§ 3. Строение и физико-механические свойства обувных тканей

В отличие от кож для характеристики свойств и качества текстильных материалов их химический состав имеет небольшое значение. Химическим анализом устанавливают содержание влаги в тканях, в отдельных случаях - содержание аппретирующих веществ и свободного хлора в хлопчатобумажных тканях (отбеленных) и содержание жира - в шерстяных тканях.

Основными характеристиками качества обувных тканей, так же как и нетканых текстильных материалов, являются их строение и физико-механические свойства.

Главными показателями строения тканей являются: структура пряжи основы и утка; вид переплетения нитей основы и утка; плотность и заполнение ткани.

Физико-механические свойства тканей характеризуются ограниченным числом показателей: шириной, весом 1 м², разрывной нагрузкой при растяжении и удлинением при разрыве. Кроме перечисленных показателей, в лабораторной практике в необходимых случаях определяют толщину тканей, поперечное сокращение при растяжении, остаточное удлинение, сопротивление раздиранию, сопротивление истиранию и прочность окраски к трению. При проведении специальных исследовательских работ определяют и другие физико-механические свойства тканей: сопротивление многократному изгибу, жесткость, сминаемость, осыпаемость краев, воздухопроницаемость, теплопроводность, водопроницаемость, капиллярное всасывание и др.

Структура пряжи (нитей) основы и утка тканей

Структура однониточной пряжи характеризуется толщиной, длиной, формой волокон, а также их числом и равномерностью распределения в отдельных сечениях, взаимным расположением и интенсивностью крутки. Основными структурными характеристиками крученой пряжи являются: толщина, величина и направление крутки однониточной нити; число сложений, т. е. количество нитей, образующих крученую пряжу; интенсивность и направление крутки в крученой пряже. Практически наиболее важными показателями строения пряжи являются ее толщина и степень крутки.

От толщины пряжи зависят толщина вырабатываемой ткани, число нитей, укладываемых на определенной единице длины и ширины тканей, внешний вид и другие свойства. Сочетанием основных и уточных нитей различной толщины достигается специфическая фактура тканей в виде поперечных рубчиков или выпуклых продольных полосок.

Использование линейных размеров поперечника для характеристики толщины нитей неудобно по ряду причин: его измерение затрудняется неправильной формой поперечного сечения нитей, наличием пустот и воздушных прослоек между волокнами в пряже, зависимостью толщины от степени крутки и плотности укладки волокон в сечении нитей, возможностью сплющивания нитей при пользовании для определения толщины соответствующими толщемерами или микрометрами. Поэтому толщину пряжи характеризуют косвенным показателем, определяемым из соотношений массы и длины пряжи.

По принятой в нашей стране Международной системе единиц (СИ) толщину пряжи Т выражают в единицах текс, показывающих величину массы, приходящейся на единицу длины пряжи, т. е.

где m - масса пряжи длиной L км в граммах.

Номер крученой пряжи, составленной скручиванием двух или более нитей одной толщины, обозначают произведением толщины в тексах нитей, составляющих крученую пряжу, на число нитей, входящих в нее (например, Т текс×3).

По ранее принятой метрической системе измерения толщина пряжи выражалась номером N, показывавшим количество метров пряжи, имеющих вес 1 г, т. е.

где L - длина, м;

g - вес, г.

Толщину крученой пряжи обозначали дробью, числитель которой был равен номеру нитей, составляющих крученую пряжу, а знаменатель - числу нитей, входящих в нее.

Пересчет толщины пряжи из номерной системы в систему текс выполняется по формуле

Например, если вес 200 м (0,2 км) пряжи равен 5 г, то метрическии номер пряжи равен ²⁰⁰/₅ = 40, а номер по системе текс равен ⁵/_0,2 = 25, т. е. номер по системе текс равен в данном случае ¹⁰⁰⁰/₄₀.

Степень крутки пряжи определяет ее наиболее существенные физико-механические свойства. С увеличением крутки пряжа делается более гладкой и жесткой, увеличивается плотность укладки волокон или нитей (в крученой пряже), повышается до известного предела прочность. Увеличение крутки пряжи выше определенного предела, называемого критической круткой, приводит к понижению прочности нитей. Чрезмерно скрученная пряжа, особенно при невысоком содержании в ней влаги, образует петлистость, отрицательно влияющую на внешний вид' и свойства текстильных изделий.

