PROPRIETĂŢILE MECANICE ALE MATERIALELOR TEXTILE

Transcript

1 PROPRIETĂŢILE MECANICE ALE MATERIALELOR TEXTILE IX.6.1. Testarea comportării materialelor textile la solicitarea de tracţiune Indicii proprietăţilor tensionale definesc comportarea produselor textile la solicitarea de tracţiune, sintetizează nivelul realizării tehnologice şi se standardizează, constituind criterii de calitate. Caracterizarea produselor liniare /plane prin indicii proprietăţilor tensionale impune particularităţi de definiţie, determinate de structura produsului şi de condiţiile metrologice de încercare (regim de încercare; dimensiunea epruvetei; starea iniţială a epruvetei, pretensionarea şi orientarea faţă de axele tehnologice ale produsului). Încadrarea proprietăţilor tensionale ale produselor liniare în ansamblul proprietăţilor mecanice principale ale firelor este prezentată în tabelul centralizator IX.6.1. IX Indici pentru aprecierea comportării materialelor textile la solicitarea de tracţiune Rezistenţa la tracţiune a materialelor textile este definită prin solicitarea destructivă şi reprezintă valoarea solicitării maxime axiale la care este supusă epruveta înainte de rupere; împreună cu deformaţia constatată în momentul ruperii, serveşte la caracterizarea produsului în ceea ce priveşte comportarea la solicitarea de tracţiune (tabelul IX.6.2). Observaţii: 1. Solicitarea de tracţiune a produselor liniare se orientează pe direcţia axei de simetrie a produsului. 2. Solicitarea de tracţiune a textilelor plane impune restricţiile: textilele plane se testează la solicitarea de tracţiune unidirecţională şi multidirecţională; solicitarea de tracţiune unidirecţională se orientează în raport cu structura produsului: pe direcţia sistemelor de fire (urzeală, bătătură); sub un unghi determinat faţă de direcţiile principale (urzeală, bătătură în cazul ţesăturilor; pe direcţia şirurilor, rândurilor în cazul tricoturilor);

2 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 293 Proprietăţi mecanice principale ale produselor liniare Tabelul IX.6.1 Proprietăţi Proprietăţi tensionale Proprietăţi elastice Proprietăţi vâscoelastice Capacitatea de revenire Rigiditate la încovoiere Rezistenţă la uzură prin frecare Caracteristici; Indici; Coeficienţi Simbol U.M. Relaţii analitice 1. Comportarea la solicitarea de tracţiune statică (1/2 ciclu) Observaţii; Standard Rezistenţa la tracţiune Pr N Caracteristici dinamometrice SR EN ISO 2062 Alungirea absolută la rupere a r mm Rezistenţa specifică la tracţiune σ s N /mm 2 Tenacitate T τ N/tex Pr/Ttex Lungime de aderenţă pentru semifabricate Lungime de rupere L R km Pr Nm 10 3 Calcul Modul de elasticitate longitudinal Lucrul mecanic de deformare la rupere P A s E N/tex σ τ /ε Solicitare sub limita de elasticitate L Nm Grafic Alungirea relativă la rupere ε r % a r / l 0 Calcul 2. Comportarea la solicitarea de tracţiune statică (1 ciclu) Rezilienţă R i Lr Ri = L Deformaţie totală relativă şi componentele: elastică încetinită; înalt elastică; remanentă ε t ; ε i ; ε e ; ε r i % Calcul prin grafic 3. Comportarea la solicitări repetate de tracţiune statică (multiciclice) Indice de revenire după solicitarea ciclică I R % I R = L R /L D Tracţiune cu nivel de deformaţie constant 4. Comportarea la solicitarea de încovoiere Indicator specific B S cn cm/ tex 2 2 B / T tex 5. Comportarea la solicitarea de frecare Coeficient de frecare µ d 1 T1 dinamic ln α T 2 Instalaţia F-Metter SR

3 294 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Tabelul IX.6.2 Indicii proprietăţilor tensionale ale produselor liniare Denumire Relaţie analitică Produse 1.1. Rezistenţa la tracţiune: forţa de rupere P r, forţa de aderenţă P a 1.2. Rezistenţa specifică, σ S 1.3. Tenacitatea, T 1.4. Lungimea de rupere, L R 1.5. Lungime de aderenţă 1. Indici pentru aprecierea rezistenţei Tracţiunea maximă suportată de epruvetă, înainte de rupere P σ S = A t s P T = T P Nm P LR = = 1000 T LR = P Nm= T ktex t P Fibre Fire Semifabricate Fibre Fire Fibre Fire Fibre, fire Semifabricate 2. Indici pentru aprecierea deformabilităţii Unităţi de măsură SI cn cn, N, dan N, dan cn/mm 2 N/mm 2 ; dan/mm 2 cn/tex N/tex, dan/tex 2.1. Alungirea absolută la rupere, a r ar = lr l Fibre, fire mm Alungirea relativă la rupere, ε r Coeficientul de transfer, K ar ε r = 100 l 0 3. Indicii transferului proprietăţilor tensionale T K = T F r km m Fibre, fire % Fibră fir Adimensional solicitarea de tracţiune constituie o solicitare complexă: unul dintre sistemele de fireţesătură, ochiul/tricot este solicitat la tracţiune; cel de al doilea sistem de fire/ ochiul este solicitat la încovoiere, compresie, forfecare, frecare; comportarea la solicitarea de tracţiune a textilelor plane se sintetizează prin diagrama polară, care evidenţiază influenţa structurii şi poziţiei firelor asupra proprietăţilor tensionale; solicitarea de tracţiune multidirecţională constituie un test de identificare a direcţiilor de minimă rezistenţă/rezistenţa la întindere radială; solicitarea de tracţiune serveşte testării comportării textilelor plane în condiţii speciale, care simulează utilizarea sau o stare specială a produsului; în această situaţie se utilizează epruvete fasonate, de dimensiuni adecvate (testele de glisare, sfâşiere, rezistenţa cusăturilor) sau module speciale de fixare a epruvetelor (testele de întindere radială, de rezistenţă la străpungere, de aderenţă); rezistenţa la plesnire constituie o solicitare de tracţiune multidirecţională. În tabelele IX.6.3 şi IX.6.4 sunt prezentaţi indicii proprietăţilor tensionale ale produselor plane la solicitarea de tracţiune unidirecţională: ţesături şi tricoturi şi, respectiv, textile neţesute, cu observaţia că în tabelul IX.6.3 nu s-au reluat indicii proprietăţilor tensionale care se definesc identic pentru toate produsele plane (ţesături, tricoturi, neţesute).

4 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 295 Indicii proprietăţilor tensionale ale ţesăturilor şi tricoturilor la tracţiune unidirecţională Tabelul IX.6.3 Denumire / simbol Relaţii analitice Particularităţi Unităţi SI 1.1. Rezistenţa la tracţiune P *: P U pe direcţia urzelii; P b pe direcţia bătăturii; P ş ; P r 1. Indici pentru aprecierea rezistenţei 1.2. Lungimea de rupere, L r * Pr Lr = M b 1.3. Rezistenţa specifică a ţesăturii, P s * Pt (a tricotului); Pst, = N T * P U, P b ; P ş ; P r Raportată la sistemele U; B; şiruri; rânduri 2. Indici pentru aprecierea deformabilităţii tex Raportată la sistemele U; B; Raportată la sistemele U; B; Raportată la rând, 2N 2.1. Alungirea absolută la rupere, a r * ar = lr l Raportată la sistemele 0 U; B; 2.2. Alungirea relativă la rupere, ε r * ar ε r = 100 l 0 Raportată la sistemele U; B; 3. Indici pentru aprecierea transferului proprietăţilor tensionale în sensul fir-ţesătură Coeficientul de utilizare al tenacităţii firului în rezistenţa specifică a ţesăturii, K* P K = T s, t F Raportată la sistemele U; B; dan km cn/tex mm % Indici specifici pentru aprecierea proprietăţilor tensionale ale materialelor textile neţesute Tabelul IX.6.4 Denumire / simbol Relaţii analitice Particularităţi Unităţi SI 1. Indici pentru aprecierea rezistenţei specifice Rezistenţa specifică la tracţiune, σ S P Orientarea solicitării dan/mm 2 N σ S = A după axele S tehnologice 2. Indici pentru aprecierea transferului în sensul fibră - produs textil neţesut Coeficientul de utilizare al tenacităţii σ Orientarea solicitării Adimensional nt fibrelor în rezistenţa specifică a Knt = σ după axele r epruvetei de material textil neţesut, K nt tehnologice IX Comportarea mecano-reologică a materialelor textile Comportarea mecano-reologică a produselor textile se defineşte în raport cu diagrama efort-deformaţie, care constituie răspunsul materialului la solicitarea de tracţiune (fig. IX.6.2-IX.6.4).

5 296 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Observaţii: Informaţiile rezultate depind de metoda de solicitare; comparaţiile sunt concludente pentru ж metoda gradientului de forţă constant d F ц з = const. зи dt шч gradientului de deformaţie жd D ц constant з = const. зи dt ч, care permit evidenţierea particularităţilor proprietăţilor de material ш pentru aceleaşi condiţii de solicitare (fig. IX.6.1). Indicii de apreciere ai comportării mecano-reologice (tabelul IX.6.5) particularizează forma de prezentare a produselor (liniare, plane). Fig. IX.6.1. Solicitarea la tracţiune cu df/dt = const.; dd/dt = const. a b c Fig. IX.6.2. Diagrama efort-deformaţie şi principiul de determinare al modulului şi limitei de elasticitate: a determinarea modulului de elasticitate, E; b Metoda Meredith; c Metoda Coplan / determinarea limitei de elasticitate Fig. IX.6.3. Determinarea indicilor de rezistenţă: forţă / efort de rupere; deformaţie la rupere; energia de deformare la rupere. Fig. IX.6.4. Determinarea factorului energiei de deformare la rupere.

6 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 297 Indicii mecano-reologici ai materialelor textile/definiţi din diagrama forţă-deformaţie Denumire/simbol Relaţie analitică Produse 1. Modulul de elasticitate/ definit pe porţiunea Hooke a diagramei efortdeformaţie 2. Lucrul mecanic de deformare la rupere 3. Lucrul mecanic specific de deformare la rupere: calitate durabilitate 4. Factorul lucrului mecanic de deformare σ E = 100 ε a W = P dl 0 W Ws = M * W W sv ss W = V W = S Liniare, plane Liniare, plane Liniare, plane Tabelul IX.6.5 Unităţi de măsură SI cn/tex; dan/tex cn cm; Nm cn cm/cm tex; Nm/g Liniare, plane cn cm / cm 3 ; Nm/ cm 3 Plane** Nm/ m 2 f W = W r /P r, a r Liniare, plane Adimensional IX Comportarea mecano-elastică a materialelor textile Comportarea mecano-elastică a materialelor textile se defineşte în raport cu diagrama forţă-deformaţie, în cadrul unui ciclu de solicitare deformare-revenire, prin indicele de rezilienţă (tabelul IX.6.6). Observaţii: 1. Rezilienţa se manifestă în solicitările mecanice de tracţiune, compresie, încovoiere, torsiune şi forfecare, constituind un criteriu de apreciere a comportării materialelor în regim de utilizare. 2. Prin analiza rezilienţei se poate optimiza regimul tehnologic de prelucrare/ de utilizare a unui produs în scopul menţinerii / transferului proprietăţilor mecanice în anumite limite. IX Comportarea vâscoelastică a materialelor textile Viscoelasticitatea particularizează comportarea materialelor textile la solicitări mecanice, prin diferenţa vitezelor de deformare/ revenire, manifestate în timp, prin componentele (fig. IX.6.5): înalt elastice, ε i /deformaţii, reveniri instantanee, cu timpi de răspuns de ordinul secundelor; elastice încetinite, ε î /deformaţii, reveniri mai lente, cu timpi de răspuns de ordinul minutelor; remanente, ε P / care se menţin la nivelul produsului, după anularea solicitării. Viscoelasticitatea se manifestă în toate solicitările mecanice: tracţiune, compresie, încovoiere, torsiune, îndoire.

7 298 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Tabelul IX.6.6 Caracterizarea mecano-reologică a materialelor textile Denumire / simbol Lucrul mecanic de deformare Relaţie analitică a т W = PЧd l Lucrul mecanic de revenire din deformare W = k A ABC Rezilienţă/indicele de rezilienţă, R[%]: AABC reprezintă raportul dintre energia de R = A ABO revenire şi, respectiv, energia de deformare a produsului, la un nivel de deformaţie totală determinat. Histereză H = P1 - P2 0 Dl Dl Dl Fig. IX.6.5. Evidenţierea componentelor deformaţiei prin diagrama F-D (ca funcţie de încărcare şi timp). Fig. IX.6.6. Curba mecano-reologică de tip D(t) P = const. Fig. IX.6.7. Curba mecano-reologică de tip P(t) D = const. Viscoelasticitatea se ilustrează prin curbe mecano-reologice (fig. IX.6.6 şi IX.6.7): D(t) P = const., obţinute la încărcarea epruvetei cu sarcină constantă, un interval de timp determinat;

8 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 299 P(t) D = const., obţinute prin menţinerea epruvetei la nivel de deformaţie constant, un interval de timp determinat. Comportarea vâscoelastică a materialelor textile se apreciază prin indici, care exprimă: grad de elasticitate Ge [%]: capacitatea de revenire din deformare a materialelor textile; grad de plasticitate Gp [%]: capacitatea materialelor textile de a se deforma permanent. IX Maşini de încercat la tracţiune IX Structura şi elementele constructive specifice maşinilor de încercat la tracţiune Determinarea proprietăţilor tensionale ale materialelor textile se realizează pe maşini de încercat la tracţiune prevăzute cu dispozitive, mecanisme şi linii de măsurare a forţei şi, respectiv a deformaţiei, cu funcţionare sincronizată. Maşina de încercat la tracţiune (fig. IX.6.8) se compune din următoarele elemente: dispozitiv de fixare al epruvetei: format din clema activă, C 1, motoare şi clema pasivă, C 2, de prindere; clemele pot fi acţionate: manual (strângere prin şurub), mecanic (prin intermediul unor mecanisme sincronizate funcţional cu durata încercării) sau pneumatic; distanţa dintre cleme este reglabilă şi se adaptează la valoarea lungimii libere de prindere, fiind standardizată în funcţie de tipul epruvetei solicitate; mecanismul de acţionare al clemei motoare, constând dintr-un lanţ cinematic rigid, cu funcţionare precisă, în cadrul căruia receptorul este o mufă 3, solidară cu clema C 1 şi antrenată în mişcare de translaţie de un ax filetat; solicitarea de tracţiune se execută pe un sens al mişcării de translaţie, până la ruperea epruvetei, iar revenirea la starea iniţială se obţine prin comandă manuală sau prin comandă program; motorul maşinii de încercat la tracţiune, ale cărui caracteristici se adaptează scopului propus; se utilizează motoare de curent alternativ sau continuu prevăzute cu reductoare (sau variatoare) de turaţie (1; 2), în limitele condiţiilor metrologice, impuse de încercare; lanţul metrologic pentru măsurarea forţei (LMF) este ataşat clemei pasive, care preia prin intermediul epruvetei solicitarea de tracţiune, pe tot parcursul încercării, până în momentul ruperii; acesta conţine un element sensibil (ES) care converteşte deplasarea sau deformaţia întrun semnal a cărui valoare este proporţională cu forţa de întindere; lanţul de măsurare pentru deformaţie (LMD) a cărui structură se diferenţiază în funcţie de modul de solicitare: solicitarea sub gradient de forţă / deformaţie constant (clema pasivă fixă; măsurarea urmăreşte deplasarea clemei motoare faţă de poziţia iniţială); solicitarea cu viteza clemei motoare, constantă (clema pasivă mobilă, iar măsurarea urmăreşte deplasarea relativă a celor două cleme); dispozitiv de înregistrare a funcţiei F = f(d) ce redă legătura dintre forţa de întindere aplicată epruvetei şi deformaţia corespunzătoare acesteia, pe tot parcursul solicitării, până în momentul ruperii; dispozitivele de înregistrare pot fi acţionate: mecanic, cu precizie de funcţionare diminuată de forţele de frecare şi inerţie; mecanic, prin servomotor (principiul compensării automate) sau prin intermediul unui sistem de calcul ce sincronizează informaţiile de măsurare.

9 300 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ În funcţie de metoda de solicitare şi de elementele sensibile utilizate, maşinile de încercat la tracţiune pot fi deservite: manual, automatizat (ca deservire şi înregistrare a rezultatelor sau în sensul de conducere prin calculator a întregului proces de măsurare). Fig. IX.6.8. Structura generală a maşinii de încercat la tracţiune. IX Domenii de utilizare ale maşinilor de încercat la tracţiune Maşinile de încercat la tracţiune sunt construite pe principii: mecanice: principiul pendulului: încercare produse liniare, textile plane; principiul planului înclinat: încercare produse liniare; textile plane, în regim static şi dinamic; electronice, universale: principiul de conversie al deformaţiei unei bare elastice în semnal electric (cu traductoare de forţă rezistive, transformatoare). Încercările la tracţiune se realizează: individual, în mănunchi/jurubiţă la produse liniare: fibre, fire, semifabricate; individual, la textile plane. IX Particularităţile elementelor constructive ale maşinii de încercat la tracţiune Elementele constructive ale maşinii de încercat la tracţiune determină caracteristicile tehnice impuse de utilizare: cadenţa măsurărilor; versatilitatea maşinii de încercat la tracţiune; deservirea uşoară; performanţele de măsurare. Elementele constructive sunt interdependente şi se adaptează structurii lanţului de măsurare F/D, care, la rândul său, se structurează în funcţie de senzor; principiul fizic al senzorului clasifică maşinile de încercat la tracţiune (tabelul IX.6.7) şi diferenţiază performanţele de ansamblu. În structura lanţurilor de măsurare ale maşinilor de încercat la tracţiune se utilizează senzori mecanici sau electronici care determină modul de execuţie al solicitării de tracţiune, rezultatele şi calitatea procesului de măsurare.

10 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 301 Senzorii adoptaţi impun principiul fizic de măsurare cu utilizare generală sau mai restrânsă; prin caracteristicile statice, asigură performanţele impuse la diferite categorii de teste. Tabelul IX.6.7 Principii constructive şi performanţe tehnice de ansamblu ale maşinilor de încercat la tracţiune Senzori mecanici pentru forţă / deformaţie Măsurare cu inerţie Gradient de forţă constant, df/dt = const. Destinaţie precizată (fibră; fir; ţesătură) Maximum două domenii de măsură pentru forţă Compatibilitate cu module standardizate pentru diversificarea încercărilor Permite determinarea, exclusiv, a indicatorilor proprietăţilor tensionale Individual / prelucrare statistică Înregistrări grafice În cazul dinamometrului cu plan înclinat Maşini de încercat la tracţiune 1. Caracterul procesului de măsurare Senzori electronici pentru forţă / deformaţie Măsurare fără inerţie 2. Principiul de aplicare al solicitării 3. Flexibilitatea în utilizare Gradient de deformaţie constant, dd/dt = const. Se adaptează necesităţilor prin schimbarea modulului de fixare al epruvetei Extensia şi divizarea domeniului de măsură pentru forţă Compatibilitate cu module standardizate pentru diversificarea încercărilor Permite extinderea gamei încercărilor efectuate şi determinarea indicatorilor adecvaţi 4. Prezentarea rezultatelor Individual Prelucrare statistică (în timp real) Înregistrări grafice performante (în timp real) 5. Automatizarea deservirii şi prezentării datelor 6. Procesarea testului Posibilă pentru fibre, fire Pentru fibre, fire Cu fixarea manuală a epruvetelor pentru ţesături, tricoturi, textile neţesute IX Dispozitivul de fixare al epruvetelor Dispozitivul de fixare al epruvetelor este format din două cleme şi este adaptat constructiv, prin geometrie, la tipul de material supus încercării: produse liniare (fig. IX.6.9); produse plane (fig. IX.6.10); sistemul de fixare al epruvetelor este conceput în funcţie de forma de prezentare a acestora. Lungimea liberă de prindere a epruvetei este egală cu distanţa iniţială reglabilă, fixată la valoarea standardizată; dacă scopul testului impune o altă valoare, acest lucru se specifică în raportul de analiză. Epruvetele realizate din suprafeţe textile au standardizate, diferite forme şi dimensiuni atât pentru solicitarea la tracţiune, cât şi pentru testarea la solicitarea de sfâşiere, glisare, forfecare.

11 302 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Forma, dimensiunile şi suprafaţa activă a clemelor dispozitivului de fixare se adaptează structurii textile a epruvetei testate (fig. IX.6.11): suprafaţa activă poate fi netedă (fig. IX.6.11,a), rugoasă (fig. IX.6.11,c, d) sau ondulată (fig. IX.6.11,b), iar dimensiunile se adoptă în funcţie de domeniul de variaţie al forţelor de tracţiune măsurate (fig. IX.6.12). a b c d Fig. IX.6.9. Epruvete standard pentru testarea proprietăţilor tensionale ale produselor liniare: a solicitare individuală; b solicitare în harfă (fire); c solicitare în jurubiţă (fire); d solicitare în mănunchi(fibre) Fig. IX Dimensiuni standardizate ale epruvetelor din suprafeţe textile. a. b. c. d.

12 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 303 Fig. IX Suprafaţa activă a clemelor dispozitivului de fixare al epruvetelor. Fig. IX Dispozitive de fixare ale epruvetelor. Dispozitivele pentru fixarea epruvetelor utilizate pentru deservirea dinamometrelor cu domenii extinse de măsurare /cu mai multe domenii ale forţei de întindere sunt modulare şi se asociază cu o anumită celulă de măsură pentru forţă. Forţa de închidere a clemelor, N, este impusă de domeniul de măsurare al forţei în regimul de încercări de tracţiune şi determină valoarea forţei de frecare (F f = µ N) care se opune alunecării epruvetei faţă de clemele dinamometrului, pe tot parcursul solicitării, şi trebuie să fie mai mare decât valoarea forţei de întindere aplicate epruvetelor în regimul de solicitare adoptat. Observaţii: 1. În cazul testării produselor liniare, dispozitivul de fixare poate substitui dispozitive de alimentare automată, care permit: dirijarea programată a firului şi pretensionarea prin intermediul operatorului automat (conducător de fir multiplu prevăzut cu cleme echidistante care alimentează firul la dispozitivul de fixare); preluarea firului din conducătorul de fir multiplu se realizează cu ajutorul unui braţ pendular care oscilează pe o traiectorie sub forma unui arc de cerc ce intersectează direcţia de solicitare în dreptul clemelor, acesta transportând firul sub controlul unui senzor mecanic sau optic şi determinând închiderea/deschiderea succesivă a clemelor în timpul programului de solicitări. 2. Automatizarea alimentării determină: creşterea frecvenţei măsurărilor, creşterea preciziei prin eliminarea pierderilor de torsiune şi extinderea posibilităţilor de interpretare prin modul de eşantionare (determinările sunt consecutive, iar prelevarea este echidistantă); sistemul este compatibil atât cu maşinile de încercat la tracţiune construite pe principii mecanice (dinamometrul Uster principiul planului înclinat),cât şi cu maşinile de încercat la tracţiune construite pe principii electronice (dinamometrul Uster Tensorapid principiul gradient de deformaţie constant). IX Mecanisme pentru acţionarea maşinii de încercat la tracţiune

13 304 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Mecanismele pentru antrenarea clemei active sunt acţionate de la un motor de curent continuu sau alternativ, ale cărui caracteristici sunt adecvate domeniului de măsură pentru forţa de întindere (dependentă de tipul de material încercat). Regimul de încercări impune controlul turaţiei motorului, care trebuie să fie constantă, indiferent de metoda de solicitare. Deoarece viteza clemei motoare constituie un factor metrologic care influenţează rezultatul măsurării, lanţul cinematic care asigură: transformarea mişcării de rotaţie în mişcare de translaţie la receptor, inversarea sensului mişcării de translaţie pentru revenirea clemei motoare la poziţia iniţială, plasarea valorii vitezei clemei active în limitele standardelor, trebuie să conţină un reductor sau un variator de turaţie (cu posibilitatea reglării continue, în limite determinate). Ruperea epruvetei, sesizată la valoarea maximă a forţei de întindere, întrerupe mişcarea clemei active şi permite comanda de inversare a sensului de deplasare. În cazul maşinilor de încercat la tracţiune multifuncţionale, comenzile de oprire şi de inversare a sensului de mişcare trebuie să se execute rapid, fără şocuri, pentru a permite extinderea determinărilor asupra caracteristicilor elastice (solicitări ciclice; solicitări ciclice repetate), caracteristicilor vâscoelastice sau asupra altor categorii de solicitări. Utilizarea motoarelor de curent continuu cu turaţie reglabilă sau cu blocul de acţionare complet automatizat (Zellwegger Uster,Textechno, Mesdan, Instron) extinde regimul de viteze de solicitare, adaptând încercarea de laborator la condiţiile de prelucrare tehnologică / imposibil de realizat la soluţiile constructive clasice, care utilizează reductoare cu roţi de fricţiune, transmisie melcată şi cuplaje mecanice. IX Senzori şi lanţuri de măsurare pentru forţă Lanţul de măsurare pentru forţă (LMF) determină forţa de întindere prin: conversia forţei în semnal cu traductoare mecanice sau conversia deformaţiei în semnal cu senzori electronici. Forţa / deformaţia sunt iniţiate prin mişcarea clemei motoare, transmisă de epruvetă traductorului sau senzorului mecanic /electronic. Traductorul de tip pendular determină solicitarea la tracţiune a epruvetei şi măsoară forţa de întindere aplicată; traductorul de tip plan înclinat determină forţa de întindere, pe care o măsoară şi o indică (tabelul IX.6.8). Observaţii: 1. Principiul pendulului este utilizat în construcţia dinamometrelor pentru produse liniare şi plane; solicitarea de tracţiune se realizează individual (pentru toate produsele); în mănunchi (fibre); jurubiţă sau harfă (fire). Pentru textile plane, gama determinărilor se extinde cu module standardizate; încercarea de tracţiune nu se realizează sub gradient de forţă sau gradient de deformaţie constant. 2. Utilizarea L M F cu traductoare mecanice corespunde încercărilor la tracţiune în regim static (tabelul IX.6.8); extinderea utilizării în regimul dinamic de măsurare nu este recomandată (sau se limitează la frecvenţe joase), deoarece deplasarea componentelor generează forţe de frecare şi inerţie ce determină erori de măsurare. 3. Domeniul de măsură pentru forţă este determinat de valoarea G (greutatea ataşată la pendul; greutatea căruciorului) şi extinderea sa se obţine prin creşterea greutăţii; utilizarea alternativă poate cauza reducerea sensibilităţii pentru D (0-G min ).

14 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 305 Senzorul electronic determină versatilitatea maşinii de încercat la tracţiune prin extensibilitatea domeniului de măsură, care se realizează cu diferite celule de măsură, şi prin dispozitivul de fixare al epruvetei (modular, în funcţie de destinaţie). Observaţii: 1. Utilizarea senzorilor electronici (în structura LMF) determină creşterea preciziei şi reproductibilităţii măsurărilor, fiind posibilă automatizarea procesului de măsurare. 2. Opţiunea firmelor constructoare pentru un anumit tip de senzor se justifică mai mult prin relaţiile comerciale şi nu are implicaţii asupra performanţelor de măsurare, care sunt similare. 3. Solicitarea la tracţiune se produce prin deformarea epruvetei de material textil sub gradient de deformaţie constant, iar forţa de întindere F este dependentă de deformaţia aplicată, D, în orice moment al încercării. 4. Lanţul de măsurare al forţei este precis şi extensibil (ca domeniu de măsură) şi permite extinderea gamei de încercări efectuate asupra epruvetelor de material textil; maşina de încercat la tracţiune devine universală, caracterizându-se printr-o deosebită flexibilitate (tabelul IX.6.11). În lanţul de măsurare al forţei se realizează: conversia liniară forţă-deformaţie prin intermediul barei elastice AB, supusă pe tot parcursul încercării la solicitarea de încovoiere; conversia liniară deformaţie-semnal electric (tensiune/ deformaţie) prin intermediul parametrilor R (rezistenţă electrică); C (capacitate electrică); L (inductanţă; variabile în raport cu geometria barei AB). În acest scop, sunt utilizate traductoarele electronice alcătuite din senzor (element sensibil, care transformă mărimea de măsurat în parametru variabil) şi adaptor (circuit de măsurare care transformă variaţia parametrului în semnal): senzorul rezistiv (marca tensometrică) preia deformaţia barei elastice, convertind-o în variaţie de rezistenţă; adaptorul realizat sub forma unei punţi converteşte variaţia rezistenţei în semnal electric analogic sau numeric. Deformaţia barei este foarte mică /10 4 mm, deci clema pasivă (solidară cu bara) este practic fixă, iar solicitarea se produce cu gradient de deformaţie constant (la viteza constantă a clemei motoare); senzorul inductiv, realizat ca transformator diferenţial liniar variabil, preia deformaţia elastică a barei, convertind-o în semnal tensiune, cules la bornele bobinei secundare. Semnalul este livrat ca tensiune variabilă, proporţională cu deformaţia; precizarea sensului de variaţie al semnalului se realizează cu un redresor sensibil la fază (fig. IX.6.13). IX Senzori şi lanţuri de măsurare pentru deformaţie Tipul de senzor şi structura lanţului de măsurare pentru deformaţie sunt dependente de execuţia solicitării de tracţiune; determinarea deformaţiei epruvetei solicitate presupune utilizarea conversiei deformaţiei în semnal/ deplasare, principiu mecanic; semnal electric/traductor generator. Principiul mecanic permite determinarea deformaţiei în funcţie de raportul de transmisie: sub raport de transmisie 1 / 1: solicitarea de tracţiune se execută: sub gradient de deformaţie constant: măsurarea deformaţiei se execută prin indicarea poziţiei clemei motoare faţă de un reper fix; prin calculul deplasării clemei motoare / în funcţie de turaţia organului de antrenare al acesteia; sub gradient de forţă constant; măsurarea deformaţiei se execută tot prin indicarea sau înregistrare poziţiei clemei motoare faţă de poziţia de referinţă;

15 306 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ cu Vt = const.: măsurarea deformaţiei epruvetei se execută prin determinarea variaţiei distanţei dintre clemele sistemului de fixare al epruvetelor; sub raport de transmisie diferit de 1 / 1: prin intermediul unor lanţuri cinematice adaptate scopului propus; această modalitate de măsurare presupune existenţa unor piese în mişcare şi se caracterizează prin apariţia unor forţe de frecare şi inerţie ce reduc precizia măsurării; măsurarea concomitentă cu înregistrarea individuală a deformaţiei la rupere, pentru fiecare epruvetă încercată, este cunoscută ca diagrama Stroke. Tabelul IX.6.8 Principii mecanice utilizate în structura lanţurilor de măsurare pentru forţă Schema de principiu a elementului sensibil Relaţii analitice pentru determinarea forţei de întindere; observaţii 1. Dinamometre pendulare 1.1. Aplicaţii în controlul firelor şi ţesăturilor 1.2. Aplicaţii în controlul fibrelor /solicitare în mănunchi 1. P r = G Rsinα dp / dt = K cos α dα / dt 2. P y = Gx; P = K tg α dp / dt = K cos α dα / dt Solicitarea iniţiată prin deplasarea clemei inferioare cu viteză constantă; nu se realizează sub gradient de forţă constant. Stelometru (Fl 1 = G x = Gl 2 sinα ) 1,2 cleme; 3 pendul; 4 - suport cu lagăr; 5 - bolţ; 6 - ax DS-3 1, 2 cleme; 3 pendul; 4 pârghie de încărcare, cu greutate; 5 amortizor 2.Dinamometre cu plan înclinat / controlul firelor şi fibrelor DKV 1, 2 cleme; 3 pendul; 4 mecanismul de iniţiere al solicitării

16 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile Uster Tensomat T = G sinα 2. Pressley F l = G x T r = P R; P = r / R T T = G sinα P = x (r G / R l) pentru: V = dx /dt = const.; df / dt = const. Solicitarea iniţiată prin coborârea planului cu viteză constantă; sub gradient de forţă constant. Se pretează la automatizarea alimentării epruvetelor de fir. a. traductorul rezistiv b. traductorul transformator TDLV Marca tensometrică Traductorul complex R = ρl/s dr / R = dρ/ ρ+ dl / l ds / S R / R = k l/ l F = 192EI l 3 Circuitul şi semnalul de măsurare Semnalul de măsurare Ue = 1/2 Ua ( R/R) Us = U 35 U 45 = 2k x i (N 2 /N 1 ) Up

17 308 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Principiul de determinare şi înregistrare a forţei de întindere Fig. IX Principiile fizice ale traductoarelor utilizate în dinamometrie. Principiul electronic permite determinarea deformaţiei în cazul solicitării cu dd/dt = const., când clema pasivă este practic staţionară; viteza clemei active este determinată de turaţia axului de antrenare a mufei filetate (fig. IX.6.8), na; va = K na = const.; Observaţii: 1. Măsurarea poate fi realizată prin intermediul unui tahometru inductiv, analogic sau numeric. 2. Prin sincronizarea funcţională a lanţului de măsurare şi înregistrare a deformaţiei, cu lanţul de măsurare a forţei, se obţine subansamblul pentru înregistrarea diagramei caracteristice forţă-deformaţie (F-D). 3. Aplicarea acestui principiu extinde gama încercărilor de tracţiune la: solicitări ciclice; solicitări ciclice repetate, în regim de joasă frecvenţă, şi determinarea proprietăţilor vâscoelastice ale materialelor textile. 4. Rezultatele proceselor de măsurare care utilizează senzori electrici pentru forţă şi deformaţie sunt compatibile, pot fi sincronizate şi redate grafic sub forma diagramei F-D, care redă fidel interdependenţa celor două mărimi. IX Particularităţi şi performanţe constructive ale maşinilor de încercat la tracţiune IX Dinamometre electronice. Echipamente de testare Determinarea automată a forţei şi alungirii la rupere a firelor diferenţiază net testarea proprietăţilor mecanice ale firelor textile de testarea prin operare manuală; operarea este mai simplă, cu o mai bună supraveghere a rezultatelor / capacitate mărită de testare; posibilitatea de testare a benzilor, jurubiţelor şi ţesăturilor. Forţa de pretensionare şi absorbţia firului pot fi programate la pornire şi /sau după fiecare test; închiderea clemei de tragere reţine firul deasupra clemei de măsurare şi îl conduce între cleme cu o mare viteză de execuţie. Resturile de fir testat se aspiră într-o cameră colectoare sau într-un conteiner extern, în cazul firelor groase şi rigide. Observaţii: 1. Testarea implică următoarele particularităţi: materiale foarte rezistente: se impune închiderea pneumatică şi dispunerea pe direcţie orizontală a suprafeţelor active ale clemelor; fibre /fire (solicitare individuală): se impune utilizarea clemelor în formă de disc plat sau formă cilindrică cu zona activă aplatisată;

18 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 309 textile plane; fire în jurubiţă sau în harfă: se asigură fixarea manuală în clemele dispozitivului de prindere. 2. Geometria clemelor din dispozitivul de fixare al epruvetei se adaptează structurii epruvetei (fig. IX.14, a şi b). 3. În cazul testării epruvetelor de fibre (fire) se poate automatiza deservirea prin: alimentare automată cu introducerea probelor pretensionate în dispozitivul/ rastelul de alimentare; în cazul testării firelor, acestea sunt preluate din rastel, cu un conducător de fir multiplu (N 40), care efectuează o mişcare de translaţie intermitentă, cu pas constant, după efectuarea unui număr programat de determinări. Testarea cu viteze mari se realizează prin introducerea firelor în zona de solicitare printr-un sistem de desfăşurare şi măsurare continuă a rezistenţei la întindere a firului (fig. IX.6.15). a b c d

19 310 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ e f g h Fig. IX Adaptarea geometriei dispozitivelor de fixare ale epruvetei la structura epruvetei: a sistemul Statimat 4 cu devierea automată a firului la intrarea în clemă; b sistemul Statimat ME cu dispozitiv de alimentare cu role; c sistemul Statimat ME test fire foarte rezistente; d sistemul Statimat ME test monofilamente; e sistemul Statimat ME test benzi ţesătură; f sistemul Statimat ME- test eşantion de formă specială; g sistemul Statimat ME test semifabricat filatură; h sistemul Statimat ME- test jurubiţă).

20 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 311 Fig. IX.6.5. Sistemul Uster Tensojet traseul de măsurare. IX Metodologii de testare şi analiză specifice echipamentelor performante Programele standard pentru testele tensionale asupra firelor includ următoarele funcţii: determinarea tenacităţii, alungirii la rupere, a lucrului mecanic de deformare la rupere, a valorilor intermediare corespunzătoare unor alungiri sau forţe specificate şi a modulelor în orice punct selectat de pe curba forţă-alungire; calculul valorilor medii, maxime, minime ale coeficienţilor de variaţie şi ale intervalelor de încredere corespunzătoare seriilor de date sau întregului test; consemnarea depăşirii limitei specificate pentru forţă, alungire, fineţe; investigarea automată a relaţiei dintre parametrii de structură şi indicii mecanici ai firului (torsiune-tenacitate; torsiune-alungire la rupere); rezultatele experimentale şi condiţiile de testare sunt prezentate numeric şi grafic: curbe forţă-alungire/ individuale, medii; repartiţia tenacităţii şi alungirii la rupere; memorarea valorilor indicilor de apreciere ai proprietăţilor tensionale şi ai parametrilor statistici; realizarea băncii de date pe baza rezultatelor ce se păstrează pe hard disc. Toate rezultatele grafice şi numerice se prelucrează automat, prin sistemul de calcul; rezultatele analizei se redactează sub forma unui protocol de încercare (fig. IX.6.16), care constituie un document de certificare a calităţii produsului: diagrama de solicitare (rupere); diagrama de distribuţie a forţei de rupere şi alungirii la rupere; diagrama forţă-alungire pentru măsurătorile individuale de pe un format.

21 312 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Controlul instrumentului de măsură şi achiziţionarea datelor sunt computerizate; conectarea la un calculator PC printr-o interfaţă serială permite diagnoze în cazul unor defecte. a b c Fig. IX Protocolul de încercare de la diverse tipuri de dinamometre electronice: a Fafegraph HR Textechno; b sistemul Statimat ME; c sistemul Uster Tensorapid. Observaţii: 1. Deoarece determinarea proprietăţilor tensionale se referă la segmente de fir de aceeaşi lungime, prelevate la distanţe egale, în cazul alimentării automate se poate urmări autocorelaţia valorilor specifice în lungul firului analizat şi se poate estima funcţia spectrală; prin determinările realizate în lungul firului pot fi scoase în evidenţă efectele de variaţie periodică ale indicilor proprietăţilor tensionale, iar lungimile de undă detectate în acest caz pot fi atribuite unor fenomene cu caracter periodic, de natură să perturbe procesul de formare a firului. Acest mod de evaluare a proprietăţilor tensionale este utilizat în scopul optimizării parametrilor de prelucrare a firelor pe maşinile de filat.

22 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile Sistemele de măsurare utilizate în determinarea proprietăţilor tensionale au o flexibilitate deosebită şi pot fi utilizate în testarea întregii game de produse textile, prin simpla schimbare a dispozitivelor de fixare a epruvetelor; sistemele permit determinarea proprietăţilor elastice şi vâscoelastice, realizarea încercărilor în regim de solicitare repetată, cu posibilitatea de determinare a rezilienţei. 3. Rapiditatea efectuării încercărilor şi volumul mare de informaţii dobândite, precum şi prelucrarea acestora în cele mai convenabile forme, transformă maşina clasică de încercare la tracţiune într-un instrument complex, indispensabil în asigurarea calităţii produselor textile. IX Caracteristicile tehnice ale maşinilor de încercat la tracţiune mecanice şi electronice Se prezintă în continuare caracteristicile tehnice ale maşinilor de încercat la tracţiune mecanice (tabelul IX.6.9) şi electronice (tabelul IX.6.10) pentru fire, respectiv performanţele tehnice ale ultimelor tipuri de dinamometre electronice /sisteme / pentru testarea fibrelor; produselor liniare şi ale produselor plane (tabelul IX.6.11). Caracteristici Firma Principiul constructiv Domenii de măsură forţă Număr domenii pentru forţă Prag de sensibilitate pentru forţă Caracteristicile tehnice ale dinamometrelor mecanice MTF-64- TEBA, România FY 19/AMETRIMPEX, Ungaria FY 17 METRIMPEX, Ungaria Tabelul IX.6.9 Uster ZELLWEGER, Elveţia Pendular Pendular Plan înclinat Plan înclinat 500 cn; 5000 cn 3 /7 /15 /30 N 0,2...0,6 N N 0,2...0,6 N N % pentru fiecare domeniu 0,01/0,02 /0,05 / 0,1 N 0,2-20 N 0,2-20 N Precizie 1 % 1 % 1 % 1 % Distanţa la mm reglabilă 500; ; 250 cleme, mm reglabilă, pas 100 pas 100 Cursa clemei mobile, mm Măsurarea alungirii Înregistrarea alungirii Viteza de solicitare, mm/min Înregistrarea alungirii Principiu mecanic; automată Principiu mecanic; automată Principiu mecanic; automată Principiu mecanic; automată Mecanic 1/1 Mecanic 1/ ; Principiu mecanic Timp de rupere standardizat Timp de rupere standardizat Diagrama Stroke Diagrama Stroke

23 314 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Tabelul IX.6.10 Caracteristici Firma Principiul de măsurare al forţei Domenii de măsură forţă Număr de domenii pentru forţă Caracteristicile tehnice ale dinamometrelor electronice Zwick (1402; 1421; 1461) dd/dt = const. inductiv Zwick Textimat 1504 dd/dt = const. TDLV METRIMPEX FY -36 Ungaria dd/dt = const. rezistiv Textechno Statimat dd/dt = const. inductiv 50 N; 500 N 200 N 30/ 60 N 1 /10 N 4 1: 1; 1: 2; 1: 5; 1: 10; 6 3 1: 1; 1: 2.5; 1: 5; 4 1: 1; 1: 2; 1: 5; 1: 10; Precizie (forţă) ±0,1 cn ±0,1 cn ±0,1 cn ±0,1 cn Distanţa la cleme, 500, reglabilă; 500, reglabilă 900; 800; mm Cursa clemei mobile 220; 600; Măsurarea alungirii Numerică Numerică Numerică Numerică Precizie (alungire), ±0,1 ±0,1 ±0,1 ±0,1 mm Înregistrare grafică F-D F (t); D(t); F (t); D(t); F-D F-D F-D Domeniu de redare, mm Viteza de solicitare, mm/min Dinamometre electronice Particularităţi ale echipamentului de testare Tabelul IX.6.11 Caracteristici tehnice Testarea şi evaluarea datelor SISTEMUL STATIMAT 4 (Textechno) Testare proprietăţi tensionale ale firelor tehnice şi testare: solicitarea statică a Metoda automatizată de altor materiale (ţesături, firelor; aplicarea automată benzi, semitorturi) cu dispozitive de fixare adecvate. devierea automată a firului a torsiunii suplimentare, Repartizarea unei torsiuni pentru reducerea tensiunii liber programabile înaintea clemelor înaintea testului curent. (opţional); testarea fineţii Introducerea torsiunii firului (opţional). suplimentare elimină efectele de rupere progresivă şi de măsurare 10 N, 100 N, Forţa de măsurare: niveluri optimizează torsiunea N, 5000 N. Clemele pentru testarea Alungire: măsurarea cursei automată cu / fără/ devierea automată şi cu / fără / 0,4 mm.; viteza clemei clemei mobile; rezoluţia de dispozitiv de torsionare. mobile: m/min.

