پارچه های نساجی
فهرست مطالب
مقدمه 6
فصل اول 9
رفتار عمومي برشي پارچه هاي تاري – پودي 9
1-1- تغيير شکلهاي پيچيده پارچه و معرفي پديده برش 10
1-2- تعريف برش پارچه (Shearing) 12
1-2-1- طبيعت برش 12
شكل 1- (a) برش خالص . (b) برش ساده . (c) نمايه عمومي برش. [1] 13
شكل 2- (a ) نمايه برش ساده سازي 17
1-2-2- مسأله عملي برش 21
1-3- منحني برش پارچه 25
1-3-1- منحني رفت و برگشتي برش ( دو طرفه ) 26
شكل 5- منحني عمومي برش پارچه ( بعد از Cusick 1961 ) . [1] 27
1-3-2- منحني برش يکطرفه 30
شكل 6- منحني تنش 31
1-4- خصوصيات برش پارچه 33
1-4-1- رفتار برش پارچه 33
شكل 9- منحني هاي برشي 36
شكل 10- منحني هاي برش 36
شكل 13- منحني حاصل از مدل ارائه شده براي تشريح رفتاري 38
شكل 14- مقايسه مدل ها با مقادير مختلف . 41
فصل دوم 43
روشهاي آزمايشي برش پارچه 43
2-1- مقدمه 44
شكل 15- نماي كلي برش پارچه.[6] 45
شكل 16- تغيير فرم زاويه اي و طولي . ]7[ 45
شكل 17- اصول آزمايش هاي برش . ]5[ 47
شكل 18- نواحي تغيير شكل يافته پارچه تحت اثر نيروي كششي در جهت اريب پارچه.]5[ 48
شكل 19- دياگرام نسبت بين نيروي كششي 49
شكل 20- مكانيزم ابتدايي دستگاه برش 21 52
شكل 22- مكانيزم ابتدايي دستگاه برش 52
شكل 24- نمايش توزيع كشش در پدپده برش 53
2-3-3- معرفي و شناخت آزمايش برش توسط دستگاه KES 57
شكل 26- دياگرام و اصول ارز يابي برشي KES . ]10[ 59
شكل 27- شيوه عملكرد دستگاه آزمايشگر برشي KES . ]3[ 60
2-4- روش آناليز تصويري 63
شكل 30- نحوه چيدمان ابزار آزمايش 64
شكل 31- تصاوير ديجيتالي ثبت شده…………………………………………65
شكل 32- تغييرات gray-scale در تصوير ديجيتالي 67
شكل 33- (a ) نمايي درشت شده از پارچه تاري پودي 69
فصل سوم 70
استفاده از روش آناليز المان محدود در بررسي تغيير فرم برشي پارچه 70
3-1-1- ساختمان پارچه و فرض پيوستگي آن 72
3-1-3- اندازه گيري كرنش 76
3-1-4- اندازه گيري تنش 78
3-2- روشهاي المان محدود در مكانيك نساجي 84
3-2-1- مقدمه 84
شكل 35- مدل المان محدود براي جسم پيوسته دو بعدي.]11[ 85
شكل 36- نمونه پارچه تغيير فرم داده شده ، و ارز يابي شده توسط آناليز المان محدود.]3[ 87
شكل 38- تغيير تنش برشي در طول جهت بزرگتر نمونه . ]3[ 91
3-2-3-5- مدول برشي 92
فصل چهارم 95
خصوصيات برشي پارچه هاي تاري پودي 95
در جهات مختلف پارچه 95
4-1- مقدمه 96
4-3- نمودارهاي قطبي مدل برشي 100
شكل 40- نمودارهاي عمومي قطبي 102
4-3-2- اثردانسيتة بافت بر روي برش پارچه 103
Literature cited: 108
مقدمه
پارچه هاي نساجي در هنگام استفاده هاي معمول و كاربرد هاي عملي ، مثل پوشش لباس ، مصارف خانگي و مصارف صنعتي ، تحت يك سري از تغيير شكل هاي پيچيده قرار مي گيرد . اين تغيير شكل ها شامل : افت پارچه ، چروك يا تا خوردگي ، كيفيت زير دست ، خمش پذيري و ديگر اثراتي است كه مرتبط با اصول زيبايي پارچه
مي باشند .