Крутка пряжи характеризуется числом кручений, приходящихся на 1 м ее длины. Величина крутки пряжи находится в определенной зависимости от природы и качества волокон, толщины и назначения пряжи. Пряже из длинноволокнистого сырья дается большая крутка, чем из коротковолокнистого; чем тоньше пряжа, тем больше величина крутки; пряже, предназначенной для основы тканей, дается несколько большая крутка, чем пряже для утка.

Рис. 50. Условные обозначения крутки пряжи: а - правая (Z); б - левая (S)

Дополнительными характеристиками крутки пряжи служат угол кручения β и направление крутки. Угол кручения β (рис. 50) характеризует скрученность нитей разной толщины; чем больше угол р, тем интенсивнее скручена нить. По направлению крутки различают пряжу правой и левой крутки. В пряже правой крутки (крутки Z) отдельные нити или волокна, идущие в скрученном продукте снизу вверх, направлены слева направо, в пряже левой крутки (крутки S) - справа налево. Чередование направлений крутки волокон и нитей в исходной однониточной и крученой пряже позволяет получить продукт уравновешенной крутки, не раскручивающийся и не дающий петель.

Вид переплетения нитей основы и утка тканей

Вид переплетения нитей основы и утка является одним из наиболее важных параметров строения ткани. Он определяет физико-механические свойства тканей, характер рисунка поверхности, ее рельеф и блеск. При частых переплетениях поверхность ткани, состоящая из гребней изогнутых нитей, более матовая, чем при переплетениях, в которых нити утка или основы перекрывают сразу по нескольку нитей соответственно основы или утка.

Многочисленные переплетения нитей основы и утка в тканях для верха обуви разделяются на следующие основные классы: ткацкие (простые); производные ткацких (простых) и комбинированные; сложные (многослойные).

Переплетения схематически изображают на клетчатой бумаге, принимая за нити основы вертикальные, а за нити утка - горизонтальные ряды. Клетки, соответствующие основному перекрытию, т. е. те, в которых основная нить находится над уточной, закрашиваются, а клетки, соответствующие уточному перекрытию, в которых уточная нить перекрывает основную, остаются незакрашенными.

Раппортом переплетения называют ту часть ткацкого рисунка, за пределами которой переплетение начинает повторяться; раппорт переплетения состоит из раппорта по основе и раппорта по утку. На схемах ткацких переплетений раппорт обычно изображают в левом нижнем углу линиями, выходящими за пределы схемы.

Ткацкие (простые) переплетения делятся на две группы: саржевые и атласные. Саржевые переплетения (рис. 51) по количеству основных перекрытий (т. е. перекрытий нитями основы нитей утка) на лицевой стороне ткани разделяются на следующие виды: равносторонние (полотняное переплетение); уточные, когда на лицевой стороне ткани преобладают уточные перекрытия; основные, когда на лицевой стороне преобладают основные перекрытия.

Рис. 51. Схема саржевых переплетений: а - равностороннее (полотняное); б, в и г - уточные

Полотняное переплетение имеет широкое применение благодаря простоте выработки ткани и ее высокой прочности, обусловливаемой более частым переплетением нитей основы и утка. Ткани полотняного переплетения отличаются однообразием лицевой и изнаночной сторон. Изменение внешнего вида тканей полотняного переплетения достигается сочетанием основных и уточных нитей различной толщины, а также разной плотностью по основе и утку.

В саржевых уточных и основных переплетениях нити утка и основы переплетаются между собой через 2-4, а иногда и более нитей, в то время как в полотняном переплетении нити закрепляются через одну. Эти переплетения образуют на поверхности ткани характерные диагональные полосы, идущие под углом около 45° к кромке ткани. Саржевые уточные и основные переплетения с малым раппортом, т. е. минимальным повторяющимся рисунком переплетения, имеют менее заметно выраженные диагонали, чем с большим раппортом. Вследствие меньшей частоты переплетения нитей основы и утка ткани саржевых уточного и основного переплетений по прочности при равной плотности несколько уступают тканям полотняного переплетения, но более гибки и тягучи. В тканях саржевых уточного и основного переплетений лицевая сторона и изнанка большей частью неодинаковы по внешнему виду.