24 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 315 Tabelul IX.6.11 (continuare) Devierea automată a firului la intrarea în clemă pentru a reduce forţele de închidere şi a preveni ruperea la clemă; utilizarea unui mecanism cu role pentru înaintarea cu lungimea de fir dorită. Testarea manuală cu module speciale pentru testarea rezistenţei ţesăturilor la: sfâşiere, glisare, forfecare, testarea filamentelor din elastomeri; suporturi pentru tricoturi tubulare; cleme pentru probe scurte plate (rezistenţa la delaminare) Lungimea epruvetei: min 40 mm (fără devierea clemelor).; cursa clemei: max 480 mm la lungimea epruvetei de 500 mm. Schimbător de formate: standard cu două poziţii, existins până la 48 poziţii. Mecanismul rolelor cu ştift: viteza maximă de înaintare 300 m/min; precizia de măsurare a lungimii 0,6 mm. Sistemul Autocount colectarea integrală a firului automat de determinare a fineţii: fineţe maximă în funcţie de material dtex; precizia de cântărire 1 mg SISTEMUL STATIMAT ME Dispozitiv de alimentare cu role pentru tragerea oricărei lungimi de fir cu viteză mare, înainte de începerea testului, pentru un nou format sau între două determinări de pe acelaşi format. Sistem de alimentare dotat cu senzor optoelectronic; punctele specifice în fir (ex: nodurile şi îmbinările care măresc secţiunea testată) se marchează prin culoare. Clemele dispozitivului de fixare lucrează cu aer comprimat în regim automat şi pot fi: pentru fire foarte rezistente şi monofilamentare; pentru teste la benzi de ţesătură, teste de aderenţă, rezistenţa cusăturilor sau măsurarea forţelor de separare, determinarea alunecării sau lipirii benzilor; testare monofilamente cu diametrul maxim de 1 mm sau benzi înguste. Testare: automat, semiautomat a probelor de fir la solicitare statică: ţesături fixare manuală a probei. Forţa: 3 trepte de măsurare, max.1000n. Alungire: măsurare electronică a cursei clemei de solicitare prin intermediul unui traductor, cu precizia de 20 mm. Gradientul de deformare: variabilă, în limitele mm/min. Lungime de prindere a epruvetei: min 50; max 500 mm; cursa maximă a clemei 460 mm, la epruveta de 500 mm. Schimbător de formate: standard 20 poziţii-extins la 50; dispozitiv de alimentare cu role: viteză maximă de alimentare 500m/min, precizia de lungime măsurată 0,5 mm. Sistem automat de determinare a fineţii: max dtex,precizia balanţei 1 mg; calibrare cu TESTCONTROL.

25 316 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Tabelul IX.6.11 (continuare) Pentru fire elastomere testul automatizat foloseşte un mecanism special de alimentare în zona de analiză cu tensiune mică, constantă Soft standard; programe speciale: testare sub încărcare alternativă: încărcare şi descărcare în limite de forţă (deformaţie) conf. DIN 53835; limită constantă sau variabilă în trepte; test de revenire: relaxarea (forţei) în timp SISTEMUL USTER TENSORAPID Gama încercărilor la Măsurarea forţei: tracţiune: teste electronic, cu gradient de dinamometrice clasice; deformaţie constant,fără testarea comportării inerţie; precizie: ± 1 cn; elastice,respectiv verificarea preciziei cu vâscoelastice a firelor şi ISOINSPECT. ţesăturilor; solicitări Domenii de măsură pentru ciclice între limite de forţă forţă: 0,2-500N pentru fire şi alungire. filate, filamentare, fire Clemele interschimbabile, elastomere, fire răsucite realizate din diverse şi ansambluri de fibre; materiale, cu presiunea de 0, N fire filate, prindere fiind filamentare, mai groase programabilă. decât 10 tex, fire răsucite, Accesorii speciale: cleme jurubiţe, ţesături. ceramice sau cu suprafeţe Principiul de măsurare dure pentru: fire alungire: electronic, filamentare, răsucite, precizie ± 1 %. rezistente; fire filamentare Domeniul de măsură pentru neetirate, parţial etirate sau deformaţie: lungimea probei de 100 mm: %; foarte fine; materiale cu tendinţe de lipire de suprafeţe lustruite; fire 500 mm: 1-140%. de 200 mm: 1-500%; de filamentare cu conţinut de Viteza clemei active: aditivi abrazivi pentru obţinerea de suprafeţe mate sionare: 0, cn; mm/min; preten- (bioxid de titan); cleme lungimi de testare: cu pentru ţesături-fâşii; testarea ansamblurilor de fibre orizontală: mm, clemele în poziţie pentru testul de aderenţă; verticală mm. cleme pentru jurubiţe Dispozitiv de schimbare automată a firului, max.40 formate; posibilă deservire manuală. Procesorul de semnal cu interfaţă -schimb de date sistemele USTER LABDATA; USTER UTLINK

26 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 317 Tabelul IX.6.11 (continuare) SISTEMUL USTER TENSOJET Gama de aplicaţii limitată la fire. Sistem de testare de înaltă performantă complet automat,cu până la de teste de fir/ oră. Firul desfăşurat continuu de pe format, introdus în zona de măsurare cu un jet de aer comprimat şi solicitat la rupere între 2 perechi de role; metoda testează capacitatea de prelucrare a firelor, furnizând o predicţie asupra numărului de ruperi probabil. Capacitatea de testare şi lungimea de fir testată sunt comparabile cu cele ale instalaţiilor de testare a neregularităţii. USTER TENSOKID Domeniu de utilizare: fire textile din fibre naturale, sintetice sau amestecuri, din elastomeri,fire tehnice, fire răsucite, ţesături textile sau tehnice, jurubiţe de fire, benzi, ţesături impregnate, folii,prin interfaţa USTER TENSOKID; flexibilitate maximă. Folosit ca unitate independentă, baza ideală la sistem de asigurare a calităţii sau completare la sisteme de măsurare automată, încercări speciale, pentru USTER TENSOJET. Testare caracteristici elastice (curbe de histerezis) cu: determinarea forţei de relaxare; solicitări ciclice între alungiri constante fixate. Domeniu de utilizare: fire tex (Nm 6,5-100); Capacitate de testare: teste/ oră la viteză de testare: 50, 100, 200; 400 m/min; Principiul de măsurare al forţei: electronic, fără inerţie; precizia ± 1 cn. Principiul de măsurare al alungirii: electronic, fără inerţie; precizie ± 1%. Domeniul de măsură forţă: 0,7-50 N, iar pentru alungire între 3 şi 70%. Lungimea de testare: 500 mm (consum de fir: 800 mm/test). Deservire automată: max. 24 de formate. Sistem de calcul; controlul instalaţiei; dialogul cu utilizatorul; mesaje de eroare; indicator pe ecran. Interfaţă RS 232 pentru transfer de date la alte sisteme. Reetalonare la 100 milioane teste. Solicitare: gradient de deformaţie constant. Posibilităţi de testare: întindere, histereză (opţional); Măsurarea forţei: electronică, fără inerţie. Măsurarea alungirii: electronică. Viteza de solicitare ajustabilă continuu între 0,1 şi 800 mm/min. Pretensionare: ajustabilă continuu; lungime probă: mm. Domeniul de măsură alungire: probe de 50 mm: %; de 500 mm: 1-160%. Senzorii de forţă şi clemele sistemului de prindere compatibile; senzori: 0,5-50 N (0,05-5 kgf) fire filate şi filamentare; N (0,2-50 kgf) fire filate, filamentare şi răsucite;

27 318 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Tabelul IX.6.11 (continuare) N (0,8-250 kgf) fire filate,filamentare cu rezistenţa mare, fire răsucite, jurubiţe, ţesături: cleme pentru fire, ţesături; rezistenţă la sfâşiere cusături; cleme pentru jurubiţe. FAFEGRAPH HR (Textechno) Testează proprietăţile tensionale ale fibrelor unice; inclusiv în mediul umed. Determinări cu forţe de întindere foarte mici pentru aprecierea ondulaţiei fibrelor sau filamentelor; testul ondulaţiei efectuat separat sau simultan cu proprietăţile tensionale, fără a modifica ciclul de funcţionare al instrumentului. Clemele acţionate cu aer comprimat. Sistem de măsurare al forţei prin compensare, nou în determinarea proprietăţilor tensionale. Calibrarea semiautomată periodică a testerului: conform ISO 900. Realizarea magaziei de fibre, pregătite în vederea testului,în stare pretensionată. Soft standard; programe speciale pentru: încărcări alternative (încărcareadescărcarea ciclică) între valoarea limită de deformaţii şi/ sau forţe în concordanţă cu DIN (deformaţiile maxime sau forţele limită se menţin constante sau cresc în trepte) cu interval de timp diferit; testele de relaxare (proba deformată până la o valoare determinată de deformaţie sau forţă); prin menţinerea constantă a unuia dintre parametri se pot evidenţia: descreşterea forţei de întindere (relaxare); creşterea deformaţiei în timp. IX Comportarea materialelor textile la solicitarea de tracţiune dinamică IX Indici pentru aprecierea comportării materialelor textile la solicitarea de tracţiune dinamică Realizarea produselor din filatură semifabricate şi fire şi prelucrarea firelor în ţesătorie sau tricotaje presupune solicitări de tracţiune aplicate în regim dinamic. Procesarea semifabricatelor şi firelor impune tensiuni tehnologice al căror nivel depinde de etapa de prelucrare.

28 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 319 Tensiunea utilă este generată prin: antrenarea produsului sub controlul vitezei de debitare (V D = const.)prin includerea pe traseul tehnologic al acestuia a dispozitivelor de frânare, ce permit menţinerea valorilor tensiunii în limite prescrise; antrenarea firului sub controlul vitezelor de alimentare şi debitare (V A = const., V D = const.) şi, în această condiţie, tensiunea tehnologică este dependentă de deformabilitatea şi viscoelasticitatea produsului prelucrat. Tensiunea de prelucrare generează efecte de cumulare între fazele procesului tehnologic: se limitează superior (20-30 % P r ) pentru a menţine transferul proprietăţilor tensionale în limite convenabile şi pentru a evita apariţia deformaţiilor remanente; se evită neuniformitatea tensiunii care generează efecte complexe, de natură mecanică transferul firelor între formate se face cu diminuarea randamentului şi pierderi de material şi de natură fizico-chimică relaxarea tensiunilor neuniforme în procesele de finisare conduce la variaţii ale afinităţii pentru substanţele chimice, cu efecte nedorite de vopsiri neuniforme. Tensiunea dezvoltată la nivelul deformaţiei, stabilită prin diferenţa V D V A : nu corespunde valorii indicate în diagrama caracteristică forţă-deformaţie, obţinută în cadrul testelor statice; impune utilizarea metodei de măsurare în regim dinamic, pentru stabilirea corectă a limitelor tehnologice şi a efectelor prelucrării asupra proprietăţilor firelor. Aceste observaţii se pot extrapola şi asupra semifabricatelor, în cazul cărora tensiunea trebuie să asigure forţa de laminare necesară pentru compensarea aderenţei semifabricatelor. Controlul tensiunilor tehnologice se asigură prin dinamometrele continue utilizate atât în controlul off-line pentru optimizarea parametrilor de prelucrare, cât şi în controlul on-line pentru asigurarea calităţii procesului. Comportarea produselor liniare în regimul la solicitarea de tracţiune dinamică se exprimă prin indici şi parametri statistici (tabelul IX.6.12). Indici pentru aprecierea comportării la solicitarea de tracţiune dinamică Principiul de măsurare Mărimi controlate Indici Măsurarea variaţiei tensiunii/ forţei de aderenţă la testul de deformare constantă Măsurarea variaţiei deformaţiei la aplicarea unei tensiuni constante Determinarea tensiunii necesare pentru a menţine numărul de ruperi în standard V A,V D viteza cilindrilor de alimentare şi debitare V D = V A (1+ ε) ε deformaţia relativă, reală a materialului testat; a = const. log N log n1 T = t1+ ( t2 t1) log n log n 2 1 Tabelul IX.6.12 T tensiunea în fir, cn, N; F ad forţă de aderenţă; N, dan; T 1 / 3 = a ε +b Mijloace mecanice de măsurare T tensiunea necesară pentru a menţine numărul de ruperi N în standard; n 1 ; n 2 numărul ruperi corespunzător tensiunilor t 1 şi respectiv t 2 Parametrii statistici se utilizează pentru calculul limitelor de control şi urmărirea evoluţiei valorilor acestora prin metode grafice: controlul statistic al valorii medii permite încadrarea procesului de prelucrare în limitele tensiunilor tehnologice prescrise, a căror valoare optimă se stabileşte în raport cu valoarea rezistenţei la tracţiune (de regulă, nu trebuie să depăşească limita de elasticitate);

29 320 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ controlul statistic al valorii coeficientului de variaţie evidenţiază într-un proces tehnologic stabil instabilitatea indicilor de calitate ai materialului prelucrat; în cazul unui material ale cărui proprietăţi sunt caracterizate prin uniformitate; variaţia CV [%] reflectă fluctuaţii ale parametrilor de proces. IX Măsurarea tensiunii firelor în regim dinamic Dinamometrele continue utilizează două principii de măsurare: determinarea variaţiei forţei de întindere la aplicarea unei deformaţii constante (tensometre): utilizate în procesele tehnologice de prelucrare a firelor, pentru controlul tensiunii ca parametru de proces; măsurarea se realizează off şi on line; determinarea variaţiei deformaţiei la aplicarea unei forţe de întindere constante,cu utilitate tehnologică mai redusă şi cu realizări practice bazate pe principii mecanice. Măsurarea individuală a tensiunii firelor (control off line). Tensometrele electronice (fig. IX.6.17) utilizează senzori capacitivi inductivi (traductoare capacitive/ inductive diferenţiale) care lucrează în domeniul de frecvenţă adecvat variaţiilor rapide ale tensiunii firelor la viteze de prelucrare curente. Semnalul de măsurare se obţine sub forma unei tensiuni electrice variabile, proporţională cu tensiunea în fir; tensometrele pot fi conectate cu: indicatoare şi înregistratoare analogice (f < 30 Hz, la viteze de deplasare a firelor < 300 m/min); înregistratoare rapide (pentru v > 300 m/min); indicatoare numerice pentru determinarea valorii tensiunii maxime. Fig. IX Principiul constructiv şi structura tensometrelor cu măsurare continuă. Exemple de mijloace de măsurare performante pentru controlul off line al tensiunii firelor sunt: extensometrul Branca pentru măsurarea dinamică a tensiunii firelor; instalaţia Cohesion-meter, pentru măsurarea forţelor de aderenţă în semifabricate (tabelul IX.6.13).

30 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 321 Performanţe tehnice ale tensometrelor electronice Tabelul IX.6.13 Domeniul de variaţie Branca Cohesion-meter Viteza de debitare, m/min Deformaţie totală, valoare maximă, % 0,5-40 5; 10; 25; 50; 100; 150 Forţa de întindere maximă, cn ; 2000; 5000 Amplificare x1; x.3; x10 x1; x.2; x4 Viteză de înregistrare, mm/h 1200; 2400; 7200 Ecartament, cm Posibilitate de testare în regim static Da Măsurarea în ansamblu a tensiunii firelor (control on line). Tensiunea ansamblului de fire constituie un parametru tehnologic de control al operaţiei de încleiere; delimitarea acestuia este strictă, datorită condiţiei de aplicare imersia în apret, fire în stare umedă. Determinarea tensiunilor în acest caz se poate realiza cu tensometre mecanice cu arc variaţiile de tensiune fiind caracterizate prin amplitudini mici şi frecvenţă redusă; tensometrele mecanice sunt amplasate pe traseul de prelucrare, în punctele care presupun schimbări de stare după imersia în apret, la intrarea sau ieşirea firelor din uscător. Limitele de control pentru tensiunea firelor încleiate se pot stabili prin studiul diagramelor forţă - deformaţie realizate prin testele statice realizate pe fire umezite. Un sistem electronic pentru controlul şi monitorizarea tensiunii firelor, utilizat în procesele tehnologice de realizare a firelor filamentare de exemplu Firma Barmag (fig. IX.6.18) impune conectarea instalaţiei de măsură (care funcţionează pe principiul capacitiv) la o unitate de calcul performantă (care prelucrează informaţiile de măsurare prin soft specializat în scopul determinării parametrilor statistici: valoare medie a tensiunii, limite de control pentru valoarea medie; coeficientul de variaţie al tensiunii şi limita de control a acestuia). Fig. IX Sistemul Barmag monitorizarea calităţii firelor filamentare. Fig. IX Grafic de control statistic în sistemul Barmag.

31 322 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Rezultatele monitorizării procesului tehnologic, prezentate sub forma graficelor de control statistic (fig. IX.6.19), sunt relevante pentru: calitatea firelor (în proces tehnologic stabil ca parametri şi reglaj); calitatea procesului (la prelucrarea unui material uniform şi omogen, sub aspectul caracteristicilor structurale). Măsurarea forţei de contracţie a firelor la tratamente termice (off line; on line). Determinarea forţei de contracţie a firelor la tratamente termice constituie o metodă de optimizare a parametrilor tratamentelor termice, aplicată în tehnologiile de prelucrare, pentru a regla stabilitatea dimensională a produselor; completează informaţiile obţinute prin determinarea contracţiei în condiţii standard şi, prin corelaţii dintre efectele de contracţie şi parametrii temperatură, durată, tensiune, stabilindu-se regimul optim de prelucrare. Măsurarea forţei de contracţie se utilizează în metodele de: control off line laborator; control on line la nivelul proceselor tehnologice de prelucrare a firelor filamentare, care presupun interferenţa acţiunilor agenţilor mecanici şi termici (exemplu: tehnologiile de texturare prin torsiune falsă, unde neuniformitatea forţei de contracţie este relevantă pentru neuniformitatea structurală). Instalaţia de măsură de laborator (fig. IX.6.20) cuplează modulul pentru măsurarea tensiunii firului cu un modul pentru încălzirea epruvetelor (în limitele unui regim de temperatură strict determinat); indică variaţia forţei de contracţie pe parcursul determinării prin tensometru electronic al cărui semnal de ieşire, tensiune electrică, poate fi prelucrat cu sistem de calcul şi reprezentat prin procedee grafice performante. Fig. IX Determinarea forţei de contracţie a firelor la tratamente termice; principiul constructiv. IX Valorificarea tehnologică a rezultatelor asupra proprietăţilor tensionale IX Testarea proprietăţilor tensionale ale firelor IX Factori de influenţă ai proprietăţilor tensionale Proprietăţile tensionale ale firelor sunt determinate la nivelul compoziţiei fibroase, al modelului structural şi al parametrilor tehnologici de prelucrare şi reprezintă o caracteristică rezultativă care reflectă transferul proprietăţilor tensionale în sensul fibră-fir, prin valoarea coeficienţilor de transfer. Componenţii şi tehnologia de realizare a unui fir determină nivelul şi neuniformitatea proprietăţilor tensionale, dependenţa faţă de parametrii de climat şi de parametrii de încercare.

32 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 323 Proprietăţile tensionale ale fibrelor sunt determinate de structura chimică, moleculară, fizică, supramoleculară şi histomorfologică; fiind generate la acelaşi nivel structural cu proprietăţile fizice, aceste caracteristici vor fi interdependente, asociindu-se în orice moment cu conţinutul de umiditate. Proprietăţile tensionale ale fibrelor se determină prin metode de: solicitare individuală, cu evaluarea prin parametri statistici ai calităţii (intrinseci materiei prime); solicitare în mănunchi, prin care evaluarea se adaptează utilizării tehnologice, prin algoritmul de eşantionare. Fig. IX Curbe caracteristice efort- deformaţie specifice principalelor categorii de fibre textile: 1 in, cânepă; 2 bumbac; fibre sintetice; lână, fibre artificiale. Proprietăţile tensionale ale fibrelor (fig. IX.6.21) sunt redate prin curbele caracteristice efort-deformaţie, care reflectă diversitatea structurală prin limitele largi de variaţie ale indicilor (tabelul IX.6.14). Fig. IX Diagramele caracteristice forţă-deformaţie specifice principalelor categorii de fire din fibre: 1 bumbac cardat (25 tex); 2 in, filat uscat (70 tex); 3 lână pieptănată (40 tex); 4 mătase nedegomată (2,5 tex); 5 viscoza clasică (25 tex); 6 viscoza, modul înalt (9 tex); 7 celofibră (25 tex); 8 poliamidă, filamentar (5 tex); 9 sticlă (7 tex).

33 324 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Limite de variaţie ale proprietăţilor tensionale principalele categorii de fibre Fibra textilă Densitatea liniară Sarcina de rupere Rezistenţa specifică Alungirea relativă la rupere Tabelul IX.6.14 Energia de deformare la rupere tex cn cn/tex % cn.mm Bumbac 0,16-0, In, fibră elementară 0, In, fibră tehnică Cânepă, fibră elementară 0,22-0, Cânepă, fibră tehnică Lână fină 0,1-0, Lână groasă 1, ,2-3,2-3,2 Mătase naturală 0,22-0, nedegomată Viscoză Fibre poliesterice 0, Fibre poliacrilnitrilice Fibre de sticlă ,5 Parametrii de procesare trebuie să asigure menajarea proprietăţilor tensionale iniţiale. IX Modelul şi parametrii de structură Modelul şi parametrii de structură se reflectă în coeficientul de transfer k al proprietăţilor tensionale în sensul fibră-fir,care, determinat în cea mai simplă formă este: σ F = kσ f (IX.6.1) unde: σ F, σ f sunt tenacitatea firului şi, respectiv, tenacitatea fibrelor componente. Valoarea coeficientului de transfer este determinată de încadrarea firului într-un model structural,care depinde de tehnologia de prelucrare (proces cardat; pieptănat) şi de sistemul de filare utilizat: valoarea coeficientului de transfer este determinată de modul de consolidare structurală care, atât în cazul firelor clasice cât şi în cazul majorităţii firelor neconvenţionale,se realizează prin torsionare; gradul de torsionare al firului constituie factorul determinant al compactităţii structurale şi cuantifică transferul proprietăţilor mecanice în sensul fibră-fir; gradul de torsionare constituie parametrul de structură prin care se asigură conformitatea proprietăţilor mecanice cu destinaţia firului realizat dintr-un amestec de fibre cu proprietăţi determinate; condiţiile efective de realizare a firului (parametrii de prelucrare tehnologică; parametrii de reglaj), determină neregularitatea structurală, neregularitatea locală şi pilozitatea firelor care se reflectă în neuniformitatea proprietăţilor mecanice ale acestuia. Caracteristicile mecanice ale firelor, ilustrate prin diagramele forţă-deformaţie, relevă dependenţa de natura fibrelor componente şi de procesul tehnologic sau de sistemul de filare utilizat.

34 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 325 Firma Zelwegger stabileşte limitele de variaţie ale caracteristicilor mecanice ale diferitelor categorii tehnologice de fire, elaborând Uster Statistics prin teste pe eşantioane reprezentative din producţia curentă. Caracteristicile mecanice analizate statistic sunt valoarea medie a tenacităţii şi a coeficientului de variaţie al sarcinii de rupere; valoarea medie a alungirii la rupere şi a coeficientului de variaţie al acesteia; energia medie de deformare la rupere şi valoarea coeficientului de variaţie corespunzător (tabelul IX.6.15). Limite de variaţie ale caracteristicilor mecanice ale firelor Nm 50 din amestecuri de fibre uzuale Tabelul IX.6.15 Fir Nm 50 τ, N/Tex CV τ, % ε τ, % CV ε, % W, cn cn CV W,% B.c 100%,MFI 0,15-0,21 7,5-11 5,2-6,8 6,5-10, B.p 100%,MFI 0,16-0,22 6,5-9,5 5-6,6 5,4-8, ,5-14,5 B.p MFI, 67/33 PES/B 0,19-0, , B.c,MFI, 100%PES 0,3 9, B.c MFI, 100%Celo 0,158 8,8 13,2 8, B.c MFI, 67/33PES/Ce 0, ,8 7, LP,100%L 0,6-0, , , LP,MFI, 55/45PES/L 0, ,5 13, B.c 100%,R 0,9 0,14 7,5-11,2 5,2-7 6, ,9 B.c,R, 50/50PES/B 0,1-0,15 8,4-11,9 7-9,4 7, ,9-21,8 B.c, R, 100%,Celo 0,108-0, ,5 9,4-12,7 8-11, B.c,AJ, 50/50 PES/B 0,135-0,172 8,5-11,5 8,4-10,5 7,4-10, ,5-14,5 B.c,AJ, 65/35PES/B 0, ,9 Valorile indicilor proprietăţilor tensionale corespund firelor produse prin tehnologiile convenţionale şi neconvenţionale, curente, pentru firele realizate la Nm 50; se poate constata că aceeaşi categorie tehnologică de fir se poate realiza la diferite niveluri de calitate, ceea ce se explică prin: diversitatea proprietăţilor fizice şi mecanice ale fibrelor utilizate; tehnologia şi parametrii tehnologici de prelucrare adoptaţi; gradul de torsionare aplicat. Observaţii: 1. Coeficientul care defineşte transferul proprietăţilor tensionale în sensul fibră-fir (k) face abstracţie de faptul că proprietăţile tensionale ale firelor sunt generate de ansamblul proprietăţilor fibrelor componente, consolidate prin metode diferite, conform unui anumit model structural; încercările de a evidenţia legăturile dintre proprietăţile mecanice ale firelor şi proprietăţile fibrelor componente vizează: proiectarea raţională a amestecurilor; proiectarea şi optimizarea proceselor tehnologice de prelucrare. 2. Metodologiile de analiză abordate prin utilizarea metodelor clasice de măsurare a proprietăţilor fibrelor şi firelor au un domeniu de aplicaţie restrâns; dezvoltarea sistemelor de măsurare pentru fibre şi fire a permis extinderea cercetărilor pentru un număr mare de loturi, prin: alegerea proprietăţilor cu influenţe semnificative;

35 326 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ stabilirea şi generalizarea ecuaţiilor de transfer; stabilirea unor algoritmi de analiză statistică adecvaţi. 3. Metodele de analiză utilizate sunt: metoda regresiei multiple, stabilirea ecuaţiei de regresie; validarea coeficienţilor de regresie şi calculul coeficientului de corelaţie. Aplicarea metodologiilor de analiză a transferului de proprietăţi este limitată la domeniul de aplicare al analizei; extinderea rezultatelor conduce la erori de interpretare a transferului de proprietăţi, datorită multitudinii factorilor de influenţă şi complexităţii legăturilor de corelaţie. 4. Coeficientul de transfer este determinat la nivelul compoziţiei fibroase; chiar dacă aceasta se menţine, procesarea diferită este reflectată în diversitatea proprietăţilor tensionale, prin parametri statistici şi repartiţii diferite ale valorilor indicilor determinaţi. 5. Determinarea coeficientului de transfer şi analiza acestuia prin metoda regresiei multiple conduc la concluzia că transferul este influenţat de: parametrii statistici ai lungimii fibrelor; parametrii statistici ai fineţii fibrelor; gradul de puritate şi chiar de conţinutul de impurităţi şi defecte al fibrelor. IX Factorii metrologici determinanţi pentru rezultatele încercărilor de tracţiune efectuate asupra materialelor textile Testarea şi analiza proprietăţilor tensionale se realizează prin solicitarea la tracţiune, care constituie una dintre cele mai importante încercări standardizate efectuate asupra firelor. Încercările se diferenţiază prin: metoda de solicitare; modul de prezentare şi de pregătire al epruvetelor supuse solicitării; condiţiile metrologice de încercare. Unitatea şi compatibilitatea rezultatelor încercărilor se asigură prin standarde; orice abatere de la standard impune precizarea condiţiilor metrologice în buletinul de analiză. Metoda de solicitare se justifică în contextul elementelor pe care dorim să le evidenţiem prin analizele efectuate; fiecare condiţie din metodologia de încercare influenţează relevanţa rezultatelor obţinute prin programul de încercări efectuat. Metoda de solicitare determină forma diagramei caracteristice forţă-deformaţie şi acest lucru se explică prin comportamentul vâscoelastic al materialelor textile; în timpul solicitării de tracţiune, materialele textile prezintă un domeniu Hooke limitat, particularizându-se prin caracterul neliniar al dependenţei dintre efort şi deformaţie. Aceasta explică diferenţele semnificative ale valorilor obţinute la testarea caracteristicilor mecanice ale produselor textile prin diferite metode de solicitare, care se interpretează ca erori de interacţiune; din acest motiv, sunt preferate metodele pentru care sunt posibile controlul şi reproductibilitatea regimului de lucru (df/dt = const.; dd/dt = const.). Observaţii: 1. Testarea alternativă a aceluiaşi material prin metodele df/dt = const.; dd/dt = const. (fig. IX.6.23), conduce la diferenţierea valorilor sarcinii şi alungirii la rupere, iar fenomenul este cu atât mai vizibil cu cât caracterul neliniar al curbei efort-deformaţie este mai pronunţat; în cazul firelor, diferenţele sunt evidenţiate statistic. 2. Metoda de solicitare cu gradient de forţă constant conduce la valori mai mari ale caracteristicilor dinamometrice şi acest lucru se justifică prin comportamentul vâscoelastic al materialelor fibroase; fenomenele de curgere, specifice tensiunilor mari, determină

36 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 327 ruperea la valori mai mici ale acestora în cazul solicitărilor sub gradient de deformaţie constant. Fig. IX Comparaţie între caracteristicile dinamometrice obţinute prin metodele de solicitare cu gradient de forţă şi de deformaţie constant obţinute la: a testarea firelor de bumbac; b testarea firelor de lână. 3. Metoda de solicitare care asigură un criteriu controlabil justifică comparaţia dintre produse textile din aceeaşi categorie sub aspectul caracteristicilor mecanice; în cazul metodelor menţionate, pentru acelaşi nivel al solicitării sau al deformaţiei aplicate produsele testate se diferenţiază prin deformabilitate sau rezistenţă diferită. Modul de prezentare şi de pregătire a epruvetelor supuse solicitării. Se precizează ca factori determinanţi ai regimului de efectuare al încercărilor (pentru rezultatele testării): lungimea liberă de prindere a epruvetelor (distanţa iniţială la clemele dispozitivului de prindere), l 0, viteza de deplasare a clemei de tracţiune, V T, şi durata de solicitare până în momentul ruperii. Lungimea liberă de prindere a epruvetei de fir constituie un factor metrologic important, care influenţează modul în care elementele structurale ale produsului testat preiau solicitarea, şi este influenţată de probabilitatea existenţei secţiunilor slabe; valoarea lungimii libere de prindere este standardizată, iar nerespectarea condiţiei în cazul efectuării unui test trebuie specificată. Valoarea standardizată a lungimii libere de prindere se alege în funcţie de structura şi de caracteristicile mecanice ale produsului testat, de mijlocul de măsurare utilizat şi de domeniul de măsură pentru deformaţie cu care este prevăzut.

37 328 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Lungimea liberă de prindere influenţează atât valoarea sarcinii de rupere cât şi valoarea coeficientului de variaţie; dependenţa este redată prin relaţia lui Pierce: L PL = PL 4, 2σ 1 0 P L 0 L 0 0,2, (IX.6.2) în care: L este distanţa liberă de prindere pentru care se efectuează calculul; L 0 distanţa liberă de prindere în momentul testului; σ valoarea abaterii standard a sarcinii de rupere în testul P L0 efectuat; P L 0 valoarea medie a sarcinii de rupere, obţinută în cadrul testului. Relaţia lui Pierce se verifică experimental pentru toate produsele textile fibre, semifabricate sau textile plane; descreşterea valorii sarcinii de rupere la creşterea lungimii libere de prindere se interpretează în funcţie de relaţia dintre aceasta şi dimensiunile elementelor structurale, precum şi sub aspect statistic, în funcţie de repartiţia secţiunilor slabe (ultimul aspect fiind asociat mai ales fibrelor, semifabricatelor şi firelor). Cunoaşterea relaţiei dintre valoarea determinată a sarcinii de rupere şi lungimea liberă de prindere permite raţionalizarea condiţiei metrologice de testare a proprietăţilor tensionale ale materialelor textile standardizare (tabelul IX.6.16) şi adaptarea lungimii epruvetei la scopul determinărilor. Testarea proprietăţilor tensionale Produsul testat Fibre textile Valori standardizate ale lungimii de prindere a epruvetelor Tabelul IX.6.16 Modul de solicitare Lungimea de prindere STAS În mănunchi / bumbac 0; 3 mm Individual / bumbac Individual / lână Individual /chimice 10 mm 20 mm 20 mm Fascicul liberiene, fuior 100 mm Fascicul liberiene, câlţi 70 mm Semifabricate Individual 300 mm; 2,5 lf Fire Textile plane* Individual Jurubiţă Individual Individual 500 mm 500 mm 200 mm 100 mm Viteza de solicitare. Este un factor care influenţează valorile indicilor proprietăţilor tensionale prin intermediul caracteristicilor vâscoelastice şi se reflectă atât în valoarea rezistenţei la tracţiune cât şi în valoarea alungirii la rupere. Controlul riguros al influenţei acestui parametru se realizează prin solicitarea sub gradient de deformaţie constant; viteza de deformare determină timpul de rupere, care determină

38 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 329 valoarea rezistenţei la tracţiune; această interdependenţă a fost sintetizată de Pierce şi Migdley prin relaţia: F10 t Ft = F10 log, (IX.6.3) în care: F 10 este forţa de rupere determinată la timpul de rupere de 10 secunde; F t forţa de rupere corespunzătoare timpului de rupere de t secunde. Din relaţia anterioară rezultă că variaţia relativă a forţei de rupere F 10 F t /F 10 este liniar dependentă de valoarea: 1/10 logt/10. În cazul firelor, interdependenţa este verificată statistic şi generalizarea sa este permisă, conform reprezentării din figura IX Fig. IX Variaţia caracteristicilor mecanice ale firelor în funcţie de viteza de testare. Relaţia Migdley-Pierce statuează importanţa timpului de rupere ca factor metrologic definitoriu pentru încercările de tracţiune; pentru uniformizarea metodelor de testare, timpul de rupere este standardizat (ISO) pentru fiecare categorie structurală de material textil.timpul de rupere prescris este de: 20±3 s pentru produse filiforme; 30±15s; 30±10 s pentru textile plane. Observaţii: 1. Standardele germane (DIN) prescriu valoarea gradientului de deformaţie, în funcţie de deformabilitatea produsului testat, pornind de la observaţia că viteza de deformare influenţează atât valoarea sarcinii cât şi valoarea alungirii la rupere. Problema este actuală, mai ales în cazul firelor, care se prelucrează în tehnologiile moderne la viteze mult mai mari decât în trecut. 2. Firma Zelwegger recomandă testarea caracteristicilor mecanice ale firelor în condiţiile vitezei de deformare de 5 m/min (Uster Tensorapid); de 400 m/min (Uster Tensojet) şi pune la dispoziţie informaţii statistice (Uster Statistics). Parametrii de climat. Se vor analiza efectele umidităţii relative şi ale temperaturii asupra materialelor textile. Umiditatea relativă a aerului. Comportarea materialelor textile la solicitările mecanice este influenţată de conţinutul de umiditate, ceea ce justifică necesitatea condiţionării probelor în atmosfera standard. Efectele variaţiei conţinutului de umiditate au fost studiate mai ales în cazul fibrelor şi firelor caracterizate prin higroscopicitate, pentru care se constată în general creşterea deformabilităţii şi reducerea rezistenţei o dată cu creşterea umidităţii relative a

39 330 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ aerului; fac excepţie firele din fibre celulozice naturale, ai căror indici cresc la creşterea umidităţii relative a aerului (bumbac, in, cânepă), şi firele din fibre sintetice, cu higroscopicitate foarte redusă, ale căror proprietăţi tensionale rămân neschimbate (fig. IX.6.25). Fig. IX Variaţia caracteristicilor mecanice ale fibrelor sub influenţa umidităţii relative a aerului, evidenţiată prin curbe efort-deformaţie. Temperatura. Variaţia temperaturii de testare influenţează comportarea materialelor textile la solicitarea de tracţiune (fig. IX.6.26) în funcţie de structura chimică a fibrelor componente: scăderea temperaturii reduce flexibilitatea legăturilor intermoleculare prin diminuarea agitaţiei termice, determinând creşterea tenacităţii şi reducerea deformabilităţii; creşterea temperaturii conduce în general la o scădere a tenacităţii şi la o creştere a deformabilităţii în cazul fibrelor sintetice; în unele cazuri, sunt posibile recristalizări; variaţia temperaturii de testare determină variaţii semnificative ale proprietăţilor tensionale, în cazul materialelor realizate din fibre artificiale; variaţia temperaturii de testare influenţează mai ales proprietăţile tensionale ale materialelor din fibre higroscopice, în măsura în care acestea pot determina variaţii ale conţinutului de umiditate al materialului testat; pentru aceste materiale, începutul procesului de încălzire este paralel cu o creştere a rezistenţei şi o scădere de alungire; variaţia temperaturii în contextul unor variaţii mari ale conţinutului de umiditate poate determina apariţia unor fenomene de contracţie, prin intermediul cărora proprietăţile mecanice ale materialelor textile se modifică semnificativ. Fig. IX Variaţia caracteristicilor mecanice în funcţie de temperatura de testare.

40 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 331 IX Valorificarea determinărilor efectuate asupra proprietăţilor tensionale ale produselor liniare IX Analiza transferului proprietăţilor tensionale în sensul fibră-fir Contribuţii la stabilirea ecuaţiilor de transfer la prelucrarea bumbacului. Se sintetizează astfel: 1. Rezistenţa fibrelor de bumbac este influenţată de tenacitatea fibrelor componente; transferul este identificat prin variaţia rezistenţei firelor în funcţie de valoarea fineţii, la coeficient de torsiune constant şi prin variaţia rezistenţei firelor în funcţie de torsiune la valoare constantă de fineţe (cap. IX.5), prin metode de măsurare individuală sau în jurubiţă: coeficientul de torsiune critic nu depinde de tenacitatea fibrei componente; tenacitatea fibrei nu influenţează sistematic alungirea la rupere a firelor. 2. Rezistenţa în jurubiţă pentru firele realizate din acelaşi amestec, la diferite valori de fineţe şi torsiune optimă este invers proporţională cu fineţea; dependenţa este stabilită experimental şi exprimată prin relaţii similare: C 2 S 2 = C 1 S 1 21,7(C 2 C 1 ) (IX.6.4) S = M(1/C) K (IX.6.5) Observaţii: Relaţiile pot fi generalizate; constanta K este invers proporţională cu diametrul fibrei (fig. IX.6.27). Rezistenţa unui fir, ca şi rezistenţa unei ţesături de bumbac poate fi prezisă prin filarea unui fir de fineţe maximă în condiţiile torsiunii optime. Fig. IX Rezistenţa jurubiţei în funcţie de (Ne) 1. Fig. IX Corelaţia K - fineţea fibrei de bumbac. 3. Rezultatele obţinute prin determinarea funcţiei CSP (count-strength product) sunt asigurate statistic şi permit identificarea/decelarea influenţei indexului de calitate al fibrelor (FQI) asupra rezistenţei la tracţiune a firelor (fig. IX.6.28): CSP + KC = G (IX.6.6)

41 332 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ FQI = SL(S f0, S f' ) 1/2 (HH 0 ) 1/2 (IX.6.7) unde: SL este lungimea stapel, în 1/32"; S f0 0, S f rezistenţa în smoc distanţa la cleme de 0 şi 1/8"; H, H 0 fineţea şi fineţea standard a fibrelor utilizate. 4. Influenţa caracteristicilor fibrei de bumbac asupra rezistenţei firelor obţinute din aceasta a fost analizată prin metoda regresiei simple şi multiple; prin calculul coeficienţilor de corelaţie s-a evidenţiat contribuţia relativă a fiecărei caracteristici de fibră la rezistenţa firului şi faptul că aceasta este dependentă de varietate şi recoltă. Observaţii: Metodele de regresie permit elaborarea modelelor matematice ale proprietăţilor tensionale ale firelor de bumbac şi evidenţiază faptul că tenacitatea firului de bumbac este controlată în special prin lungimea şi tenacitatea fibrei. Aplicarea metodelor de regresie în analiza proprietăţilor tensionale ale firelor prezintă dezavantajul unei capacităţi reduse de generalizare. Modelele matematice propuse pentru o anumită varietate de bumbac se pot utiliza în predicţia proprietăţilor tensionale ale firelor produse din aceasta şi se verifică prin corelaţia dintre valoarea prezisă şi cea determinată (fig. IX.6.29). Fig. IX Corelaţia dintre tenacitatea prezisă şi tenacitatea determinată la firele de bumbac/ Ne 27 filate pe MFI şi OE-rotor. Introducerea în model a celorlalte proprietăţi nu conduce la schimbări importante ale acesteia şi influenţa în predicţie este nesemnificativă. 5. Introducerea sistemelor HVI în controlul caracteristicilor fibrelor de bumbac a determinat reevaluarea condiţiilor de transfer în sensul fibră-fir, prin intermediul aceloraşi instrumente statistice, cercetătorii fiind interesaţi mai ales de: utilizarea metodei regresiei multiple; generalizarea ecuaţiilor de transfer; procedurile statistice cele mai adecvate. 6. În condiţiile preciziei şi reproductibilităţii sporite prin utilizarea sistemelor de măsurare, s-au stabilit factorii de determinare CSP, pentru valoarea coeficientului de corelaţie, R 2 = 0,68: CSP = 6487, ,84 logs 2913,9M 2 50,1M ,5 logur + 0,00003 (GY) 2 (IX.6.8) Caracteristicile de fibră cu influenţe semnificative, statistic, sunt: rezistenţa, Sf; indicele Micronaire, M, raportul de uniformitate, UR, şi indicele de gri, GY. Forma ecuaţiei de regresie multiplă a fost stabilită prin testarea regresiilor simple (fig. IX.6.30).