پديده برش، يكي از همين تغيير شكل هاي پيچيده است كه در سطح پارچه اتفاق
مي افتد . به نظر مي رسد كه به اين خصوصيت فيزيكي – مكانيكي پارچه به دليل آنكه در ظاهر ديده نمي شود ، در قياس با ديگر فرم هاي تغيير شكل پارچه ، كمتر توجه شده است . در حالي كه بايد اذعان نمود كه قابليت منحصر به فرد پارچه براي پوشش سطوح سه بعدي ، در گرو همين پديده مي باشد .
توانايي پارچه براي پذيرش تغيير شكل برشي ، يكي از ملزوماتي است كه پارچه
مي تواند به عنوان پوشاك ، بر بدن انسان انطباق داشته باشد ، بدون آنكه ايجاد احساس ناراحتي كند پارچه به عنوان جسمي جدايي ناپذير از نياز هاي بشري مورد استفاده هاي گوناگون قرار مي گيرد ، بدون آنكه اغلب مصرف كنندگان – و يا حتي برخي كارشناسان علم نساجي – اطلاع داشته باشند كه كاربرد هاي ويژه پارچه در قياس با ديگر مواد جهان پيرامون ، به پديده برش مربوط است . رفتار برشي پارچه
– با توجه به منابع موجود – نسبت به ديگر خصوصيات و رفتار هاي پارچه كمتر مورد ارزيابي قرار گرفته است و البته تا كنون هيچ استاندارد اجرائي براي آن تعيين نگرديده است .
منظور از انتخاب اين موضوع براي سمينار كارشناسي ارشد اينجانب ، آشنايي شنونده يا خواننده با مفاهيم اساسي برش ، اين پديده مهم فيزيكي مكانيكي پارچه و دخيل در كاربرد هاي معمول و روزمره پارچه مي باشد .
براي نيل به اين هدف ، در فصل اول مفهوم برش پارچه تاري پودي ، رفتار و منحني مربوطه از نگاهي ساده در چند بخش مختلف به تفصيل تشريح مي شود و در ادامه ارتباط برش با تغيير شكل خمشي پارچه ، روشن مي گردد .
در فصل دوم ، به روش هاي آزمايشي مهمي كه تا كنون براي ارزيابي خصوصيات برشي پارچه هاي تاري پودي در منابع ذكر شده اند ، پرداخته مي شود ؛ كه از اين دست مي توان به دستگاه آزمايش گر برشي Kawabata اشاره نمود كه هم اكنون به عنوان روش پيشرو براي تعيين مقادير مختلف برش ، استفاده مي گردد . همچنين در اين فصل شيوه آناليز تصويري برش پارچه كه در سال 2005 ، به شيوه عكس برداري از پروسه برش مقادير آن را ارزيابي مي نمايد ، نشان داده مي شود .
در فصل سوم تغيير شكل برشي پارچه به وسيله روش تجزيه و تحليل المان محدود (Finite Element Analysis ) بررسي مي شود و مقادير مختلف برش از جمله تنش برشي ، كرنش برشي و روابط آنها به وسيله محاسبات تئوريك آناليزي بيان
مي گردد .
در فصل چهارم مدل رياضي ارائه شده براي خصوصيات برشي ذكر مي گردد ؛ تا از طريق آن و نمودار هاي قطبي حاصله ، خصوصيات برشي پارچه تاري پودي در
جهت هاي مختلف تبيين گردد .