Рис. 52. Схема атласных переплетений: а, б, в - уточные; г, д, е - основные

В тканях атласного переплетения (рис. 52) нить утка перекрывает 4-5 и более нитей основы, подходя под одну основную нить, или, наоборот, нить основы перекрывает многие нити утка, подходя под одну уточную. Характерным для этого переплетения является то, что места перекрытия уточных нитей основными или основных уточными не лежат рядом или по диагонали, а отделены друг от друга; вследствие этого устраняется образование диагональных полос. Атласные переплетения подразделяются на уточные, в которых на лицевой стороне преобладают нити утка, и основные, в которых на лицевой стороне преобладают нити основы. Обычно лицевая сторона образуется из нитей лучших сортов и с повышенной плотностью.

В тканях атласного переплетения взаимная связь нитей основы и утка значительно меньшая, чем в тканях саржевого переплетения; поэтому ткани атласного переплетения обладают при равной плотности более низкой прочностью, а также большей мягкостью, тягучестью и осыпаемостью краев, Вследствие менее частого переплетения нитей ткани атласного переплетения можно вырабатывать с большей плотностью нитей и этим обеспечивать достижение высокой прочности. Ткани атласного переплетения характеризуются большей гладкостью и более высоким блеском по сравнению с тканями саржевых переплетений, так как чем длиннее перекрытия, образующие переплетения ткани, тем реже изгибаются нити, меньше рассеиваются падающие на них лучи и тем большим блеском обладает материал.

Производные ткацких (простых) переплетений (рис. 53) характеризуются тем, что сохраняют существенные признаки исходного переплетения, но видоизменяются преимущественно путем удлинения (усиления) одиночных перекрытий основных и уточных нитей, а также сдвига направления перекрытий и сочетания отдельных разновидностей одного и того же простого переплетения.

Рис. 53. Схема производных ткацких (простых) переплетений: а - основной репс; б - рогожка; в, г - усиленная саржа; д -ломаная саржа; е - усиленное атласное переплетение

К производным равностороннего саржевого (полотняного) переплетения относятся репсовые, образуемые путем удлинения одиночных перекрытий в направлении основы (основной репс) или утка (уточный репс), переплетения типа рогожки, получаемые при удлинении одиночных перекрытий одновременно в направлении основы и утка.

Внешний эффект репса можно получить при полотняном переплетении также за счет резкой разницы в номерах основной и уточной пряжи или применения вместо утка одной (большой) толщины двух утков - один малой, другой - большой толщины.

Производные уточных и основных саржевых переплетений получаются при удлинении одиночных перекрытий нитей (усиленная саржа), при параллельном построении ткани из двух или более саржевых переплетений (сложная саржа), при изменении направления сдвига перекрытий по основе и утку (ломаная и зигзагообразная саржа).

Производные атласного переплетения получаются преимущественно, добавлением основных перекрытий к одиночным основным перекрытиям. Этот тип .перекрытий широко применяется при изготовлении многих хлопчатобумажных тканей (молескина, меланжевого сукна, замши, вельветона и др.). У большинства из них уточный настил подвергается начесу (ворсованию), поэтому добавление в раппорте еще одного основного перекрытия прочно закрепляет уток в ткани, противодействуя растаскиванию уточных нитей в процессе ворсования.

К комбинированным переплетениям относятся переплетения, образуемые путем сочетания элементов разных переплетений, например, саржевого равностороннего (полотняного) с саржевым неравносторонним, саржевого с атласным. Одно переплетение располагается рядом с другим или одно переплетение как бы распределено по другому. Комбинированные переплетения применяются для украшения поверхности ткани простыми узорами или для придания ей шероховатого вида (крепового эффекта). К комбинированным переплетениям принадлежат креповые или фасонные переплетения, переплетения тканей с полосами и клетками (шашками), рельефные переплетения и др.