42 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 333 Fig. IX Dependenţa CSP faţă de principalele caracteristici ale fibrelor de bumbac. Funcţia CSP prezintă dependenţă liniară faţă de rezistenţa fibrei, lungimea medie, raportul de uniformitate şi indicii de gri şi galben; valoarea Micronaire are un efect negativ asupra CSP în domeniul 2,25-3,25, mai redus în intervalul 3,25-4,5, şi foarte pronunţat pentru valori mai mari de 4,5. Aproximarea funcţiei CSP(M) ca liniară conduce la o supraestimare în cazul valorilor medii şi la o subestimare în cazul valorilor extreme. 7. Prin realizarea unui experiment programat s-a studiat variaţia CSP în funcţie de rezistenţa şi lungimea fibrei de bumbac şi în funcţie de rezistenţa şi valoarea Micronaire (fig. IX.6.31); s-au obţinut contururi de răspuns (CSP), care reprezintă combinaţiile rezistenţălungime de fibră şi rezistenţă-micronaire pentru care se obţin valori constante ale CSP. 8. Centrul de Cercetări Textile Lubock Texas a generalizat studiul transferului de proprietăţi fibră-fir (prin teste individuale şi HVI), prin metoda regresiei multiple. S-au stabilit modele matematice ale CSP prin ecuaţii de regresie de forma: CSP = K ane + bs + cl + d(lr) e(m), (IX.6.9) pentru care R, coeficientul de corelaţie dintre valorile determinate şi valorile observate (fig. IX.6.31), este cuprins între 0,94 şi 0,97. Fig. IX Combinaţii rezistenţă-lungime şi rezistenţă-micronaire pentru care se obţin valori constante ale CSP.

43 334 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Ierarhizarea factorilor de influenţă ai proprietăţilor tensionale la filarea fibrelor scurte Tabelul IX.6.17 Ordinea Ring Rotor Aer-jet Fricţiune 1 Lungime Rezistenţă Fineţe Fricţiune 2 Rezistenţă Fineţe Lungime Rezistenţă 3 Fineţe Lungime Rezistenţă Fineţe 4 Puritate Puritate Lungime 5 Fricţiune Puritate Studiile efectuate asupra firelor OE-rotor relevă importanţa numărului de fibre din secţiunea transversală a firului/fineţii fibrelor. Prin selecţionarea fibrelor cu Micronaire 3-3,4 şi tenacitate cn/tex (la un grad de maturitate satisfăcător), s-au obţinut fire mai rezistente cu 15-20% faţă de firele clasice cu aceiaşi parametri. Îmbunătăţirea caracteristicilor de rezistenţă ale firelor OE-rotor este posibilă printr-o alegere corespunzătoare a fibrelor adecvate la acest proces de filare. 9. Studiul factorilor de determinare a rezistenţei firelor prin metoda corelaţiei simple şi multiple a permis ierarhizarea acestora în raport cu sistemul de filare utilizat (tabelul IX.6.17). Studiile efectuate prin probe de filare confirmă eficacitatea testării în jurubiţă şi permit generalizarea utilizării indicelui sintetic: CSP = Ne R, unde: Ne este numărul englez al firului produs; R rezistenţa la solicitarea în jurubiţă. Optimizarea parametrilor de filare se reflectă şi în rezistenţa firelor prelucrate dintr-un amestec de fibre cu parametrii determinaţi. 10. Studiile efectuate de Smith (Universitatea Auburn) permit generalizarea regresiei multiple ca metodă de analiză a transferului rezistenţei fibrelor de bumbac în rezistenţa firului; ecuaţiile de regresie au forma generală: P = C 0 + C 1 M + C 2 L + C 3 U + C 4 S + C 5 E + C 6 R + C 7 B + C 8 T (IX.6.10) unde: P reprezintă proprietatea determinată/rezistenţa firului; C 0, 8 coeficienţi de regresie; M indicele Micronaire; UR raportul de uniformitate; S rezistenţa fibrei; E alungirea fibrei; R indicele de gri; B indicele de îngălbenire; T procentul de impurităţi. Generalizarea ecuaţiei de regresie este posibilă prin adoptarea unor factori de corecţie F i pentru parametrii de procesare: P = P 0 Π(F i ), (IX.6.11) unde: P 0 reprezintă valoarea rezistenţei, determinată prin ecuaţia de regresie; F i factorii de corecţie. a. Factorul de corecţie al torsiunii se determină prin evaluarea torsiunii optime şi a rezistenţei la torsiunea optimă (fig. IX.6.32): t 0 = 6,2 + 0,1337M 2,83L + 0,0136Ne (IX.6.12) t 0 = 7, M 3,236L + 0,0204Ne (IX.6.13) t 0 = 7, ,4131M 3,69L + 0,0227Ne (IX.6.14) t 0 = 5, ,457M 2,1619L + 0,005Ne (IX.6.15)

44 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 335 Factorul de corecţie al torsiunii este: Fig. IX Evidenţierea torsiunii optime. F = T t N e e (IX.6.16) N NT / t0 1 [( / 0) ][ ] Valorile coeficienţilor de corelaţie dintre valorile experimentale şi cele de predicţie sunt cuprinse între 0,84 şi 0,89 (N = 1, jurubiţă; N = 3, fir simplu; t 0 torsiunea optimă; T torsiunea reală). b. Factorul de corecţie pentru impurităţi I [%] este: F 2 = [1 + (0,00687N)], (IX.6.17) unde: N este procentul de impurităţi. c. Factorul de corecţie în funcţie de cota de participare este: F 3 = [C/(1,1C 10)] (IX.6.18) Factorii de corecţie permit extinderea utilizării ecuaţiilor de regresie şi a metodei de predicţie a rezistenţei firelor. Observaţii: A. Calbeco-Silva aplică acest principiu la scară industrială în Portugalia (remarcând menţinerea rezultatelor în limitele liniilor tehnologice pe care s-a realizat experimentul). Hunter generalizează aplicarea regresiei multiple pentru realizarea predicţiei asupra tuturor caracteristicilor firelor de bumbac, stabilind ecuaţii de regresie de forma: CSP = K P(X j i ) (IX.6.19) în care: X i reprezintă caracteristicile fibrelor prelucrate; j exponent pentru natura dependenţei CSP de caracteristica respectivă. Prin metodologia aplicată, Hunter diferenţiază priorităţile filării clasice, care se exprimă prin valorile coeficientului K şi ale exponenţilor j (tabelul IX.6.18). Contribuţii la stabilirea ecuaţiilor de transfer la prelucrarea fibrelor de lână. Sintetizând rezultatele cercetărilor efectuate asupra transferului proprietăţilor fibrelor de lână, se reţin următoarele: 1. Forţa de rupere a firului este proporţională cu densitatea liniară a acestuia, pentru un factor de torsiune constant: P T 1,25 tex = K (IX.6.20) 2. Valoarea minimă a CV P se obţine pentru factorul de torsiune: (răs./cm T tex ) de 28,2, care corespunde unghiului β = 20 o, ceea ce sugerează că neregularitatea minimă se obţine în această condiţie. 3. Factorul de torsiune corespunzător rezistenţei maxime este de: TF = 39,3 pentru Ttex = 18; TF = 49,3 pentru Ttex = 80.

45 336 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ 4. Efectul ondulaţiilor asupra proprietăţilor tensionale este redus, dar, în general rezistenţa firelor scade când sunt produse din fibre cu grad de ondulare mai ridicat. 5. Extracţia substanţelor de emulsionare/ avivare conduce la creşteri de până la 3,6% ale rezistenţei şi cu 6,5% ale alungirii, ceea ce sugerează contribuţia fricţiunii dintre fibre la proprietăţile tensionale ale firelor de lână pieptănată. 6. Tratamentele Corona şi cu microunde determină creşterea fricţiunii fibrelor şi a coeziunii, determinând variaţii corespunzătoare ale rezistenţei firelor. Valori ale termenilor regresiei Tabelul IX.6.18 Caracteristica testată K X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 11 X 12 X 15 X 20 CSP/MFI CSP/MFI 0,057 1,03 1,15 0,27 0,14 0,18 0,87 CSP/Rotor 19,1 0,32 0,71 0,39 0,34 0,14 0,37 0,29 Tenacitatea /MFI 1,22 3 0,97 1,03 0,39 0,29 0,14 0,036 0,92 Tenacitatea /MFI 0, Tenacitatea/Rotor 0,03 0,62 1,07 1,02 0,64 0,18 0,24 0,078 0,29 Alungirea la rupere/mfi 0,02 1,14 0,47 1,16 0,28 0,25 0,47 Alungirea la rupere/ Rotor 5,49 1,86 1,37 0,87 0,87 0,22 0,28 0,34 CV(tenacitate)/MFI 1,8 4 0,36 0,33 0,31 0,94 CV(tenacitate)/ 29 0,21 0,48 0,49 0,12 Rotor CV(alungire)/Rotor 14,6 1,19 1,01 0,77 0,42 0,28 0,086 CV(alungire)/MFI 25,8 0,41 0,46 0,18 0,42 0,13 Notă: X 2 SL 50%, mm; X 3 raport de uniformitate; X 4 rezistenţa în jurubiţă; X 5 alungirea firului, în jurubiţă, %; X 6 indicele Micronaire; X 11 conţinutul de impurităţi, Shirley; X 12 densitatea liniară, tex; X 15 numărul de impurităţi; X 20 coeficient de torsiune. Hunter stabileşte că: rezistenţa maximă a firelor pieptănate corespunde unui factor de torsiune TF = 40, considerabil mai mare decât valorile utilizate în practică; creşterea lungimii fibrelor conduce la creşterea proprietăţilor tensionale, până la valoarea maximă a acestora; descreşterea diametrului fibrelor se asociază cu creşterea rezistenţei firelor; rezistenţa firelor este proporţională cu densitatea de lungime a firelor, P = K Ttex 1,25 ; creşterea CV d are un efect de uşoară reducere a rezistenţei firelor; efectul CV l asupra rezistenţei firelor este mediocru. El îşi propune o analiză sistematică a transferului de proprietăţi în sensul fibră-fir în filatura de lână pieptănată. În acest sens, întreprinde testarea şi analiza unei game largi de fire tip LP, realizate industrial, din loturi de lână merinos, diferenţiate semnificativ prin parametri de lungime şi diametru, şi stabileşte: dependenţa proprietăţilor tensionale faţă de densitatea liniară, coeficientul de torsiune, lungimea şi diametrul mediu, proprietăţile tensionale şi alţi parametri de caracterizare ai fibrelor componente prin metoda regresiei multiple;

46 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 337 modelele matematice obţinute prin metoda regresiei multiple standardizează proprietăţile tensionale ale firelor simple LP/pentru fire albe, vopsite în culori pastel şi în colori închise; modelele sunt descrise prin ecuaţia de regresie de forma: Y = k Π(X i ) (IX.6.21) în care: Y este variabilă dependentă (forţa de rupere; alungirea relativă la rupere; coeficientul de variaţie al forţei şi al alungirii la rupere); X variabilă dependentă (X 1 densitatea de lungime a firului,în tex; X 2 tenacitatea fibrei, determinată pe mănunchi, în cn/tex; X 3 diametrul mediu al fibrei, în µm; X 4 lungimea medie a fibrei, în mm; X 5 torsiunea firului, în răs./mm). legăturile de dependenţă se păstrează la acelaşi nivel de semnificaţie statistică, atât la testarea proprietăţilor tensionale prin metode de măsurare individuală cât şi prin metode de măsurare în mănunchi. IX Predicţia comportării firelor în procesele de prelucrare tehnologică Ruperile de fire sunt determinate de echilibrul nefavorabil dintre tensiunea şi rezistenţa firului, variabile în timpul procesului tehnologic de obţinere şi prelucrare, şi se produc numai în momentul în care tensiunea depăşeşte rezistenţa acestuia, aspect evidenţiat grafic prin intersecţia curbei de frecvenţă a tensiunilor şi rezistenţei (fig. IX.6.33). Reducerea probabilităţii depăşirii rezistenţei minime prin valorile maxime ale tensiunii se obţine prin reglaje, care reduc frecvenţa ruperilor de fire; optimizarea reglajelor permite creşterea randamentelor la prelucrare şi îmbunătăţirea calităţii firelor sau a produselor realizate din acestea: rezultă necesitatea cunoaşterii curbei de frecvenţă a rezistenţei firelor precum şi a curbei de variaţie a tensiunii tehnologice de prelucrare, prin care limitele să se definească corect; determinarea proprietăţilor tensionale ale firului prin mijloacele clasice de analiză nu evidenţiază limitele reale ale variaţiei forţei de rupere datorită volumului redus al eşantionului analizat; defectele rare ale firelor a căror probabilitate de apariţie este redusă constituie secţiuni de minimă rezistenţă şi detectarea lor impune testarea unei lungimi mari de fir; frecvenţa ruperilor creşte o dată cu creşterea vitezelor de prelucrare (la obţinere sau prelucrare fig. IX.6.34); Fig. IX Definirea domeniului de probabilitate a ruperilor de fire/ după repartiţia rezistenţei şi tensiunii. Fig. IX Influenţa creşterii vitezelor de prelucrare asupra frecvenţei ruperilor firelor de bătătură.

47 338 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ în cazul prelucrării firelor din fibre se remarcă zona de creştere exponenţială a frecvenţei de rupere o dată cu creşterea vitezei de prelucrare / absentă la firele filamentare (fig. IX.6.35); frecvenţa ruperilor de fire depinde de valoarea coeficientului de variaţie CV şi există posibilitatea de compensare, prin reducerea acestuia, a efectelor de creştere a tensiunii (fig. IX.6.36); defectele de fir, nodurile sunt vizibile în produsul final şi constituie secţiuni slabe, cu frecvenţă foarte mică, astfel încât nu influenţează mult valoarea medie; valoarea coeficientului de variaţie şi nu pot fi identificate şi localizate prin metodele clasice de sondaj şi testare. Fig. IX Reprezentări grafice specifice în sistemul Uster Tenso Jet. Fig. IX Recepţia firelor prin profilul de calitate. Testarea proprietăţilor tensionale prin metode de mare capacitate. Evaluarea proprietăţilor tensionale ale firelor prin metode clasice de eşantionare şi testare surprinde doar întâmplător valorile minime de rezistenţă a căror apariţie în ansamblul determinărilor este condiţionată de prezenţa defectelor de fir; nivelul de semnificaţie pentru valorile minime creşte la metodele convenţionale o dată cu creşterea considerabilă a lungimii totale testate, deci a duratei de analiză. Creşterea vitezelor de solicitare de la 5 m/min (sistemul Uster Tensorapid) la 500 m/min (sistemul Uster Tenso Jet) permite reducerea duratei de analiză, o dată cu extinderea semnificativă a dimensiunilor eşantionului şi adaptează condţiile de testare la condiţiile de prelucrare.

48 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 339 Sistemul Uster Tenso Jet: permite înregistrarea secţiunilor foarte slabe din fir, ce corespund defectelor rare; vizualizează prin procedee grafice adecvate evoluţia proprietăţilor tensionale în cadrul unui eşantion de volum mare: norul de puncte, distribuţia rezistenţelor şi a alungirilor definesc domeniul de existenţă şi probabilitatea secţiunilor slabe pentru firele testate (fig. IX.6.32); prin analiza statistică a rezultatelor măsurării se stabilesc valorile forţei de rupere corespunzătoare probablităţii F P = 0,01%, utilizate în predicţia ruperilor; diagrama Stroke pentru forţa şi alungirea la rupere oferă o imagine asupra repartizării secţiunilor slabe în lungul firului testat; acest mod de reprezentare este relevant pentru variaţiile periodice sau întâmplătoare ale proprietăţilor tensionale determinate prin procesare. Performanţele de analiză se valorifică în interpretarea corectă a caracteristicilor firelor la recepţia loturilor de fire, a căror prelucrabilitate se evaluează prin determinarea probabilităţii depăşirii valorilor minime ale rezistenţei firelor (F P = 0,01% ) prin valorile tensiunii de prelucrare. Parametrii statistici corespunzători indicilor proprietăţilor tensionale stabiliţi în condiţiile extinderii volumului eşantionului (testul este aplicat unei lungimi de 10 km fir) diferenţiază net loturile obţinute din fibre de aceeaşi fineţe dar de lungimi diferite (fig. IX.6.36). Se poate observa că aceste diferenţe se reflectă mai puţin în valoarea neregularităţii şi mai mult în frecvenţa imperfecţiunilor, care afectează valorile coeficienţilor de variaţie la forţa şi alungirea de rupere; metoda Uster Tenso Jet permite determinarea unui indicator de predicţie a ruperilor, F P = 0,01%. Valoarea medie a rezistenţei la tracţiune nu se corelează direct cu frecvenţa secţiunilor slabe şi, din acest motiv, metoda de testare UTJ este superioară metodei clasice UTR. Procesarea în aceleaşi condiţii a trei loturi de fire cu F P = 0,01% diferite conduce la identificarea corelaţiei liniare între valoarea acesteia şi frecvenţa ruperilor /10 5 bătăi, ceea ce confirmă utilitatea practică a indicatorului (fig. IX.6.37). Fig. IX Corelaţia dintre frecvenţa ruperilor şi F P = 0,01%. IX Teste de filare. Testarea filabilităţii bumbacului Performanţele de filare se evaluează prin probe de dimensiuni mici, 1-5 kg (test de filare) şi g (microspinning test); eficienţa acestor teste se exprimă prin valoarea coeficientului de corelaţie dintre rezultatele testului şi valorile obţinute prin prelucrarea tehnologică: CSP test = f (CSP ef ) (r > 0,85) (IX.6.22)

49 340 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Valoarea CSP este utilizată (CTR L Bombay) pentru determinarea HSC (Highest Standard Count) prin metoda full spinning test. Aceasta se bazează pe utilizarea standardului CSP = f(ne) şi realizarea unor fire de fineţe diferită, care permit verificarea prin metode grafice. Observaţii: 1. În filatura de lână, filabilitatea se determină prin standardizarea frecvenţei ruperilor de fire în funcţie de: n s numărul mediu de fibre din secţiunea transversală a firului; v c - viteza cursorului. 2. Diagrama filabilităţii (Cormann) se obţine construind curba care redă legătura dintre: caracteristicile fibrei: D(RCM); L B (vezi cap. IX.5); fineţea firului, Nm, şi parametrii de prelucrare (α, n f, v c ) de forma: 2 logr = a 1 Lv an s + a (IX.6.23) 2 3. IX Testarea durabilităţii textilelor plane IX Particularităţile de testare a comportării textilelor plane la solicitarea la tracţiune Comportarea textilelor plane la solicitarea unidirecţională statică de tracţiune se defineşte prin indicii dinamometrici: forţa şi respectiv alungirea la rupere. Epruvetele supuse solicitării au dimensiuni standardizate (lungime 300 mm; lăţime 50,100 mm) şi se orientează pe direcţia axelor tehnologice: în sensul urzelii, în sensul bătăturii; pe direcţia şirului sau rândului de ochiuri; lungimea liberă de prindere este standardizată: 200/ 100 mm şi se adoptă în funcţie de deformabilitatea epruvetei. Forma epruvetelor este: dreptunghiulară /strip, când toate firele paralele cu direcţia de aplicare a forţei sunt solicitate; dreptunghiulară/ grab, caracterizate prin lăţime mai mare decât dimensiunea clemei de fixare; şi forţa de rupere manifestă dependenţă faţă de forma epruvetei, redată prin relaţia: R(grab)/ R(strip) = 1 + (ε /40) (IX.6.24) Solicitarea la tracţiune a unui textil plan /ţesătură, tricot /este similară cu solicitarea unui mănunchi de fire, căruia i se impun anumite restricţii (determinate de parametrii structurii geometrice); în cazul materialelor textile neţesute, solicitarea de tracţiune se poate asimila cu solicitarea unui mănunchi de fibre, cu diferite grade de orientare. Valoarea rezistenţei la tracţiune este dependentă de direcţia de aplicare a solicitării şi, din acest motiv orice produs textil plan se caracterizează complet sub aspectul proprietăţilor tensionale prin diagrama polară (fig. IX.6.38) care ilustrează anizotropia. Rezistenţa la tracţiune se raportează întotdeauna la direcţia de solicitare, care se poate identifica prin: una dintre axele tehnologice ale produsului (direcţia firelor de urzeală sau bătătură, la ţesături); direcţia şirurilor sau a rândurilor de ochiuri, la tricoturi; direcţia de orientare a fibrelor sau de aplicare a elementului de consolidare, la materiale textile neţesute.

50 deci: U Fig. IX Diagrama polară corespunzătoare solicitării de tracţiune. Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 341 B Observaţii: 1. Orientarea solicitării de tracţiune pe una din axele tehnologice determină o solicitare complexă a firelor sistemului opus, dispuse transversal /încovoiere, compresie, frecare şi forfecare/ care se contractă; contracţia transversală este neuniformă şi are ca efect o repartiţie neuniformă a tensiunilor, ceea ce determină nesimultaneitatea ruperii firelor solicitate axial. 2. Comportarea la solicitarea de tracţiune a produselor din fire este determinată de masa unităţii de suprafaţă a epruvetei solicitate, pentru care se consideră ca mărime de referinţă tenacitatea fibrelor componente. Epruveta dimensionată se asimilează cu o bandă formată din fibre, cu lăţimea de 50 mm şi masa G [g/m 2 ], deci cu titlul de Tb = 1000G/20 tex; în această situaţie, prin determinarea rezistenţei la tracţiune se stabileşte tenacitatea transferată τ* în produs a fibrei componente: F max = 1000G/20 τ* [cn] = G/20 τ* [dan], τ* = 20 F max /1000G [cn/tex] (IX.6.25) Acest mod de abordare ilustrează faptul că transferul de tenacitate este de: 90% în cazul firelor filamentare; 75% în cazul firelor de bumbac şi tip bumbac şi 30% în cazul firelor de lână şi tip lână. 3. Analiza transferului proprietăţilor mecanice devine riguroasă prin corectarea modelului prezentat în funcţie de parametrii structurii geometrice a produsului analizat şi de evoluţia tenacităţii fibrelor componente în procesele tehnologice de prelucrare, ca rezultat al obosirii prin solicitări mecanice, al tratamentelor fizico-chimice de finisare. În cazul ţesăturilor obţinute prin tehnologii clasice, efectul global al acestor modificări poate fi estimat în limitele unor pierderi de 5-10% din valorile iniţiale/fire filamentare; 15-20% în cazul utilizării firelor din fibre. Ierarhizarea produselor textile plane sub aspectul comportării la solicitarea de tracţiune se realizează prin evaluarea energiei mecanice specifice consumate pentru ruperea epruvetei indice de calitate (W m, în J/kg); la ţesături, valoarea indicelui de calitate este influenţată de: natura materiei prime utilizate, procesul şi parametrii tehnologici de prelucrare adoptaţi; parametrii de structură geometrică la care se realizează produsul; tehnologia şi parametrii tehnologici de finisare aplicaţi produsului. Limite de variaţie ale indicelui de calitate la ţesături, în J/kg Tabelul IX.6.19 Ţesătură Bumbac Lână Liberiene Mătase naturală Fire cardate Fire pieptănate * Fire răsucitte ; *

51 342 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ IX Metode de determinare şi analiză specifice textilelor plane. Diversificarea încercărilor dinamometrice prin intermediul unor module standardizate Proprietăţile tensionale ale textilelor plane se apreciază prin caracteristici mecanoreologice, elastice şi vâscoelastice, care se definesc în context cu: încercările de tracţiune efectuate în regimul static de determinare; pe maşini de încercat la tracţiune (dd/dt = const.); indicii de apreciere ai comportării la solicitări dinamice /solicitări repetate; pe maşini de încercări specifice regimului dinamic; indicii de apreciere ai comportării la şoc (cu ajutorul pendulului balistic). Maşinile de încercat la tracţiune în regim static, standardizate pentru testarea textilelor plane funcţionează pe principiul V t = const./pendulare, sau pe principiul dd/dt = const., care permit înregistrarea diagramelor F-D (fig. IX.6.40). Interval de măsurare, forţă (dan) dan Viteza de deformare (dom. 250 dan) 0, mm/min Viteza de deformare (dom. 500 dan) 0, mm/min Cursa clemei motoare 750 mm Precizia de măsurare forţă, deformaţie 0,005% Lungimea liberă de prindere a epruvetei 200 mm; 100 mm Fig. IX Sistemul Honesfield pentru testarea proprietăţilor tensionale ale ţesăturilor şi caracteristicile de performanţă. Observaţii: 1. Diagrama forţă-deformaţie este relevantă pentru aspectele globale ale procesului de deformaţie. 2. Analiza rezultatelor încercărilor de tracţiune efectuate asupra textilelor plane beneficiază în prezent de posibilitatea de completare a metodelor de investigaţie clasice (înregistrarea diagramei forţă-deformaţie) cu tehnici de microanaliză: urmărirea procesului de solicitare la tracţiune prin intermediul camerei video (permite vizualizarea modificărilor locale pe toată durata procesului de deformare): epruvetele blocate la un anumit nivel de deformaţie (fig. IX.6.41) au fost urmărite ca aspect longitudinal şi în secţiune transversală, pentru interpretarea fenomenologică a solicitării şi elaborarea modelelor mecano-geometrice. S-a evidenţiat faptul că scăderea diametrului

52 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 343 firelor solicitate şi creşterea diametrului firelor sistemului opus se produce la deformaţii relative mai mari de 25%; secţiunile sunt relevante pentru identificarea succesiunii solicitărilor: subţierea firelor solicitate/întindere; îngroşarea firelor sistemului opus / compresie; încovoierea firelor sistemului opus; forfecarea; a. ţesătură crudă-direcţia de solicitare bătătură b. ţesătură crudă -direcţia de solicitare urzeală c. ţesătură finită-direcţia de solicitare bătătură d. ţesătură finită-direcţia de solicitare urzeală e. tricot-direcţia de solicitare rând f. tricot-direcţia de solicitare şir Fig. IX Diagrame caracteristice forţă-deformaţie pentru textile plane realizate pe sistemul Honesfield.

53 344 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX.6.41 Videoimaginea solicitarii la tracţiune a ţesăturii/pe direcţia B la deformaţii de 0; 25 şi 30%. tehnica de analiză a imaginii video vizualizează modul de apariţie şi propagare al destrucţiei în raport cu categoria tehnologică a firelor componente; în acest caz, metoda de analiză diferenţiază ruperea progresivă a ţesăturilor obţinute din fire-filate prin procedeul clasic (IX.6.42,a) de ruperea netă (simultană) a ţesăturilor obţinute din fire OE-rotor (IX.6.42,b). Comportarea diferenţiată a celor două categorii de ţesături este determinată la nivelul structurii firelor care, la aceeaşi compoziţie fibroasă şi fineţe, se caracterizează printr-o repartiţie diferită a forţei de rupere / firele OE-rotor se caracterizează printr-o mai mare uniformitate, dar valori diferite şi mai ridicate ale coeficienţilor de frecare. Aceste diferenţe cresc probabilitatea unei ruperi simultane a firelor de bătătură, care se blochează mai repede în structura ţesăturii, datorită valorii mai mari a coeficienţilor de frecare a b Fig. IX Diferenţierea mecanismului ruperii ţesăturilor.

54 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 345 Diversificarea încercărilor dinamometrice se asigură prin intermediul unor module standardizate, abordate în cele ce urmează. Rezistenţa la străpungere. Caracterizează tricoturile şi materialele textile neţesute; solicitarea de tracţiune multidirecţională este generată prin compresia locală aplicată pe suprafaţa epruvetei, prin intermediul unui modul standardizat compatibil cu maşina de încercat la tracţiune (Persoz fig. IX.6.43). Epruveta E, de formă circulară şi diametru standard (dispusă orizontal), este fixată în clemele unui cadru ataşat clemei motoare şi se deplasează cu viteză constantă, v; solicitarea la străpungere este determinată de cadrul solidar cu clema fixă, prin rola de dimensiunea standardizată (Φ = 20 mm), sub acţiunea forţei P, a cărei valoare maximă, corespunzătoare străpungerii, constituie rezultatul încercării. Fig. IX Modulul Persoz. Fig. IX Modul de solicitare la întindere radială. alungirea relativă la întinderea radială, în %: Rezistenţa la întindere radială. Caracterizează textilele plane în general; solicitarea de tracţiune multidirecţională este generată prin compresia unei porţiuni circulare din suprafaţa epruvetei fixate într-un dispozitiv de prindere inelar, pe modulul Persoz prevăzut cu cap de deformare cilindric. Epruveta E de formă circulară, orientată în plan orizontal, este fixată în clemele cadrului ataşat clemei motoare; solicitarea se produce la mişcarea de coborâre a clemei motoare, prin capul de deformare, iar epruveta ia forma unui trunchi de con (fig. IX.6.44). Rezistenţa la întindere radială se determină la apariţia destrămării la valorile: P max ; a max. Parametrii de caracterizare ai produsului textil plan sunt: valoarea tensiunii la întindere radială: T = (2Πrsinα) 1 P max ε 1 = (D E ) 1 (L R D E ) = 100 (D E ) 1 [(2l l 2 ) + D D E ] alungirea relativă de suprafaţă, % ε s = 100 (A A 0 )/A 0 Fig. IX Repartiţia tensiunilor.

55 346 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Observaţii: 1. Comportarea la întinderea radială este urmărită în ipoteza unei repartiţii uniforme a tensiunilor interne; în cazul textilelor plane anizotrope /tricot; ţesătură; textil neţesut/ caracterizarea prin această metodă se realizează cu valoarea medie a tensiunii maxime la care rezistă epruveta înainte de destrucţie. 2. Rezultatele încercărilor efectuate astfel trebuie comparate cu rezultatele solicitărilor de tracţiune unidirecţionale, orientate sub unghiuri diferite faţă de axele tehnologice ale produsului testat. Solicitarea orientată (testare dinamometrică a ţesăturilor, tricoturilor şi a materialelor neţesute cu straturi fibroase cu orientare unidirecţională)/ se finalizează prin obţinerea diagramei polare, care ilustrează anizotropia proprietăţilor tensionale. Rezistenţa la delaminare. Caracterizează materialele textile neţesute, consolidate prin interţesere şi liere. Solicitarea de tracţiune transversală se aplică epruvetei lipite pe suprafaţa celor două plăci dreptunghiulare ale capului de tragere cu tije, ce se ataşează clemelor maşinii de încercat la tracţiune. Solicitarea se realizează după normala la suprafaţa epruvetei şi se finalizează prin determinarea forţei de separare a componentelor structurale ale materialului neţesut; se impune ca pelicula adezivă să aibă o valoare mai mare decât valoarea rezistenţei maxime la delaminare (fig. IX.6.46). Încercările pot fi relevante pentru alunecarea/ruperea de fibre din stratul de material neţesut, dacă sensibilitatea şi rezoluţia lanţului de măsurare al forţei corespunde domeniului de variaţie al forţei de delaminare a produsului testat. Lipirea epruvetei dreptunghiulare ( mm) se face cu adeziv; fixarea de placa metalică a capului de tragere se obţine la temperatura de 70 o C. Rezistenţa la glisare. Rezistenţa la glisare se defineşte ca forţă maximă de dislocare a unui grup de fire, selectat pe o lungime determinată, aparţinând unuia dintre sistemele structurii ţesute. Încercarea la glisare se realizează pe maşina de încercat la tracţiune cu ajutorul unui modul prevăzut cu o baretă cu ace echidistante; bareta poate înlocui una dintre clemele dispozitivului de fixare, fiind dispusă astfel încât toate acele să traverseze epruveta. Modulul pentru determinarea rezistenţei la glisare se ataşează clemei inferioare, iar epruveta se ataşează clemei fixe (M.I.T. cu dd/dt = const.). Încercarea se finalizează prin determinarea forţei maxime de dislocare a grupului de fire prins cu ace (în fig. IX.6.47, firele de bătătură glisează pe cele de urzeală). Fig. IX Modul de determinare a rezistenţei la delaminare. Fig. IX Determinarea rezistenţei la glisare a ţesăturilor.

56 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 347 Înregistrarea grafică evidenţiază rezistenţa la glisare ca forţă maximă. Rezistenţa la glisare exprimă stabilitatea îmbinărilor prin cusături şi stabilitatea dimensională a cusăturilor şi depinde de parametrii structurii ţesute (legătură; desime), cât şi de caracteristicile iniţiale ale firelor (compoziţie, Nm, coeficient de torsiune). IX Testarea durabilităţii textilelor plane prin epruvete dimensionate şi fasonate Determinarea aderenţei. Este o încercare specifică straturilor consolidate chimic, prin liere sau prin termolipire, şi se aplică materialelor compozite realizate din suporturi textile dublate cu elastomeri sau folii din materiale plastice. Aderenţa este forţa specifică, raportată la unitatea de lăţime a epruvetei, necesară separării a două straturi, consolidate între ele prin diferite procedee. Determinarea aderenţei se efectuează pe maşina de încercat la tracţiune prevăzută cu dispozitiv de înregistrare a diagramei efort-deformaţie, în condiţiile încercării statice, pe epruvete standardizate de formă dreptunghiulară. Procesul de separare este iniţiat la fixarea clemei (fig. IX.6.48) şi urmărit prin înregistrarea diagramei de variaţie a aderenţei adeziograma (fig. IX.6.49); nu se iau în consideraţie ruperile de strat. Fig. IX Iniţierea separării; fixarea epruvetei. Fig. IX Diagrama de variaţie a forţei de aderenţă. Interpretarea adeziogramei se realizează pe segmentul plasat în intervalul [ l/4, 3 l/4]; forţa medie de aderenţă se determină pentru valorile maxime identificate ca picuri în intervalul indicat: pentru un număr par de picuri: pentru numărul impar de picuri: n /2 F = 2/ n F; (IX.6.26) m ( ) 1 i n /2 F = 2/ n+ 1 F. (IX.6.27) m Rezistenţa la sfâşiere a ţesăturilor. Se testează în următoarele condiţii: în regim static / dinamic, pe maşini de încercat la tracţiune/ pendul balistic; 1 i

57 348 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ solicitarea statică produce sfâşierea lentă, prin deplasarea clemei motoare cu 100 mm/min; solicitarea dinamică: produce sfâşierea rapidă, prin şoc. Solicitarea la sfâşiere este tipică propagării unei deteriorări. Se poate regăsi atât în utilizare cât şi în prelucrarea textilelor plane şi permite evaluarea modificărilor structurale survenite în urma unui proces de finisare; diagrama forţă-deformaţie evidenţiază că, la sfâşiere, deteriorarea elementelor structurale este progresivă. Dimensiunile standardizate ale epruvetelor figura IX.6.50 (orientate pe direcţia axelor tehnologice) sunt: lungime: 270 mm; lăţime: 60 mm; tăiate pe mijlocul lăţimii lor, pe o lungime de 150 mm; permiţând şi aprecierea modificărilor structurale în urma unui proces chimic de finisare. Determinarea rezistenţei la sfâşiere a ţesăturilor în regim static de încercare se realizează pe maşina de încercat la tracţiune pe epruvete standardizate; acestea se fixează în clemele dispozitivului de prindere 1, care exercită tracţiunea asupra firelor sistemului 2 (U). Sfâşierea este iniţiată în zona 3 şi solicită la tracţiune, pe porţiuni scurte, firele sistemului opus; în zona de solicitare (fig. IX.6.51) firele (B) sunt comprimate între firele 2 (U), care, supuse întinderii, se apropie unele de altele; în felul acesta, primul fir din zona de solicitare, la sfâşiere 3 este de fapt solicitat la tracţiune pe o lungime foarte mică / sub acţiunea firelor de U, între care s-a încastrat. Forţa de sfâşiere este o mărime variabilă determinată de neuniformitatea caracteristicilor firelor pe porţiuni scurte; maximele succesive evidenţiază intrarea unui nou fir în solicitare (fig. IX.6.52). Rezistenţa la sfâşiere a ţesăturilor este determinată de parametrii de structură/ desimea tehnologică şi legătura ţesăturii/dar şi de caracteristicile firelor/rezistenţa la tracţiune a firelor; Fig. IX Epruvete standard/ cu sfâşiere iniţiată. deformabilitatea firelor solicitate la tracţiune; valoarea coeficientului de frecare fir-fir; rigiditatea la încovoiere şi compresie a firelor celor două sisteme. Determinarea rezistenţei la sfâşiere a ţesăturilor în regim dinamic se asigură cu aparatul pendular Elmendorf, care este adaptat la solicitarea la sfâşiere a materialelor textile; pe epruveta dimensionată (fig. IX.6.53) sfâşierea se produce pe o lungime de 43 mm.

58 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 349 Fig. IX.6.52,a. Aspectul tipic al epruvetelor solicitate. Fig. IX Modelul solicitării la sfâşiere. Fig. IX.6.52,b. Reprezentarea grafică a diagramei de sfâşiere. Principiul fizic al aparatului Elmendorf este similar cu al dinamometrului balistic cu ajutorul căruia se determină lucrul mecanic de rupere al firelor (în jurubiţă) şi ţesăturilor; pendulul P, cu centrul de greutate în G, se deplasează între punctele cu transformarea energiei potenţiale în energie cinetică, ce se consumă parţial pentru ruperea epruvetei. Aparatul constă dintr-un un sector pendular, sistemul de fixare al epruvetei, format din clema A, ataşată pendulului, clema B, fixată la batiu, şi dispozitivul de blocare a pendulului. Lucrul mecanic de rupere este proporţional cu energia consumată: L = P (h 1 h 2 ) (IX.6.28) şi poate fi indicat în procente din energia potenţială Ph 1. Solicitarea la sfâşiere a epruvetei fixate în clemele aliniate se produce la rotirea sectorului pendular (în sens antiorar) şi se finalizează prin indicarea lucrului mecanic de sfâşiere, în procente din energia potenţială a pendulului, la începerea testului. Determinarea rezistenţei la plesnire a textilelor plane. Constituie testul cel mai relevant pentru materialele textile plane ţesături, tricoturi, textile neţesute şi materiale cu destinaţii speciale (textile filtrante, materiale pentru paraşute) pentru care condiţia de utilizare este menţinerea sub acţiunea unui fluid, încărcat cu particule reci sau incandescente, sub presiune, la temperatură şi presiune ridicate. Determinarea rezistenţei la plesnire implică reproducerea condiţiilor de solicitare prin intermediul unei instalaţii în cadrul căreia fluidul sub presiune este dirijat către epruveta de material textil, de formă circulară.

59 350 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ a b c Fig. IX Determinarea rezistenţei la sfâşiere a ţesăturilor în regim dinamic: a aparatul pendular Elmendorf; b epruveta dimensionată; c principiul dinamometrului balistic. Încercarea la plesnire presupune o solicitare de tracţiune multidirecţională, care este generată sub acţiunea unui curent de aer / jet de lichid, ce acţionează asupra epruvetei prin intermediul unei membrane elastice şi se realizează pe o instalaţie de măsură dedicată. Epruveta (fig. IX.6.54), de formă circulară, 1, orientată în plan orizontal este fixată în clemele 2 ale cadrului 4; la aplicarea presiunii, epruveta se deformează, luând forma unei calote sferice. Solicitarea determină două tipuri de deformaţii: alungire relativă liniară: alungire de suprafaţă: 2 2 Rα r r + h 2rh R 2 2 ε l = 100; = ; α = arcsin ; r 2h r + h 2 2 r + h ε l = α 1 100; 2rh 2 2πrh πr ε s = = 2 πr ( h/ r). Fig. IX Principiul de solicitare.

60 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 351 Fig. IX Tensiunea repartizată pe circumferinţa calotei sferice. Rezistenţa liniară la plesnire este tensiunea repartizată uniform (fig. IX.6.55) pe circumferinţa calotei sferice la aplicarea presiunii p, a cărei componentă normală este: 2 TN = Tsin α = πr p/ 2 π r = rp/ 2; 2 2 T = TN /sin α; sin α = r/ R = 2 rh( r + h ); 2 2 T = ( r + h ) p/4 h. Valoarea reală a rezistenţei la plesnire se corectează cu alungirea liniară: T real = T(ε l + 100)/100. Observaţii: La aparatele care deformează membrana elastică cu lichid sub presiune, alungirea de suprafaţă se determină cu ajutorul nomogramelor construite cu parametrii: V x (a) = V x (h), pentru care rezultă ε(h). IX.6.2. Comportarea materialelor textile la solicitarea de compresie Compresia constituie o solicitare mecanică principală, tipică pentru utilizarea covoarelor, mochetelor şi a produselor de tapiţerie, care se regăseşte ca efect secundar în solicitările de tracţiune aplicate la fire, ţesături şi tricoturi / între elementele structurale, între straturile de fire depuse pe un format sau la fixarea termică a acestora. Comportarea materialelor textile la solicitarea de compresie se determină prin încercări în regim static, în cadrul unui ciclu deformare-revenire, şi în regim dinamic de solicitare ciclică repetată (fig. IX.6.56), care urmăresc: testarea elasticităţii de volum: textile pentru tapiţerie; determinarea voluminozităţii: fibre şi semifabricate/filatură; testarea gradului de destrămare: prin compresie controlată; determinarea durităţii, a gradului de compresie al textilelor plane: determinarea grosimii şi stabilităţii florului pentru catifele, pluşuri, covoare, mochete; determinarea grosimii ţesăturilor sub compresie controlată; determinarea variaţiei volumului specific /stării de suprafaţă a ţesăturilor prin finisare; determinarea durităţii / capacităţii de compresie a ţesăturilor. Aprecierea comportării materialelor textile la solicitarea de compresie se realizează prin: compresibilitate, duritate şi rezilienţa la compresie (tabelul IX.6.20). a b Fig. IX Principii de testare la compresie: a cu variaţia unei singure dimensiuni; b cu variaţia tuturor dimensiunilor.

