalinidad porque sus estructuras bien ordenadas se oponen deformación [3]. Alto cristalinidad Los niveles dan lugar a fibras que pierden su elasticidad, aunque el fortaleza aumenta, por lo que continúa la búsqueda de la óptima equilibrio fuerza-flexibilidad a través de cristalino y fase amorfa combinaciones.
• Resistencia de la fibra:Los diferentes tipos de fibras exhiben diversas características nativas. fortaleza valores que heredan de sus tenacidad medición. aramidas de kevlar mantener tenacidad niveles de 23 gramos por denier, mientras que fibras discontinuas de algodón Generalmente se mide entre 3 y 5 g/den [4] [5]. El límites de tracción de un tejido aumenta sustancialmente cuando se mezclan o sustituyen fibras más resistentes. Las fibras modernas de alta resistencia que consisten en Polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE), Vectran, y alta tenacidad Fibra de nylon demostrar tenacidades alcanzando 20–26 g/den, mientras que lana y fibras de lino permanecer en niveles de 3–5 g/den.

Las características fundamentales de rendimiento de un tejido se desarrollan a partir de cada individuo. fibra elemento. Especializado ingeniería textil Las referencias proporcionan información detallada sobre propiedades de tracción de la fibra.

Rendimiento de tracción

Características del hilado y su función

El camino hilos (fibras retorcidas entre sí) se comportan bajo tensión depende de características del hilo.

• Giro y dirección del hilo:El proceso de torsión hilos crea unión de fibras, lo que mejora tanto fricción de la fibra y su entrelazamiento fortalezaUna cantidad moderada de girar en hilos conduce a un aumento resistencia del hilo. A Tejido de algodón Construido a partir de hilos con mayor girar Experimentado mejorado resistencia a la rotura en pruebas [6]El proceso de torsión permite que las fibras se creen mutuamente estructuras de soporte. El fortaleza de hilos disminuye cuando girar alcanza niveles excesivos porque las fibras se posicionan en ángulos que reducen resistencia a la tracción en la dirección de tracción [7].
• Densidad del hilo (número de urdimbre/trama):El número de hilos por unidad de longitud (extremos por pulgada en urdimbre, selecciones por pulgada en trama) define densidad de la telaUn tejido se vuelve más denso cuando contiene más hilos por pulgada. Normas textiles indican que los tejidos con densidad urdimbre y trama Los patrones exhibirán propiedades estructurales más fuertes [1]. Resistencia a la tracción mejora cuando las telas se combinan densamente patrones de tejido con alta tenacidad materiales de hilo como poliéster o Fibra de nylon [8]. El fortaleza en una dirección aumenta entre 10 y 15% en tejidos con recuentos de urdimbre/trama por encima de 100 extremos por pulgada, pero esta mejora da como resultado una reducción porosidad de la tela.
  

  Características del hilado y su función

Impactos en la estructura del tejido

El método de construcción de telas determina cómo hilos se cruzan y como estrés se distribuye a través del tejido.

• Tejido liso:Un solo hilo de urdimbre pasa por encima y luego por debajo de un solo hilo de trama (1×1). El patrón de entrelazado apretado da como resultado la mayor uniformidad. distribución de la tensión. Tejido liso alcanza el máximo nivel resistencia a la rotura y alargamiento entre los estándares tejidos textiles según la investigación empírica [1]El elevado número de entrelazamientos en tejidos de ligamento tafetán Los hace resistentes a la tensión inducida. distorsión y sesgo por su estructura estable.
• Tejido de sarga:Las crestas diagonales en tejido de sarga se produce cuando la estructura se establece en 2×2. El resistencia a la tracción de tela asargada sigue siendo algo más débil que Tejido liso Debido a su extensión flotadores, lo que da como resultado una reducción de 10–15%, pero proporciona una eficacia superior. cubrir propiedades. La estructura diagonal reduce el número de entrelazamientos, distribuyéndose así carga de manera desigual en comparación con Tejido liso estructuras.
• Tejido de satén: El tejido de satén La estructura se mantiene extremadamente larga flotadores con una longitud mínima de 4×1. El bajo densidad de entrelazamiento en tejido de satén da como resultado una superficie de tela suave y brillante, pero resistencia a la tracción termina siendo el más bajo con 25–30% más bajo que Tejido liso [1]. Hilos en satín llevar extendido cargas ya que se estiran antes de alcanzar carga de tela equilibrio.

El densidad de la tela fortalece o debilita estos efectos; por lo tanto, Tejido liso se vuelve más fuerte que tejido de satén cuando está tejido densamente y más débil cuando está tejido de forma suelta.