فصل اول
رفتار عمومي برشي پارچه هاي تاري – پودي
1-1- تغيير شکلهاي پيچيده پارچه و معرفي پديده برش
پارچه هاي نساجي در هنگام استفاده و کاربردهاي عملي ، تحت يکسري تغييرشکلهاي پيچيده قرار مي گيرند که اين تغيير شکلها شامل افت پارچه ( Drape) ، زير دست پارچه (Handle ) ، چروک شدن (Wrinkle ) يا تا خوردگي (Crease) و ديگر اثراتي که مرتبط با زيبايي پارچه است، مي باشد. واضح است که مصرف کنندگان پارچه ها ، بازرگانان و يا توليد کنندگان منسوجات ، اين سري از کيفيتهاي پارچه را بصورت ذهني و با تجربه عملي ارزيابي مي کنند، اما اگر يک کارشناس نساجي بخواهد خصوصيات فيزيکي – مکانيکي و کيفيتي پارچه را مورد مطالعه قرار دهد
مي بايست اين تغيير شکلهاي پيچيده را بطور عملي بررسي نمايد در واقع مطالعه مکانيک ساختماني پارچه ، تمامي اين موارد را در بر مي گيرد. ]1[
يکي از خصوصيات بارز و مهم منسوجات ، خصوصيات خمش پذيري و انعطاف آنها در مقايسه با ديگر مواد در جهان پيرامون مي باشد اين خصوصيت ويژه پارچه ، ناشي از مواد تشکيل دهنده آن ، يعني الياف مي باشد بطوريکه وقتي پارچه خم مي شود ، الياف مي توانند در کنار هم حرکتي نسبي داشته باشند اين حرکت نسبي مي تواند بين تک تک الياف مجاور و يا بين دسته هاي الياف مجاور (نخ ) رخ دهد در واقع پارچه
– پارچه اي که در اين تحقيق مورد مطالعه قرار گرفته است تاري پودي است –
مي تواند تحت يک انحناء خم شود ؛ ولي اگر تحت دو انحناء يا بيشتر خم شود پديده برش (Shear) ، رخ مي دهد پس بطور کلي مي توان اين پديده را بدين صورت توضيح داد : برش ، تغيير زاويه بين نخهاي متقاطع است و همچنين به عنوان نتيجه خمش و تابيده شدن نخهاي بين نقاط تقاطع نيز تعريف مي شود. ]4[
براي مطالعه مکانيک تغيير شکلهاي پيچيده لازم است ابتدا مطالعات آزمايشگاهي و تئوريهاي تغيير شکل مورد توجه قرار گيرند سپس اين تغيير شکلها را به شکلهاي ساده تر تبديل نمود و در نهايت مباني علمی رفتار پارچه تحت تغيير شکلهاي ساده بکار گرفته شود. ]1[
مکانيسم برش پارچه ، بر خصوصيات ديگر تغيير شکلهاي پارچه مثل افتايش ، خم پذيري و انعطاف و کيفيت زير دست پارچه تأثير گذار است. اين نوع تغيير شکل بر خصوصيات فيزيکي – مکانيکي عملياتي مثل کشش و خمش که در جهتهاي تار ، پود يا ديگر جهات فرعي پارچه کاملا ً غير يکسان هستند نيز تأثير گذار است. کلا ً مصارفي که در حين استفاده از پارچه ، تنش در دو محور يا چند محور دخيل هستند يا مصارفي که تنش در حين استفاده بيشتر از حالت عادي تنش وارده به پوشاک است خصوصيت برشي تأثير گذار است و بنابراين قابل ملاحظه است که اين رفتار مهم مورد مطالعه قرار گيرد زيرا خواص برش ، نقش بسيار مهمي در خصوصيات فيزيکي مکانيکي پارچه بر عهده دارد .]2[
1-2- تعريف برش پارچه (Shearing)
در هنگام استفاده از پارچه زمانيکه پارچه، تحت تغيير شکلهاي پيچيده قرار