61 352 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Tabelul IX.6.20 Indicii comportării materialelor textile la compresie /regim static Nr. Metode de măsurare în regim static Indici pentru apreciere 1 Deformaţia totală la compresie 2 Revenirea elastică / deformaţia la compresie 3 Deformaţia remanentă la compresie C ε t = 100( d3 d1) / d1 [%] C ε e = 100( d3 d2) / d1 [%] C ε r = 100( d2 d1) / d1 [%] 4 Duritatea materialului H = ( F2 F1)/( V1 V2) = ( p2 p1)/( h1 h2), [Pa/m] 5 Compresibilitatea materialului c = ( V1 V2)/( F2 F1) = ( h1 h2)/( p2 p1), [m/pa] 6 Rezilienţa la compresie R = Wr/Wc 7 Histereza la compresie Diferenţa de grosime manifestată în procesul de deformare-revenire la aceeaşi valoare de deformaţie Observaţii: dimensiunile notate cu indicele 1 corespund forţelor, presiunilor de precompresie/de referinţă. indicele 2 corespunde dimensiunilor sub forţa/ presiunea de compresie; indicele 3 corespunde dimensiunilor la revenirea din compresie a epruvetei; datorită compresibilităţii, determinarea grosimii materialelor textile se efectuează în condiţiile unei compresii standard, stabilită în funcţie de masa corespunzătoare unităţii de suprafaţă a textilului plan şi reprezintă o valoare de referinţă, pentru orice determinare efectuată asupra ansamblurilor de fibre. IX Testarea comportării la solicitarea statică de compresie/ elasticitate de volum Testarea elasticităţii de volum se realizează în cadrul unui ciclu de compresie-revenire aplicat în regim static sau dinamic asupra epruvetelor de dimensiuni (suprafaţă) standardizate; procesul de deformare-revenire se poate urmări în două moduri: în regim de variaţie a grosimii epruvetei; în regim de variaţie a tuturor dimensiunilor epruvetei. Testul se desfăşoară sub acţiunea unei presiuni standard (precompresie) a cărei valoare se stabileşte în funcţie de masa corespunzătoare unităţii de suprafaţă a materialului testat. Procesul de deformare-revenire este marcat de caracterul vâscoelastic specific materialelor fibroase, evidenţiat prin dependenţa componentelor deformaţiei (revenirii) de durata încărcării şi de timpul de relaxare acordat. Aceste manifestări se observă şi în cazul măsurării grosimii textilelor plane, ceea ce impune condiţiile metrologice: timpul de determinare şi valoarea presiunii standard. În cadrul unui ciclu de solicitare se evidenţiază componentele deformaţiei / revenirii la compresie (fig. IX.6.57): deformaţia totală la compresie, ε Ct ; componentele deformaţiei totale în procesul de deformare prin compresie: ε C 1 ; ε C 2 ; ε C3 ; componentele revenirii din deformare: ε C1 (revenirea elasică); ε C2 (revenirea elastică încetinită) şi ε C3 (deformaţia remanentă).

62 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 353 compresie revenire Fig. IX Reprezentarea grafică a unui ciclu de deformare-revenire a epruvetei supuse la compresie. Componentele deformaţiei se exprimă în procente faţă de grosimea iniţială a epruvetei, d 0, care se determină sub controlul unei forţe / presiuni determinate. Comportarea materialelor textile în ciclul compresie-revenire din compresie (fig. IX.6.57) se urmăreşte prin intermediul unui dispozitiv de încercare care iniţiază compresia epruvetei sub acţiunea unei forţe de presare constante şi permite determinarea variaţiei grosimii epruvetei în timp. IX Testarea comportării la solicitarea dinamică de compresie/rezilienţa la compresie Încercarea de compresie-revenire se poate realiza pe principiul deformaţiei constante pe maşina de încercare la compresie (fig. IX.6.58) în regim dinamic. Fig. IX Maşina de încercări la compresie. Fig. IX Testarea covoarelor la compresie.

63 354 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Maşina este prevăzută cu: sistem de fixare al epruvetei 2, dispozitiv de iniţiere al solicitării (cap de încercare) 3, acţionat prin mecanismul bielă-manivelă 1, care produce compresia ciclică la presiune constantă, în regim de frecvenţă constantă (fig. IX.6.59); variaţia grosimii epruvetei în timpul procesului de deformare - revenire este determinată cu micrometrul 4. Măsurarea se realizează diferenţial, variaţiile de grosime ale epruvetei fiind percepute direct, în raport cu dimensiunea iniţială. Determinările efectuate pe maşina de încercat la compresie permit aprecierea rezilienţei, ce reprezintă raportul dintre energia eliberată prin revenirea epruvetei şi energia consumată în cadrul unui ciclu de deformare. Variaţia grosimii epruvetei se produce în limite variabile, care evidenţiază instaurarea deformaţiilor remanente, la creşterea numărului de cicluri de solicitare (fig. IX.6.60). Încercarea este utilizată pentru testarea capacităţii de menţinere a florului în starea iniţială şi substituie proba de purtare, cu reducerea duratei de testare prin fixarea unor condiţii severe de încercare; simularea procesului într-un spaţiu delimitat de un perete transparent se poate vizualiza în procesul de deformare al florului. Histereza la compresie reflectă într-un mod sugestiv instaurarea deformaţiilor plastice rezultate în solicitarea de compresie (fig. IX.6.61). Fig. IX Compresia şi deformaţia epruvetei în regimul încercării ciclice. Fig. IX Histereza la compresie, în regimul de solicitare ciclică. IX.6.3. Comportarea materialelor textile la solicitarea de încovoiere IX Principii şi indici pentru aprecierea comportării materialelor textile la încovoiere/flexiune Comportarea la încovoiere a materialelor textile este determinată structural, se manifestă în tehnologiile mecanice de prelucrare, în procesul de utilizare şi se modifică prin finisare. Comportarea la solicitările de încovoiere/flexiune în limitele deformaţiilor elastice constituie o componentă a tuşeului materialelor destinate confecţiilor.

64 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 355 Comportarea materialelor textile la solicitarea de încovoiere: defineşte utilitatea produsului şi constituie un criteriu de apreciere al calităţii; se defineşte prin transferul proprietăţilor componentelor în funcţie de parametrii de structură şi de tehnologia de realizare. Prin solicitarea de încovoiere (fig. IX.6.62), materialul textil ia forma unui arc de cerc de rază determinată, sub acţiunea unui moment sau a unei forţe care determină; deformarea prin întindere a stratului exterior; compresia în stratul interior; presupune existenţa stratului neutru, care nu se deformează. În solicitarea considerată rezultă: forţa de întindere pe aria elementară da: x F = σ da=ε E da= E da r momentul forţei de întindere la axa neutră: E 2 E M i = x d A Iz; r = r momentul intern total: Fig. IX Acţiunea momentului E M i = I z; încovoietor asupra materialului textil. r rigiditatea la încovoiere: B = E I z Momentul de încovoiere este: M Z = 1/r B, unde: B este rigiditatea la încovoiere şi defineşte rezistenţa epruvetei la schimbarea formei, prin momentul necesar încovoierii cu rază unitară [cn cm 2 ]. Încercările se efectuează sub acţiunea momentelor de încovoiere dezvoltate de propria greutate sau de momente de încovoiere exterioare; metodele de încercare se particularizează prin: condiţiile metrologice pentru categorii stucturale de produse (liniare, plane). parametrii categoriilor de produse. Comportarea materialelor textile la solicitarea de încovoiere se apreciază prin: indici utilizaţi în rezistenţa materialelor: moment de încovoiere exterior, M z ; rigiditate la încovoiere/flexiune, R; indici specifici produselor textile, a căror utilizare este determinată de forma geometrică, aria secţiunii transversale şi de organizarea structurală, definiţi prin cauze /efecte de solicitare: momente, forţe, deformaţii sau lucru mecanic, în forma absolută sau relativă. IX Metode de testare a comportării materialelor textile la solicitarea de încovoiere IX Determinarea rigidităţii la flexiune; flexibilitate (sub acţiunea propriei greutăţi) Metoda se utilizează atât la determinarea flexibilităţii fibrelor tehnice liberiene cât şi a flexibilităţii şi rigidităţii la flexiune a ţesăturilor.

65 356 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Flexibilitatea fibrelor tehnice liberiene constituie un criteriu important de apreciere a calităţii fuiorului precum şi a modificărilor structurale (determinate de tehnologia de prelucrare). Flexibilitatea fibrelor se modifică în raport cu gradul de individualizare, care se transformă la fiecare fază tehnologică de prelucrare (cardare, laminare, prefilare şi chiar filare). Flexibilitatea (fig. IX.6.63) se măsoară prin săgeata f 1, determinată de aplecarea sub acţiunea propriei greutăţi a fasciculului de fibre standard, de masă 420 mg şi lungime 270 mm; principiul de măsurare Fig. IX Flexometru pentru fibre tehnice liberiene. Flexibilitatea ţesăturilor se determină cu ajutorul flexometrului (fig. IX.6.64) prin: lungimea medie de încovoiere a epruvetei standard L C, care reprezintă semilungimea de îndoire l sub unghiul de 41 o 30': L C = l/2 [cm]; (IX.6.29) rigiditatea la flexiune, definită: R = m (L C /2) 3 [cm], (IX.6.30) unde: m este masa corespunzătoare unităţii de suprafaţă; flexibilitatea ţesăturii (fig. IX.6.65): H = W ap /W flex (IX.6.31) unde: W ap este lucrul mecanic de aplecare al epruvetei testate; W flex lucrul mecanic corespunzător epruvetei absolut flexibile.

66 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 357 principiul de măsurare Fig. IX Flexometrul pentru ţesături. W ap = k A = k 10(φ 1 + φ 2 + φ φ 10 /2) W flex = 9000 k H = 1/9(φ 1 + φ 2 + φ φ 10 /2) Fig. IX Principiul de determinare al flexibilităţii ţesăturilor. Determinarea coeficientului de drapaj. Capacitatea materialului de a forma falduri se determină cu aparatul Drap-meter, cu ajutorul căruia se urmăreşte aplecarea materialului în jurul unei suprafeţe de sprijin, sub acţiunea unui moment încovoietor dezvoltat de propria greutate. Testul se aplică pe epruvete standardizate E, de formă circulară, cu diametrul D; suprafaţa de sprijin este tot circulară, cu diametrul d (fig. IX.6.66).

67 358 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ a b c Fig. IX Metode pentru determinarea drapajului materialelor textile: a metoda Evdochimov-Buharov, pentru epruvete dreptunghiulare; b metoda Preda, pentru epruvete circulare; c metoda de prelevare şi prelucrare automată a imaginilor video.

68 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 359 Capacitatea materialului de a forma falduri se apreciază prin: coeficientul de drapaj: D Dx CD = 100% (IX.6.32) x D coeficientul de drapaj general: C = 1/ S ( S S ) 100%; (IX.6.33) Dg 0 0 indicele de drapaj general: L D 2 SRx I D = 100%, (IX.6.34) g L D unde: D x este diametrul proiecţiei; S 0 aria epruvetei; S P aria proiecţiei epruvetei aplecate. Observaţii: 1. Coeficienţii de drapaj sunt relevanţi atât pentru rigiditatea la încovoiere cât şi pentru rigiditatea la forfecare a textilelor plane, determinarea lor fiind indicată mai ales pentru articolele destinate confecţiilor textile. 2. Valoarea medie a coeficientului de drapaj este reprezentativă pentru rigiditatea la încovoiere iar coeficientul de variaţie, pentru histereza la încovoiere. 3. Valorile coeficienţilor de drapaj se corelează pozitiv cu valorile lungimii de încovoiere şi a rigidităţii la flexiune. Prin cercetări paralele efectuate asupra comportării la încovoiere a unui sortiment de ţesături (138 articole ţesături de tip lână pieptănată, cardată realizate din lână 100% şi în amestec cu fibre sintetice, din fire texturate şi alte materiale), destinat confecţiilor de îmbrăcăminte de toamnă/iarnă, utilizând metoda pătratelor minime, s-a stabilit ecuaţia de regresie: p C = 5, B / W + 131,1 B / W + 1, 2 B / W, (IX.6.35) D g în care: W reprezintă masa unităţii de suprafaţă a ţesăturii testate; B 90, B 0 şi B 45 rigiditatea la încovoiere pe direcţiile axelor tehnologice ale produselor. Modul de realizare a eşantionului analizat dovedeşte faptul că: relaţia stabilită are un caracter general şi atestă legătura pozitivă dintre valorile coeficientului de drapaj şi indicii mecanici; valorile coeficientului de drapaj general sunt dependente de compoziţia fibroasă şi de parametrii geometrici ai ţesăturii şi firelor componente; pentru diferite categorii tehnologice de ţesături se pot preciza limitele de variaţie (tabelul IX.6.21). IX Determinarea momentului /deformaţiei generate de un factor exterior Determinarea rigidităţii la încovoiere prin modelul grinzii simplu rezemate: B = EI = Pl 3 /48 f, (IX ) unde: P forţa tăietoare şi l lungimea probei sunt cunoscute, iar f săgeata se determină experimental, conduce la rezultate aproximative în cazul structurilor textile complexe (fire, ţesături, tricoturi, materiale neţesute sau compozite, caracterizate prin discontinuitate şi

69 360 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ anizotropie); procesul de măsurare a momentului de încovoiere intern la aceste materiale necesită traductoare sensibile la deformaţii mici TDLV sau capacitive (fig. IX.6.67). Tabelul IX.6.21 Valori orientative ale coeficientului de drapaj pentru categorii tehnologice de ţesături Materialul testat Ţesături de lână cardată Ţesături de lână pieptănată Coeficient de drapaj Mediu Minim Maxim 2 HB / W 66,1 63,5 68 0, ,9 54,7 0,06 Ţesături tip LP 37,3 36,5 38,6 0,034 Ţesături de mătase 32,8 31,6 33,6 0,033 Cauciuc natural 72,3 71,8 72,5 0,031 Fig. IX Determinarea momentului de încovoiere intern. Fig. IX Flexometrul pentru testarea rezilienţei la încovoiere. Capacitatea de revenire din încovoiere este mai uşor de evidenţiat prin adaptarea unui flexometru la determinarea histerezei la încovoiere prin stabilirea valorii medii a revenirii unghiulare (atribut al tuşeului) la testarea simultană a două epruvete. Testarea comportării la încovoiere prin studiul buclei de material. Se face prin măsurarea tensiunii/deformaţiei în bucla de material. Măsurarea tensiunii, P 1 dezvoltată în bucla de material textil la aplicarea unei deformaţii determinate constituie o metodă neconvenţională şi poate fi aplicată la testarea fibrelor, firelor şi ţesăturilor. Rezultatele procesului de măsurare se exprimă prin rigiditatea la flexiune, care se calculează în funcţie de profilul ţesăturii supuse la încovoiere: B = (L/L') 2 P 1 /cosα (IX.6.37)

70 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 361 Principiul descris nu necesită un echipament special (fig. IX.6.69); se poate utiliza dinamometrul electronic, care asigură o rezoluţie satisfăcătoare; înregistrarea grafică a diagramei forţă-deformaţie este reprezentativă pentru evaluarea energiei consumate la încovoiere (fig. IX.6.70); rezultatele sunt comparabile cu cele obţinute prin metoda Cantilever Test. Fig. IX Măsurarea deformaţiei la încărcare statică. Fig. IX Principiul de calcul al rigidităţii la încovoiere. Măsurarea deformaţiei unei bucle de material textil la aplicarea unei forţe determinate este o metodă neconvenţională, care permite urmărirea procesului de deformare-revenire a epruvetelor de fibre, fire sau ţesături, la aplicarea unei forţe tăietoare determinate (fig. IX.6.71); precizia de evaluare a ciclului de încovoiere este mai mică, deoarece se bazează pe percepţia vizuală a deformaţiei. Testarea comportării la încovoiere a fibrelor şi firelor prin solicitarea la buclă şi nod (fig. IX.6.72) permite evaluarea globală a comportării la încovoiere a fibrelor şi firelor şi se realizează prin determinarea rezistenţei la buclă, P b, şi a rezistenţei la nod, P n, care se exprimă în procente faţă de valoarea medie a rezistenţei eşantionului testat: P b = P' b /2P 100%; P n = P' n /P 100% unde: P' b ; P' n sunt valorile determinate experimental. P f Fig. IX Determinarea deformaţiei sub acţiunea unei forţe constante pe bucla de material textil.

71 362 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Testare la încovoiere / solicitare la buclă şi nod. IX Testarea comportării produselor plane şi liniare la solicitarea dinamică de încovoiere Metoda se bazează pe determinarea frecvenţei de rezonanţă a epruvetei dimensionate, supusă la încovoiere dinamică prin intermediul unei surse de vibraţii/ audiofrecvenţă a 3 2 a l b 3 Fig. IX Testarea comportării la încovoiere prin determinarea frecvenţei de rezonanţă a epruvetei: a produse liniare; b produse plane. Frecvenţa de rezonanţă depinde atât de dimensiunile geometrice ale epruvetei cât şi de rigiditatea la flexiune a materialului testat şi se exprimă prin ecuaţia Rayleigh-Ritz: f r Bd h Valoarea rigidităţii la încovoiere este: 2 1/2 =α/2 π ( / ρ ). (IX.6.38) B A d W f 2 2 = 4 / α ( ), (IX.6.39) unde: r este raza epruvetei pe porţiunea liberă să vibreze; ρ densitatea materialului, în g/cm 3 ; d grosimea epruvetei de material textil, în cm; M masa unităţii de suprafaţă a epruvetei; A aria suprafeţei libere să vibreze, în cm 2.

72 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 363 Testarea ţesăturilor prin metoda Rayleigh-Ritz conduce la rezultate convergente cu Cantilever Test; diferenţele rezultă din aplicarea a două principii diferite de evaluare: metoda Rayleigh-Ritz presupune o evaluare globală a epruvetei, fără să se mai ţină seama de orientarea sistemelor de fire; Cantilever Test apreciază comportarea la încovoiere a epruvetei dimensionate şi orientate; rezultatul testului corespunde uneia din axele tehnologice ale produsului şi se poate remarca anizotropia comportării la încovoiere a ţesăturilor (fig. IX.6.74) prin diagrama polară. Rezultatele aplicării metodei Reileigh-Ritz sunt concordante cu media determinărilor Cantilever-Test. La ţesături echilibrate, anizotropia este determinată de rigiditatea diferită a firelor celor două sisteme/firele de urzeală se rigidizează la prelucrare (consecinţă a oboselii). Fig. IX Diagrama polară ilustrând anizotropia comportării ţesăturilor la solicitarea de încovoiere. IX.6.4. Şifonarea materialelor textile Şifonarea materialelor textile pentru produse de îmbrăcăminte constituie un efect nedorit de deformare cu caracter temporar / permanent, determinat de solicitările compuse de încovoiere şi compresie din timpul utilizării, în condiţiile de utilizare sau de întreţinere; poate fi dirijată sau întâmplătoare şi se manifestă prin apariţia de încreţituri, cute şi dungi pe suprafaţa materialului, care alterează aspectul şi reduc valoarea de întrebuinţare. Din acest motiv, materialele pentru confecţii se clasifică astfel: cu şifonabilitate redusă, articole tip lână;

73 364 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ cu şifonabilitate medie, articole din fire sintetice; cu şifonabilitate pronunţată, din fire celulozice, care se corectează prin finisări superioare. Şifonarea este efectul modificărilor ireversibile produse prin alunecarea reciprocă a formaţiunilor structurale ale fibrelor componente (microfibrile, fibrile) la solicitarea de încovoiere, specific structurilor orientate, cu cristalinitate mare (fibre celulozice); alunecările se produc datorită ruperii legăturilor de hidrogen, care se refac uşor în alte poziţii, determinând caracterul permanent al şifonării. Observaţii: 1. Cu cât flexibilitatea şi elasticitatea (G e [%]) sunt mai mari, cu atât materialul îşi revine într-o mai mare măsură din şifonare; deoarece materialele textile se caracterizează prin viscoelasticitate, ele îşi revin rapid sau lent şi parţial, în funcţie de gradul de plasticitate G p. 2. Revenirea din şifonare se produce pe baza legăturilor intermoleculare formate consecutiv procesului de deformare (în stare uscată, umedă şi condiţionată) în zonele amorfe. 3. Îndoirea permanentă (obţinerea cutelor, dungilor) presupune coordonarea condiţiilor de solicitare (durată şi efort unitar la compresie, îndoire) cu regimul hidrotermic. Obţinerea efectelor permanente este legată de energia absorbită de material în timpul solicitării, în comparaţie cu energia potenţială, acumulată de materialul textil sub forma deformaţiilor elastice. 4. Studiul comportării materialelor textile la şifonare / îndoire materializează două principii: determinarea capacităţii de revenire din şifonare alternativ cu determinarea şifonabilităţii produselor; indicii nominalizaţi exprimă comportarea produsului la un proces de compresie, la parametri standardizaţi, cu menţionarea parametrilor de climat şi umiditate ai materialului; determinarea rezistenţei materialelor textile la şifonare, concretizată prin delimitarea regimului de solicitare în limitele căruia nu se produc deformaţii (încreţituri, cute, dungi) permanente. IX Metode şi indici de testare ai şifonabilităţii prin îndoirea epruvetei Şifonabilitatea se defineşte prin indici specifici determinaţi în limitele unei solicitări de compresie la parametri standardizaţi: indici pentru determinarea şifonabilităţii: coeficientul de şifonare, S: defineşte rezistenţa materialului testat la solicitare şi exprimă, sub formă procentuală, deformaţia permanentă după compresia exercitată în condiţii standard asupra produsului testat; parametrii de compresie se stabilesc în funcţie de masa unităţii de suprafaţă (efectul de alunecare reciprocă a formaţiunilor structurale fig. IX.6.74); indici pentru determinarea capacităţii de revenire din şifonare: capacitatea de revenire din şifonare a produsului testat se determină pentru toate formele de structuri textile (liniare şi plane) şi mai ales pentru ţesături; indicele exprimă, sub formă procentuală, energia potenţială acumulată în timpul solicitării la nivelul elementelor structurale de regimul de şifonare/ efectul de restabilire a legăturilor de hidrogen în noi poziţii; principiul de determinare este general valabil pentru toate categoriile tehnologice de produse (fig. IX.6.76).

74 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 365 a b Fig. IX Principiul de apreciere al coeficientului de şifonare la materiale textile: a metoda buclei, S = 100(d d 0 )/d 0 [%]; b metoda armonicii, S = 100 L 0 /L [%]. coeficient de revenire, λ [%]: λ = α N /180 o. coeficient de revenire instantanee λ 1 : λ 1 = α 1 /180 o. coeficient de revenire încetinită, λ 2 : λ 2 = (α 2 α 1 )/180 o. Fig. IX Principiul măsurării şi indicii pentru aprecierea capacităţii de revenire din şifonare a materialelor textile. Determinarea coeficientului de revenire din şifonare (fig. IX.6.77) constă în măsurarea unghiului de revenire α care are valori diferite, în funcţie de condiţia de relaxare, asigurată prin poziţionarea epruvetei. Fig. IX Reprezentarea grafică a procesului de revenire din şifonare. Momentul de revenire poate fi diminuat de: momentul generat de greutatea segmentului superior; forţele de frecare pe suport; momentul generat de propria greutate. Procesul de revenire este marcat de caracteristicile vâscoelastice specifice compoziţiei fibroase ale epruvetei solicitate, ceea ce impune analiza în timp; prin înregistrarea grafică a cotelor de revenire se evidenţiază componentele de revenire înalt elastică şi elastică încetinită, cât şi deformaţia remanentă.

75 366 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Condiţii metrologice semnificative pentru testarea comportării la şifonare. Şifonabilitatea materialului textil este determinată la nivelul compoziţiei /natura fibrei; poate fi influenţată la nivelul structurii textile şi de asemenea se manifestă diferit în funcţie de condiţia de umiditate a materialului: uscat, umed, ud. La o structură textilă complexă ca ţesătura, şifonabilitatea manifestă dependenţă faţă de: fineţea şi torsiunea firelor în cele două sisteme; desimea tehnologică şi legătura ţesăturii. Testarea epruvetelor orientate diferit faţă de axele tehnologice ale ţesăturii, a permis observarea anizotropiei şifonabilităţii şi capacităţii de revenire din şifonare la ţesăturile echilibrate (fig. IX.6.78). Deoarece, în utilizare, şifonarea nu poate fi orientată preferenţial, exprimarea vectorială a capacităţii de revenire din şifonare prezintă un interes deosebit; orientarea epruvetei pe direcţii diferite faţă de axele tehnologice supune firele ţesăturii unor solicitări diferite de întindere, încovoiere şi torsionare, ceea ce determină unghiuri diferite de revenire. Fig. IX Anizotropia coeficientului de revenire din şifonare. Observaţii: 1. Reprezentarea polară permite evaluarea corectă a direcţiei prioritare de formare a cutelor în ţesătura condiţionată uniform. 2. Axele de simetrie ale polarogramelor nu corespund direcţiilor principale şi rezultatul este analog celui obţinut în cazul testării rigidităţii la încovoiere. 3. Testul se efectuează pentru ambele feţe ale ţesăturii (cu excepţia ţesăturilor cu legătură pânză, fără finisaje speciale) şi, din acest motiv, numărul de epruvete tăiate este par. Polarograma exprimă sintetic capacitatea de revenire din şifonare a produsului testat, printr-o singură valoare (S/S 0 ) şi nu este identică pe cele două feţe ale ţesăturii dacă desenul nu este reversibil. Din acest motiv, decuparea epruvetelor trebuie să se realizeze astfel încât să asigure orientarea muchiei de îndoire pe direcţia firelor de urzeală, de bătătură sau altă posibilitate de orientare; epruvetele orientate pe direcţia U/B trebuie să cuprindă un număr cât mai mare de fire.

76 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 367 Metodele standardizate pentru testarea capacităţii de revenire din şifonare cât şi condiţiile metrologice de testare (forţa şi durata compresiei epruvetelor îndoite, în funcţie de masa unităţii de suprafaţă a ţesăturii) sunt prezentate sintetic în tabelul IX SR 6145/1-82 prescrie utilizarea metodei germane îmbunătăţită prin forma specială a epruvetelor cu aripioare, care sunt testate cu ajutorul aparatului FF 07-Metrimpex. Forma epruvetei permite un contact perfect al acesteia cu suprafaţa de sprijin şi o aplicare uniformă şi corectă a compresiei. Metode şi condiţii metrologice standardizate la testarea capacităţii de revenire din şifonare Tabelul IX Total test: aparat de şifonare cu cilindri I. Muchia de îndoire în plan orizontal Proba suspendată pe cablu. Unghiul de revenire este diminuat de momentul încovoietor: M = (M/2) (b/2) sinα/2 2. Metoda Monsanto ASTM 1295; Metoda Shirley, BS Valoarea unghiului de revenire este influenţată pozitiv de : M = M (b/2) cos(180 α) 3. Metoda germană, DIN Aparat: Metrimpex, FF72. II. Muchia de îndoire în plan vertical Proba sprijinită în plan vertical. Valoarea unghiului de revenire este influenţată de: M = M b/2 cos(180 α) 4. Metoda Quehl Valoarea unghiului de revenire este diminuată de forţele de frecare pe suprafaţa de sprijin a epruvetei Conform DIN 53890: durata compresiei este de 60 min; timpul de revenire este min; încărcarea este de dan pentru M < 100; 100 < M < 500; M > 500 g/m 2.

77 368 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ IX Metode de analiză a comportării textilelor la şifonare întâmplătoare Efectele şifonării întâmplătoare se materializează prin formarea pe suprafaţa epruvetei testate a unor denivelări (încreţituri, cute, dungi) a căror frecvenţă şi amplitudine definesc gradul de şifonare. Şifonarea întâmplătoare se produce prin compresia epruvetei dimensionate sub acţiunea unei presiuni determinate, în volum limitat, cu spălare prin picurare şi uscare. Gradul de şifonare (şifonabilitatea) poate fi evaluat: subiectiv (prin observare vizuală): prin compararea epruvetei şifonate cu 5 standarde vizuale, care reprezintă stările posibile; obiectiv, prin metode de măsurare a frecvenţei şi amplitudinii denivelărilor suprafeţei, cu: aprecierea globală a stării suprafeţei epruvetelor din materialul testat (înainte/după şifonare) prin analiza capacităţii de reflexie a acesteia; aprecierea profilului epruvetelor din materialul testat (înainte/după şifonare) prin utilizarea palpatorului inductiv; metoda triangulaţiei laser. Determinarea gradului de şifonare prin metoda reflexiei. Metoda se utilizează pentru evaluarea operativă şi globală a gradului de şifonare după procesele de spălare-uscare şi se bazează pe legătura dintre capacitatea de reflexie a materialelor textile şi starea de netezime a suprafeţei, constatată la iluminarea sub unghi mic. uniformitatea reflexiei durabilitatea pliurilor G s = k Φ; E = (180 α K )/( 180 α R ) Fig. IX Principiul determinării gradului de şifonare prin metoda reflexiei. Epruveta şifonată prin spălare este incidentată sub un unghi de 18 o prin fluxul emis de sursa S; fotocelulele D şi S recepţionează fluxul radiant reflectat, convertindu-l în semnal electric; prin intermediul unui circuit de măsură diferenţial se obţine măsura, sub forma unui curent a cărui intensitate este direct proporţională cu gradul de şifonare (fig. IX.6.79). Determinarea gradului de şifonare prin evaluarea profilului suprafeţelor. Principiul de evaluare al profilului suprafeţelor (înainte şi după şifonare) are avantajul de a genera imagini reproductibile în spaţiul tridimensional prin intermediul unui computer (fig. IX.6.80). Evaluarea profilului se poate realiza prin: sistemul de măsurare tactil cu senzor inductiv; sistemul de măsurare fără contact, triangulaţie laser (fig. IX.6.81). Fig. IX Aspectul ţesăturii şifonate relevat prin metode optice.

78 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 369 Fig. IX Trasarea curbelor de nivel/metoda de triangulaţie laser. În ambele situaţii, epruveta de material este dispusă pe un suport plan cu trei grade de libertate (două mişcări de translaţie, o mişcare de rotaţie), ceea ce asigură modificarea poziţiei epruvetei faţă de senzor (modificarea coordonatelor punctului de măsurare, sub controlul PC). Senzorul fix permite determinarea ordonatelor z(x; y) sub controlul PC; sincronizarea informaţiilor se obţine sub forma z = f (x, y). Procesul de măsurare se finalizează prin trasarea curbelor de profil şi prin metode de evaluare statistică a imaginii. Analiza durabilităţii dungilor şi pliurilor. În domeniul confecţiilor pentru îmbrăcăminte, este necesară realizarea de îndoiri permanente, pe direcţia unuia dintre sistemele de fire (U, B), sub formă de cute, dungi. Durabilitatea dungilor şi pliurilor se apreciază prin indici specifici (tabelul IX.6.23), definiţi similar coeficientului de revenire din şifonare şi se testează în raport cu următoarele operaţii: presare mecanică, înmuiere, spălare şi uscare, curăţire chimică. Tabelul IX.6.23 Indici specifici pentru determinarea durabilităţii dungilor şi pliurilor Parametrii durabilităţii dungilor şi pliurilor Formate (călcate) Epruveta Tratate Unghiul muchiei probei, (valori măsurate) α r α K Complementul unghiului muchiei, e 180 αr 180 α e r = e K = Durabilitatea muchiei, E 180 αk E = 180 α Observaţii: 1. Deoarece stabilitatea se manifestă diferit în raport cu cele două sisteme de fire, epruvetele se orientează pe direcţia U; B (n U; B = 6 epruvete). 2. Dimensiunile epruvetelor şi parametrii de realizare ai operaţiilor de pregătire în vederea testului sunt standardizate în funcţie de natura materialului (tabelul IX.6.24) Măsurarea durabilităţii plisării materialelor. Plisarea se poate aplica pe materiale hidro şi termoplastice sau pe amestecuri ale acestora; cutele îşi păstrează bine forma (exemplu: materiale din fibre PES, PA, PAC, triacetat de celuloză) şi se presupune utilizarea materialelor rigide, cu flexibilitate redusă, dar subţiri; pentru ţesăturile groase nu se poate realiza nici unghi ascuţit al cutei, nici pliere cu desime mare. Durabilitatea plisării se apreciază prin indicii de apreciere ai şifonabilităţii şi, respectiv, prin indicii specifici pentru determinarea durabilităţii dungilor şi pliurilor. r K

79 370 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Tabelul IX.6.24 Dimensiunile şi condiţiile de pregătire a epruvetelor/ testarea durabilităţii muchiei Dimensiuni epruvetă Lungime, L lăţime, b Durată presare/călcare Presare mecanică Înmuiere Spălare Curăţire chimică Secunde Durată Greutate Lichid Durată Soluţie Soluţie 12±1 T o C 15 min odihnă 1 oră 3 dan Apă distilată la 20 o C 15 min Apă + alcool gras sulfonat 2g/l; 3 clătiri 40 o C; 30 min IX.6.5. Comportarea la solicitarea de frecare a materialelor textile Pentru interpretarea comportării la solicitarea de frecare (comportare tribologică) a materialelor textile se pot admite mai multe modele teoretice. Modelul şi legile clasice ale frecării: forţa de frecare F f defineşte (la nivel macroscopic) rezistenţa opusă la deplasarea reciprocă a două corpuri în contact: F f = µn (IX.6.40) unde: N este forţa normală pe aria de contact; µ coeficient de frecare. Coeficientul de frecare µ nu reprezintă o constantă de material, ci o valoare dependentă de N, iar forţa de frecare F f este independentă de aria de contact; modelul poate conduce la interpretări eronate, deoarece materialele textile sunt voluminoase şi uşor deformabile, generând variaţii ale presiunii şi ariei de contact, deci relaţia IX.6.39 nu este aplicabilă în cazul materialelor fibroase. Modelul Bowden-Tabor admite că materialele textile nu se supun legilor clasice ale frecării (la nivel microscopic); se acceptă mecanismele de generare a frecării prin adeziuneforfecare şi ipoteza variaţiei ariei de contact sub acţiunea presiunii, în funcţie de voluminozitate şi de deformabilitatea în volum; relaţia dintre forţa de frecare şi forţa normală este de forma: unde: n şi a sunt indici de frecare. F f = an n (IX.6.41) Observaţii: 1. Relaţia IX.6.41 redă comportarea la frecare a fibrelor care se abat de la legile clasice ale frecării, unde F este în dependenţă liniară faţă de N. 2. În cazul particular: n = 1, a = µ, se obţine legea clasică: F f = µn. 3. Orice test presupune determinarea indicilor de frecare a, n, care exprimă comportarea la frecare mai bine decât coeficientul de frecare clasic µ; în cadrul testului, valoarea coeficientului de frecare se asociază cu forţa normală: µ = a N n (IX.6.42) 4. Determinarea indicilor a şi n impune efectuarea determinărilor într-un domeniu larg de variaţie a forţei normale şi permite standardizarea valorilor pentru comportarea la frecare a fibrelor; astfel: µ = F/N (IX.6.43) constituie o relaţie cu caracter practic.

80 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile Materialele textile (fibre şi ansambluri de fibre) sunt caracterizate prin relaţia: a = SC M K n m 1 n (IX.6.44) în care: a este coeficient de frecare normalizat în funcţie de forţa din regiunea de contact; S efortul de forfecare; C M constantă dependentă de distribuţia forţei de apăsare laterală în regiunea de contact; m numărul asperităţilor; n indicele de frecare definit de presiunea şi aria de contact; depinde de deformabilitatea materialului. 6. Conform modelului Bowden-Tabor, forţele de frecare depind de: morfologia contactului indicată prin numărul asperităţilor m; distribuţia eforturilor indicată prin parametrul C M, de comportarea mecanică a asperităţilor /presiune-arie de contact şi efort de forfecare. IX Metode de testare a comportării tribologice a fibrelor textile Metode de măsurare pe fibre individuale. Măsurarea forţelor de frecare generate în cuple de frecare compuse din fibre textile se realizează prin măsurări efectuate pe fibre individuale prin: metoda contactului liniar: în cupla de frecare simplă, alcătuită din două fibre răsucite, are loc deplasarea reciprocă a componentelor (iniţiată prin deplasarea clemei motoare a dinamometrului), căreia i se opune forţa de frecare, este determinată prin intermediul celulei de măsură (Instron) figura IX.6.82,a; metoda contactului punctiform: în cupla de frecare mixtă (fig. IX.6.82,b), forţa de frecare dintre fibră şi rola înfăşurată sub unghiul θ determinată la deplasarea clemei motoare în acelaşi mod. Fig. IX Schematizarea metodelor de determinare a forţei de frecare generate în cuple de frecare simple sau mixte/la fibre individuale. Metode de măsurare pe ansamblu de fibre. Comportarea tribologică a unui ansamblu de fibre se analizează prin măsurarea forţei de frecare, materializată prin profilul forţei de frecare F. Determinarea profilului forţei de frecare F se realizează în context cu numărul elementelor în contact (n f ) şi încărcarea normală prestabilită (fig. IX.6.83); datorită structurii cuplei (cu dublă suprafaţă de frecare), valoarea determinată reprezintă dublul forţei de frecare.

81 372 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Cupla de frecare (formată din mănunchiul de fibre B 2 şi corpul de frecare B 1 ), sub forţa de apăsare normală N, este ataşată prin clemele C 2 (motoare) şi respectiv C 1 la celula de măsură a MIT Instron. Forţa de frecare este iniţiată prin mişcarea descendentă a clemei motoare C 2 şi este măsurată continuu / conversie în semnal electric. Fig. IX Adaptarea sistemului de măsurare Instron la determinarea profilului forţei de frecare /ansamblu de fibre. Observaţii: 1. Prin analiza profilului curbei de variaţie a forţei de frecare (fig. IX.6.84) se diferenţiază: forţa de frecare fibră fibră de forţa de frecare fibră metal; varietăţile de bumbac. Astfel, proprietăţile ansamblului de fibre (fineţe, maturitate şi lungime) sunt variabile determinante pentru comportarea tribologică a fibrelor de bumbac. Comportarea fibrelor la frecare determină rezistenţa opusă de semifabricate forţelor de laminare, în procesele tehnologice de prelucrare; forţele de frecare dintre fibre sunt dependente de forma secţiunii transversale, geometria suprafeţei, rigiditatea la flexiune, dar şi de lungimea şi fineţea acestora. Fig. IX Puterea de relevare a profilului forţei de frecare/natura elementelor cuplei de frecare; varietăţile de bumbac.

82 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile Profilul curbei de variaţie a forţei de frecare (fig. IX.6.85,a) este relevant prin următoarele aspecte: F max / 2 reprezintă rezistenţa statică la frecare a eşantionului testat; depăşirea forţei de frecare maxime implică alunecarea şi reducerea forţei de frecare; modificarea repartiţiei forţei de apăsare determină creşterea forţei de frecare; ciclul maxim descreştere (alunecare) se repetă; forţa de frecare este proporţională cu numărul fibrelor la distanţa de măsurare, deci profilul forţelor de frecare este dependent de repartiţia lungimii fibrelor în eşantion; la baza mănunchiului de fibre, forţa de frecare este maximă, iar spre vârful mănunchiului de fibre, numărul acestora scade, determinând scăderea valorilor forţei de frecare. 3. Înregistrările grafice (IX.6.85,b) evidenţiază: valoarea maximă a forţei de frecare, F max ; valorile caracteristice: F i forţa de frecare medie (corespunde morfologiei suprafeţei fibrelor); F m forţa de frecare (corespunde atât suprafeţei cât şi dimensiunii fibrelor); F f forţa de frecare (corespunde lungimii şi fineţii fibrelor) / în cuplă se găseşte un număr mic de fibre. Fig. IX Profilul forţei de frecare în raport cu distanţa de alunecare / numărul de fibre la abscisă determinată.

83 374 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ 4. Parametrii a şi n, determinaţi prin metoda testării profilului forţei de frecare în condiţia variaţiei presiunii de contact, permit diferenţierea fibrelor conform tabelului IX Fibra Parametrul Valorile parametrilor a şi n pentru diferite tipuri de fibre Bumbac Bumbac mercerizat Fibre acrilice Tabelul IX.6.25 Polipropilenă a 1,8-2,25 0,319 0,59 n 0,6-0,886 0,59-0,61 0,678 0,852 IX Metode de testare a comportării tribologice a firelor textile Caracteristicile tribologice determină prelucrabilitatea firelor şi calitatea produselor textile plane realizate din acestea. În procesele tehnologice, frecarea generează creşterea tensiunilor de prelucrare şi determină creşterea frecvenţei ruperilor de fire şi uzura mai rapidă a suprafeţei, influenţând tuşeul textilelor plane. Caracteristicile de suprafaţă ale firelor se diferenţiază la analiza comportării tribologice, prin valorile forţelor de frecare generate la deplasarea acestora în cuplele de frecare simple şi mixte. Determinarea forţelor de frecare se realizează prin măsurare în regim static/ dinamic a tensiunilor dezvoltate în timpul prelucrării, înainte şi după cupla de frecare. Instalaţiile şi sistemele de măsurare utilizate pentru determinarea forţelor de frecare reproduc prin intermediul modelelor cuplelor de frecare traseele tehnologice de prelucrare a firelor; măsurarea propriu-zisă se realizează prin intermediul unor module pentru determinarea tensiunii în fir (fig. IX.6.86). Ţinându-se seama de geometria cuplelor specifice proceselor tehnologice, se determină coeficienţii de frecare dinamici, aplicând formulele Euler: cuple mixte (fir -conducător de fir): 1 T ln 2 µ d = π T 1 (IX.6.45) cuple simple (fir-conducător de fir): 1 T2 µ d = ln πβ n T 1 (IX.6.46) în care: n reprezintă numărul de înfăşurări ale firelor în cuplă; β unghiul de înfăşurare (cupla simplă); T 1 ; T 2 tensiunile în fir (înainte şi după cupla de frecare). Determinarea forţei de frecare se poate realiza prin utilizarea unor module/ tensometre pe un traseu improvizat (cu condiţia menţinerii parametrilor mediului ambiant în condiţii constante) sau prin intermediul unor instalaţii de măsură dedicate (F-metru Rotschild, fig. IX.6.87).