(Para uso básico Estructura del tejido Para más detalles, véase Fundamentos del tejido.)

Tejido de tela

Condiciones de prueba y factores ambientales

El condiciones de prueba estandarizadas crear una base sólida, aunque las variaciones reales en el campo resultan importantes.

• Atmósfera estándar: Ensayos de tracción textil (p.ej, ASTM D5034) requieren acondicionamiento de muestras a aproximadamente 20–21 °C y 65% humedad relativa [9]. El condiciones de laboratorio estandarizadas crear una atmósfera controlada que minimice humedad y temperatura variables para lograr resultados de pruebas estandarizadas.
• Humedad: fibras naturales absorber humedadUna investigación realizada a 21°C demostró que resistencia de la tela mejorado cuando algodón estuvo expuesto a niveles más altos humedad, pero fuerza de seda disminuyó en las mismas condiciones y poliéster permaneció inafectado [10]. El efecto plastificante de humedad En ciertas fibras les permite volverse más dúctil, todavía enlaces de hidrógeno alteraciones de la experiencia. La necesidad de control condiciones de prueba se hace evidente porque los resultados muestran diferentes respuestas según tipo de fibra.
• Temperatura/calor: El fortaleza de cadenas de polímeros disminuye a medida que temperatura sube porque calor proporciona mayor actividad en cadena. Envejecimiento térmico (el calentamiento prolongado de un tejido) puede provocar fortaleza reducciones de aproximadamente 10–20%. Una breve exposición a altas calor a través de llamas o intenso exposición a la luz solar causas fibra daño. La exposición gradual a luz ultravioleta o contacto con agentes químicos (como ácidos o disolventes) resulta en enlace de fibra deterioro que debilita la resistencia de la tela.
• Tasa de deformación:La velocidad de prueba a la que un máquina de tracción La fuerza aplicada durante la prueba afectará los resultados obtenidos. velocidad de prueba, cuando es más rápido, produce mediciones que muestran un aumento fortaleza y alargamiento valores. Los establecidos velocidad de la cruceta (300–500 mm/min) sirve como estándar para las pruebas porque produce comparaciones de resultados significativas.

En condiciones controladas, valores de pruebas de laboratorio siguen siendo válidos [9], todavía rendimiento de la tela queda sujeto a variaciones de contenido de humedad, exposición al calor, y estrés de carga. Al evaluar datos de tracciónAsegúrese de registrar el condiciones de prueba.

Factores ambientales

Pros y contras de los factores clave

• Factores de fibra: Ventajas: El orientación y cristalinidad de estructuras moleculares dar lugar a resultados significativos fortaleza mejora en fibra materiales. Contras:El principal inconveniente de esta característica es que produce rigidez y menos elástico telas.
• Giro de hilo: Ventajas:El óptimo torsión de hilo genera una mejora interna cohesión de la fibra y fortaleza según estudios [6]. Contras:El excesivo girar aplicado a hilos produce dos resultados negativos, que incluyen inclinación de fibra y aumentó vellosidad del hilo [7].
• Densidad del hilo: Ventajas:El número de hilos por pulgada conduce directamente a una mayor fortaleza materiales de tela [1]. Contras:Uno muy apretado Estructura del tejido disminuye transpirabilidad del tejido mientras hacía hilos más propensos a engarce.
• Estructura del tejido: Ventajas: Tejido liso Proporciona la máxima resistencia a tensión de tracción y desgarro. Contras: Tejido de satén, aunque lisa y brillante, tiene la parte más débil resistencia a la tracción.
• Estándares de prueba: Ventajas:Obtención de resultados uniformes mediante pruebas a 20 °C/65% Condiciones de humedad relativa [9]. Contras:Factores del mundo real como humedad, Exposición a la luz ultravioleta, y abrasión puede disminuir inesperadamente fortaleza niveles por 10–20%.

结论

El propiedades de resistencia de tejidos se derivan de química de la fibra, que interactúa con arquitectura de tejidosLos fabricantes de tejidos pueden lograr tejidos con características específicas. fortaleza características mediante el uso de fuertes fibras, optimizando orientación molecular y cristalinidad, seleccionando el adecuado torsión de hilo y densidad, y usando fuerte patrones de tejido. El protocolo de prueba estandarizado ASTM D5034 Proporciona datos de medición iniciales confiables [9], pero las condiciones operativas incluyen humedad, calor, y patrones de desgaste pueden modificar estos resultados iniciales. Los hallazgos de la investigación, combinados con información precisa métodos de prueba dan como resultado tejidos que cumplen con sus necesidades estándares de desempeño.

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