مي گيرد رفتار برشي که يکي از تغييرشکلهاي مهم فيزيکي – مکانيکي در پارچه است مي تواند روشن کننده خصوصيت اجرايي و عملي پارچه باشد تغيير شکل برشي يکي از خصوصيات بارز پارچه نساجي مي باشد که ديگر مواد به شکل ورقه نازک مثل کاغذ يا پلاستيک ، چنين قابليتي ندارند اين ويژگي پارچه را قادر مي سازد تا تغيير شکلهاي پيچيده را متحمل شود و توانايي پوشش بدن انسان را داشته باشد . همچنين خصوصيت برشي روي خم پذيري ، انعطاف پذيري و زير دست پارچه تأثير گذار است و نه تنها براي پارچه هاي تاري پودي که براي انواع کامپوزيت هاي
– پارچه هاي ترکيبي – نساجي نيز از مسائل حائز اهميت مي باشد. ]5[
1-2-1- طبيعت برش
اگر چه در نظر اول ، برش مفهومي بسيار ساده دارد اما در مطالعه جزئيات ، پيچيدگيهايي بوجود مي آيد. تحقيقات انجام شده توسط Trelor & Spivak در دانشگاه منچستر و Grosberg & Park در دانشگاه ليدز اين موضوع را به شکل مطلوبي توجيه کرده است . براي طرح مسأله برش بهتر است در ابتدا کرنش برشي (Shear strain) که توسط Love(1927) و Jeager(1962) مطالعه شده است مورد بحث قرار گيرد .
کرنش برشي خالص عبارت است از تغيير شکل يک جسم بوسيله ازدياد طول يکنواخت در يک جهت و انقباض در جهت عمود به آن که از اين رو مساحت جسم ثابت باقي مي ماند. اين نوع تغيير شکل در شکل 1 آمده است .
شكل 1- (a) برش خالص . (b) برش ساده . (c) نمايه عمومي برش. [1]
اگر کرنش در يک جهت باعث ازدياد طول به اندازه گردد طول خط موازي با جهت ازدياد طول ، به مقدار مي رسد و از آنجا که مساحت ثابت است خط در زاويه عمود به آن کاهش طول داده و طولش به مقدار مي رسد در جايي كه کرنش کم باشد مورد اخير مساوي با است که مقدار عددي کرنش براي ازدياد طول و همچنين کاهش طول مساوي خواهد بود. با توجه به شکل ، ديده
مي شود که چهار گوش abcd با حالت اريب در جهت کرنش اصلي ، تغيير شکل داده است ، ولي مساحت آن تغيير نکرده است بنابراين اضلاع آن نسبت به حالت قبل داراي زاويه خواهد بود ؛ و زوايا در گوشه ها به اندازه 2 از مقدار به مقدار تغيير نموده است با توجه به قضيه فيثاغورث مي توان بيان نمود که اضلاع چهارضلعي abcd به اندازه :
طولشان اضافه شده است که با بسط آن مي توان نشان داد مقدار آن ، مي باشد حال اگر چهارگوش abcd را بچرخانيم به شکلي که يکي از اضلاع موازي جهت اصلي قرار گيرد کرنش برشي ساده آن در شکل (b .1 ) نشان داده شده است جابجايي واقعي يا برش گوشه هاي چهار ضلعي در جهتهاي cg,bf,ae وdh مي باشد که موازي يکديگرند .
با اين تفاسير اگر يک چهار وجهي در نظر گرفته شود که گوشه هاي آن به يکديگر عمود و موازي با جهت برش ساده باشند بعد از اعمال برش ، شکل آن مطابق با شکل (c10) خواهد بود که اين تغيير شکل در واقع ايده اوليه برش است که اضلاع آن در جهت عمودي با زاويه هم جهت با برش ، زاويه دار مي گردند مقدار کرنش برشي tg است که مي توان نشان داد مساوي با tg2 مي باشد و براي کرنشهاي کوچک، خواهد بود .