84 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 375 a cuple mixte b cuple simple Fig. IX Cuple specifice proceselor tehnologice: S 1, S 2 tensometre; 1 rolă de ghidare; 2 rolă de măsurare; 3 firul testat; 4 cupla de frecare. a b Fig. IX Instalaţia (a) şi sistemul F-meter Rotschild (b) pentru testarea comportării tribologice a firelor.

85 376 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Observaţii: 1. Determinările se efectuează în limitele vitezei de antrenare de 5 cm/min- 300 m/min. 2. Regimul tensiunilor de intrare/ieşire din cuplă se stabileşte în funcţie de domeniul de măsurare indicat pentru traductoarele utilizate. 3. Determinarea comportării la frecare a firelor permite identificarea factorilor de influenţă în cazul cuplelor de frecare simple şi mixte; aceştia sunt: structura firelor testate: compoziţia fibroasă; caracteristicile geometrice ale firelor/ fineţe; torsiune; tehnologia de realizare (cardat; pieptănat; semipieptănat); sistemul de filare utilizat (clasic, OE-rotor, filare AJ, filare uscată, filare umedă în cazul fibrelor liberiene). condiţiile tehnologice ale încercării: regimul de prelucrare: viteza de efectuare a testului şi tensiunea de intrare în cuplă; prezenţa adaosurilor tehnologice cu caracteristicile de compoziţie corespunzătoare; temperatura cuplei de frecare (în cazul în care aceasta reprezintă o condiţie tehnologică de prelucrare); geometria cuplei de frecare / specificată prin regimul tehnologic: material; rugozitate; diametru. mediul ambiant: temperatura, umiditatea relativă a aerului; umiditatea materialului testat. Comportarea tribologică a firelor în cuplele de frecare simple. Testarea comportării la solicitarea de frecare particularizează modelul structural al firelor şi poate delimita condiţiile de prelucrare (viteze, tensiuni) sau de utilizare a acestora; forţele de frecare influenţează stabilitatea dimensională şi tuşeul produselor realizate din fire. Rezultatele testării comparative a comportării tribologice (evidenţiate prin forţa de frecare (T 2 -T 1 ) şi, respectiv, tensiunea (T 2 / T 1 )) a firelor filate prin procedeul clasic, OE- rotor şi de fricţiune în cuple de frecare fir-fir, în funcţie de unii dintre factorii determinanţi amintiţi anterior, sunt prezentate în tabelele IX.6.26-IX Tabelul IX.6.26 Influenţa vitezei relative a firelor / cuple de frecare fir-fir Materie primă Bumbac Poliester Viscoză Sistemul de filare Forţa de frecare (cn) Viteza relativă 40 m/s 100 m/s 200 m/s Tensiune Forţa de frecare (cn) Tensiune Forţa de frecare (cn) Tensiune Ring 3,41 1,32 3,01 1,30 2,43 1,23 Rotor 5,50 1,53 4,72 1,41 3,29 1,28 Fricţiune 6,21 1,57 5,83 5,83 4,84 1,37 Ring 4,85 1,45 4,39 1,41 2,18 1,23 Rotor 7,91 1,70 7,91 1,69 5,81 1,53 Fricţiune 6,44 1,49 6,46 1,536 5,17 1,51 Ring 4,79 1,39 4,73 1,38 2,48 1,24 Rotor 7,15 1,68 7,23 1,63 5,73 1,59 Fricţiune 8,50 2,09 7,7 2,27 * Densitatea liniară = 98,4; tensiunea de intrare = 11 cn; numărul de ruperi = 2.

86 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 377 Influenţa numărului de înfăşurări ale firelor/ cuple de frecare fir-fir Tabelul IX.6.27 Materie primă Bumbac Poliester Viscoză Sistem de filare Forţa de frecare (cn) Numărul de înfăşurări 40 m/s 100 m/s 200 m/s Tensiune Forţa de frecare (cn) Tensiune Forţa de frecare (cn) Tensiune Ring 5,95 1,46 11,04 2,21 19,56 2,85 Rotor 6,36 1,55 11,64 2,09 19,67 2,86 Fricţiune 0,88 1,07 11,69 1,97 27,36 3,05 Ring 2,21 1,21 4,84 1,44 17,45 2,57 Rotor 5,07 1,49 7,91 1,7 19,46 2,82 Fricţiune 2,275 1,21 6,42 1,48 19,34 2,67 Ring 3,12 1,21 4,80 1,40 30,14 3,91 Rotor 5,31 1,50 7,13 1,69 32,86 4,2 Fricţiune 3,5 1,33 8,42 2,04 32,19 4,18 * Densitatea liniară = 59,0 tex; viteza relativă = 40 m/min; tensiunea de intrare = 11 cn. Sistem de filare Influenţa densităţii liniare a firelor de bumbac / cuple de frecare fir-fir Forţa de frecare (cn) Densitatea liniară, Ttex 98,4 59,0 42,2 Tensiune Forţa de frecare (cn) Tensiune Forţa de frecare (cn) Tabelul IX.6.28 Tensiune Ring 3,41 1,32 11,04 2,21 11,03 2,09 Rotor 5,50 1,53 11,64 2,09 11,66 2,10 Fricţiune 6,21 1,57 11,69 1,97 * Viteza relativă = 40 m/min; tensiunea de intrare = 11 cn; numărul de ruperi = 2. Sistem de filare Influenţa tensiunii de intrare a firelor de bumbac / cuple de frecare fir-fir Forţa de frecare (cn) Tensiunea de intrare 5 cn 11 cn 15 cn Tensiune Forţa de frecare (cn) Tensiune Forţa de frecare (cn) Tabelul IX.6.29 Tensiune Ring 5,82 1,31 11,04 2,21 10,40 1,68 Rotor 7,79 2,49 11,64 2,09 10,22 1,66 Fricţiune 7,99 2,79 11,69 1,97 19,23 2,35 * Densitatea liniară = 59,0 tex; viteza relativă = 40 m/min; numărul de ruperi = 2.

87 378 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Tabelul IX.6.30 Influenţa torsiunii firelor / cuple de frecare fir-fir Materia primă Bumbac Poliester Viscoză Ring Rotor Factorul de torsiune (tors/cm)tex 1/2 Forţa de Forţa de Tensiunea Tensiunea frecare (cn) frecare (cn) 40 10,07 1, ,34 1,93 11,17 1, ,21 1,84 11,83 2, ,10 1, ,84 1, ,29 1,48 7,88 1, ,43 1,12 7,91 1,7 55 4,97 1, ,80 1, ,87 1,41 5,97 1, ,71 1,29 7,13 1, ,57 1,37 * Densitatea liniară = 59,0 tex; viteza relativă = 40 m/min; tensiunea de intrare = 11 cn; numărul de ruperi = 2 Observaţii: 1. Firele filate prin procedeul clasic prezintă cele mai mici valori ale forţei de frecare, indiferent de condiţiile de efectuare ale testului; firele filate prin procedeul OE-rotor prezintă cele mai ridicate valori ale forţei de frecare la realizarea din fibre poliesterice; în cazul firelor filate din bumbac (sau celuloză), firele filate prin procedeul de filare prin fricţiune prezintă cele mai ridicate valori (tabelul IX.6.26). 2. Schimbarea geometriei cuplei prin modificarea numărului de spire şi creşterea tensiunii la intrarea în cuplă modifică semnificativ valoarea forţelor de frecare, care creşte la creşterea numărului de spire şi scade la creşterea tensiunii de intrare în cuplă; pentru firele realizate din fibre celulozice sau poliesterice acest fenomen este pregnant la trecerea de la două la trei spire, ceea ce confirmă influenţa rigidităţii la încovoiere asupra forţelor de frecare, la contactul liniar (tabelul IX.6.27). 3. Geometria cuplei de frecare fir-fir este influenţată de structura geometrică a firului, reflectându-se în valoarea forţelor de frecare, dependente de voluminozitatea firelor testate şi de viteza de variaţie a suprafeţei de contact între componentele cuplei, în funcţie de tensiunea iniţială (tabelele IX.6.28-IX.6.30) Comportarea tribologică a firelor în cuplele de frecare mixte. Comportarea tribologică este esenţială pentru stabilirea naturii cuplelor de frecare adecvate prelucrării şi influenţează regimul tensiunilor în fir; testele de laborator vor preciza natura şi geometria cuplei de frecare în raport cu compoziţia, fineţea şi torsiunea firelor analizate. Prin analiza comparativă a celor trei categorii tehnologice de fire / MFI, OE rotor şi F (tabelele IX.6.31-IX.6.32), se observă că, în cuplele de frecare fir-conducător, firele obţinute prin procedeul clasic de filare din fibre de bumbac sau celofibră prezintă cele mai mari valori de caracterizare/forţa de frecare (determinată ca diferenţă a tensiunilor T 2 T 1 ), fiind urmate de firele filate prin procedeul OE-rotor şi de firele produse prin procedeul de filare prin fricţiune F.

88 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 379 Influenţa vitezei firelor / cuple de frecare fir-conducător Tabelul IX.6.31 Materia primă Bumbac Poliester Viscoză Sistem de filare Forţa de frecare (cn) Viteza 100 m/min 300 m/min Tensiune Forţa de frecare (cn) Tensiune MFI 23,67 2,92 23,36 3,22 OE-rotor 20,05 2,90 16,57 1,81 F 19,26 2,81 15,51 1,62 MFI 11,03 1,95 22,41 3,00 OE-rotor 13,71 2,16 15,15 2,57 F 22,50 2,83 20,83 2,91 MFI 27,19 3,27 24,49 3,07 OE-rotor 25,29 3,19 15,09 2,49 F 22,14 3,01 * Densitatea liniară = 98,4 tex; tensiunea de intrare = 12 cn. Tabelul IX.6.32 Materia primă Influenţa densităţii liniare a firelor / cuple de frecare mixte Forţa de frecare (cn) Densitatea liniară, Ttex 98,4 59,0 42,2 Tensiune Forţa de frecare (cn) Tensiune Forţa de frecare (cn) Tensiune MFI 23,36 3,22 27,84 3,81 28,01 3,83 OE-rotor 16,57 1,81 18,24 1,99 18,98 2,01 F 15,51 1,62 16,24 1,78 Eşalonarea nu se păstrează în cazul firelor obţinute din fibre poliesterice, pentru care cele mai mari forţe de frecare sunt dezvoltate (în aceleaşi condiţii de testare) de firele obţinute prin procedeul de filare prin fricţiune. IX Comportarea tribologică a ţesăturilor Comportarea tribologică influenţează direct tuşeul şi indirect durabilitatea ţesăturilor implicit a confecţiilor realizate din acestea. Comportarea la solicitarea de frecare a produselor textile plane se caracterizează prin coeficientul de frecare µ (conform relaţiei IX.6.43) determinat prin măsurarea forţei de frecare de alunecare F, la deplasarea reciprocă a elementelor unei cuple de frecare plane simple sau mixte, printr-o adaptare simplă a dinamometrului electronic. Valoarea forţei de frecare este dependentă de presiunea de contact realizată între elementele cuplei şi impune precizarea sa în condiţiile metrologice sau în investigarea sistematică, fără a depinde de viteza de alunecare (fig. IX.6.88).

89 380 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ a b c Fig. IX Metoda şi aparatul pentru testarea comportării tribologice a ţesăturilor şi rezultate experimentale obţinute cu acestea: a metodă şi aparat; b CO + PES, pânză, 117 g/m 2, d = 0,167; c PES, pânză, 88g/m 2, d = 0,127. Observaţii: 1. Valorile coeficientului de frecare sunt tipice pentru parametrii de compoziţie şi de construcţie; din acest motiv, metoda diferenţiază materialele, în funcţie de: compoziţia fibroasă; masa unităţii de suprafaţă (fineţea firelor, desimea tehnologică, grosime) şi tipul de legătură. 2. Metoda relevă anizotropia comportării tribologice a ţesăturilor, caracterizate prin valori diferite ale coeficientului de frecare pe direcţia axelor tehnologice şi este sensibilă la variaţiile de umiditate ale materialului testat. Astfel, valorile coeficientului de frecare sunt mai mari la deplasarea pe direcţia firului de urzeală şi cresc semnificativ la ţesăturile ude. 3. Criteriile de încadrare a ţesăturilor în domeniul de întrebuinţare în funcţie de comportarea tribologică sunt asigurate prin valoarea coeficientului de frecare al ţesăturilor, care constituie: o componentă de tuşeu şi deci de confort psihosenzorial; factor determinant în comportarea la uzură (în timpul întrebuinţării) şi deci în durata de viaţă a produsului. 4. Valoarea coeficientului de frecare al ţesăturilor umede informează asupra rezistenţei la spălări repetate.

90 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 381 IX.6.6. Testarea rezistenţei la pilling a materialelor textile Pillingul este o manifestare tipică a textilelor plane, care constă în formarea pe suprafaţa acestora a unor aglomerări de fibre, aderente, ca rezultat al acţiunii forţelor de frecare, afectându-le aspectul. Fenomenul este mai pronunţat la articolele din fibre sintetice sau din amestecurile de fibre sintetice şi naturale, structuri textile deschise şi flexibile /tricoturi, cauzat fiind de emergenţa fibrelor şi de persistenţa aglomerărilor generate. Intensitatea fenomenului pilling este determinată: la nivelul proprietăţilor mecanice ale fibrelor componente, prin: rezistenţa la tracţiune, la obosire prin îndoiri repetate; valoarea forţelor de frecare dintre fibre; la nivelul caracteristicilor geometrice ale fibrelor; la nivelul structurii firului (grad de torsionare, pilozitate iniţială); la nivelul structurii produsului textil plan. Fenomenul pilling (fig. IX.6.89) se manifestă prin: formarea stratului pufos / fuzzy (c); generarea şi dezvoltarea biluţelor pilling prin încâlcirea fibrelor (d); desprinderea biluţelor de pe suprafaţa produsului, prin abraziune (e). a b c Fig. IX Etape de manifestare a fenomenului pilling. d e

91 382 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Deoarece efectul pilling afectează calitatea de aspect, cuantificarea acestuia prin simularea condiţiilor de întrebuinţare a materialelor textile pentru articole de îmbrăcăminte este obligatorie şi se standardizează. Tendinţa de pilling rezistenţa la pilling se apreciază prin metode de evaluare subiectivă şi de măsurare obiectivă, care presupun: iniţierea fenomenului pe epruvete, cu ajutorul maşinilor de încercare standardizate; metode de evaluare şi indici de exprimare relevanţi; modelarea fenomenului cu detalierea fiecărei faze de generare şi utilizarea acestuia în optimizarea structurii textile. IX Testarea rezistenţei la pilling a firelor Staff Tester -G556 / Zweigle (fig. IX.6.90) este un simulator pentru condiţiile de utilizare a firelor produse din fibre, simple sau răsucite; testează comportarea la abraziune şi tendinţa de rupere a firelor în timpul prelucrării, în scopul optimizării parametrilor de procesare. Facilităţile aparatului sunt: realizarea simulării prin cuple de frecare simple (frecare fir-fir) şi mixt, a căror prezenţă în traseul firului conduce la activarea tendinţei de pilling sau la modificări mai severe; există şi posibilitatea de combinare a celor două tipuri de cuple, determinând astfel efecte de oboseală prin abraziune; posibilitatea de colectare şi cântărire a fragmentelor detaşate din fir (de fir sau de apret, în cazul firelor încleiate); posibilitatea de măsurare a pilozităţii şi a nopeurilor acumulate (prin intermediul unui senzor optic); prin prelucrarea statistică a rezultatelor obţinute se estimează prelucrabilitatea firelor. Indicii de apreciere sunt: Ra (raportul dintre numărul de nopeuri şi aglomerări, iniţial şi final); Pp (pierderile de masă [%], determinate prin frecarea fir-fir). Fig. IX Încercarea rezistenţei la pilling a firelor / simulator pentru prelucrare fire-g556. Prin analiza statistică obţinută la testarea firelor de bumbac (fig. IX.6.91) s-a stabilit că legea de variaţie a numărului de nopeuri (Ra) este dublu-exponenţială şi că legea de variaţie a pierderilor de masă (Pp) este dublu logaritmică; repartiţiile se încadrează în aceeaşi categorie statistică pentru cuplele de frecare simple şi mixte.

92 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 383 Fig. IX Repartiţia dublu exponenţială raport Ra şi dublu logaritmică (Weibull) procent Pp. IX Testarea rezistenţei la pilling a textilelor plane IX Maşini pentru determinări cantitative Încercările se efectuează pe două categorii de maşini pentru iniţierea /obţinerea efectului pilling. Martindale (fig. IX.6.92); Brush and Sponge pilling Tester, asemănătoare din punct de vedere constructiv, iniţiază şi formează prin abraziune uşoară pilozitatea şi biluţele pilling, pe suprafaţa plană a epruvetei. Fig. IX Maşina Martindale, WT 37/ de încercat la abraziune. Determinările cantitative efectuate pe această categorie de maşini de încercare permit evaluarea dinamică a fenomenului pilling; pe mostra supusă încercării se determină numărul / masa pills fixate şi masa pills detaşate de pe unitatea de suprafaţă; prin suma acestora, se obţine numărul / masa pills formate la număr determinat de cicluri de abraziune (fig. IX.6.93). Observaţii: 1. Un studiu sistematic al procesului necesită efectuarea unui număr de 3-5 probe pentru fiecare număr de cicluri de abraziune. 2. Probele evaluate nu se repun în analiză, iar studiul comportă consum de material şi de timp.

93 384 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ 3. Studiul cinematic al procesului (determinarea vitezelor de formare şi de uzare prin abraziune a pills ) se realizează prin metode de derivare (fig. IX.6.94) grafice sau analitice. 4. Metoda de măsurare, deşi laborioasă, realizează o ierarhizare obiectivă a materialelor textile în funcţie de rezistenţa la pilling (fig. IX.6.95) şi pune în evidenţă factorii determinanţi (fig. IX.6.96) fiind utilă în optimizarea structurilor ţesăturilor şi tricoturilor, a căror structură deschisă este mai predispusă la acest efect. Rezistenţa la pilling departajează materialele textile atât în stadiul iniţial cât şi în stadiul avansat de abraziune; materialele cu rezistenţă iniţială mai mare pot genera pilling mai persistent. Fig. IX Reprezentarea grafică a indicilor de evaluare a procesului pilling. Fig. IX Reprezentarea grafică a vitezelor de formare şi uzare a pills. Fig. IX Ierarhizarea materialelor textile în funcţie de rezistenţa la pilling.

94 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 385 Factorii de influenţă evidenţiaţi experimental (fig. IX.6.96) sunt: compoziţia fibroasă, fineţea şi lungimea fibrelor. Fig. IX Influenţa fibrelor componente asupra rezistenţei la pilling a ţesăturilor tip LP (amestec cu fibre diferite; amestec cu fibre PES de fineţe şi lungime diferite). Influenţa compactităţii structurale este confirmată experimental (fig. IX.6.97), dovedindu-se că, pentru valoarea cea mai mare a coeficientului de torsiune şi lungimea minimă de flotare, rezistenţa la pilling este maximă la materiale cu aceeaşi compoziţie fibroasă. Fig. IX Influenţa parametrilor de structură ai firului şi ai ţesăturii asupra rezistenţei la pilling. 5. Metoda determinărilor cantitative permite analiza şi modelarea fenomenului pilling în funcţie de: numărul de biluţe pilling pe unitatea de suprafaţă, n a, formate sau desprinse; numărul de biluţe pilling pe unitatea de masă, n m, formate sau desprinse; masa biluţelor desprinse; repartiţia după masă; compoziţia biluţelor desprinse. ICI Pilling Tumble Tester, Atlas Random Pilling Tester este utilizat pentru determinări pe suprafaţa epruvetelor de material textil care acoperă suporturi de diferite forme geometrice

95 386 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ (frecvent cilindri); epruvetele se introduc în conteinere cu suprafaţa interioară căptuşită cu material abraziv, iar frecarea este iniţiată între epruvete (frecare omogenă) sau între epruvete şi conteiner (frecare mixtă): ICI Pilling Tumble Tester prezintă două cavităţi de formă paralelipipedică, ce lucrează în regim de rotaţie lentă (60 rot/min) şi în care epruvetele sunt supuse statistic frecării mixte sau simple. Atlas Random Pilling Tester permite o rotire rapidă a mostrelor cu ajutorul unui agitator intern (1200 rot/min). IX Modelul cinetic al fenomenului pilling Prin analizele cantitative (pe suprafaţa plană a epruvetei) s-a elaborat modelul cinetic al fenomenului pilling (Conti-Tassinari), a cărui aplicaţie permite optimizarea structurii şi proprietăţilor componentelor textilelor plane în raport cu rezistenţa la pilling, fără a se afecta ansamblul proprietăţilor (durabilitate, tuşeu). Modelul cinetic al fenomenului pilling (fig. IX.6.98) este elaborat pe baza modului de manifestare, care presupune: formarea stratului pufos/fuzzy, strat de fibre aduse la suprafaţa firelor componente, ca rezultat al acţiunilor mecanice exercitate asupra textilului plan; formarea biluţelor pilling rezultate din aglomerarea şi încâlcirea fibrelor din stratul pilos iniţial sau pufos, iniţiat prin frecare; detaşarea biluţelor pilling existente în timpul încercării, folosirii sau spălării. K 1 K 2 K 3 A F P X K 4 K 2 '' W H Fig. IX Modelul cinetic al procesului pilling. Modelul admite ca variabile independente: A numărul de fibre capabile să formeze stratul pufos; F numărul de fibre din stratul pufos; H pilozitatea firului; P numărul de biluţe pilling; X biluţe pilling detaşate; W fibre din stratul pufos detaşate. Ipotezele admise de model sunt: constantele cinetice K 2 şi K 2 ' sunt identice, deoarece formarea biluţelor pilling are acelaşi mecanism, atât în cazul fibrelor protuberante (din stratul pilos) cât şi în cazul fibrelor din stratul pufos; întotdeauna există fibre capabile să genereze un strat pufos; desprinderea fibrelor din stratul pufos este neglijabilă (K 4 = 0). Ecuaţiile cineticii variabilelor independente se schematizează astfel: A = f (A 0, A l, K 1 ); F = f 2 (A 0, A l, K 1, K 2 ); H = f 3 (H 0, K 2 ); P = f 4 (A 0, A l, H 0, K 1, K 2, K 3 ); Observaţii: 1. Modelul cinetic al fenomenului pilling explică: de ce tendinţa de încâlcire a fibrelor (K 2 ) este mai puţin importantă decât: formarea stratului pufos (K 1 ) şi desprinderea pills (K 3 ); cum se poate creşte rezistenţa la pill şi reduce tendinţa de ieşire a fibrelor (K 1 redus);

96 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 387 determinarea tendinţei de desprindere a pills (K 3 ) şi permite optimizarea caracteristicilor mecanice în sensul de creştere a rezistenţei la pilling fără a diminua drapajul şi rezistenţa la abraziune. 2. În tabelul IX.6.33 este prezentată semnificaţia fizică a variabilelor din modelul cinetic al efectului pilling şi factorii tehnologici determinanţi. Tabelul IX.6.33 Legătura dintre variabilele din modelul cinetic şi factorii tehnologici determinanţi Semnificaţia fizică a variabilelor A o H o A l Fibre capabile să formeze stratul pufos Pilozitatea iniţială capabilă să producă pill Procentul de fibre care pot genera stratul fuzzy în întrebuinţare îndelungată Factori tehnologici determinanţi α m ; paralelizarea fibrelor; compoziţie Creşte, la structuri deschise; Redus, în general; nu se autolimitează, dar descreşte treptat K 1 Tendinţa de ieşire a fibrelor Frecarea fibră-fibră; Proprietăţile mecanice ale fibrei (valori mici ale rezistenţei şi rezistenţei la abraziune conduc la un strat fuzzy compact) K 2 Tendinţa de încâlcire a fibrelor Proprietăţile mecanice şi morfologice ale fibrei K 3 Tendinţa de desprindere a biluţelor pills Viteza; forţa de frecare; Caracteristicile morfologice ale fibrelor şi torsiune 3. Optimizarea caracteristicilor mecanice se urmăreşte prin: fibrele componente: creşterea variabilei K 3, fără a diminua comportarea la uzare abrazivă; structura textilă: reducerea variabilelor A o, H o, A l, K 1, fără a diminua drapajul. 4. Constantele modelului cinetic se corelează cu variabilele ce caracterizează materialul testat şi fibrele componente; sensul acestor corelaţii este prezentat în tabelul IX Corelaţiile dintre constantele cinetice şi variabilele independente Tabelul IX.6.34 Constante cinetice K 1 K 2 K 3 Variabile textile Variabile caracterizând fibrele componente Compactitatea structurii Gradul de torsionare al firelor Fricţiunea fibră-fibră + Lungimea stapel Densitatea liniară, valoare medie Densitatea liniară, CV% Netezimea suprafeţei Tenacitatea fibrei + Rezistenţa la abraziune Rigiditatea Rezistenţa la flexiuni repetate

97 388 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ IX Metode de evaluare a efectului pilling Metoda de evaluare subiectivă eşalonează epruvetele după rezistenţa la pilling în 5 grade sau clase (fig. IX.6.99): standard 5 fără modificări; rezistenţa maximă; standard 3 pilling iniţiat; standard 1 pilling sever. Standard 5 Standard 3 Standard 1 Fig. IX Standardizarea efectului pilling după aspectul suprafeţei (grade/clase). Gradarea efectului pilling se asigură prin metoda descriptivă sau prin compararea cu etaloane fotografice; rezultatele obţinute prin cele două procedee sunt în corelaţie pozitivă (chiar în cazul în care observatorii sunt mai puţin experimentaţi). IX.6.7. Testarea comportării materialelor textile la abraziune IX Indici de apreciere ai comportării materialelor textile la abraziune Uzura abrazivă constituie un efect nedorit al proceselor de prelucrare şi de întrebuinţare a materialelor textile şi este generată de cuplele tehnologice de frecare omogene / mixte. Abraziunea se manifestă, ca solicitare, prin acţiunea forţelor de frecare la suprafaţa materialului textil, determinând: modificări de aspect şi respectiv de structură, pierderi de masă, diminuarea proprietăţilor mecanice, finalizându-se prin destrucţia epruvetei. Mărimea forţelor de frecare este determinată cantitativ de: parametrii tehnologici: presiune de contact; viteza relativă între elementele cuplei; parametrii geometrici şi structurali: starea suprefeţei; compoziţia/ forma stratului superficial; parametrii fizici: temperatura; umiditatea relativă a materialului; umiditatea relativă a aerului. Cuantificarea efectelor uzării se asigură prin indici definiţi identic pentru toate produsele textile (tabelul IX.6.35). Uzura se apreciază calitativ şi cantitativ prin analiza efectelor la nivelul elementelor cuplei; deoarece apariţia şi dezvoltarea efectelor uzării necesită intervale mari de timp, este

98 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 389 motivată testarea comportării tribologice a textilelor pe maşini de încercat la abraziune, în condiţii metrologice care, prin majorarea valorilor parametrilor, amplifică efectele. Studiul sistematic şi utilizarea unui ansamblu de indici adecvaţi se finalizează prin raţionalizarea parametrilor tehnologici (în cuplele de frecare) sau prin îmbunătăţirea proprietăţilor materialelor textile cu diferite destinaţii. Indici de apreciere ai comportării materialelor textile la abraziune Indicator / simbol Relaţia analitică Semnificaţia termenilor 1.1 Numărul de cicluri de solicitare până la rupere, N C 1.2 Drumul de abraziune la rupere 1.3 Lucrul mecanic de abraziune la rupere 1.4 Lucrul mecanic specific de abraziune la rupere 1. Abraziune până la rupere Tabelul IX.6.35 Semnificaţia atribuită N c Rezistenţa la uzură SN = 2aN C C =πan Măsurare obiectivă Identifică durata de C utilizare La = π NC S Măsurare obiectivă Lucrul mecanic de destrucţie epruvetă µ NC S Măsurare obiectivă La = m m 2. Abraziune la un număr limitat de cicluri, N n 2.1 Modificarea aspectului Apreciere: subiectivă etalon foto; obiectivă videoimagine 2.2 Pierderi de masă, M S 2.3 Rezistenţa reziduală, P: la tracţiune; sfâşiere; străpungere M M S = S Pr P = 100% P M S, pierderi de masă; S, suprafaţa epruvetei uzate Rezistenţa epruvetei: după încercare, P a ; iniţială, P; 3. Indicatori de sinteză (din caracteristica de abraziune) Curbe caracterisitice: M S (N); P(N) 3.1 Coeficient de durabilitate N C Pr D = P = M P% P 3.2 Gradul de deteriorare P% N C numărul de cicluri/ solicitare până la d = rupere N C 3.3 Numărul de calitate G = NP ( P P) r r η P r rezistenţa reziduală N Pr numărul de cicluri până la atingerea P r IX Maşini pentru încercarea materialelor textile la abraziune Maşinile de încercat produc abraziunea materialelor textile prin intermediul unei cuple de frecare simple (mixte), funcţionând la parametri tehnologici controlaţi; astfel, se simulează prin modelul geometric şi cinematic al cuplei o mare diversitate de procese reale de uzură, tehnologice sau de întrebuinţare.

99 390 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Cinematica şi geometria cuplei se adoptă în funcţie de materialul testat, în scopul modelării, pe cale experimentală, a unui anumit proces de abraziune; parametrii tehnologici se adoptă astfel încât procesul să fie bine conturat. IX Maşini pentru încercarea fibrelor la abraziune Comportarea fibrelor la încercările de abraziune este determinată structural (chimic şi fizic), prin dimensiunea transversală şi forma de prezentare a acestora, fiind influenţată prin adaosuri tehnologice de prelucrare sau pierderi de substanţe însoţitoare, prin diferite tratamente de suprafaţă. Observaţii: 1. Comportarea fibrelor se reflectă în comportarea la abraziune a tuturor formelor de structuri textile, deci motivează importanţa acordată determinării şi analizei acesteia. 2. Maşinile de încercat produc abraziunea transversal sau longitudinal, continuu sau intermitent, şi permit testarea simultană a unui număr de fibre sau fire. Maşina cu abraziune transversală intermitentă (fig. IX.6.100,a) este destinată încercării fibrelor şi firelor. Fibra 1, fixată în clema de prindere 2 (în stare pretensionată), este solicitată intermitent pe direcţie transversală, de suprafaţa laterală a discului abraziv 3; frecarea intermitentă este determinată de ciocanul 4, acţionat în mişcare de oscilaţie alternativă prin intermediul unor protuberanţe 5, echidistant plasate pe baza discului. a b Fig. IX Maşină cu abraziune transversală intermitentă (a); cu abraziune longitudinală continuă (b). Maşina cu abraziune longitudinală continuă (fig. IX.6.100,b) testează simultan un număr de 10 fibre, dispuse în trei zone de lucru; abrazivul este pulbere de diamant sau o reţea de fibre depuse pe generatoarea cilindrului de abraziune; unghiul de înfăşurare este α 0 = 20 o (sens orar), pentru a preveni erorile determinate de un fenomen de rezonanţă la greutate G P ; solicitarea prin forţele de frecare este uniformizată prin translaţia lentă, alternativă a cilindrului de abraziune. Condiţiile de încercare se modifică prin valorile a 0, G P şi n 3 (turaţia cilindrului de abraziune). Încercarea se poate efectua şi în condiţia rotirii în sens antiorar a discului abraziv, caz în care presiunea maximă de contact se înregistrează în punctul B.

100 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 391 a b c Fig. IX Reprezentarea grafică a pierderilor procentuale de tenacitate (a) şi modulul iniţial (b, c)/ fibre polietilenă şi polipropilenă. Rezultatele încercărilor la abraziune (fig. IX.6.101, a, b şi c) indică pierderile procentuale de tenacitate şi, respectiv, pierderile procentuale ale modulul iniţial, exprimate prin numărul de cicluri la care se produce destrucţia (9; 12; 14 şi 16) pentru fibre de polietilenă şi polipropilenă. Interpretarea reprezentării grafice trebuie să ia în considerare seria de rezistenţă la abraziune a fibrelor: PA (excelentă), PE, PP, PES, Spandex in, PAC, bumbac mătase, lână, viscoză, acetat, sticlă (slabă). Instalaţia pentru determinarea capacităţii de defibrare supune solicitării o reţea de fibre tensionate, fixate printr-un cadru de formă pătrată într-un cilindru umplut parţial cu lichid. Solicitarea se realizează prin antrenarea cilindrului într-o mişcare alternativă şi se materializează prin impulsuri de lovire şi frecare repetate, în punctele de încrucişare ale fibrelor din reţea şi reproduce comportarea la uzură prin spălare; efectul se apreciază prin capacitatea de defibrare S P, care se determină cu relaţia: SP 8 1 = 10 ( q R z) (IX.6.47) în care: q este constantă de material; R sarcina de rupere specifică a fibrelor reţelei; z numărul de cicluri corespunzător scăderii rezistenţei cu 100% (se deduce prin extrapolare).

101 392 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ IX Maşini pentru încercarea firelor la abraziune Încercarea la abraziune a firelor permite optimizarea regimului tehnologic de funcţionare al cuplelor de frecare mixte/ simple, atât în funcţie de caracteristicile materialului prelucrat cât şi în funcţie de necesitatea stabilirii semicuplelor adecvate utilizării. Observaţii: 1. Ca şi în cazul fibrelor, abraziunea firelor se poate exercita longitudinal sau transversal, iar maşinile de încercat prezentate pot fi utilizate în testele pentru fire, cu modificarea parametrilor tehnologici (presiune de contact, viteze relative). 2. Maşinile pentru încercarea firelor se diversifică constructiv prin utilizarea cuplelor de frecare mixte şi simple, în cadrul cărora, pe lângă forţele de frecare, acţionează forţe de întindere şi momente de încovoiere la raze mici. 3. Indiferent de modelul de solicitare utilizat, testarea firelor impune condiţii metrologice suplimentare: regimul dinamic de solicitare şi menţinerea torsiunii iniţiale a firului. Instalaţii cu abraziune prin translaţie alternativă, sub tensiune constantă (fig. IX.6.102). Solicitarea este iniţiată prin antrenarea capului de testare în mişcare de translaţie alternativă, prin intermediul mecanismului de tip bielă-manivelă. Frecvenţa solicitării se stabileşte în funcţie de domeniul de utilizare al firului, iar capul de testare este modular (de profil şi formă diferite, în funcţie de categoria tehnologică a firului). a b Fig. IX Testarea firelor la abraziune prin translaţie alternativă: a Instalaţia Metrimpex; b Sistem Zweigle G-551. Capul de testare Metrimpex este echipat cu ace de cusut, cocleţi sau cu un cilindru acoperit (sau nu) cu material abraziv pentru testarea aţei de cusut sau a firelor de urzeală. Firul solicitat 1 este prins la capătul superior în dispozitivul de fixare 2 şi capătul inferior este pretensionat cu greutatea P; forţa de pretensionare este de maximum 10 % din forţa de rupere a firului testat ( cn); instalaţia Metrimpex testează 10 fire simultan. Aprecierea comportării la abraziune se realizează prin: determinarea numărului de cicluri de solicitare (N C ) la destrucţia epruvetei; la ruperea firului, dispozitivul de pretensionare acţionează asupra unui microîntrerupător, care decuplează numărătorul; determinarea pierderilor procentuale ale indicilor proprietăţilor tensionale, la număr de cicluri de solicitare predeterminat.

102 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 393 Instalaţia Zweigle G-550 poate fi conectată la un sistem de calcul (G-551) şi, în acest caz, sistemul asigură prelucrarea automată a datelor experimentale. Instalaţia Zweigle testează 20 de fire simultan. Testele efectuate asupra firelor relevă factorii de influenţă ai rezistenţei la abraziune: rezistenţa la abraziune a fibrelor componente/ natura şi fineţea acestora; fineţea firelor şi compactitatea structurală a acestora; modelul structural /sistemul de filare utilizat, care influenţează modul de repartizare al componentelor firului. Conform reprezentării din figura IX.6.103, gradul de compactitate este determinant pentru rezistenţa la abraziune: N(c) = k α 6 (IX.6.48) Relaţia (IX.6.48) este stabilită experimental de Barella, pentru fire de lână pieptănată; analiza comparativă a curbelor torsiune - rezistenţă permite identificarea şi localizarea unor deteriorări induse prin finisare. Deoarece, rezistenţa la abraziune a firelor testate este exprimată ca procent de fire rupte la o valoare determinată a numărului de cicluri de abraziune, în condiţiile: α = 170 o, P = 40 cn/fir, ν = 2 Hz, N(t) admite o repartiţie Weibull; în condiţiile mai severe ale testului Zweigle, repartiţia se aproximează ca normală. Maşina de încercat la abraziune prin încovoiere (Stoll, ASTM 1175) are aplicabilitate universală; asigură abraziunea pe direcţia epruvetei E (mănunchi de fire, material textil), simultan cu încovoierea în plan vertical sub acţiunea plăcii de încovoiere 4; muchia de încovoiere se deplasează simetric faţă de axa capului de presare 2, cu suprafaţă abrazivă 3, delimitând o zonă intens solicitată (fig. IX.6.104). Suportul 1 asigură translaţie alternativă cu o cursă de 1 inch (numărul de cicluri n c = 115 ±15/min). Iniţierea solicitării este realizată de suportul care fixează unul dintre capetele epruvetei; corpul de frecare este fix şi asigură o presiune constantă pe tot parcursul încercării; placa de încovoiere din oţel cementat, polizat cu margini rotunjite, se racordează la sistemul de presare şi exercită abraziunea. Fig. IX Curbe torsiune-rezistenţă la abraziunea firelor. Fig. IX Testarea firelor la abraziune prin încovoiere / sistem Stoll.