Сложные переплетения характеризуются тем, что в их образовании участвуют несколько систем основных и уточных нитей; при этом нити основы или утка располагаются не одна рядом с другой, как в обычных тканях, а слоями, т. е. одна система над другой. При изготовлении тканей сложных переплетений с несколькими основами их нити большей частью подаются с разных навоев; для изготовления тканей с несколькими утками ткацкие станки снабжаются многочелночным механизмом. Базой для построения многослойных переплетений служит преимущественно полотняное переплетение, в меньшей степени - неравносторонние саржевые переплетения. Главным элементом в построении многослойных переплетений является способ связи, посредством которого осуществляется соединение или перевязка слоев в одно целое. Многослойные переплетения графически изображаются продольным разрезом ткани, по которому устанавливают число слоев, переплетение в слоях, характер перевязки слоев, раппорт по основе и утку ткани. Число слоев в ткани определяют по числу рядов уточных нитей, расположенных по вертикали в продольном разрезе ткани. Схема сложных многослойных переплетений приведена на рис. 54.

Ткани сложных - ворсовых - переплетений имеют на своей лицевой поверхности густой упругий вертикально расположенный или приглаженный ворс, образованный из разрезанных волокон (разрезной ворс) или нитяных петель (петельный ворс). Ворс получают разрезанием уточных нитей (уточно-ворсовые ткани) или основных (осново-ворсовые ткани).

Рис. 54. Схемы сложных многослойных переплетений: а - двухслойная кирза; б - трехслойная кирза; 1, 2, 3 и т. д. - нити утка; А, Б, В и т. д. - нити основы

Уточно-ворсовые ткани вырабатываются хлопчатобумажной промышленностью. Основание тканей образуется основой, переплетающейся с грунтовым (коренным) утком преимущественно полотняным переплетением (рис. 55, а). Ворсовые уточные нити ложатся поверх основных нитей длинными перекрытиями, которые в дальнейшем, в процессе отделки тканей, разрезаются. Ворс на поверхности тканей может быть расположен равномерно по всей поверхности ( в полубархате и вельвете) или же отдельными полосками вдоль основных нитей (в вельвет-корде и вельвет-рубчике).Длина ворса в уточно-ворсовых тканях - от 0,8 до 1 мм. Эти ткани широко используются для верха комнатной обуви. Осново-ворсовые ткани вырабатываются шелковой промышленностью. Наиболее распространен двухполотный саморезный способ получения этих тканей. При этом способе в образовании ткани участвуют три основы и два утка. Две коренные основы из хлопчатобумажной пряжи, переплетаясь каждая с утком из этой пряжи, создают два самостоятельных полотна - верхнее и нижнее, расположенные на определенном расстоянии одно от другого (рис. 55, б). Ворсовая основа из химических волокон или натурального шелка, переходя из верхнего полотна в нижнее и обратно, связывает оба полотна между собой. Нож самореза, установленный на ткацком станке, при своем движении между полотнами (по мере выработки ткани) разрезает нити ворсовой основы и разделяет полотна на две отдельные ткани.

Рис. 55. Схемы образования сложных ворсовых переплетений: а - уточно-ворсового; б - осново-ворсового двухполотного; в - осново-ворсового пруткового (однополотного)

Наряду с двухполотным способом получения осново-ворсовых тканей применяют также так называемый прутковый (однополотный) способ (рис. 55, в). При подъеме нитей основы в зев закладывается пруток Я. После того как петля закреплена последующими прокидками коренного утка, пруток вытаскивается. Для получения разрезного ворса на конце прутка имеется нож, режущий петли при вытаскивании прутка.

Осново-ворсовым переплетением изготовляют искусственный мех (в частности, для подкладки утепленной обуви), бархат, плюш. Длина ворса в осново-ворсовых тканях, например в искусственном мехе, достигает 10 мм.

Плотность и заполнение тканей

Плотность ткани характеризуют частотой расположения нитей в ткани по двум направлениям - по основе и утку. Чем дальше расположены нити друг от друга, тем плотность меньше. Количественно плотность ткани выражают числом нитей, приходящихся на длину в 100 мм. Ткани, у которых плотность по основе П_о близка к плотности по утку П_у, называют равноплотными; если отношение ^П_о/_Пу<0,8 или >1,2, то ткани относят к неравноплотным.

От плотности тканей зависит ряд их наиболее существенных свойств. По мере увеличения плотности возрастает взаимная связанность структурных элементов тканей и повышается их прочность и устойчивость к истиранию; с ростом плотности тканей увеличивается их жесткость и упругость, повышается вес 1 м², уменьшается воздухопроницаемость.