بعد از ارائه يک نمايه از کرنش برشي ، نوبت به تنش برشي مي رسد؛ تنش برشي عبارت است از نيروي وارده بصورت تانژانتی به صفحه ( يا در طول يک خط اگر با صفحه هاي دو بعدي مواجه باشيم ) البته اين پديده بصورت متوازن انجام مي شود يعني نيرويي در جهت مخالف و در يک صفحه موازي با آن وجود دارد تا نيروي گشتاور ثانويه حاصل از آن، از چرخش جلوگيري نمايد .
بعد از اين توضيح ، واکنش ناشي از اعمال تنش برشي به يک نمونه پارچه مورد بررسي قرار مي گيرد؛ در حالت کلي تغيير شکلهاي پيچيده اي ناشي از بردارهاي تنش ايجاد مي گردد که مهمترين مسأله تغيير شکل در جهت تنش برشي است که به آن کرنش برشي ( tg ) گفته مي شود و ارتباط بين اين دو فاکتور منحني تنش – کرنش مي باشد اين تنش سبب مي شود نمونه بصورت آزادي برش پيدا نمايد و بعد ديگر آن به شکل دلخواه تنظيم شود همانند آزمايش استحکام که سبب مي شود انقباض بصورت آزادانه در جهت ديگر رخ دهد.
در شکل (a.1) تعادل برش خالص که ترکيب تنش کششي مثبت و منفي در جهتهاي
عمود به يکديگر مي باشد نشان داده شده است اما براي حالتهاي ديگر تغيير شکل برشي ، داراي توزيع کرنش کششي دقيقا ً يکسان و همگون نيست بلکه سبب ازدياد طول در bd و فشردگي در طول ac مي شود اما نکته بسيار مهم و قابل توجه اين است که همراه با اين کرنش ، تنش نيز وجود دارد و اين موضوع موجب يک مشکل حقيقي مي شود : پارچه هاي نساجي ، ورقه هاي نازکي هستند و تنش فشردگي
نمي تواند ايجاد شود بلکه به راحتي تورم يا بادکردگي (buckling) بوجود
مي آيد. ]1[
بسياري از محققين و متخصصين نساجي ، در پي مطالعات پيرامون پديده برش بر اين باورند که باد کردگي در حين عمل برش ، تقريبا ً بزگترين مشکل براي طراحي يک دستگاه آزمايشگر ايده آل مي باشد .
بطور کلي مي توان اظهار نمود که اندازه گيري برش و کمانش ( بادکردگي ) موادي که به شکل ورقه اي مي باشند و سختي کششي و سختي خمشي آنها بسيار پائين است
– به راحتي کشيده يا به راحتي خم مي شوند – نيازمند دستگاههاي با دقت بالا
مي باشد. ]5[
براي جلوگيري از بادکردگي يا تورم زودرس و همچنين براي آنکه بتوان برش بزرگ و قابل توجهي ايجاد نمود، در جهت موازي با محور ad ، نيروي کششي اعمال مي شود
که در شکل (a.2) نشان داده شده است .
وجود نيروي P پرواضح به نظر مي رسد و از اجزاء تنش کششي T مي باشد همچنين موازي با محور ac و مساوي يا بيشتر از تنش فشردگي t مي باشد. اين نيرو از هر گونه تمايل به تورم در جهت ac جلوگيري مي نمايد .
کرنش فشردگي ممکن است در طول محور ac ثابت باشد و اين موضوع به واسطه نسبت پواسون است که ناشي از کرنش bd مي باشد و به خودي خود يا کشش اضافي در همان جهت افزايش مي يابد. اگر چه Treloar به سال 1965 نشان داده شده است که تنشهاي فشاري داخلي را در همه جهات پارچه نمي توان حذف نمود .