103 394 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Parametrii determinanţi pentru încercare sunt: tensiunea la placa de încovoiere, presiunea exercitată de capul de presare; cursa şi frecvenţa de solicitare. IX Maşini pentru încercarea textilelor plane la abraziune Simularea procesului de uzură prin abraziune a textilelor plane, pe maşinile de încercat, presupune solicitări complexe de compresie, încovoiere şi forfecare la nivelul suprafeţelor care formează cupla simplă sau mixtă. Rezistenţa ţesăturii la abraziune constituie unul dintre cei mai semnificativi indicatori de apreciere ai durabilităţii în exploatare a ţesăturilor. Parametrii tehnologici de încercare (presiunea de contact şi viteza relativă) pot fi aleşi astfel încât, prin valoarea drumului de frecare, să se reducă durata analizei şi totodată să poată fi determinată durabilitatea materialului în condiţii extreme. Observaţii: 1. Încercările se efectuează cu aplicarea solicitării: pe o parte; pe ambele părţi ale materialului textil; pe muchia de îndoire sau pe marginea ţesăturii. Abraziunea se exercită în funcţie de modul în care se efectuează mişcarea relativă între capul de probă (a) şi capul de frecare (b) (fig. IX.6.103) şi este determinată de natura, structura şi geometria suprafeţelor în contact cât şi de parametrii tehnologici ai încercării (tabelul IX.6.36). Fig. IX Elementele de bază ale maşinii de încercat la abraziune: a cap de probă; b cap de frecare. Principii de abraziune clasificate în funcţie de modul de solicitare la abraziune /ASTM Solicitare la abraziune Efecte de abraziune Abraziune prin frecare mixtă /omogenă Abraziune prin frecare şi încovoiere Mişcare 1. Stoll: Abraziune plană Rotaţie în jurul unui ax perpendicular pe suprafaţa de contact; 2. Stoll: Abraziune longitudinală Translaţie alternativă Tabelul IX.6.36 Parametrii controlaţi Presiune Eforturi longitudinale de întindere; compresie 3. Tabor: Abraziune circulară tangenţială Abraziune prin frecare mixtă Rotaţie în jurul unui ax perpendicular pe suprafaţa de contact Putere de abraziune determinată 4. Schiffer, Lhomargy, Cesconi; Metrimpex: uzură uniformă Abraziune prin frecare mixtă /omogenă Rotaţie compusă / corpul şi capul de frecare Uzură uniformă

104 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile Maşinile de încercat la abraziune au în componenţă: capul de frecare (în care se fixează corpul abraziv); capul de probă (în care se fixează epruveta); dispozitiv de acţionare (iniţierea frecării); dispozitiv pentru exercitarea presiunii reglabile asupra capului de probă. 3. Epruvetele sunt de dimensiuni standardizate; forma şi dimensiunea depind de metoda şi maşina de încercare prin care se acţionează asupra epruvetei; tensionată pe o direcţie, pe toate direcţiile; fixată în suport: rigid sau moale; solicitată suplimentar: la întindere constantă, pulsantă sau la încovoiere sub rază determinată. 4. Rezultatele încercării sunt influenţate de conţinutul de umiditate sau de adaosurile tehnologice din materialul textil şi de parametrii de climat. 5. Aprecierea rezistenţei la abraziune a ţesăturilor se realizează prin: numărul de cicluri de frecare, până la degradare totală; forţa de rupere/tenacitatea şi alungirea la rupere, după uzura materialului la 20-80% din numărul mediu de cicluri de frecare până la rupere; scăderea procentuală a rezistenţei şi alungirii la plesnire, după uzura materialului la 20-80% din numărul mediu de cicluri de frecare până la rupere; scăderea procentuală a grosimii după uzura materialului la 20-80% din numărul mediu de cicluri de frecare până la rupere; variaţia permeabilităţii la aer după uzura materialului la 20-80% din numărul mediu de cicluri de frecare până la rupere. Abraziune plană (translaţie şi rotaţie lentă). Acest principiu este aplicat în construcţia maşinii de încercat Stoll (ASTM-D1175) utilizată pentru teste asupra ţesăturilor şi tricoturilor (fig. IX.6.106,a). Epruveta este fixată în suportul capului de probă pe o membrană de cauciuc prin intermediul unui capac cu filet. În cavitatea închisă de membrană se introduce aer sub presiune, iar membrana se arcuieşte, luând forma unei calote sferice prin care se asigură tensionarea uniformă a epruvetei, pe toate direcţiile. Capul de probă este fixat pe o placă, acţionată în mişcare de translaţie alternativă cu amplitudinea de 25,4 mm şi frecvenţa de 125± 5 cicluri/min.la fiecare cursă a plăcii, capul de probă este rotit uşor cu ajutorul unui clichet (1 rot/min). Capul de frecare este fix, permiţând reglarea presiunii de contact (0,543-2,27 kp), prin greutăţile adiţionale plasate pe tija verticală; pe axa capului de frecare, un ac metalic sesizează deteriorarea epruvetei (prin contact cu discul metalic al membranei de cauciuc) şi comandă întreruperea funcţionării maşinii de încercare. În timpul încercării, capul de presare (încărcat cu o anumită forţă) apasă asupra membranei care se deformează până la echilibrul presiunilor interioară-exterioară pe suprafaţa de sprijin A: F [kp] A = (IX.6.49) 2 p [kp/cm ] Metoda utilizează presiunea de abraziune egală cu presiunea aerului, deci independentă de capul de presare (aria de contact se modifică în funcţie de presiunea aplicată).maşina realizează următoarele solicitări: abraziune unidirecţională prin blocarea clichetului; abraziune în stare umedă. Abraziunea de margine, cută sau şifonare. Metoda Stoll se adaptează testului de abraziune la cută sau şifonare dacă se renunţă la placa de încovoiere; se pot realiza astfel variantele: abraziune de margine (1), abraziune simplă de muchie (2), abraziune pe muchie cu placă intermediară (3), conform figurii IX.6.106,b. Încercarea se efectuează prin dispozitivul de prindere special al capului de probă, iar abraziunea poate fi direcţionată (urzeală, bătătură);

105 396 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ cuta formată o dată cu fixarea probei permite realizarea a două moduri de lucru cuple. Cuta migrează atunci când materialul aderă la suprafeţele de prindere şi uzura se produce în cupla ţesătură-ţesătură, iar dacă frecarea ţesăturii este mai intensă uzura se produce în cupla ţesătură - abraziv. a b Fig. IX Maşina de încercat Stoll: a abraziune plană; b testarea marginii şi tivului. Abraziune prin frecare şi încovoiere. Metoda de abraziune prin încovoiere este realizabilă pe maşina Stoll de încercare la abraziune prin încovoiere (fig. IX.6.104); principiul de funcţionare este prezentat în figura IX În cazul unui textil plan, abraziunea se exercită pe direcţia celor două sisteme de fire; reglajul tensiunii la placa de încovoiere asigură: 100 < Nc < 300. Indicatorii de apreciere sunt: numărul de cicluri la rupere, Nc; formarea nopeurilor; evoluţia proprietăţilor tensionale; efectele asupra culorii şi grosimii. Abraziune circulară tangenţială Metoda Tabor. Maşina Tabor (fig. IX.6.108) este destinată încercării textilelor plane, cu putere de uzură determinată; dimensiunile epruvetei permit detaşarea unor benzi dreptunghiulare (2), pentru determinarea rezistenţei remanente. Capul de probă execută o mişcare de rotaţie cu turaţie constantă, prin care iniţiază abraziunea; metoda este numită metoda platformei rotitoare. Capul de frecare exercită presiunea normală prin propria greutate poate fi modificată prin adăugarea unor greutăţi adiţionale; uzura se produce pe suprafaţa inelară (1). Fig. IX Maşina Stoll. Fig. IX Principiul metodei Tabor.

106 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 397 Abraziune uniformă maşina de încercat Scheifer. Principiul de abraziune plană cu compunerea a două mişcări de rotaţie stă la baza funcţionării maşinii de încercat Scheifer (ASTM D 1175) fig. IX şi conduce la efectul de uzură uniformă. Fig. IX Încercare la abraziune Scheifer. Fig. IX Geometria cuplei de frecare / principiul Scheifer. Abraziunea se exercită cu o viteză relativă, conform reprezentării din figura IX.6.110: n1 = n2; n n v = m [m/s]; ω 1 =ω 2 =ω 3 = ; 9,55 9, v = v1 + v2 2 vv 1 2 cos α; v1 = x ω ; v2 = y ω; x + y m cos α= ; 2 x y x + y m 2 2 v =ω x +ω y 2 x y ω =ω m. 2 x y IX.6.8. Testarea comportării materialelor textile la oboseală Testarea comportării materialelor textile la solicitări mecanice repetate (oboseală) constituie una dintre cele mai adecvate metode pentru aprecierea durabilităţii; oboseala materialelor se cuantifică prin indici obiectivi şi se evaluează subiectiv, prin analize vizuale. Fenomenele de oboseală se manifestă prin reducerea treptată a omogenităţii şi compactităţii structurale, care se reflectă în diminuarea indicilor proprietăţilor mecanice, finalizându-se prin destrucţie; fenomenele de oboseală se instalează în regimul de solicitare dinamică şi alternativă; poate fi observat la solicitări simple (tracţiune, compresie, încovoiere, frecare) sau complexe; intensitatea efectelor este determinată de amplitudinea şi frecvenţa solicitării.

107 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 397 IX Principii, metode şi indici pentru testarea materialelor textile la solicitări ciclice de tracţiune Solicitarea ciclică de tracţiune constituie o solicitare tehnologică sau de utilizare, care se regăseşte de cele mai multe ori sub forma complexă, asociată cu încovoierea, compresia şi frecarea. Solicitările ciclice de tracţiune generează la nivelul materialelor textile efecte de dezorganizare structurală, manifestate prin deformaţii, deplasări sau detaşări ale fibrelor componente şi, în consecinţă, cu diminuarea proprietăţilor tensionale, finalizându-se prin destrucţie. Testarea comportării materialelor textile la solicitările ciclice este realizată prin intermediul unor maşini de încercare, care simulează parţial condiţiile prelucrării tehnologice; de cele mai multe ori, modelele utilizate nu reproduc condiţiile de prelucrare sau utilizare şi, din acest motiv, rezultatele sunt orientative. Solicitarea ciclică de tracţiune se realizează prin variaţia nivelului tensiunii / deformaţiei aplicate epruvetei de material textil, în limitele unei legi prestabilite; testul asupra comportării materialelor textile la solicitările ciclice este cu atât mai util cu cât regimul de încercare se apropie de regimul de prelucrare industrială (nivelul maxim al forţei de întindere; frecvenţa de alternare; legea de variaţie a forţei sau deformaţiei aplicate); în regimul tehnologic de prelucrare, orice solicitare ciclică se compune cu o solicitare statică, constantă. Regimul de solicitare repetată la tracţiune se caracterizează prin următorii parametri: valoarea componentei statice (tensiune; forţă, P / deformaţie, D); limitele de variaţie ale componentei dinamice (tensiune/deformaţie; P max ; P min /D max; D min ); frecvenţa de aplicare a ciclurilor tensionare-detensionare / deformare-revenire (fn/s); durata de solicitare /numărul ciclurilor de solicitare aplicate (t c / N c ). Aprecierea comportării produselor textile la solicitările repetate de tracţiune se realizează într-un regim de încercări adecvat, relevant pentru: identificarea efectelor şi a limitelor de apariţie a unor deteriorări semnificative; simularea solicitării complexe (modele experimentale cu solicitări complexe). Analiza fenomenologică a comportării materialelor textile în regim dinamic de solicitări mecanice repetate se realizează pe baza unui model matematic; de cele mai multe ori, solicitarea urmează o lege de variaţie sinusoidală, reflectată prin deformaţia definită de ecuaţia IX.6.50: ε = ε 0 sinωt (IX.6.50) în care: ε 0 este amplitudinea deformaţiei; ω pulsaţia corespunzătoare aplicării acesteia. Tensiunea dezvoltată în epruveta solicitată este: σ = εe + ηdε/dt, (IX.6.51) unde: σ este tensiunea; E modulul de elasticitate; η coeficientul de viscozitate al materialului testat. Rezultă: σ = ε 0 Esinωt + ηε 0 cosωt (IX.6.52) sau: σ = ε 0 (E 2 + η 2 ω 2 ) 1/2 sin(ωt + δ); (IX.6.53)

108 398 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ σ = σ 0 sin(ωt + δ), (IX.6.54) unde: σ 0 = ε 0 (E 2 + η 2 ω 2 ) 1/2. (IX.6.55) Termenul din paranteză (relaţia IX.6.55) are semnificaţia modulului de elasticitate dinamic; din relaţia (IX.6.53) rezultă că în regimul de solicitare mecanică repetată, caracterizat prin amplitutudine şi pulsaţie determinate, tensiunea este defazată cu δ faţă de deformaţia aplicată; defazajul se datoreşte viscoelasticităţii, iar tgδ este coeficientul de pierderi. Întârzierea tensiunii faţă de deformaţie se observă în diagrama caracteristică forţădeformaţie, sub forma unei bucle de histerezis (fig. IX.6.111), a cărei suprafaţă este proporţională cu energia disipată în timpul unui ciclu de solicitare, sub formă de căldură, în mediul înconjurător. Fig. IX Fenomene de histereză în regimul de solicitări ciclice de tracţiune ale materialelor elastice, viscoelastice şi plastice. Energia disipată într-un ciclu de solicitare se determină cu relaţia: W = 1/2Alε 2πηω (IX.6.56) şi depinde de amplitudinea deformaţiei, ε 0 ; energia disipată într-un ciclu de solicitare poate fi exprimată şi în funcţie de efortul maxim; în acest caz, W 1 se exprimă prin: W = 1/2Alσ 2 πηω ( E +η ω ). (IX.6.57) /2 1 0

109 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 399 Tabelul IX.6.37 Metode de testare; indicii comportării materialelor textile la solicitări de tracţiune ciclice 1. Metoda de solicitare cu gradient de deformaţie constant; D max = const. Încercări individuale la: fibre, fire, ţesături, tricoturi, textile neţesute: ν < 1 Hz; înregistrările se realizează pe maşina de încercat la tracţiune; ν > 1 Hz; înregistrările se realizează pe testere dedicate; se obţine curba Wöhler* Fig. IX Reprezentare grafică a solicitării ciclice/d max = const. Fig. IX Evoluţia componentelor deformaţiei. 2. Metoda de solicitare cu gradient de forţă constant; P max = const. Încercări individuale la: fire, ţesături, tricoturi, textile neţesute/serigraful Scott; Încercări pe grupe de fire: solicitare simplă sau complexă/zweigle,metrimpex/ P max = const.; ν > 1 Hz, în funcţie de regimul tehnologic aferent prelucrării produsului Fig. IX Reprezentare grafică a solicitării ciclice/ P max = const. Fig. IX Evoluţia componentelor deformaţiei.

110 400 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Prin raportare la unitatea de volum a epruvetei, se poate scrie energia specifică disipată în cadrul unui ciclu de solicitare: W /2 1 0 ( E ). =σ πηω +ηω (IX.6.58) Comportarea materialelor textile la solicitări repetate de tracţiune se apreciază prin indici, care se definesc în context cu: parametrii de solicitare; instalaţia utilizată şi particularităţile structurale ale produsului testat; testarea se efectuează pe maşini de încercare ce funcţionează cu program de solicitare ciclică cu: amplitudinea deformaţiei constantă, la pulsaţie determinată; amplitudinea forţei de întindere constantă, la pulsaţie constantă. Limitele de variaţie ale pulsaţiei determină relevanţa testului, în raport cu utilizarea / prelucrarea materialului analizat. Observaţii: 1. Încercările la oboseală se pot realiza pe maşini de încercat la tracţiune (principiul de solicitare cu gradient de deformaţie constant) sau pe maşini de încercat dedicate (tabelul IX.6.37). 2. Indici de apreciere obiectivă (comuni celor două metode / tabelul IX.6.37): N c, numărul de cicluri de solicitare ce determină destrucţia epruvetei; I P, indicele de reducere procentuală a proprietăţilor tensionale [%]; 3. Evaluarea aspectului la un număr de cicluri (determinat) poate fi: subiectivă: prin analize microscopice; prin indici de apreciere obiectivă (specifici testării grupelor de fire): R(t) = 1 N(t) (IX.6.59) unde: N t este proporţia de fire rupte; N(t) = (e t ) k ; R(t) fiabilitatea exponenţială a firelor testate, pentru k = 1; t durata de viaţă a firelor testate, proporţională cu numărul de cicluri de solicitare până în momentul ruperii. Rezultatele încercărilor la oboseală ale materialelor textile (obţinute atât prin solicitări repetate de tracţiune, cât şi prin solicitări complexe de tracţiune-abraziune) sunt interpretate statisic prin modelul Weibull: k t R(t) = e. (IX.6.60) Se observă că reprezentarea grafică la scara logaritmică este liniară, deci permite interpretări şi comparaţii directe (fig. IX IX.6.117). Pentru produsele textile, k 1, iar valoarea parametrului k este dependentă de: condiţiile de solicitare (deformaţia totală aplicată în solicitarea ciclică); natura materialului; parametrii de structură ai firului testat. Valoarea parametrului k rezultă din reprezentarea grafică (fig. IX.6.118), drept tangenta unghiului de înclinare al dreptei faţă de abscisă; cu cât condiţiile de încercare sunt mai severe unghiul de înclinare este mai mare, ceea ce este în concordanţă cu producerea ruperii la un număr mai mic de cicluri. Prin intermediul parametrului k se interpretează mecanismul de oboseală; panta dreptei este determinată de severitatea condiţiilor de testare. Rezultatele unui test efectuat la deformaţii totale de 3; 2,5 şi 2% se consideră asemănătoare celor obţinute în cazul testelor de abraziune, la fire cu grad de torsionare crescător; panta dreptei se reduce la condiţii mai severe de încercare.

111 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 401 Posibilitatea de coexistenţă a două sau mai multe mecanisme de obosire/ frecare este evidenţiată prin bimodalitate, reliefată prin transformarea dreptei într-o succesiune de segmente de pantă diferită; bimodalitatea este evidenţiată prin rezultatele testului de oboseală aplicat la fire de bumbac crude şi încleiate (neomogenitatea repartiţiei apretului conduce la mecanisme distincte de obosire). Fig. IX Fiabilitatea exponenţială. IX Proporţia de fire rupte. IX Reprezentări grafice R(t) [%]: fire de bumbac crude şi încleiate.

112 402 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Metoda de testare prin solicitare ciclică de tracţiune 1. Metoda de testare prin solicitare ciclică de tracţiune P max = const. produse liniare şi plane se aplică prin utilizarea serigrafului Scott (construit pe principiul planului înclinat fig. IX.6.119); aparatul este destinat solicitării repetate de tracţiune cu forţă de încărcare constantă, în regim de frecvenţă joasă şi moderată, ce corespunde domeniului de utilizare al produsului testat. Testul se aplică asupra unor epruvete de formă dreptunghiulară, de lungime l (prinse în clemele C 1, C 2 ale serigrafului pe lungimea l 0 ). Solicitarea este iniţiată prin mişcarea de oscilaţie a planului P, în limitele unghiului α constant; forţa de întindere maximă: T 0 = F + G sinα (se neglijează forţele de frecare prin rostogolire şi forţele de inerţie pentru frecvenţe mici de oscilaţie),iar ruperea prin şoc este evitată prin amortizorul C 0. Diagrama caracteristică forţă-deformaţie (fig. IX.6.120) este trasată cu ajutorul unui inscriptor ataşat căruciorului pe suportul solidar cu planul P, care efectuează o translaţie alternativă pe direcţie perpendiculară pe acesta. Fig. IX Serigraful Scott. Fig. IX Protocol de analiză / tricot. 2. Metoda de testare prin solicitare ciclică de tracţiune ε max = const. produse liniare şi plane se aplică prin utilizarea unor maşini de încercare, construite pe principiul solicitării ciclice de tracţiune cu deformaţie constantă şi cu posibilitatea de compensare a deformaţiei remanente produse în timpul încercării (fig. IX.6.121). Solicitarea la oboseală a ţesăturilor se execută individual, până la destrucţie sau la un număr determinat de cicluri, N C, iar testul se caracterizează prin durată ridicată. Relevanţa testului este determinată de frecvenţa de solicitare f C şi de nivelul deformaţiei totale aplicate; prin cercetări efectuate asupra unui sortiment larg de articole ţesute, s-a constatat că: ţesăturile se diferenţiază semnificativ prin diminuarea proprietăţilor tensionale, la un număr de cicluri de solicitare: N C = şi la o tensiune de solicitare de 30-40% din forţa de rupere;

113 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 403 indicii care reflectă sensibil nivelul de obosire al materialului sunt: lucrul mecanic de deformare la rupere şi alungirea la rupere; ţesăturile se diferenţiază semnificativ prin numărul de cicluri de solicitare până la destrucţie, dacă solicitarea depăşeşte 60-70% din forţa de rupere; numărul de măsurări necesar, este de 3-5 pentru fiecare variantă tehnologică analizată. Maşina pentru încercarea la oboseală a ţesăturilor este formată din: mecanismul pentru iniţierea solicitării la deformaţie constantă a epruvetei, conectat cu lanţul de măsurare al deformaţiei electromotorul 5, mecanismul bielă-manivelă 6-7, sistemul mecanic de deplasare al spotului luminos pe ordonata ecranului de vizualizare a deformaţiei, ; lanţul de măsurare al forţei de întindere acţionat de epruveta 1 prin clema superioară 3 care acţionează bara de torsiune 2 şi sistemul optic de deplasare al spotului luminos pe abscisa ecranului de vizualizare; Fig. IX Maşina Metrimpex pentru încercarea la oboseală a ţesăturilor. mecanismul pentru compensarea deformaţiei remanente a epruvetei, care asigură funcţionarea în regimul de deformaţie constantă; este alcătuit din sistemul optic cu fotocelula 15 ce realizează comanda intermitentă a motorului care execută compensarea prin corecţia poziţiei barei de torsiune 2. sincronizarea funcţională a celor două lanţuri de măsurare permite vizualizarea pe ecran a efectelor solicitării de tracţiune repetate şi a ciclurilor de deformare-revenire. Maşina de încercări Metrimpex permite efectuarea testelor 1000; 1600; 2000 cc / min, iar N C se determină prin evaluarea duratei testului/ programarea valorii acestuia. Dimensiunile epruvetelor testate sunt: L l ( mm). IX Metoda de testare prin încovoiere şi frecare testarea firelor cord Testarea comportării la oboseală a firelor cord se realizează prin solicitarea complexă de încovoiere-frecare, pe maşina de încercări Metrimpex (fig. IX.6.121). Solicitarea este iniţiată prin intermediul capului de solicitare 1, antrenat în mişcare de translaţie alternativă prin intermediul mecanismului bielă-manivelă 2, de la electromotorul 3. Tensiunea se asigură prin intermediul greutăţilor de pretensionare 6; turaţia electromotorului determină frecvenţa de solicitare, f C, care se poate varia prin raport de transmisie în lanţul cinematic motor - mecanism bielă-manivelă. Maşina este prevăzută cu un sistem de control şi reglare, 4, a temperaturii la care se efectuează încercările (prevăzut cu un bloc de încălzire, ventilator şi termoregulator cu termocuplu, 6), a cărui funcţionare este urmărită cu ajutorul termometrului cu mercur. Observaţii: 1. Testarea se realizează concomitent la 10 fire, conduse printre rolele capului de solicitare; ciclurile de flexiune sunt realizate concomitent cu deplasarea alternativă până la ruperea acestora; numărul de cicluri corespunzătoare ruperii epruvetei se înregistrează cu un contor electric 7.

114 404 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ 2. Intensitatea solicitării se reglează prin poziţionarea reciprocă a rolelor capului de solicitare şi prin tensiunea iniţială a firelor, care se reglează prin greutatea de pretensionare. 3. Evaluarea comportării firelor la obosire complexă se asigură prin: înregistrarea numărului de cicluri de flexiune, care determină destrucţia epruvetelor, înregistrare individuală; determinarea pierderilor procentuale ale proprietăţilor tensionale ale firelor obosite la un număr de cicluri determinat, sub nivelul de rupere. Fig. IX Maşina de încercare la obosire/solicitare complexă a firelor cord. IX Testarea comportării materialelor textile la oboseală prin încovoiere Încovoierea alternativă generează o dezmembrare structurală intensivă, pe porţiuni reduse, acolo unde se localizează concret solicitarea; dezmembrarea constituie consecinţa directă a alternării întindere-compresie, cu efecte de concentrare în zonele cu defecte structurale / neomogenităţi. Încovoierea repetată generează oboseala mai repede decât întinderea repetată, deoarece determină reducerea legăturilor dintre şi din fibre; astfel, se poate explica de ce produsele din fibre sintetice prezintă o rezistenţă mare la solicitările repetate de tracţiune, dar semnificativ mai mică la solicitările repetate de încovoiere. Testarea comportării produselor liniare la încovoiere dinamică se realizează prin metodele: de buclare unidirecţională, cu întindere; încovoiere bidirecţională şi întindere; încovoiere bidirecţională cu întindere şi frecare. Metoda de testare cu buclare unidirecţională, cu întindere Schieffer (fig. IX.6.123), este utilizată pentru testarea fibrelor şi firelor; solicitarea este iniţiată prin intermediul clemei de fixare a epruvetei, cu libertatea de a efectua mişcare de rotaţie în plan vertical (deci, în jurul secţiunii normale a firului / fibrei).

115 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 405 Observaţii: 1. Natura fibrei supuse solicitării constituie un factor determinant pentru rezultatul încercării, pe care îl influenţează atât prin structura moleculară cât şi prin starea suprafeţei fibrei / valoarea coeficientului de frecare fibră-fibră. 2. Rezistenţa la flexiuni repetate se determină prin numărul de cicli de solicitare până la rupere, care depinde de forţa de întindere aplicată pretensionare, de frecvenţa de efectuare a testului şi de forma de prezentare a epruvetei (fibră, fir). Metoda de testare cu buclare bidirecţională şi întindere Schopper este utilizată pentru caracterizarea firelor (jurubiţe) şi benzilor de ţesătură de dimensiuni standardizate; încovoierea alternativă se execută cu ajutorul unei plăci metalice (fig. IX.6.124) prevăzute cu o fantă de ghidare a epruvetei testate; epruveta se supune unei forţe de pretensionare, reglabilă în funcţie de severitatea impusă testului. Observaţii: 1. Evaluarea corectă a numărului de cicluri efectuat până la destrucţia epruvetei, se poate realiza dacă se compensează variaţiile de lungime ale acesteia/metoda Schopper. 2. Comportarea la solicitarea alternativă de încovoiere se apreciază în mod obiectiv prin numărul de cicluri de dublă încovoiere la care se produce destrucţia epruvetelor testate, N c. 3. Prin teste paralele s-a constatat că obosirea se instalează mai rapid la solicitarea unui ansamblu, faţă de solicitarea individuală a fibrei; aceasta se datorează faptului că obosirea prin încovoiere a fibrei unice se manifestă în funcţie de flexibilitatea structurii moleculare şi macromoleculare dependentă de: Fig. IX Principiul testului de obosire prin încovoiere ciclică. Fig. IX Metoda Schopper pentru testarea comportării firelor şi ţesăturilor la solicitarea de încovoiere dinamică. flexibilitatea catenei principale şi a legăturilor intra şi intercatenare; gradul mediu de polimerizare; structura supramoleculară. La nivelul ansamblului de fibre (fir, tricot, ţesătură) în timpul solicitării de încovoiere intervin ca factori de dezorganizare structurală suplimentari forţele de frecare dintre fire şi fibre; destrucţia survine mai rapid. IX.6.9. Determinarea tuşeului materialelor textile IX Metode, indici şi mijloace de măsurare pentru determinarea tuşeului materialelor textile Tuşeul este o proprietate complexă a materialelor textile care constă din generarea unor senzaţii tactile; percepţia senzorială a tuşeului este subiectivă şi poate fi descrisă prin atributele: moale - tare; neted - aspru; plin - sărac; cald - rece.

116 406 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Tuşeul ţesăturilor poate fi: evaluat subiectiv, prin intermediul percepţiilor tactile: aprecierea intensităţii senzaţiilor tactile, în scara 0-10, pe baza comparaţiei cu standarde fizice; măsurat obiectiv, cu determinarea parametrilor de caracterizare a comportării la solicitări mecanice, în domeniul deformaţiilor elastice (prin intermediul unor mijloace tehnice adecvate); metodele de măsurare obiectivă realizează cuantificarea percepţiilor subiective prin mărimi mecanice (tabelul IX.6.38), ce caracterizează produsul testat; Evaluarea tuşeului este asigurată prin ansamblul percepţiilor mărimilor mecanice. Termenul japonez Atribute şi proprietăţi fizico-mecanice definind tuşeul Atribute Corespondentul obiectiv Definiţia senzaţiilor percepute KOSHI Rigiditate Senzaţie determinată de rigiditatea la flexiune; compactitatea ţesăturii, elasticitatea firelor componente cresc intensitatea percepţiei Tabelul IX.6.38 HARI Rigiditate, antidrapaj Rigiditatea percepută este de natură să modifice percepţia vizuală/ drapajul SHINAYAKASA Flexibilitate, moliciune Se percepe ca atare NUMERI Netezime Senzaţie mixtă de moliciune şi netezime SOFTUOSA Moliciune Senzaţie mixtă derivată din voluminozitate, flexibilitate şi netezime FUKURAMI Plinătate moale Senzaţie de cald SHARI Creponat Senzaţie de asprime conferită de rugozitate, cauzată de firele puternic torsionate; senzaţie de rece KISHIMI Senzaţia de lunecos; mătăsos Rezultatele obţinute prin cele două metode de apreciere se corelează, deoarece senzaţiile percepute la pipăirea unei mostre sunt determinate de răspunsul acesteia la solicitări mecanice simple şi de comportarea la frecare; sfera percepţiilor senzoriale depăşeşte sfera proprietăţilor mecanice prin senzaţiile de cald/rece datorate conductivităţii termice. Atât atributele cât şi proprietăţile fizico-mecanice definesc unilateral tuşeul, motivând aprecierea prin indicatori individuali şi sintetizarea acestora prin metode grafice sau statistice definitorii pentru domeniul de existenţă al produsului testat. IX Evaluarea subiectivă a tuşeului materialelor textile Evaluarea subiectivă a tuşeului materialelor textile se realizează prin metoda experţilor, ce cuprinde două etape: 1. stabilirea valorilor primare de tuşeu, HV, care constă în aprecierea subiectivă a intensităţii percepţiei fiecărui atribut prin comparaţia senzaţiei tactile generate de materialul testat cu un standard fizic (compus din 11 mostre etalon) ce ierarhizează intensitatea percepţiei în limitele 0-10 (0 absenţa percepţiei; 1 intensitate minimă; 10 intensitate maximă). Cuantificarea intensităţii percepţiei unui atribut se realizează prin medierea notelor acordate de

117 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 407 experţi, la analiza aceleiaşi mostre (0-10); atributele sunt selective pentru destinaţie: categorie de confecţii (articole pentru bărbaţi, femei, de sezon) stabilirea valorilor globale de tuşeu, THV, în limitele 1-5, în funcţie de suma valorilor HV: prin intermediul standardelor se stabileşte: profilul ţesăturii (fig. IX.6.125); modelul caracteristicii complexe, prin stabilirea ecuaţiei de regresie între valorile primare HV şi valoarea globală THV; prin analiza statistică se confirmă subiectivitatea metodei experţilor care conduce la valori ale coeficientului de corelaţie de r = 0, ,9. Fig. IX Definirea zonei de calitate superioară a ţesăturilor, conform valorilor THV. IX Evaluarea tuşeului prin metode obiective IX Algoritmi de evaluare ai tuşeului, cu parametri obiectivi Determinarea tuşeului prin măsurare obiectivă se realizează prin parametri care ilustrează comportarea epruvetei la solicitările mecanice, corespondente atributelor /tabelul IX Între observaţiile subiective şi măsurările obiective se stabilesc corelaţii pe baza cărora se realizează modelele matematice ale tuşeului: k n Y = a+ b X (IX.6.61) i= 1 Y = a+ b X + c log X n i i j i i= 1 j= k+ 1 i i, ecuaţia Kawabata" (IX.6.62) n Y = a+ b lg X, ecuaţia Webber-Fechner"': (IX.6.63) i= 1 i i 1 În Japonia acordarea atributelor este standardizată (Standard of Hand Evaluation Comitee) în raport cu destinaţia produselor, care este codificată; de exemplu: A mostre pentru costume bărbăteşti de iarnă atribute 1 Koshi 2 Numeri 3 Fukurami.

118 408 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ n lgy = a+ b lg X, ecuaţia Stevens" (IX.6.64) i= 1 i unde: a, b, c reprezintă coeficienţii de regresie stabiliţi prin metoda regresiei multiple; n număr de mărimi mecanice corelate cu valorile primare de tuşeu (1 n 16, sistem KES); X intensitatea mărimilor pe scara fizică; Y intensitatea percepţiilor, pe scara psihologică HV sau THV. IX Metode de măsurare a tuşeului prin parametri obiectivi i Metodele de măsurare obiectivă presupun: descompunerea caracteristicii complexe a tuşeului în componente, cu nominalizarea parametrilor mecanici; existenţa unor sisteme de măsurare caracterizate prin precizie şi reproductibilitate pentru parametrii mecanici selectaţi; stabilirea legăturii (corelaţiei) parametri - HV/corelaţii individuale; parametri TH V. Măsurarea efectivă a tuşeului se realizează prin: determinarea ansamblului de parametri mecanici prin utilizarea sistemelor KES, FAST; determinarea forţei de tuşeu, caracteristică de sinteză; substituirea sistemelor KES; FAST prin adaptarea dinamometrului electronic la măsurarea parametrilor de tuşeu. IX Sistemul Kawabata KES Sistemul KES utilizează 17 parametri, care exprimă comportarea ţesăturii la solicitările mecanice simple, incluzând masa corespunzătoare unităţii de suprafaţă şi grosimea ţesăturii (tabelul IX.6.39). Determinarea parametrilor KES se realizează prin intermediul sistemului de măsurare de construcţie modulară, format din patru module destinate testării comportării la solicitările mecanice simple. 1. Modulul KES-FB1 (fig. IX.6.126): determinarea comportării la solicitarea de tracţiune şi forfecare, prin intermediul dispozitivului de prindere compus din clema activă, A (pentru solicitarea de întindere) şi, respectiv, clema activă B (pentru solicitarea de forfecare). Solicitarea de tracţiune, orientată pe una dintre axele tehnologice (U, B) este realizată prin acţiunea clemei active A, montată pe masa glisantă 2; întinderea epruvetei 1 se realizează prin deplasarea clemei A cu viteză constantă pe direcţia axei tehnologice. Forţa efortul de tracţiune se determină prin intermediul senzorului 3 de cuplu moment de torsiune la nivelul arborelui clemei pasive C; deformaţia se determină prin măsurarea deplasării mesei glisante. În urma solicitării se obţin semnale electrice, care se prelucrează analogic şi se afişează numeric sub forma parametrilor KES (tabelul IX.6.39) şi a înregistrării grafice a procesului de deformare-revenire. Solicitarea de forfecare se produce prin deplasarea mesei glisante 2, perpendicular pe axa solicitată la tracţiune; rezistenţa la forfecare este detectată prin intermediul senzorului de forţă 3 şi al unghiului de forfecare; se înregistrează procesul de deformarerevenire, sub forma unei curbe închise, a cărei suprafaţă redă histereza/rezilienţa la forfecare (fig. IX.6.126,b).

119 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 409 a b Fig. IX Modulul KES-FB1: a principiul de solicitare la întindere şi forfecare; b diagrama forţă-deformaţie Parametrii KES de evaluare a tuşeului ţesăturilor /* MKFS Tabelul IX.6.39 Solicitare/ Grupe proprietăţi Întindere Îndoire/flexiune Forfecare Compresie Frecare/structura de suprafaţă Masă; grosime Simbol UM Caracteristica Relevant pentru LT WT E RT B 2HB RB G 2HG 2HG5 LC WC RC MIU MMD SMD W T gf cm/cm 2 mm % gf cm 2 /cm gf cm/cm % gf/cm grad gf/cm gf/cm gf cm/cm 2 % mm mg/cm 2 mm Liniaritate Energie specifică de deformaţie Deformaţie la efort de 500 kgf/m Rezilienţă Rigiditate specifică la flexiune Histereza momentului de îndoire intern Rezilienţa la îndoire Rigiditate la forfecare Histereza la forfecare, g = 0,5 o Histereza la forfecare, g = 5 o Liniaritate Energie specifică de compresie Rezilienţă la compresie Coeficient de frecare Abaterea medie liniară Rugozitate geometrică Masa unităţii de suprafaţă; Grosime la p = 0,5 gf/cm 2 Compoziţie fibroasă Structură geometrică Compactitate structurală Formabilitate Formabilitate Masa unităţii de suprafaţă Grosime Compactitate structurală Compoziţie fibroasă Compoziţie fibroasă Structură geometrică Compactitate structurală Structura de suprafaţă în procesele de finisare Compactitatea structurală Parametrii structurii geometrice Compoziţie fibroasă Structură geometrică Structura de suprafaţă în procese de finisare Compoziţie fibroasă Structură geometrică Evoluţia în procesele de finisare

120 410 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ 2. Modulul KES-FB2 (fig. IX.6.127): testarea comportării la flexiune a epruvetei 1, în condiţia unei solicitări simple, între două valori de curbură, K = ± cm -1, corespunzătoare feţei şi spatelui ţesăturii, la un gradient de 0,5 cm 1/s. Variabila dependentă (momentul de încovoiere) se determină cu ajutorul detectorului de moment 3, şi se exprimă în gf cm /cm (ca funcţie de curbura K),determinată prin intermediul detectorului 6. Procesul de măsurare este redat grafic sub forma diagramei de histereză la încovoiere, într-un ciclu complet deformarerevenire. a b Fig. IX Modulul KES -FB 2: a principiul de măsurare; b graficul ciclului de deformare-revenire. 3. Modulul KES-FB3 (fig. IX.6.128): testarea comportării ţesăturilor la solicitarea de compresie transversală. Epruveta 1, fixată între două discuri plate 2, este supusă compresiei (care se exercită în plan vertical),iniţiată printr-un lanţ cinematic rigid, acţionat de dispozitivul de antrenare 5. Detectorul de grosime 4 furnizează informaţii privitoare la variaţia grosimii materialului testat sub influenţa presiunii de lucru; forţa exercitată asupra epruvetei dimensionate este determinată prin senzorul 3. Semnalele electrice obţinute sunt redate sub forma graficului forţă-deformaţie în cadrul unui ciclu de deformare-revenire. 4. Modulul KES-FB4 (fig. IX.6.129): testarea caracteristicilor de suprafaţă, cu măsurarea forţei de frecare şi determinarea rugozităţii epruvetei. Măsurarea forţei de frecare C se realizează cu senzorul de deplasare 3, de tip parametric, pentru o forţa de compresie iniţială de 50 gf.

121 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 411 a b Fig. IX Modulul KES-F3: a principiul de funcţionare; b diagrama deformare-revenire. a b Fig. IX Modulul KES-FB 4: a principiul de măsurare; b palpatorul (A) şi corpul de frecare (B). Determinarea rugozităţii epruvetei 1 are loc la deplasarea acesteia pe un suport fix, în plan orizontal; deplasarea pe direcţie verticală (A) a palpatorului este transformată în semnal electric prin intermediul unui senzor de tip coardă vibrantă. Palpatorul este realizat sub forma unui ansamblu de zece segmente de coardă de pian, a căror frecvenţă naturală este mai mare de 30 Hz, când senzorul nu atinge suprafaţa testată. Forţa de compresie iniţială este de 10 gf la testul de rugozitate, care se efectuează cu viteza de 0,1 cm/s, pe o lungime de 2 cm, iar tensiunea epruvetei este T l = 20 gf/cm.

122 412 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ IX Sistemul FAST Sistemul FAST (Fabric Assurance by Simple Testing), dezvoltat din iniţiativa CSIRO, pentru măsurarea proprietăţilor ţesăturilor care afectează performanţele de confecţionare şi aspectul îmbrăcămintei în timpul purtării, cuprinde trei module (instrumente) simple şi o metodă de analiză a caracteristicilor ţesăturilor crude, finisate şi recepţionate la utilizator (în industria de confecţii). Sistemul FAST este asociat produselor noi sau neconvenţionale de lână, cu scopul de a identifica neconformităţile şi de a delimita cauzele acestora; cuantificarea performanţelor realizate cu acestea în procesele de confecţionare a îmbrăcămintei. 1. Modulul FAST1 (fig. IX.6.130): testarea comportării ţesăturilor la solicitarea de compresie; cu determinarea grosimii standard T 0 [mm] la presiunea de 2 gf/cm 2 şi a grosimii de suprafaţă ST considerată ca relevantă pentru senzaţia tactilă în evaluarea tuşeului. Procedeul se bazează pe modelul structural stratificat, care conţine un miez incomprimabil şi un strat superficial format din fibre. Relaţia dintre grosimea şi presiunea aplicată este: T = k p 1/3 (IX.6.65) Fig. IX Evidenţierea stratului superficial al ţesăturii; dependenţa grosimii acestuia de presiunea de testare. Metoda FAST prescrie efectuarea determinărilor: grosime (în condiţiile: T 0 / cu p = 2 gf/cm 2 ; T 1 /cu p = 100 gf/cm 2 ) grosimea stratului superficial: ST= T 0 T 1. Acest parametru evaluează moliciunea ţesăturii şi este sensibil la finisarea prin aburire; stabilitatea la aburire se evaluează cu relaţia: FS [%] = 100 ST 1 /ST 2 (IX.6.66) care reprezintă raportul grosimilor stratului superficial înainte şi după aburire. Rezultatele măsurătorilor de grosime efectuate cu modulul FAST1 sunt dependente de: efortul de compresie aplicat; natura şi proprietăţile viscoelastice ale fibrelor din stratul superficial, corelându-se cu percepţia senzorială a grosimii şi cu rezultatele determinărilor KES şi SHIRLEY (fig. IX ). 2. Modulul FAST 2: testarea comportării la flexiune pe baza principiului Pierce, prin: determinarea lungimii de încovoiere C [cm] pentru un unghi de aplecare de 41 o 30' şi a rigidităţii la încovoiere B [mn mm 2 /mm], necesară la calculul formabilităţii. Rezultatele determinărilor de rigiditate la flexiune se corelează cu valorile obţinute cu sistemul KES-FB2 (fig. IX.6.132).

123 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 413 Fig. IX Corelaţia dintre grosimea ţesăturii determinată cu modulul FAST-1 şi KES-FB 3; SHIRLEY. Fig. IX Corelaţia valorilor rigidităţii la flexiune FAST 2 şi KES-FB Modulul FAST 3: testarea extensibilităţii relative a materialelor textile sub acţiunea unui efort de 5; 20; 100 gf/cm orientat pe axele tehnologice ale produsului. Prin orientarea axelor la 45 faţă de direcţia de solicitare, se poate aproxima relaţia dintre tensiunea şi unghiul de forfecare/la o tensiune de 5 gf/cm (4,9 N/m). Rigiditatea la forfecare se calculează: G = (4,9 100) / 4EB 5% [N/m] G FAST = (0,981 2,25 o G RES )/(tg2,25 o ) (IX.6.67) (IX.6.68)

124 414 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ 4. Modulul FAST 4: testarea stabilităţii dimensionale a ţesăturilor la tratamente termice (fig. IX.6.133). Metoda presupune determinarea variaţiei dimensiunilor unei epruvete în funcţie de conţinutul de umiditate, conform unui algoritm determinat; caracterizarea epruvetei testate se realizează prin doi parametri: contracţia de relaxare RS şi dilatarea higroscopică HE: RS = 100(L 1 L 3 ) / L 1 HE = (L 2 L 3 ) / L 3 unde: L 1 este dimensiunea epruvetei uscate; L 2 dimensiunea epruvetei relaxate (prin înmuiere în apă); L 3 dimensiunea epruvetei reuscate. Între valorile contracţiei de relaxare determinate cu ajutorul modulului FAST-4 şi Fig. IX Principiul FAST-4. respectiv, prin procedeul convenţional, s-a pus în evidenţă existenţa unei corelaţii (fig. IX.6.134). Stabilitatea dimensională redusă constituie o cauză majoră a aspectului necorespunzător al produselor de îmbrăcăminte; modificarea dimensiunilor se produce în timpul confecţionării, în timpul utilizării (mai ales în contextul variaţiilor de umiditate sau prin vaporizare). Contracţia de relaxare este cauzată de revenirea fibrelor tensionate în timpul prelucrării sub variaţia umidităţii relative a aerului, iar dilatarea higroscopică este cauzată de umezirea sau uscarea fibrelor. Cele două fenomene au ca efect variaţia dimensiunii şi formei, încreţirea reperelor componente ale îmbrăcămintei şi se evidenţiază mai ales la îmbinări, la care sunt amplificate prin diferenţierea acestora (încreţirea cusăturii, ondularea sau încreţirea în timpul plisării, absenţa echilibrului îmbrăcămintei). Fig. IX Corelaţia valorilor contracţiei de relaxare (FAST-4) şi procedeul convenţional.