Плотность ткани в первую очередь зависит от толщины нитей: чем они толще, тем меньше их можно уложить на определенной длине ткани по основе или утку. Поэтому судить о плотности ткани и ее действительном заполнении нитями безотносительно к толщине пряжи затруднительно. Дополнительной характеристикой заполнения ткани нитями служит так называемое линейное заполнение, или относительная плотность, под которой подразумевается выраженное в процентах отношение фактического числа нитей S_факт на 100 мм длины (по основе и по утку) к максимально возможному (теоретическому) числу нитей 5Макс на этой длине при расположении последних без смятия или сплющивания.

Ширина, толщина и вес 1 м² тканей

С шириной тканей и ее постоянством в пределах каждого куска и в партии связана возможность рационального использования тканей при раскрое. Ширину тканей измеряют в трех местах каждого проверяемого куска - примерно посередине и на концах, на расстоянии около 10 см от линий отреза. Ширину тканей выражают в сантиметрах, причем фиксируют не только среднюю ширину по измеренным кускам, но также максимальную и минимальную; при измерении ширины включают величину кромок с обеих сторон ткани.

Ширина тканей, поступающих на обувные предприятия, колеблется от 60 до 140 см; нормированный ГОСТ допуск ее Отклонений составляет от ± 1 до ±2 см.

Указанные значительные колебания ширины тканей одинакового назначения, а также ширины в пределах куска и кусков в партии приводят к непроизводительным потерям тканей при раскрое на обувных предприятиях.

На использовании тканей при раскрое отрицательно отражается также нестандартность длины кусков и наличие короткометражных кусков.

Толщину тканей для предупреждения их сжимания измеряют с помощью толщемеров индикаторного типа с большими измерительными площадками; при измерении отступают от кромки не менее чем на 3 см. Толщина тканей в зависимости от их назначения составляет от 0,2-0,25 до 1,5-2 мм и более. Толщина тканей связана с толщиной нитей основы и утка и высотой изгиба нитей в процессе образования ткацкого переплетения. Толщина ткани в отдельных участках куска, а также в разных кусках однородной партии отличается постоянством.

Вес 1 м² тканей является важным обобщающим показателем, характеризующим их толщину и плотность. Вес 1 м² тканей зависит в основном от двух факторов: толщины нитей основы и утка и плотности расположения нитей по основе и утку. Некоторое влияние на вес 1 м² ткани оказывают также уработка (изгиб) нитей в процессе ткачества, изменение линейных размеров ткани при отделке, количество аппрета в ткани, влажность ткани. В пределах обычных колебаний относительной влажности воздуха вес 1 м² тканей изменяется максимально на 3-4%.

Вес 1 м² тканей определяется их назначением: обувные ткани для верха обуви имеют вес 1 м²200-600 г и более, подкладочные ткани - 80-135 г и более.

Разрывная нагрузка тканей при растяжении

При испытании тканей на растяжение, вследствие затруднительности точного замера толщины и ее относительного постоянства в тканях одного и того же наименования и артикула, показателем прочности служит разрывная нагрузка. Этот показатель определяют по соответствующей шкале разрывной машины при ширине испытуемых полосок ткани 50 мм и рабочей (зажимной) длине 100-200 мм (или же при уменьшенных размерах 25x50 мм). Разрывную нагрузку тканей устанавливают отдельно в направлениях основы и утка, а иногда и в диагональном направлении. Перед испытанием отобранные образцы тканей выдерживают в помещении с относительной влажностью воздуха 65±5% и температурой воздуха 20±3°С в течение не менее 24 ч.

Разрывная нагрузка тканей при ширине полосок 50 мм колеблется в зависимости от их назначения в пределах от 100-150 до 1000-1500 н. На величину разрывной нагрузки тканей влияют природа и качество волокнистого сырья и главные факторы строения тканей: толщина пряжи основы и утка, плотность по основе и утку, вид переплетения. Наибольшие показатели прочности тканей обычно наблюдаются в направлении основы и лишь в отдельных случаях в направлении утка; при отклонении направления растяжения полосок на небольшой угол от направления основы и утка прочность резко падает; по мере приближения к углу наклона 45° разрывная нагрузка тканей несколько повышается и иногда достигает величины, равной нагрузке в направлении утка или основы.