125 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 415 IX Aplicaţiile sistemelor KES în domeniul confecţiilor textile Determinarea confecţionabilităţii materialelor textile. Confecţionabilitatea materialelor textile sintetizează formabilitatea, potenţialul elastic şi drapajul ţesăturilor (mărimi fizice derivate din parametrii KES); confecţionabilitatea defineşte domeniul de calitate (de aspect) superioară a confecţiilor. Formabilitatea exprimă comportarea ţesăturilor la asamblare, prin parametrul F, definit: F = B ε [mm 2 ] (IX.6.71) unde: B este rigiditatea la flexiune; ε alungire relativă,la deformări elastice (KES, 50 gf/cm; FAST 20; 5 gf/cm). Din condiţiile de determinare, rezultă: F KES = (B ε 50 ) / 50 0,981 = (49,035) 1 B ε 50 (IX.6.72) F FAST = B[ε 20 ε 5 ]/14,7 (IX.6.73) Formabilitatea exprimă nivelul deformaţiei la suprapunere, în direcţia cusăturii (U/U; B/B; pe bie) şi se corelează cu limita de suprapunere, OL(conform figurii IX.6.135). Limita de suprapunere este determinată de direcţia de coasere; este mai mare pe bie şi permite obţinerea formei dorite pentru reperul confecţionat; se poate evidenţia influenţa favorabilă a grosimii materialului şi a aburirii sub presiune (fig. IX.6.136). Fig. IX Determinarea valorilor limită de acoperire OL, pentru coasere şi presare; corelaţia OL-F.

126 416 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Zona valorilor superioare de TAV definită pe baza componentelor confecţionabilităţii. Observaţii: 1. Se definesc parametrii: acoperire: compresie longitudinală: A 12 [%] =100(A 12 B 12 ) / A 12 A 12 [%] = 100(A 12 AB 12 )/A 12 ; B 12, [%] =100(B 12 AB 12 )/A 12 (IX.6.74) (IX.6.75) 2. Formabilitatea ţesăturilor şi aspectul confecţiilor realizate din acestea sunt dependente de comportarea la solicitarea de forfecare a ţesăturilor: în cazul cusăturilor executate pe bie, compresia sau întinderea determină eforturi de forfecare în zonele adiacente cusăturii (care deplasează firele cu unghiuri de până la 11 o ); forfecarea se produce rapid, când ţesătura se supune compresiei longitudinale, iar firele se rotesc faţă de punctele de legare. În procesul de confecţionare, controlul asupra ţesăturii este asigurat prin histereză şi rigiditate la forfecare (2HG5, KES). Potenţialul elastic al ţesăturilor determină formabilitatea şi confortul. Extensibilitatea constituie un neajuns pentru stabilitatea dimensională a confecţiilor (întreţinere), prin: limita inferioară, limita superioară şi, respectiv, valorile mai mari de 10% asociate cu dilatarea higroscopică.sub acest aspect se recomandă valorile: KES U: 3,5-6,5%; B: 4-7,5 %; FAST U: 2-4 % %; B: 2-6 % Drapajul /comportarea la flexiune şi formabilitatea ţesăturii reflectă rigiditatea la flexiune; sub aspectul confecţionării, o rigiditate prea mică incomodează croirea. Valorile recomandate pentru rigiditate sunt: KES gf/cm; FAST 5-13 mn mm, iar pentru formabilitate: FAST 0,2-0,6 mm 2.

127 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 417 Componentele confecţionabilităţii definesc ţinuta confecţiilor textile şi se sintetizează prin TAV (Total Appearance Value), pe baza corelaţiei dintre valorile parametrilor obiectivi şi rezultatele evaluărilor subiective. Conform corelaţiilor stabilite între parametrii de confecţionabilitate şi TAV, se defineşte domeniul de calitate superioară a confecţiilor textile (fig. IX.6.136). Performanţele confortului la purtare. Prin corelarea rezultatelor evaluării subiective cu valorile parametrilor mecanici (proprietăţile tensionale şi comportarea la forfecare) ai materialelor pentru confecţii textile se poate defini zona optimă a confortului la purtare delimitată prin graficul de control al procesului de confecţionare (fig. IX.6.137); graficul delimitează zona Non control, în cadrul căreia procesul de confecţionare se realizează cu uşurinţă, iar proprietăţile materialelor asigură deformabilitatea indispensabilă mişcărilor corpului uman. Zona Non control nu are semnificaţia inutilităţii controlului, care rămâne un imperativ al realizării produselor de calitate superioară. Fig. IX Graficul de control al procesului de confecţionare: zona Non control / fără probleme. Criteriile care definesc confecţionabilitatea ţesăturilor constituie, în mod indiscutabil, criterii de calitate, care asigură standardul (specificaţiile) de calitate al produselor ideale pentru confecţii. Deoarece procedeul de analiză este complex şi minuţios, Kawabata propune un algoritm pentru realizarea ţesăturilor ideale în viitor (fig. IX.6.138): selecţionarea ţesăturilor care, prin proprietăţi se apropie de ţesăturile ideale; controlul parametrilor mecanici şi precizarea celor care se abat de la zona ideală; selecţionarea parametrilor importanţi care contribuie la corectarea proprietăţilor de tuşeu; proiectarea unui proces de refinisare pentru reducerea abaterilor faţă de zona ideală; analiza rezultatelor; reproiectarea ţesăturilor în situaţia în care refinisarea nu a condus la rezultatele scontate; continuarea procesului de analiză, chiar până la fibră, dacă rezultatele o impun.

128 418 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Grafic de control asupra corecţiei valorilor primare şi globale de tuşeu prin procesele de finisare. Algoritmul prezentat se susţine prin relevanţa şi sensibilitatea parametrilor KES, la variaţia geometriei şi a proprietăţilor fizice ale componentelor structurale ale ţesăturilor analizate (fig. IX.6.139) ceea ce subliniază o potenţială extindere spre optimizarea proiectării acestora. Fig. IX Influenţa fineţii fibrelor asupra parametrilor KES la ţesături tip bumbac fire Air Jet.

129 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 419 IX Aplicaţiile sistemului FAST în domeniul confecţiilor textile Deşi determinarea proprietăţilor ţesăturilor prin intermediul sistemului FAST este relativ simplă, interpretarea performanţelor de confecţionare/relativ dificilă/se realizează prin procedeul grafic, care permite delimitarea domeniilor de încadrare a virtualelor probleme tehnologice şi, prin analiza parametrilor, evaluarea posibilităţii eliminării acestora. Relevanţa parametrilor FAST se centrează pe anumite faze ale procesului tehnologic de confecţionare (tabelul IX.6.40), iar graficele de control delimitează zonele de performanţă (fig. IX.6.140). Tabelul IX.6.40 Relevanţa parametrilor FAST pentru diferite faze ale procesului de confecţionare Proprietăţile ţesăturilor tip lână Spănuire Croire Termolipire Coasere Presare Aspect Contracţie de relaxare x x x x Dilatare higroscopică x x x x Rigiditate la flexiune x x x Extensibilitate x x x x Forfecare x x x x Compresie Formabilitate x x x Fig. IX Graficul de control FAST cu limite de încadrare pentru ţesături tip lână pieptănată.

130 420 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ IX Determinarea caracteristicilor de tuşeu prin utilizarea dinamometrelor electronice Simularea eforturilor mecanice mici din timpul utilizării produselor de îmbrăcăminte purtare, întreţinere furnizează informaţii importante asupra calităţii acestora, definind şi starea de confort senzorial în timpul purtării răspunsul tactil. Investigarea parametrilor mecanici ai ţesăturilor în domeniul deformaţiilor elastice substituie metodele clasice de control destructiv, relevante pentru performanţa tehnică a materialelor. Rezultatele determinării acestor proprietăţi sunt utile deopotrivă proiectantului şi tehnologului ţesător, precum şi finisorului şi confecţionerului în vederea optimizării calităţii proceselor, produselor şi costurilor. Sistemele KES, FAST destinate testării caracteristicilor de tuşeu sunt mai puţin accesibile, din cauza preţului ridicat, ceea ce motivează alternativa dinamometru electronic, existent în dotarea laboratoarelor de încercări uzinale. Parametrii KES-FB pot fi determinaţi cu ajutorul dinamometrului electronic, în condiţia adaptării acestuia, prin elemente adecvate extinderii condiţiilor de exploatare; procedeele de adaptare sunt: testul proprietăţilor tensionale: se realizează prin simpla alegere a domeniului de măsurare; în cazul încercării/simbolizate grafic (fig. IX ,a,b)/se pot determina parametrii care definesc elasticitatea şi comportarea la forfecare a ţesăturii (aceştia din urmă, prin orientarea axelor tehnologice ale mostrei faţă de direcţia de solicitare); a b Fig. IX Reprezentarea grafică a principiului de apreciere a parametrilor de extensibilitate şi elasticitate ai ţesăturilor prin utilizarea dinamometrului electronic. testul de încovoiere: aplicat prin substituirea cu compresia buclei de material; comportarea epruvetei este studiată într-un ciclu de deformare-revenire obţinut la aprecierea rigidităţii la flexiune a ţesăturilor (conform reprezentărilor grafice ale principiilor enunţate fig. IX Prin adaptarea celulei de măsură a dinamometrului la solicitarea de compresie se poate evalua grosimea ţesăturii în condiţiile limită corespunzătoare metodei KES-FB (fig. IX.6.143). testul comportării la frecare a ţesăturii: realizat prin determinarea forţei de frecare, cu utilizarea directă a clemei motoare a dinamometrului electronic (măsurarea tracţiunii necesare pentru depăşirea acesteia); variaţia forţei de frecare la deplasarea epruvetei cupla de frecare simplă sau mixtă poate fi înregistrată grafic şi analizată statistic (fig. IX.6.144). Parametrii KES pot fi substituiţi prin rezultatele testelor efectuate cu ajutorul dinamometrului electronic, în cadrul unui ciclu deformare-revenire, prin înregistrare grafică sau prin prelucrarea numerică a semnalului furnizat de celula de măsură.

131 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 421 Datorită condiţiilor metrologice diferite, rezultatele obţinute în acest caz nu sunt identice cu rezultatele obţinute prin utilizarea sistemului KES (mai ales în cazul solicitărilor de forfecare şi încovoiere, unde principiul de solicitare aplicat este diferit). Fig. IX Principiul de apreciere a rigidităţii la flexiune a ţesăturilor prin utilizarea dinamometrului electronic. Fig. IX Principiul de apreciere a compresibilităţii ţesăturilor prin utilizarea dinamometrului electronic. Fig. IX Determinarea coeficientului de frecare în cuple simple şi mixte pentru textile plane.

132 422 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Observaţii: 1. Numărul parametrilor utilizaţi pentru aprecierea tuşeului este minimizat prin analiza corelaţiei dintre aceştia, ceea ce permite creşterea operativităţii metodei propuse de Nyng Pan. 2. Parametrii selecţionaţi prin metoda corelaţiei sunt: 2HB, MIU, SMD, LT, WT, RT, 2HG, RC şi T (codificaţi ca: Y i, cu i = 1-9) şi definesc calitatea ţesăturilor printr-un procedeu grafic/ diagrama polară în cadrul căreia mărimile selectate constituie vectorii calităţii/ care se normalizează conform relaţiei: Y j ' = (Y j max Y j )/ (Y j max Y j min ) (IX.6.76) astfel încât: Y j ' [0...1], cu semnificaţia absenţei proprietăţii, respectiv a intensităţii ei maxime (fig. IX.6.145). Metoda grafică decelează diferenţele generate de compoziţia fibroasă în structura geometrică a ţesăturilor testate sau diferenţele dobândite în procesele de finisare. Fig. IX Diferenţierea calitativă a ţesăturilor prin metoda grafică, în funcţie de materia primă şi finisajul aplicat. IX Metode obiective de evaluare globală a tuşeului Evaluarea globală a tuşeului ţesăturilor se realizează prin determinarea forţei de tuşeu, la extragerea epruvetei dimensionate printr-un inel (Fabricometer) sau printr-o duză de formă tronconică (fig. IX.6.146).Variaţia forţei de extracţie în funcţie de lungimea extrasă se reprezintă grafic sub forma unei curbe, care particularizează materialul testat prin cinci puncte caracteristice; acestea pot fi tratate ca indicatori ai proprietăţilor mecanice, fiind strâns legate de valoarea coeficientului de drapaj şi a unghiului de revenire din şifonare. Metoda este sensibilă la variaţia compoziţiei fibroase şi la variaţia parametrilor de structură geometrică ai ţesăturii testate; rezultatele indică metoda de extracţie ca utilizabilă în identificarea ţesăturilor. Parametrii caracteristici deduşi din curba de extracţie sunt: abscisa forţei maxime, L [mm]; valoarea forţei maxime, P [N]; lăţimea picului la valoare P/2, W[mm]; aria de sub curba de extracţie, A [mm 2 ] şi valoarea pantei nominale a curbei, S [N/mm].

133 Proprietăţile mecanice ale materialelor textile 423 Fig. IX Principiul metodei de determinare a forţei de extracţie a ţesăturii şi curba de variaţie a acesteia în funcţie de lungime.

134 IX.7. SISTEME AUTOMATE PENTRU CONTROLUL PRODUSELOR ŞI PROCESELOR Asigurarea calităţii produselor şi proceselor presupune colectarea şi prelucrarea informaţiilor obiective asupra materialelor supuse prelucrării (materii prime, semifabricate), proceselor tehnologice (parametri tehnologici, elemente de reglaj, producţii şi randamente, pierderi tehnologice şi consumuri specifice) şi asupra calităţii produselor realizate. Informaţiile corespunzătoare producţiei şi calităţii se obţin prin control on line, caracterizat prin eficienţă, precizie şi volum mare al informaţiilor, capacitate de decizie şi intervenţie. Calitatea produselor se exprimă prin caracteristici, indici şi funcţii: densitatea liniară, abaterea densităţii liniare de la valoarea nominală, neregularitatea structurală în formele generale şi locale, conţinutul de impurităţi şi defecte; calitatea proceselor tehnologice se exprimă prin valorile producţiei, duratei staţionărilor, a randamentelor (la nivel de unitate de debitare, utilaj, fază de proces) şi a pierderilor tehnologice, iar calitatea produselor reflectă întotdeauna calitatea proceselor. Controlul on line corespunde particularităţilor procesului tehnologic în cadrul căruia fazele se pot grupa în două categorii: cu debitări mari pe unitatea de timp, concentrate pe un număr relativ mic de posturi de lucru; cu debitări reduse pe unitatea de timp, dispersate pe un număr mare de posturi de lucru la care se aplică laminaje mari, iar dublajul D = 1; D = 2. Sistemele de control on line satisfac exigenţele de rezoluţie, operativitate, şi corectitudinea deciziei, fiind compatibile cu structura proceselor tehnologice în scopul asigurării calităţii. Firma Zelwegger-Uster a dezvoltat cel mai complet sistem informatic pentru asigurarea calităţii şi urmărirea producţiei prin sisteme de control şi reglare automată de construcţie modulară adoptate de firme constructoare de utilaje textile de mare prestigiu. IX.7.1. Organizarea sistemului Uster Expert Uster Expert (fig. IX.7.1) constituie o reţea de sisteme compatibile, cu structură modulară, deservite prin softuri specializate, proiectată şi realizată pentru asigurarea calităţii produselor şi proceselor în filatură, compusă din subsisteme de control proces: Uster Sliver Expert, Uster Ring Expert, RotorExpert, Uster Cone Expert care pot fi conectate cu sisteme exterioare, comerciale.

135 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 425 Structura sistemelor de control se bazază pe faptul că orice mărime fizică ce caracterizează produsul sau procesul tehnologic poate fi transformată, prin intermediul senzorilor, în informaţie numerică şi supusă analizei statistice în timp real. Utilizarea sistemului sau a reţelei asigură: transmiterea în paralel a informaţiilor pentru toate mărimile controlate, prin semnale codificate; transmiterea selectivă, continuă sau intermitentă a informaţiilor; utilizarea informaţiilor (prelucrate corespunzător) la orice nivel ierarhic: utilaj, sortiment, atelier; circulaţia informaţiilor în dublu sens; funcţiile de control şi dublarea cu funcţia de reglare automată Fig. IX.7.1. Reţeaua de sisteme compatibile Uster Expert. IX Mărimi fizice urmărite în control on line şi senzori utilizaţi În procesele tehnologice din filatură se pot controla în timp real mărimi fizice constituind condiţii de lucru, parametri de proces, parametri de reglaj, caracteristici de calitate. Măsurarea acestor mărimi fizice se poate realiza prin intermediul senzorilor care permit: conversia lor în semnale electrice ce redau precis şi reproductibil orice parametru; prelucrarea statistică a semnalelor care conduce la o analiză operativă a fenomenului/ mărimii redate; sintetizarea numerică şi concisă a unui volum mare de informaţii; vizualizarea sau înregistrarea în forme accesibile, ce admit interpretări directe a proceselor tehnologice prin parametri redaţi; datele prelevate din procesul tehnologic se referă la condiţiile de desfăşurare, la parametrii de producţie şi la parametrii de calitate.

136 426 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Senzorii se adoptă în funcţie de caracterul mărimilor urmărite (în procesele tehnologice, mărimi dinamice, în laborator, statice şi dinamice) şi de condiţiile în care se realizează măsurarea (în proces, în laborator). Structurarea sistemelor informatice textile şi localizarea în fazele de proces se realizează prin alegerea variantelor constructive de senzori (tabelul IX.7.1) adecvate în funcţie de caracteristicile statice şi dinamice. Senzori utilizaţi în structura sistemelor informatice textile şi posibilităţi de implementare Tabelul IX.7.1 Mărime fizică Viteze organe de lucru Densitate liniară semifabricat, fir Capacităţi Niveluri Categorie tehnologică Parametri tehnologici Mecanici Inductivi Efect Hall Optoelectronici Caracterizează produsul/procesul Sincronizarea parametrilor de proces Senzor Implementare/localizare Observaţii Radiaţii: β, laser, ultrasunete Mecanic Optoelectronic Capacitiv, optoelectronic Electromagnetici Bariere optice Contoare producţie Turaţia organe de lucru Turaţia cursorului Turaţia organelor de lucru Grosime strat alimentat Variaţia fineţii benzilor Grosimea pretorturilor Diametrul firelor Neregularitatea Frecvenţa depăşirilor Variaţia fineţii benzilor Sincronizarea capacităţilor de producţie Orice utilaj Orice utilaj Maşina de filat Carde, laminoare Maşini de filat Oe Carde, laminoare Bataj Observaţii: 1. Senzorii utilizaţi sunt prezentaţi în detaliu o dată cu sistemul; principiile de funcţionare se regăsesc şi în capitolul IX Sistemele informatice sunt compatibile cu regimul de lucru dinamic şi corespund sub aspectul caracteristicilor vitezelor de prelucrare. IX.7.2. Sistemul Sliverdata Sistemul Uster Sliverdata constituie un sistem informatic coerent şi unitar prin concepţie şi structură, care valorifică informaţiile asupra producţiei şi calităţii benzilor, prin controlul total; se poate realiza ca sistem informatic, independent, fiind destinat achiziţionării de informaţii asupra producţiei şi calităţii, ca element component al sistemului de control şi autoreglare, dedicat asigurării calităţii benzilor. Avantajele economice ale implementării sistemului constau din faptul că acesta: previne defectele de calitate ale benzilor şi elimină cheltuielile suplimentare impuse de operaţiile de remediere a acestora; reduce activitatea de urmărire a producţiei prin laboratoarele de încercări fizicomecanice, precum şi cheltuielile de deservire;

137 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 427 obţine şi prezintă datele de P (producţie) şi Q (calitate) concomitent, sub forma rapoartelor de producţie sau calitate, în forma tabelară, grafică, cu prelucrările statistice cele mai adecvate; asigură nivelul specificat al calităţii benzilor şi se determină cantitativ producţia realizată, cu pierderi minime este fără pierderi. IX Elemente constructive în Uster Sliverdata şi funcţiile acestora Sistemul Uster Sliverdata este flexibil, modular (fig. IX.7.2) are o capacitate de 140 maşini, cu maximum 80 posturi de lucru, ale cărui componente (codificate) îndeplinesc funcţiile: Fig. IX.7.2. Structura sistemului de monitorizare on line a producţiei şi calităţii în preparaţia filaturii Uster Sliverdata. Funcţionarea sistemului: SLIDA-ZE unitate centrală (capacitate 140 maşini cu max. 80 posturi de lucru); prevăzut cu U P (Uster Polylink) şi VT(videoterminal); SLIDA-BS asigură transferul informaţiilor; Uster Sliver Expert* soft specializat pentru transferul informaţiilor prin TEXBUS de la SLIDA-ZE Monitorizarea producţiei (3, 4): SLIDA-MET1 terminal de intrare al maşinii, cu funcţia de comandă/ nominalizare a parametrilor nominalizaţi; SLIDA -K concentrator, conectează simultan 16 terminale; cu funcţie de colectare, stocare şi transfer periodic al informaţiilor spre unitatea centrală pentru procesare; 4-STOP bloc de conexiuni, preia 4 semnale codificate de întrerupere pe cauze; SLIDA-MES terminal care permite comanda manuală de identificare, datorită altor 14 cauze de oprire prin cartele de cod;

138 428 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Monitorizarea producţiei şi calităţii (1, 2): SLIDA-SP subprocesor, conectează 16 staţii de maşină, procesând datele de producţie şi calitate de la utilajele din sistem; SLIDA-MS microprocesorul (staţia maşinii) de evaluare a semnalelor de la senzorii producţiei şi de la cei de control al titlului benzii; prevăzut cu: U.S.A.-Uster Sliver Alarm; SLIDA-NMT terminal numeric al maşinii; vizualizează parametrii de producţie şi calitate ai fiecărei maşini pe care este instalat; SLIDA-FP; AV.OPT senzori ai calităţii; TAHYM senzorul producţiei; USC * Uster Sliver Control, sistem integrat pentru controlul laminării; UQM ** Uster Quality Monitor, sistem integrat pentru carde, laminoare şi maşini de pieptănat. IX Valorificarea informaţiilor obţinute prin Uster Sliverdata Pachetul de programe SLIDA /Uster Sliver Expert asigură: controlul următorilor parametri de calitate: fineţea benzii, A [%]; neregularitate, CV [%]; numărul de îngroşări/100 m bandă; defecte periodice(spectrograma); unde de laminare (spectrogramă); stabilirea limitelor de control pentru principalii parametri de calitate; aceasta se realizează prin prelucrarea statistică a ansamblului de date stocate, reprezentate sub forma graficelor de control statistic (fig. IX.7.3-IX.7.4). Urmărirea variaţiei fineţii benzii laminate se realizează atât prin abaterea de la valoarea nominală cât şi prin valoarea coeficientului de variaţie care se regăseşte la nivelul firului, în valoarea neregularităţii pe porţiuni lungi CV 100 m [%]; în exemplul prezentat, limitele de control au fost stabilite la ± 3%. Depăşirea limitelor de control determină oprirea maşinii, intervenindu-se prin reglaje specifice; orice oprire se înregistrează în raportul de producţie randament; număr de opriri pe oră; producţie, în kg/h sau lb/h; numărul de opriri pentru remedierea defectelor se înregistrează în rapoartele de producţie. Fig. IX.7.3. Reprezentarea variaţiei orare/zilnice a fineţii benzilor cardate (abaterea de la valoarea nominală).

139 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 429 Fig. IX.7.4. Reprezentarea variaţiei orare/zilnice a fineţii benzilor laminate (abaterea de la valoarea nominală). Actualizarea, stocarea şi transferul datelor de producţie şi calitate se face pe intervale de timp determinate; transferul datelor se realizează din minut în minut (fig. IX.7.5). Monitorizarea producţiei şi calităţii facilitează: scanarea, procesarea, stocarea periodică a informaţiilor preluate la nivelul concentratoarelor, subprocesoarelor, terminalelor NM-T de pe maşini; banca de date deserveşte optimizarea tehnologiei de prelucrare sub aspectul amestecurilor şi al parametrilor de prelucrare. Fig. IX.7.5. Diagrama de variaţie a abaterii de la valoarea nominală a fineţii benzii laminate/ corespunzătoare testului IT pentru lungime de secţionare egală cu viteza de debitare.

140 430 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Monitorizarea producţiei se poate realiza pentru orice maşină, cu senzori tipici mişcării de rotaţie a organelor de lucru debitoare, pentru care producţia este proporţională cu viteza. Rezultatele monitorizării se exprimă prin rapoarte standard, care se elaborează sub două forme. Rapoartele standard pentru monitorizarea producţiei cuprind indicatorii specifici: producţie, productivitate, randamente, timpi de staţionare, întreruperi tehnologice specifice (unde este cazul, schimbarea formatelor fig. IX.7.6). Fig. IX.7.6. Raport de producţie USD. Raportul staţionărilor cuprinde întreruperi, staţionări de durată, stări de excepţie (pe cauze nominalizate, prin parametrii de calitate principali funcţii cheie) localizate la nivelul utilajului, sortimentului sau atelierului şi se referă la perioade de timp diferite (schimb, zi, săptămână, lună). Rapoartele standard pentru analiza calităţii se pot obţine periodic sau la cerere şi se referă la următorii parametri de calitate: fineţe medie, neregularitate pe porţiuni lungi CV LT [%], neregularitate pe porţiuni scurte (structurală) CV [%], neregularitate periodică, spectrogramă.

141 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 431 Vizualizarea parametrilor de calitate se poate realiza: selectiv, pe parametri, maşină în display, în cadrul staţiei utilajului; succesiv, în terminalul sistemului central, care achiziţionează tot ansamblul de date. Sistemul Uster Sliverdata constituie un sistem de control preventiv care avertizează sau opreşte utilajul monitorizat la constatarea depăşirii limitelor de control stabilite statistic pentru parametrii de calitate (fig. IX.7.7): fineţe medie, neregularitate pe porţiuni lungi CV T [%], neregularitate structurală CV [%], neregularitate periodică, spectrogramă (fig. IX.7.7-IX.7.8). Rapoartele Standard de calitate constituie o formă eficientă de control total, amplificată prin posibilitatea de avertizare la depăşirea limitelor de control pentru oricare dintre parametrii controlabili. În controlul On line realizat prin intermediul subsistemului USD (şi în toate verigile sistemului UMD) informaţiile sunt obţinute sub forma semnalelor electrice analogice, care redau fidel variaţia mărimilor testate; semnalele sunt convertite numeric şi sunt prelucrate conform algoritmilor Uster. Identitatea de formă şi conţinut a indicilor şi funcţiilor pentru aprecierea neregularităţii produselor testate se reflectă în identitatea metodelor de interpretare; rapiditatea deciziei este apreciabil crescută prin utilizarea sistemelor Uster Expert, care măresc promptitudinea deciziilor la detectarea neconformităţilor. Fig. IX.7.7. Neîncadrarea valorii CV [%] în limitele de control impune controlul prin spectrogramă şi identificarea sursei de creştere a valorii acestuia.

142 432 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX.7.8. Creşterea amplitudinii defectelor periodice declanşează oprirea maşinii, impune controlul prin spectrogramă şi identificarea sursei perturbatoare. IX Particularităţile senzorilor utilizaţi în Uster Sliverdata Pentru monitorizarea parametrilor de producţie şi monitorizarea (reglarea) parametrilor de calitate a benzilor se încorporează: senzori inductivi monitorizarea producţiei, senzori pneumatici; senzori capacitivi, senzori optoelectronici monitorizarea (reglarea) parametrilor de calitate. Slida FP (fig. IX.7.9,a) este un senzor pneumatic, destinat controlului variaţiilor densităţii liniare a benzilor. Celula de măsură de tip pneumatic (3) converteşte variaţiile densităţii liniare a benzii (1) în presiune variabilă şi apoi în semnal electric; celula se amplasează în faţa unor cilindri calandri (2). Performanţele de măsurare în regim dinamic se menţin până la viteza maximă de 800 m/min; semnalul emis este independent de umiditatea fibrelor şi coeficientul de frecare, dar dependent de raportul fineţe-maturitate; redă variaţiile cu perioadă scurtă, fără inerţie, cu detectare îngroşărilor pe porţiuni scurte (< 4 cm), echivalente cu un procent ridicat de fibre scurte în banda cardată care generează unde de laminare. Barco/Sliver dance este un senzor cu ultrasunete, 3-5 khz pentru testarea dinamică a titlului benzilor (fig. IX.7.9,b). Undele ultrasonore emise de EUS/generator u.s. acţionează cu forţă constantă pe o lungime constantă de bandă, determinând vibraţia fibrelor; vibraţiile se transmit prin aer spre membrana microfonului RUS (receptor), permiţând obţinerea unui semnal electric variabil în fază cu variaţia densităţii liniare a acesteia. Performanţele de măsurare constau din eliminarea limitelor traductorului pneumoactiv, care percepe variaţia de fineţe a fibrelor ca variaţie de grosime a benzii.

143 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 433 Fig. IX.7.9. Senzori utilizaţi pentru detectarea variaţiilor de fineţe a benzilor: a senzorul pneumatic SLIDA-FP; b senzorul pneumatic BARCO. a b În cadrul sistemului de monitorizare a calităţii benzilor laminate se utilizează: senzori mecanici de distanţă (fig. IX.7.10), pentru detectarea variaţiilor de distanţă, utilizaţi pentru măsurarea variaţiilor de fineţe ale ansamblului de benzi alimentate pe laminor, specifici utilajelor din filatura de lână, încorporaţi în prezent în USC, destinaţi controlului şi autoreglării fineţii benzilor laminate, pe porţiuni scurte. În cadrul sistemului de monitorizare a producţiei se utilizează: senzorul de turaţie cu placă magnetorezistivă; tahometrele măsoară turaţia cilindrilor direct sau prin intermediul unor roţi fixate pe arborii acestora; tahometrele încorporate în sistemul USC utilizează senzori de distanţă cu plăci magnetorezistive (fig. IX.7.11), a căror rezistenţă electrică variabilă, sub acţiunea inducţiei magnetice variabile generează o succesiune de impulsuri ce se transformă prin integrare în tensiune proporţională cu turaţia; viteza organului controlat (până la valori de 1200 m/min), prin conversie directă, în impulsuri; senzori capacitivi, care transformă variaţiile densităţii liniare a benzii testate în semnal tensiune variabilă (principiul circuitelor rezonante); sunt integraţi în sistemul ADC-E2 pentru reglarea pe porţiuni medii a benzilor de laminor; manifestă sensibilitate la variaţiile umidităţii materialului testat, semnalul fiind determinat de natura componenţilor (cu permitivitate dielectrică diferită), ceea ce implică precauţii suplimentare la testarea benzilor din amestecuri de fibre; senzori optoelectronici, încorporaţi în sistemul de control şi reglare pe porţiuni scurte a densităţii liniare a benzilor de cardă, care permit aprecierea grosimii stratului de fibre de pe tambur (fluxul radiant reflectat este transformat în semnal electric, proporţional cu grosimea stratului.

144 434 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Senzor mecanic T-G (USC) pentru detectarea variaţiilor de fineţe ale benzilor alimentate la laminor. Fig. IX Senzorul de turaţie cu placă magnetorezistivă. IX Sisteme de control şi reglare automată a fineţii benzilor cardate Introducerea sistemelor de control şi reglare automată a fineţii benzilor cardate este determinată de evoluţia concepţiilor tehnologice scurtarea proceselor tehnologice şi constructive alimentarea cardelor cu ghemotoace, în context cu menţinerea neregularităţii firelor în toleranţele impuse. Neregularitatea benzilor cardate se manifestă pe porţiuni scurte, medii şi lungi şi constituie un factor determinant al neregularităţii firelor pe porţiuni lungi; compensarea neregularităţii se poate realiza parţial prin faza tehnologică de dublare a benzilor, care este eficientă în cazul formelor aleatoare de neregularitate. Formele periodice de neregularitate se pot compensa doar parţial, şi acest lucru motivează introducerea sistemelor de control şi reglare automată a fineţii. Sistemele de control şi reglare a fineţii benzilor cardate se adaptează fluxului tehnologic şi sunt create pentru a compensa neregularitatea pe porţiuni scurte, medii şi lungi. Sistemul de control şi reglare a fineţii benzilor pe porţiuni lungi (sistem de control şi reglare cu buclă deschisă fig. IX.7.12) este adecvat fluxurilor tehnologice care se realizează pe agregate bataj-cardă şi substituie trecerile de laminor; utilizarea sa îmbunătăţeşte uniformitatea densităţii liniare a firelor. Detectarea este realizată cu ajutorul unui traductor pneumatic (mecanic), plasat pe pâlnia condensatorului de bandă, standardizat în funcţie de fineţea benzii debitate. Sistemul nu compensează variaţiile de fineţe cu perioadă scurtă, ceea ce impune utilizarea în fluxul tehnologic a două pasaje de laminor; lungimea de corecţie este de m, pentru cardele de bumbac, 50 m pentru cardele tandem şi cardele de lână, iar reglarea se realizează în limitele %. Sistemul de control şi reglare a fineţii benzilor pe porţiuni medii (sistem de reglare cu două bucle deschise). Sistemul este absolut necesar liniilor tehnologice care funcţionează cu un singur pasaj de laminor, aşa cum este cazul liniilor tehnologice pentru filarea cu rotor sau în anumite situaţii speciale (fig. IX.7.13); detectează atât variaţiile de fineţe pe porţiuni lungi, cu senzorul pneumatic, cât şi pe cele produse pe porţiuni medii, produse de neuniformitatea

145 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 435 stratului de fibre acumulat pe tambur, pe care le sesizează prin intermediul unui senzor optoelectronic. Fig. IX Sistem de control şi autoreglare a fineţii benzilor cardate UCC-L. Fig. IX Sistem de control şi autoreglare a fineţii benzilor cardate (UM+UCC-L).

146 436 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Semnalul furnizat de senzorul optoelectronic efectuează corecţia semnalului de comandă pentru viteza de alimentare. Sistemul de control şi reglare a fineţii benzilor pe porţiuni scurte. Sistemul de control şi reglare a fineţii benzii cardate pe porţiuni scurte (fig. IX.7.14) impune operarea în zona de debitare a cardei, prevăzută cu tren de laminat, şi operează prin: sistemul de reglare cu buclă deschisă: măsurarea mecanică a neregularităţii fineţii benzii la intrarea în trenul de laminat şi reglarea vitezei cilindrului debitor şi a sistemului de debitare care este prevăzut cu acumulator de bandă; sistemul de reglare cu buclă închisă: măsurarea mecanică a variaţiilor de fineţe la cilindrul debitor şi reglarea vitezei acestuia şi a sistemului de debitare prevăzut de asemenea cu acumulator de bandă; sistemul de reglare cu două bucle: detectarea prin senzorul pneumatic a variaţiilor de fineţe la intrarea în trenul de laminat şi corectarea vitezelor de alimentare a cardei şi de debitare din trenul de laminat, fără să se corecteze viteza în sistemul de debitare; acumulatorul de bandă este necesar. Fig. IX Sistem de control şi autoreglare a fineţii benzilor cardate(um+ucc-l). Observaţii: 1. Sistemele de control şi reglare automată a fineţii benzilor cardate permit evaluarea la cerere sau periodică a procesului de producţie sub aspect cantitativ şi calitativ. 2. Informaţiile sunt livrate sub forma protocolului standard pentru monitorizarea producţiei (fig. IX.7.6) sau calităţii (fig. IX.7.7). 3. Informaţiile asupra principalilor parametri de calitate sunt urmărite sub forma graficelor de control statistic (fig. IX.7.8). 4. Informaţiile stocate sunt prelucrate statistic, în scopul determinării limitelor de control.

147 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 437 IX Sisteme de control şi autoreglare a fineţii benzilor de laminor Sistemele de control şi autoreglare a fineţii benzilor laminate pe porţiuni medii constituie o alternativă pentru autoreglarea benzilor cardate pe porţiuni lungi, în filatura de bumbac. Pe laminor, reglajul se execută asupra vitezei de alimentare, care modifică laminajul preliminar sau principal. Sistemul de control şi autoreglare a fineţii benzilor de laminor pe porţiuni medii (sistem de autoreglare cu buclă închisă). Sistemul detectează variaţiile de fineţe ale benzii la ieşirea din trenul de laminat şi reglează viteza de debitare; corecţia se efectuează asupra laminajului principal (fig. IX.7.15). Lungimea de corecţie depinde de distanţa dintre capul de măsurare, punctul de reglare şi laminaj; aceasta este de 5-10 m când se acţionează asupra laminajului principal, şi de m când se acţionează asupra laminajului preliminar. Acest sistem permite şi alte variante de execuţie a corecţiei, tot prin reglarea în buclă închisă, pe un sistem de laminare suplimentar; în acest caz, lungimea de corecţie depăşeşte 15 m şi, prin efecte, reglarea corespunde neregularităţilor cu perioadă lungă. Fig. IX Sistem de autoreglare a fineţii benzilor laminate pe porţiuni medii (cu buclă închisă) ADC-E1. Sistemul de control şi autoreglare a fineţii benzilor de laminor pe porţiuni scurte (sistem de autoreglare mixt). Este utilizat pentru controlul şi autoreglarea fineţii benzilor pieptănate, care conţin defectul periodic de sudura benzilor, rezultat din funcţionarea ciclică a maşinilor de pieptănat. Detectarea neregularităţilor cu perioadă scurtă se realizează prin intermediul unui senzor pneumatic instalat în zona de debitare a benzii, care lucrează în cooperare cu un senzor mecanic (capacitiv), plasat în zona de alimentare, ce detectează variaţia fineţii ansamblului benzilor alimentate. Senzorul pneumatic funcţionează pe principiul buclei deschise şi corectează neregularităţile cu perioada medie, iar senzorul mecanic (capacitiv), pe principiul buclei închise şi asigură (corectează) neregularităţile cu perioadă scurtă. La ultimul pasaj de laminor se instalează sistemul de control Uster Tex-Alarm care, prin funcţionare continuă, previne depăşirea câmpului de toleranţă al fineţii.

148 438 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Sistem de autoreglare a fineţii benzilor laminate pe porţiuni scurte (mixt) ADC-E1C. Observaţii: 1. Monitorizarea producţiei se sintetizează sub forma rapoartelor standard: de producţie, de staţionări (nominalizând cauzele, pe funcţii statistice cheie). 2. Rapoartele se localizează la nivel de utilaj, sortiment, atelier pe perioade de timp diferite: schimb, zi, săptămână, lună; în raport se editează indicatorii specifici: producţie, productivitate, timpi de staţionare, întreruperi tehnologice specifice care se localizează sau se referă la procesul analizat. 3. Monitorizarea calităţii benzilor laminate (fig. IX.7.17,a) asigură calitatea firelor sub aspectul neregularităţii pe porţiuni lungi; introducerea controlului şi a reglării automate a fineţii benzilor laminate are funcţia de a reduce componentele neregularităţii necompensate prin dublaj (variaţii cu caracter periodic, induse prin defecte de tip mecanic, generate prin procesul de cardare şi pieptănare). Defectele periodice induse în fazele procesului tehnologic de filare se propagă până la nivelul firului şi compensarea lor prin dublare poate fi realizată numai parţial; acestea pot fi total compensate prin utilizarea sistemelor de control şi reglare automată a fineţii benzilor,pe porţiuni medii şi scurte. Eficienţa sistemului ADC-E1C se demonstrează prin corecţiile executate, care se evidenţiază prin funcţiile ce exprimă conţinutul neregularităţii şi prin reprezentări grafice tipice ale acestora (fig. IX.7.17,b, c, d). IX Uster Sliver Expert pentru monitorizarea calităţii benzilor USE monitorizează procesul în preparaţia filaturii prin colectarea şi evaluarea datelor furnizate de USC şi USLA ca şi de Uster Sliver Guard/senzor Uster FP pentru variaţii de masă pe porţiuni scurte; sistemul reacţionează la orice abatere de la specificaţiile de calitate ale benzilor laminate, cardate şi pieptănate.

149 a b c Fig. IX Propagarea defectului mecanic de sudura benzilor din banda pieptănată la nivelul firului (a); corecţia laminajului şi a titlului benzii debitate (la scăderea accidentală a dublajului) (b); reducerea neregularităţii benzii laminate prin sistem/amplitudine de variaţie; valoare medie (spectrogramă, la nivelul benzii) (c); efectul reducerii neregularităţii pe porţiuni scurte a benzii laminate (ilustrat prin funcţia B(L) la fir (d). d

150 440 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Performanţele includ: 100% monitorizare densitatea de lungime cu abaterea A [%]; neregularitatea CV [%], CV L [%]; defecte periodice; detectarea permanentă a defectelor rare ale benzilor*, care depăşesc 90% din totalul neconformităţilor; avertizarea (alarmă) şi oprirea maşinii, la depăşirea toleranţei de calitate; controlul on line al producţiei, vitezelor, randamentului şi opririlor maşinilor monitorizate; rapoarte pe perioade lungi şi analiza îndeplinirii; localizarea celor mai probabile cauze ale defectelor periodice pe baza cinematicii utilajului şi detectarea defectelor cu L > 2,5 cm** prin spectrogramă; comparaţie on line cu rezultatele Uster din laboratorul de analiză; evaluarea de rutină se efectuează în laborator. Observaţii Defectele rare ale benzilor (fig. IX.7.18): aperiodice şi se detectează întâmplător la nivelul controlului of line; senzorul FP detectează defectele în limitele λ > 4 cm şi A >120; USG detectează defectele de lungime λ > 1,5 cm (ceea ce a permis standardizarea); determină creşterea frecvenţei ruperilor şi creşterea duratei opririlor la MFI, OE şi JA. Spectrogramele obţinute prin utilizarea sistemului USG prezintă avantajul capacităţii de redare a defectelor periodice cu lungime de undă λ < 2,5 cm, ceea ce permite evidenţierea prezenţei îngroşărilor benzii (fig. IX.7.19). Îngroşările sau defectele rare ale benzilor se generează cu cauze bine determinate în fiecare fază tehnologică de realizare (tabelul IX.7.1); detectarea şi intervenţia operativă prin intermediul senzorului USG / vizualizarea prin spectrogramă şi oprirea maşinii pentru intervenţie. Îngroşările sau defectele rare se propagă şi cauzează creşterea incidenţei defectelor la faza următoare sau creşterea frecvenţei ruperilor (fig. IX.7.20). Fig. IX Forme tipice de manifestare a defectelor rare ale benzilor. USG şi USE permit eliminarea defectelor rare ale benzilor şi constituie cea mai bună investiţie pentru calitate şi reducerea costurilor în filatură: USG monitorizează parametrii de calitate majori: densitate de lungime A [%]; neregularitate CV [%], CV L [%]; îngroşări scurte (λ > 1,5 cm); defecte periodice; USE monitorizează date de producţie; detectează situaţiile de excepţie; localizează cauzele defectelor periodice; sintetizează rapoarte şi execută reprezentări grafice. Prin achiziţionarea USG şi USE: se reduce drastic costul analizelor de laborator care acceptă fracţiunea defectă de 0,02% (control prin sondaj); se efectuează controlul total şi se asigură calitatea la viteza de prelucrare a benzilor; se stabilesc şi se optimizează parametrii de prelucrare prin Uster Sliver Statistics.