Разрывная нагрузка тканей зависит от содержания в них влаги. Для тканей из различных видов волокон упрочняющее влияние увлажнения выражено в разной степени; разрывная нагрузка хлопчатобумажных тканей при увлажнении возрастает на 40-50%, а шерстяных тканей и тканей, содержащих вискозные волокна, наоборот, снижается на 10-20% и более.

Удлинение тканей при разрыве

Удлинение при разрыве выражают в процентах от первоначальной рабочей длины испытуемых образцов и устанавливают отдельно по основе и утку, а иногда и по диагонали. От величины удлинений тканей при разрыве зависят их формовочные свойства и поведение текстильных деталей в процессе эксплуатации обуви.

Удлинение при разрыве тканей составляет в среднем от 8-10 до 15-20% и более. На величину удлинения при разрыве влияют те же факторы, что и на величину разрывной нагрузки, т. е. природа волокна, вид переплетения, толщина пряжи и плотность ткани.

Соотношения удлинений тканей по основе и утку не всегда одинаковы; в большинстве видов тканей удлинение по основе несколько ниже, чем по утку. Резкое увеличение удлинения тканей имеет место при растяжении полосок, выкроенных под углом 45°, так как в косых направлениях нити тканей получают возможность не только растягиваться, но и взаимно смещаться. В этом отношении ткани заметно отличаются от кожи: при растяжении последней под углом к линии хребта значения удлинений и предела прочности при растяжении занимают промежуточное место между соответствующими значениями для продольного и поперечного направлений. При повышении содержания влаги в тканях их удлинение, аналогично разрывной нагрузке, несколько повышается.

Поперечное сокращение тканей

При растяжении материалов одновременно с увеличением длины испытуемых образцов в направлении действия растягивающей силы происходит сокращение их поперечного размера. Частное от деления относительного сокращения поперечного размера материала на соответствующее продольное относительное удлинение носит название коэффициента Пуассона. Для обувных материалов величина этого коэффициента, помимо других факторов, зависит от величины приложенной при растяжении нагрузки.

Способность сокращать поперечные размеры при растяжении имеет существенное практическое значение при оценке технологических свойств материалов для верха обуви, так как ею в значительной степени определяются их формовочные свойства.

Формование носочной части заготовок, связанное с сообщением плоской детали резко выраженной сферической формы, проходит нормально лишь при условии, если вытягиваемый в процессе формования материал, способен одновременно сокращаться в направлении, перпендикулярном направлению вытяжки. В противном случае неизбежно образование трудно устранимых складок по периметру стелечной грани. В обувном производстве затруднения при формовании заготовок возникают главным образом при использовании для верха обуви различных видов тканей или искусственных кож на тканевой и нетканой основе, поэтому поперечное сокращение определяют преимущественно при оценке формовочных свойств этих материалов.

Учитывая зависимость коэффициента поперечного сокращения от величины приложенной растягивающей нагрузки, его обычно определяют при растяжении, равном 75% от величины удлинения при разрыве. Если, например, удлинение при разрыве испытуемого образца ткани равно 20%, удлинение при растяжении на 75% от удлинения при разрыве равно 15%, а ширина образца уменьшилась с 50 до 42 мм, то коэффициент поперечного сокращения равен частному от деления величины ^50-42/₅₀ на ¹⁵/₁₀₀, т. е. ^(50-42)*100/_50*15 = ¹⁶/₁₅ ≈ 1,07. По имеющимся данным, коэффициент поперечного сокращения тканей должен быть не менее 0,9-1,0.

Отбор проб для физико-механических испытаний тканей

Для лабораторных испытаний тканей отбирают 3% от общего количества кусков ткани в партии, но не менее трех кусков. От каждого отобранного куска ткани в любом месте куска, но только не от самого его конца, отрезают полосу ткани во всю ее ширину, длиной 0,3-0,5 м. На отобранных полосах размечают карандашом расположение отбираемых образцов по основе и утку для отдельных лабораторных испытаний в соответствии со схемами, предусмотренными ГОСТ. Из размеченных полос выкраивают необходимые для испытаний образцы.