151 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 441 Fig. IX Spectrograme evaluate în controlul on line al benzilor: a cu senzorul USC; b cu senzorul USG. Fig. IX Efecte de propagare a defectelor de bandă. Prin monitorizarea proceselor de cardare, laminare şi pieptănare: se stabilesc principalele cauze de creştere ale frecvenţei porţiunilor îngroşate (îngroşări / km bandă) la limita de control de +30%; acestea sunt: laminaje preliminare incorecte; poziţionare incorectă a calandrilor; sistem de vid neadecvat şi determină creşterea neregularităţii semitorturilor şi firelor; se stabilesc principalele cauze de creştere ale frecvenţei defectelor rare ale benzilor; acestea sunt: alarmă / avertizare la curăţire şi alarmă / legări incorecte; determină creşterea frecvenţei ruperilor de semitort şi fir (tabelul IX.7.2).

152 442 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Principalele cauze de creştere ale frecvenţei defectelor rare (îngroşări/ km bandă) Banda cardată, limita de control de +30% Acumulări de scamă pe parcursul benzii debitate Acumulări de fibre la perietor Acumulări de scamă la rolele debitoare datorită depozitării zaharurilor Sistem de absorbţie dereglat Banda laminată, limita de control de +30% Îngroşări în benzile alimentate; Contaminări cu scamă pe masa de alimentare Acumulări de fibre la debitori sau la elementele de ghidare Cilindri curăţitori defecţi Sistem de absorbţie dereglat Tabelul IX.7.2 Banda pieptănată, limita de control de +30% Transferul din banda alimentată Contaminarea la depozitare şi transport Acumulări de fibre la dispozitivele de antrenare şi conducere Role curăţitoare defectuoase; Peria curăţitoare Sistemul de aspiraţie Detectarea îngroşărilor benzilor (fig. IX.7.21) este dependentă de limitele tehnice ale unităţii de măsură/ senzor şi de limitele statistice ale neregularităţii benzii: limita superioară se defineşte în raport cu senzorul folosit; limita inferioară se defineşte în raport cu neregularitatea benzii, acceptându-se că apariţia unui defect la 100 km bandă este defect/ neconformitate: L inf = 5 CV a [%] Fig. IX Limitele de detectare ale îngroşărilor benzii/lungimea minimă detectată cu senzorii: a USC; b USG.

153 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 443 În concordanţă cu aceasta, în diferite forme de organizare ale procesului tehnologic în preparaţia filaturii se recomandă (tabelul IX.7.3) şi se garantează (tabelul IX.7.4). Sortiment de fire Limite de control recomandate /pentru abaterea densităţii de lungime, A [%] Cardate, MFI Laminor finisor Pieptănate, MFI Valori standard [%] pentru îngroşările benzii/abateri pozitive Tabelul IX Laminor finisor Laminor pasaj 1 Laminor pasaj 1 Maşina de pieptănat OE, cardate Laminor finisor OE, pieptănate Laminor finisor Laminor pasaj 1 Cardă Laminor pasaj 0 Laminor pasaj 1 Maşina de pieptănat Frecvenţa preconizată a îngroşărilor benzii în condiţiile recomandate Îngroşări/km bandă Îngroşări/lungimea debitată pe oră Domeniul Tabelul IX.7.4 Valoarea medie 0,01-0,1 0,06 Viteza de debitare, m/min 300 0,1-1,5 0, ,2-3 1, ,3-4,5 2,4 Cardă Cardă Laminor pasaj cardă * Depăşirea limitei de alarmă de 45% determină oprirea maşinilor pentru remedierea punctelor critice/ reduce 80 % din defecte şi, în acelaşi timp problemele de prelucrare la flaier; se obţine o valoare medie de 0,04 îngroşări/ km bandă IX.7.3. Sistemul Uster Ring Data Sistemul informatic Uster Ring Expert (fig. IX.7.22 şi tabelul IX.7.5) utilizat pentru conducerea proceselor de filare realizate pe MFI monitorizează fiecare poziţie de filare, furnizând informaţii utile pentru: detectarea posturilor de lucru cu funcţionare defectuoasă, care la frecvenţă de 2% produc 30% din ruperile care deteriorează sensibil calitatea firelor; creşterea sistematică a vitezei de filare; intervenţii globale şi specifice în cazul creşterii frecvenţei ruperilor, la nivel de maşină, lot şi atelier; detectarea fuselor cu alunecări, care determină defecte de torsionare; monitorizarea producţiei, vitezei cursorilor, randamentului şi a opririlor.

154 444 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Sistemul are o structură modulară, compatibilă cu specificul fibrelor prelucrate: scurte (bumbac) şi lungi (lână), fiind capabil să deservească maşinile de filat din cele două sectoare (fig. IX.7.22). Observaţii: 1. Sistemul realizează monitorizarea calităţii şi producţiei (Q + P) sau a producţiei (P). 2. Sistemul este prevăzut cu un soft dedicat, prevăzut cu instrucţiuni de operare şi de acces; transferul de date se realizează de la RIDA-MS staţia maşinii colectarea datelor de producţie şi calitate, şi de la RIDA-K concentratori colectarea datelor de producţie, prin TEXBUS, automat, periodic. Pachetul de programe permite: detectarea situaţiilor de excepţie, colectarea şi memorarea datelor, prezentarea datelor sub formă de rapoarte care specifică: poziţia maşinii, lista indicatorilor, tabele pentru sistematizarea datelor, grafice de prognoză şi spectrograme. Fig. IX Structura sistemului informatic Uster Ring Expert.

155 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 445 Structura sistemului Uster Ring Expert Tabelul IX.7.5 Controlul calităţii şi producţiei RIDA-G-MS/staţia maşinii: monitorizare individuală a fuselor: procesează informaţiile asupra ruperilor şi producţiei transmite informaţiile spre RE PC control optic opţional şi indicarea ruperilor RIDA-MES: analiza ruperilor pe cauze: prin coduri, pentru maximum 14 coduri diferite RIDA-MES: analiza ruperilor pe cauze prin coduri, pentru maximum 14 coduri diferite Senzorul producţiei/de turaţie: determinarea vitezei de debitare /proporţională cu producţia Senzor mobil: detectarea ruperilor pe fuse prin mişcare de du-te-vino, în lungul băncii inelelor un senzor mobil deserveşte o parte de maşină senzorul detectează turaţii în limitele rot/min viteza senzorului de 0,4 m/s Mecanism de acţionarea şi alimentarea senzorului mobil: electric, prin cablu; mecanism de ghidare antrenare şi compensare a mişcării băncii inelelor alimentarea părţii electronice pentru formarea şi transmiterea semnalului Senzorul înfăşurării: determină numărul şi durata levatelor: determină poziţia băncii inelelor Indicatorul optic al ruperilor: pe parte de maşină: indică depăşirea limitei de control la fuse inactive; pe secţiune de maşină: indică oprirea fuselor într-o secţiune; 6 secţiuni / parte de maşină Controlul producţiei RIDA-K/concentrator procesează semnalele de producţie/ de la maşini conectează 16 staţii de intrare transmite informaţiile spre RE PC/prin TEXBUS RIDA MES: analiza ruperilor pe cauze: prin coduri, pentru maximum 14 coduri diferite RIDA-MES: analiza ruperilor pe cauze: prin coduri, pentru maximum 14 coduri diferite cauzele ruperilor se programează manual, prin cartele Senzorul producţiei/de turaţie: determinarea vitezei de debitare/ proporţională cu producţia Senzorul înfăşurării: determină numărul şi durata levatelor determină poziţia băncii inelelor Cutia de distribuţie: adaptează semnalele de funcţionare/ oprire şi de levată în vederea preluării lor de către concentrator IX Structura sistemului Uster Ring Data 3 Uster Ring Data este un sistem informatic proiectat şi realizat în vederea monitorizării producţiei de fire obţinute pe MFI, care furnizează informaţii permanent, sistematic şi complet asupra producţiei şi productivităţii şi parţial asupra calităţii; sistemul permite depistarea

156 446 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ cauzelor ruperilor de fire prin cercetări sistematice, realizând implicit diminuarea acestora (fig. IX.7.23). Fig. IX Schema bloc a subsistemului Uster Ring Data funcţionând în varianta Pilote. Sistemul este prevăzut cu o unitate de control montată permanent pe maşină, care se conectează cu un detector mobil şi cu o unitate centrală prevăzută cu terminale (video, imprimantă). Staţiile de maşină transmit informaţiile achiziţionate, succesiv, unităţii centrale prin intermediul Texbus. În funcţie de modul de utilizare a detectorului, sistemul Uster Ring Data poate funcţiona ca: PILOTE, MOBILE sau ca instalaţie integrală. Funcţionarea ca PILOTE. Sistemul este prevăzut cu unul sau mai multe detectoare mobile, ce deservesc sortimentul de maşini succesiv, fiecare maşină fiind prevăzută cu staţia destinată preluării şi transmiterii semnalelor de la instalaţia detectorului. Funcţionarea ca MOBILE. Cu ajutorul acesteia mai multe maşini sunt echipate cu detectoare mobile şi staţii de maşină, care, la anumite intervale de timp, sunt transferate de la o maşină de filat la alta. Sistemul MOBILE este recomandat numai ca instalaţie complementară. Dacă este folosită numai instalaţia MOBILE nu se poate cunoaşte, în cazul schimbării de la o maşină de filat la alta, dacă o eventuală diferenţă între rezultatele obţinute se datorează maşinii de filat sau unor cauze externe. Instalaţia integrală. Staţiile de maşină sunt conectate la unitatea centrală; toate maşinile sunt prevăzute cu detector; în acest caz unitatea centrală supervizează toate ruperile dintr-o filatură şi în mod permanent pune în valoare toate aceste date. Supravegherea permanentă a tuturor maşinilor permite detectarea imediată a perturbărilor şi eliminarea acestora; ca urmare, se poate ajunge la o reducere de până la 30% a frecvenţei totale a ruperilor. Datorită volumului de date, instalaţia Uster Ring Data este în măsură de a rezolva problemele în domeniul controlului productivităţii şi al stabilirii salariilor (soluţia este costisitoare).

157 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 447 IX Prezentarea şi prelucrarea informaţiilor în sistemul Uster Ring Data Prezentarea şi prelucrarea informaţiilor în sistemul Uster Ring Data / Q+P. Prezentarea şi prelucrarea informaţiilor pentru frecvenţa ruperilor şi parametrilor de producţie se sintetizează în sistemul Uster Ring Data prin următoarele documente: rapoarte, dări de seamă şi diagnoze. Raportul maşinii: numărul maşinii; data şi ora; durata totală de supraveghere, în ore şi minute; durata de producţie; numărul total de ruperi; numărul total de ruperi pentru fiecare parte a maşinii; numărul de ruperi / 1000 fuse / oră, calculat pe durata de producţie a maşinii; durata medie a ruperilor, în minute. Raportul Uster Ring Data arată evoluţia frecvenţei ruperilor de fir. Pentru a fi vizibile şi micile schimbări de tendinţă este recomandată raportarea mediei zilnice şi calculul mediei săptămânale. Modul de consemnare a observaţiilor: în raport se consemnează toate observaţiile legate de ruperi, chiar cele care, la prima vedere, nu prezintă interes. Notările se fac atât pentru un număr de ruperi prea mare cât şi pentru un număr prea mic; suma evenimentelor observate stabileşte şi confirmă programul de intervenţie optim. Rapoartele se elaborează zilnic, la aceeaşi oră. Studiul comparativ al celor două părţi de maşină (partea dreaptă şi partea stângă) se recomandă după eliminarea perturbaţiilor exterioare. Studiul încrucişat (în condiţia inversării detectoarelor mobile) elimină erorile sistematice. Optimizarea traseului de deservire: durata medie a ruperilor reprezintă timpul mediu necesar pentru remedierea unei ruperi şi este în relaţie directă cu timpul mediu de parcurgere a rutei de către cel care lucrează; această durată corespunde aproximativ cu jumătatea timpului de rond. Limitele de încredere de 95% se calculează în funcţie de numărul total de ruperi. Diagnozele Uster Ring Data. Diagnozele Uster Ring Data consemnează rezultatele intervenţiilor efectuate asupra posturilor cu funcţionare defectuoasă (fig. IX.7.24,b). Raportul ruperilor este prezentat în figura IX Raportul ruperilor conţine: numărul maşinii; data şi ora; durata totală de supraveghere în zile, ore, minute; durata de producţie în zile, ore, minute; numărul total de ruperi; numărul de ruperi / 1000 fuse / oră; numărul mediu de ruperi pe fus; limita aleasă pentru numărul de ruperi pe fus; numărul de fuse cu număr de ruperi de fir, care atinge sau depăşeşte limita prescrisă.

158 a b Fig. IX Raport Uster Ring Data la prelucrarea unui fir de bumbac cardat (a); diagnoze Uster Ring Data (b).

159 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 449 Raportul de prealarmă. Frecvenţa ruperilor de fir la fuse individuale este subordonată legilor statistice. În practică, cel mult un fus la 1000 poate fi clasat pe nedrept ca defectuos, ceea ce presupune o siguranţă statistică de 99,9%; această limită este de bază pentru declanşarea unui raport de alarmă. Limita de siguranţă de 97% este suficientă pentru raportul de prealarmă. Dacă se stabileşte că un fus apare de două ori la rând în raport, el poate fi calificat ca defectuos, cu o probabilitate de 99,9%. Fusele individuale cu număr de ruperi ridicat pot exercita o influenţă considerabilă asupra numărului total de ruperi; mai mult, aceste fuse produc fire a căror calitate se situează sub limitele de toleranţă. De aceea, se cere intervenţia cu prioritate asupra acestor fuse anormale. Se recomandă începerea controlului cu fusul cel mai necorespunzător, adică a celui ce prezintă cel mai mare număr de ruperi, apoi se continuă cu al doilea etc. Repartizarea ruperilor în lungul maşinii de filat: cu ajutorul raportului de prealarmă maşina poate fi împărţită în secţiuni cu număr egal de fuse; se poate face astfel sumarea ruperilor care apar pe secţiune. Se poate constata dacă există secţiuni ale maşinii cu număr semnificativ de ruperi. Monitorizarea parametrilor de producţie / P. Uster Ring Data permite monitorizarea următorilor parametri de producţie: Randamentul efectiv. Reprezintă durata de funcţionare Fig. IX Raportul ruperilor. a maşinii, în %, faţă de durata schimbului. În cazul firelor mai groase, datorită duratei mai scurte a levatei, randamentul efectiv este mai redus. În cazul schimbării automate a levatei (fig. IX.7.26,a) randamentul atins este în general superior celui obţinut la levata schimbată manual (fig. IX.7.26,b). Producţia pe fus / oră. Evaluarea producţiei se face presupunând randamentul efectiv de 100%. Limita tehnologică este determinată de viteza cursorului. Pierderi de producţie datorate ruperilor [%]. Se calculează plecând de la frecvenţa ruperilor şi durata acestora. Fibrele absorbite prin aspiraţie corespund în mare parte pierderilor medii de producţie (fig. IX.7.27,a, b). Pierderi de producţie / rupere [g]. Se calculează prin intermediul frecvenţei ruperilor, al duratei acestora şi al producţiei pe fus/oră; firele mai groase prezintă pierderi mai mari de producţie la fiecare rupere (fig. IX.7.27). Prin prelucrarea statistică a datelor privind ruperile de fire s-au sintetizat standardele Uster provizorii (fig. IX.7.28). Frecvenţa medie este de 23 ruperi / 1000 fuse / oră şi este practic independentă de fineţea firelor. Statistica prezentată nu ţine cont de viteza de filare sau de torsiunea firelor (frecvenţa ruperilor este în legătură directă cu nivelul de calitate al firului obţinut). Este posibil ca ruperea unui fir să se producă exact înainte de intervenţia muncitorului, caz în care durata ruperii este mică, sau ca ruperea unui fir să se producă imediat după trecerea muncitorului, durata ruperii fiind foarte mare. În medie, durata unei ruperi corespunde cu aproximaţie jumătăţii timpului de rond.

160 450 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ a b Fig. IX Randament efectiv de producţie la MFI: a schimbarea automată a levatei; b schimbarea manuală a levatei. a b Fig. IX Pierderi de producţie pe rupere: a grame; b în procente.

161 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 451 a b Fig. IX Standarde statistice provizorii pentru frecvenţa ruperilor; pentru durata medie a unei ruperi la filarea firelor de bumbac cardat şi pieptănat. Reducerea timpului de rond. În încercarea de a optimiza procesul de producţie în atelierul maşinilor de filat cu inele, Uster Ring Data semnalizează ruperile printr-un procedeu vizual. Fiecare maşină este subdivizată în şase secţiuni. Apariţia unei ruperi la o secţiune este anunţată printr-un semnal luminos, în mijlocul acesteia; domeniul de căutare al muncitorului este considerabil redus. Faţă de patrularea în lungul maşinii cu supravegherea unei singure părţi, acest procedeu are avantajul de a deservi la o singură trecere ambele părţi ale maşinii, în acelaşi coridor. Semnalizarea ruperilor reduce la jumătate deplasările şi, în consecinţă, reduce timpul de deplasare pentru remedierea unei ruperi (fig. IX.7.29). Dacă numărul de fuse oprite se situează sub o valoare minimă, nu se execută patrularea între două maşini. Ca urmare, este dispus un semnalizator vizual frontal pe fiecare parte (stânga / dreapta) a maşinii şi la fiecare extremitate a ei; semnalizatorul se aprinde dacă numărul de ruperi depăşeşte o anumită valoare, iar operatorul va deservi numai zonele semnalate. Semnalizarea ruperilor este avantajoasă numai în cazul în care numărul de ruperi pe timpul de rond nu depăşeşte o anumită proporţie. Ca limită superioară se admite ca, la începutul unui rond, nu mai mult de jumătate din semnalizatoare să fie aprinse; economia de deplasare este de 50%, iar numărul de semnalizatoare active se stabileşte pentru o frecvenţă şi o durată de rond determinate. Fig. IX Reducerea traseului de rond modificat cu ajutorul semnalelor luminoase.

162 452 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ IX.7.4. Sistemul Uster Conedata Creşterea vitezelor de prelucrare în cadrul tehnologiilor moderne impune exigenţe sporite asupra calităţii firelor şi mai ales asupra formelor de neregularitate locală a acestora (imperfecţiuni, defecte rare). Curăţarea (epurarea), executată în cadrul operaţiei tehnologice de bobinare, îmbunătăţeşte calitatea (aspectul şi prelucrabilitatea) firelor; eficienţa epurării este determinată de sistemul de curăţare adoptat (mecanic, electronocapacitiv sau electronooptic) şi de prescripţiile de calitate impuse firelor. Curăţarea reprezintă în tehnologia modernă o formă de control total, aplicabilă în limitele unor viteze mari de procesare, fundamentată statistic pe cunoaşterea formei, dimensiunilor şi repartiţiei defectelor firelor. IX Defectele firelor şi clasificarea tipodimensională Defectele rare ale firelor sunt manifestări locale ale neregularităţii structurale ce se caracterizează prin depăşirea valorii nominale a densităţii de lungime /diametrului, în limitele: ( %); ( %) manifestate pe segmente a căror lungime poate fi cuprinsă între 0,1 şi 32 cm. Defectele rare îşi au originea în procesul tehnologic de realizare a firelor, iar apariţia lor poate fi determinată de calitatea materiei prime şi a procesului tehnologic (utilajul adoptat, parametri tehnologici, starea tehnică a utilajului şi accesoriilor; organizarea procesului de prelucrare; respectarea disciplinei tehnologice). Prezenţa defectelor (agravată prin creşterea dimensiunilor şi a frecvenţei) diminuează prelucrabilitatea firelor şi, în final, aspectul ţesăturilor şi tricoturilor produse din acestea. Clasificarea tipodimensională a defectelor permite stabilirea unor limite de control obiective, concordante cu percepţia vizuală şi comportarea firelor la prelucrare; clasificarea sistematică a defectelor de fir permite (fig. IX. 7.30; IX.7.31): identificarea unor relaţii cauzale la generare; detectarea, măsurarea şi stabilirea repartiţiei defectelor prin măsurare obiectivă; eliminarea defectelor dăunătoare ale firelor pe baza unui criteriu obiectiv. Frecvenţa şi forma defectelor permit identificarea unor relaţii cauză-efect la nivelul fazelor procesului tehnologic de obţinere a firelor, ceea ce permite acţiuni corective, parţiale; eliminarea defectelor dăunătoare a căror apariţie nu poate fi evitată, se realizează prin curăţirea firelor în faza tehnologică de bobinare. Frecvenţă Tip Dimensiuni Cauze Defecte speciale Cârcei, noduri, fire dublate, bucle Grosime Materia primă: corpuri străine, defecte fibre chimice Defecte rare Imperfecţiuni Legări, scame, corpuri străine, crachere Subţieri, îngroşări, nopeuri Lungime Tehnologie de prelucrare: preparaţia filaturii, îngroşări scurte; filare: scame(adiacente, încorporate), înfăşurări, biciuiri Fig. IX Clasificarea dimensională a defectelor rare ale firelor.

163 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 453 Defectele firelor se repartizează Poisson sau exponenţial, deci, detectarea, măsurarea şi determinarea frecvenţei acestora impune analiza unei lungimi mari de fir, pentru asigurarea statistică a rezultatelor obţinute (100 km); se motivează astfel controlul on line aplicat în cadrul procesului tehnologic de bobinare. Fig. IX Forme tipice de defecte generate şi identificarea surselor în procesul tehnologic de filare. Detectarea, determinarea frecvenţei, clasificarea şi epurarea defectelor de fir beneficiază de: sisteme de măsurare capacitive: Uster Cone Data; Keisokki; sisteme de măsurare elctronooptice: Peyer, Zweigle, compatibile cu criteriul dimensional de clasificare a defectelor; semnalele de măsurare se dimensionează în funcţie de: grosimea defectului: amplitudinea semnalului de măsurare, detectată ca depăşire a limitei de control, exprimată ca abatere procentuală faţă de valoarea nominală a densităţii liniare/ diametrului; lungimea defectului: durata depăşirii limitei de control la nivel de semnal, detectată ca durată/impuls. Spre exemplu, sistemul Classimat repartizează defectele firelor în 23 de clase de dimensiuni, grupate în următoarele categorii tehnologice: S, îngroşări scurte; L, îngoşări lungi ; T, subţieri lungi; D, fire dublate (fig. IX.7.32,a). Suplimentar, evaluarea defectelor firelor se poate realiza cu ajutorul standardelor vizuale sau grade, care nu cuprind categoria defectelor lungi; din acest motiv, gradul (fig. IX.7.32,b) cuprinde numai 16 grupe de defecte. Pentru categoriile tehnologice de fire, în funcţie de impresia vizuală creată, se utilizează 7 etaloane: patru etaloane pentru firele de bumbac, T tex 75-5; trei etaloane pentru firele de lână pieptănată, T tex Sistemele de măsurare evaluează funcţia de frecvenţa depăşirilor, în cadrul unui test preliminar, pe baza căruia se stabileşte programul de curăţire, prin care, în cadrul procesului tehnologic de bobinare, defectele considerate nocive sunt tăiate şi înlocuite prin sudură sau nod (fig. IX.7.33).

164 454 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ a b Fig. IX Clasificarea defectelor după criteriul dimensional; scările Grades pentru îngroşări scurte. Fire livrate pe cops Detectarea defectelor firului Fire usterizate Măsurarea defectului CONTROLUL CALITĂŢII Clasificare-Înregistrare Aprecierea calităţii Protocol de analiză Protocol de analiză Aprecierea calităţii Fixarea limitelor de curăţire Indicarea limitei de curăţire Stabilirea reglajelor curăţitorului Reglarea curăţitorului MONITORIZAREA EPURĂRII Curăţirea firelor Comercializare fir usterizat Fig. IX Programul de curăţare/usterizare electronocapacitivă a firelor.

165 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 455 IX Structura şi funcţiile sistemului automat de control Sistemul Uster Cone Data este un sistem automat de control destinat curăţării firelor, în scopul îmbunătăţirii calităţii prin reducerea frecvenţei defectelor rare. Sistemul Uster Cone Data cuprinde: Uster Classimat, pentru determinarea frecvenţei defectelor de fir; Uster Automatic, pentru curăţarea firelor, conform algoritmului prezentat (fig. IX.7.33); modul pentru concentrarea şi raţionalizarea informaţiilor furnizate; modul pentru transmiterea datelor. Uster Cone Data reprezintă un sistem electronocapacitiv pentru asigurarea calităţii firelor, cu următoarele funcţii specifice: determinarea frecvenţei procentuale a defectelor rare şi analiza dinamicii acesteia; identificarea cauzelor defectelor prin analiza frecvenţei în grupe de dimensiuni şi aspect; detectarea şi eliminarea perturbaţiilor specifice la maşina de bobinat; optimizarea vitezei de prelucrare a firelor pe maşina de bobinat; detectarea zonelor de funcţionare defectuoasă; optimizarea reglajelor epuratoarelor de fire şi a efectelor acestora asupra randamentului; furnizarea informaţiilor la nivelul unui sistem centralizat. IX Principiul de măsurare electronocapacitiv Subsistemul Uster Classimat aplică criteriul dimensional pentru detectarea, măsurarea, clasificarea şi numărarea defectelor de fir, utilizând principiul elctronocapacitiv, de măsurare continuă, în regim dinamic (fig. IX.7.34). Măsurarea se realizează prin deplasarea cu viteză constantă a firului printre electrozii condensatorului de măsură, C 1 ; defectul perceput ca variaţie locală a densităţii liniare determină variaţia proporţională a capacităţii condensatorului de măsură, care devine o mărime variabilă, C x. Variaţia de capacitate C x este convertită în semnal tensiune, proporţional cu dimensiunea transversală a defectului. Conversia se realizează prin metoda circuitelor rezonante. a b Fig. IX Principiul electronocapacitiv de detectare a defectelor de fir (metoda circuitelor rezonante): a circuit oscilant (1), circuit rezonant (2); b semnalul de detecţie al unui defect.

166 456 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ 1 În absenţa firului, rezonanţa se produce în condiţia: ω=ω 1 =, iar la bornele LC condensatorului C se constată tensiunea U max ; în timpul procesului de măsurare, capacitatea condensatorului de măsură creşte, C C x, iar pulsaţia w devine w < w 1, deci determină funcţionarea circuitului oscilant în regim capacitiv / tensiunea la bornele circuitului de măsurare U x fiind mai mică decât tensiunea de rezonanţă, U max. În condiţia U x = (0,5-0,7) U max (fig. IX.7.34,b), valoarea tensiunii este direct proporţională cu capacitatea condensatorului de măsură. Detectarea, măsurarea şi clasificarea defectelor se obţine prin triggerarea semnalului, operaţie prin care defectele firului sunt redate prin impulsuri de amplitudine (depăşire, în %) şi durată (lungime, în cm) determinate; percepţia electronocapacitivă a defectului este diferită de cea vizuală. IX Percepţia electronocapacitivă a formei defectelor detectate Admiţând că densitatea firelor testate, ρ F, este constantă pe lungimea acestora, defectele se percep în sistemul de măsurare ca abateri de la densitatea liniară nominală; sistemul de măsurare converteşte abaterile în impulsuri de tensiune, de amplitudine şi durată determinate de dimensiunile defectelor. Fig. IX Percepţia electronocapacitivă a unui defect de fir. Percepţia electronocapacitivă a defectelor de fir este diferită de percepţia vizuală şi de acest fapt trebuie să se ţină seama la măsurare şi clasificare. Un defect de formă dreptunghiulară este redat corect prin tensiunea semnal ca variaţie de masă/volum, dar nu este redat corect ca lungime şi secţiune. Durata depăşirii este proporţională cu lungimea aparentă a defectului: L = L d + L e, iar amplitudinea defectului U max redă abaterea de la grosimea nominală; defectul de formă dreptunghiulară este redat sub forma unui trapez. Lungimea reală a defectelor detectate se corectează automat, scăzând din lungimea detectată, L, lungimea electrodului de măsură, L e. IX Clasificarea electronocapacitivă a defectelor de fir Detectarea, numărarea şi clasificarea defectelor de fir se realizează prin compararea impulsurilor de tensiune de amplitudine determinată cu cele patru limite de control corespunzătoare clasificării după grosime a defectelor firelor (U max > U lim ); durata depăşirii este proporţională cu lungimea defectului.

167 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 457 Clasificarea după lungime se bazează pe principiul voltmetrului electronic (fig. IX.7.36); depăşirea limitei de control (impuls de amplitudine determinată) generează tensiunea de comandă, U c > 0, pentru care, prin poarta deschisă, trece o succesiune de impulsuri, NΩ, unde N este proporţional cu durata depăşirii; durata depăşirii este convertită în semnal tensiune, proporţională cu lungimea defectului. Lungimea se corectează automat cu 0,6 L e. Fig. IX Principiul de clasificare al defectelor în clase de grosime şi lungime. Fig. IX Principiul de clasificare al defectelor în clase de grosime şi lungime. Unitatea de măsurare conţine patru circuite de detectare, pentru limitele de control ale grosimii, prevăzute cu contoare, corespunzătoare claselor de lungime; contoarele sunt astfel conectate încât apariţia unui defect într-o clasă de grosime este înregistrată simultan în clasele cu secţiuni mai mici (defectul D3/1 cm se înregistrează simultan ca: D3/1 cm; D2/1 cm; D1/1 cm). Sistemul Classimat evaluează variaţia diametrului între două limite succesive ca echivalentă cu variaţia lungimii în limitele claselor de lungime. IX Factori metrologici de influenţă pentru clasificarea defectelor Precizia şi reproductibilitatea detectării, măsurării şi clasificării defectelor /epurării firelor pe baza utilizării principiului electronocapacitiv sunt influenţate de: parametrii de structură ai materialului testat: compoziţia fibroasă / permitivitate dielectrică; fineţea firelor testate; parametrii secundari: conţinutul de umiditate, în funcţie de umiditatea relativă a aerului; parametrii impuşi testului: detectarea defectelor; clasificarea şi determinare frecvenţei defectelor, în clase de lungime şi grosime, în condiţiile unei anumite viteze de bobinare; stabilirea limitelor de epurare prin utilizarea curbelor correlator; translator. Compoziţia fibroasă a firelor testate influenţează direct nivelul semnalului obţinut, prin caracteristica de material, M; la aplicaţii pe amestecuri binare, se impune calculul M ca medie ponderată după cotele de participare ale componenţilor (fig. IX.7.38).

168 458 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Testarea firelor din amestecuri binare impune o atenţie deosebită asupra reglării caracteristicii de material; în mod normal, caracteristica de material se determină ca medie ponderată prin cotele de participare ale caracteristicilor de material ce corespund componenţilor: în firul normal, aceste cote de participare se regăsesc, pe toată lungimea, în jurul valorii nominale; în zonele cu defecte, cotele se abat de la valorile nominale, valoarea şi sensul abaterii fiind determinate de clasa de lungime a defectului. Repartizarea neuniformă a componenţilor în fir are un efect perturbator asupra clasificării defectelor, iar compensarea efectelor nedorite se poate realiza prin creşterea valorii reglajului lungime de referinţă, RL, şi reducerea valorii reglajului de sensibilitate, S. Fig. IX Nomograma caracteristicii de material în funcţie de cotele de participare şi umiditatea relativă a aerului. Reglajul în funcţie de fineţea nominală a firului trebuie să ţină seama de particularităţile structurale ale acestuia: diferenţa dintre valoarea nominală şi efectivă; variaţia cotelor de participare în lungul firului; conţinutul de umiditate şi tratamentele chimice aplicate; particularităţi structurale. Reglajul în funcţie de umiditatea firelor testate ţine seama de abaterile de la valorile normale ale umidităţii; abaterile impun corecţii asupra caracteristicii de material, M, care se adoptă în funcţie de compoziţia fibroasă; corecţia are acelaşi sens cu abaterea umidităţii faţă de valoarea normală. La fluctuaţii ale φ [%] de ±15%, umiditatea firelor testate variază în limitele ±δ [%] percepute capacitiv ca variaţie de fineţe: la firul de lână Nm 40, ±δ [%] = ±4; la firul de bumbac Nm 40 ± δ [%] = ± 2, ceea ce confirmă necesitatea climatizării firelor înainte de operaţia de bobinare. Efectele perturbatoare la detectarea defectelor sunt prevenite prin corecţiile aplicate factorului de material. Reglajul lungime de referinţă, RL; reglajul de sensibilitate, S se definesc prin principiul de clasificare Classimat: depăşirea unei limite de Fig. IX Variaţia u [%] = f(φ [%]) reflectată în variaţia M.

169 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 459 grosime la trecerea defectului determină încadrarea acestuia în anumite limite de lungime (deoarece semnalul redă variaţia de masă); lungimea minimă a defectelor detectate depinde de viteza de efectuare a testului, care influenţează măsurarea şi încadrarea corectă a defectului în clasa de grosime (sensibilitatea). Observaţii: 1. Higroscopicitatea firelor influenţează sensibilitatea curăţitoarelor electronice; neuniformitatea umidităţii firelor influenţează negativ precizia epurării (deoarece sistemul capacitiv detectează şi măsoară defectele prin metoda deviaţiei, iar variaţia conţinutului de umiditate este percepută ca variaţie de permitivitate dielectrică, deci ca variaţie de densitate liniară). 2. Orice variaţie a umidităţii relative a aerului antrenează variaţii de umiditate la nivelul materialului şi se reflectă în calitatea epurării; din acest motiv se impune climatizare prealabilă. 3. Modelele SLM şi SLMT ale Uster Automatic se caracterizează prin corectarea automată şi continuă a caracteristicii de material, astfel că se minimizează influenţele variaţiilor de umiditate din cadrul lotului de fire, abaterilor faţă de valoarea fineţii nominale, valoarea efectivă a caracteristicii de material, a cotelor de participare în amestec, agenţilor chimici şi a efectelor acestora. IX Structura instalaţiei Uster Classimat Instalaţia Uster Classimat cuprinde următoarele module (fig. IX.7.40,A): unitatea de măsurare, capacitivă; amplificator de semnal prevăzut cu potenţiometru de reglare şi cu sistem electromagnetic pentru tăierea defectelor detectate; dispozitivul de clasificare, cu contoare de impulsuri; unităţi de indicare pentru clasa defectelor înregistrate şi de programare a defectelor care se vor epura, cu posibilităţi de semnalizare optică; potenţiometru pentru reglarea instalaţiei în funcţie de fineţea firului analizat; vernier pentru introducerea corecţiei de compoziţie /material a firelor analizate; comutatoare pentru selectarea vitezelor de testare; a modului de lucru/cu sau fără tăierea defectelor; a regimului de lucru / calibrare sau test. Instalaţia este prevăzută cu un aparat pentru etalonare care conţine un generator de semnal şi o unitate de comandă şi afişare, prevăzută cu un monofilament etalon cu defect dimensionat. Fig. IX.7.40,A. Sistemul clasic: structura şi panoul de comandă: 1 unitate de detectare-măsurare /traductor capacitiv; 2 unitate de operare/dispozitiv de tăiere; 3 unitate de comandă.

170 460 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX.7.40,B. Structura sistemului electronocapacitiv Uster-Classimat: 1 unitate de clasificare centrală; 2 unitatea de operare; 3 imprimanta color; 4 unitatea de evaluare CMT3-AE; 5 celula de măsură CMT3-MK; 6 indicator de avertizare CMT3-AM. IX Valorificarea tehnologică a informaţiilor Uster Classimat Detectarea, măsurarea şi clasificarea defectelor de fir se finalizează prin raportul Uster Classimat care prezintă numărul de defecte înregistrat în fiecare categorie dimensională, util pentru: localizarea surselor generatoare de defecte din cadrul procesului tehnologic de filare, în vederea reducerii frecvenţei acestora; determinarea condiţiilor optime de curăţire, reglarea curăţitorilor capacitivi instalaţi pe maşina de bobinat. Categoriile dimensionale de defecte se clasifică tehnologic prin studiul microscopic al aspectului şi structurii, ceea ce permite stabilirea corespondenţei cu fazele procesului în care au fost generate; cea mai mare parte a defectelor de fir este generat în procesul de filare (tabelul IX.7.6). Conform analizei statistice realizate de firma Zellwegger, rezultă că frecvenţa defectelor particularizează firele în funcţie de materia primă şi amestecul de fibre prelucrat şi procesul tehnologic de prelucrare. Observaţii: 1. Materia primă prelucrată se reflectă în frecvenţa corespunzătoare grupei de defecte 1, mai numeroase în cazul prelucrării amestecurilor tip bumbac; 2. Tehnologia de fabricaţie se reflectă pregnant în grupa de defecte 2, a căror frecvenţă este influenţată de caracteristicile amestecului de fibre şi de parametri de prelucrare / reflectat în indicele de frecvenţă al ruperilor/care determină frecvenţa legărilor de fir; îngroşările scurte şi lungi sunt determinate de corelarea parametrilor de prelucrare ai semifabricatelor în trenul de laminat cu parametrii nominali ai acestora şi cu caracteristicile geometrice şi fizico-mecanice ale fibrelor prelucrate.

171 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 461 Tabelul IX.7.6,A Protocol de analiză Uster Classimat pentru fire tip bumbac Analiza frecvenţei defectelor firelor din diferite categorii tehnologice de fire Tabelul IX.7.6,B Fire tip bumbac Fire tip lână Tipul defectului Total, F.C, Total, P, F.C, C P Amestec Amestec % 100% % 100% 100% Materia primă Corpuri străine ,2 11,1 6,4 1, ,1 2,9 1,1 Defecte fibre chimice ,3 5,3 0,3 0,3 2. Filare/Preparaţie Legări ,1 12,5 8, , Îngroşări scurte ,2 6,9 5,4 6, ,3 2,9 Îngroşări lungi ,2 4 8,3 Crachere 0-2 0,4 0,2 0,4 < 1 0,4 0,6 0,7

172 462 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Tabelul IX.7.6,B (continuare) Filare Scame încorporate < <70 63, Scame adiacente < , <25 7, ,9 Scame lungi < ,3 2 Biciuiri ,8 1,3 1,3 Fibre împâslite <25 4, < 1 0,7 Total defecte analizate IX Instalaţia Uster Automatic curăţitor electronocapacitiv Instalaţia Uster Automatic asigură curăţirea electronică a firelor realizate în gama de fineţe Nm(1-1000); în structura instalaţiei sunt cuprinse modulele: unitatea centrală de alimentare şi reglare, cu posibilitatea de conectare a 3-5 grupe de câte 12 curăţitoare de fir; curăţitoare propriu- zise, care conţin unităţi de măsurare, amplificare şi dispozitive de tăiere plasate pe traseul firului; aparat de etalonare. Fig. IX Schema de principiu a curăţitorului Uster Automatic. Transmiterea semnalului este asigurată de curăţitorul de fir Uster Automatic; interceptarea semnalului se face direct la nivelul unităţii de comandă, de la mijlocul fiecărei secţiuni a maşinilor de bobinat, ceea ce prezintă avantajul reducerii cablajului suplimentar (sistem brevetat). Instalaţia Uster Automatic poate fi prevăzută cu: modulul Uster Profitor, dotat cu senzori pentru monitorizarea datelor de producţie: timpi de funcţionare, opriri pe post de lucru, numărul de opriri pe fiecare post şi numărul de epurări; modulul pentru detectarea şi eliminarea subţierilor lungi, care nu se rup în cursul operaţiei de bobinare, prevăzut cu detector;

173 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 463 controlor electronic de fir, care determină oprirea automată a postului de bobinare la ruperea firului sau în absenţa controlului; blocul de reglare automată a caracteristicii de material care serveşte adaptării instalaţiei la condiţiile de testare: natura şi fineţea firelor testate; viteza de bobinare şi factorii de climat. Funcţionarea instalaţiei Uster Automatic se bazează de asemenea pe detectarea defectelor ca abateri locale faţă de densitatea de lungime nominală a firului testat prin semnale electrice proporţionale, care se analizează ca durată şi amplitudine. Semnalele scurte, corespunzătoare defectelor, sunt comparate cu limita de epurare, prescrisă prin sensibilitate, S, şi lungime de referinţă, RL. Semnalele lungi, cu amplitudini mai mici, sunt comparate cu reglajul Nm, care constituie baza de referinţă pentru epurare. Depăşirea limitelor impuse prin reglaj declanşează semnalul de comandă sub forma unui impuls, care comandă decuparea porţiunii defecte şi înlocuirea cu un nod. Eficienţa curăţitorului de fir este asigurată prin reglaje iniţiale, care se stabilesc în funcţie de: frecvenţele admise pentru fiecare categorie de defecte/conform analizei Classimat; caracteristicile materialului testat/fineţea firului; compoziţia fibroasă; conţinutul de umiditate; viteza de efectuare a testului. Optimizarea reglajelor curăţitorului de fir Uster Automatic se defineşte prin curbele de epurare (fig. IX.7.42), Correlator, şi se precizează prin curbele de calibrare, Translator. Fig. IX Raport de analiză; utilizarea curbelor de epurare şi etalonare.

174 464 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ IX Sistemul informatic Uster Conedata IX Structura sistemului Sistemul centralizat informatic Uster Conedata este structurat din: subsistemul descentralizat Uster Classimat/ analiza automată a defectelor de fir; subsistemul descentralizat Uster Automatic / curăţirea firelor în condiţii optime; unitatea centrală, de comandă, pentru concentrarea informaţiilor provenite de la cele două subsisteme şi pentru raţionalizarea datelor colectate; căi de acces şi transmitere a datelor. Fig. IX Arhitectura sistemului Uster Conedata. Structura sistemului de interceptare a datelor la maşinile automate de bobinat, cu capetele de bobinare aşezate în serie, permite: colectarea individuală a datelor şi regruparea la un centralizator, pe secţiuni; centralizarea datelor la nivelul maşinii; transmiterea la unitatea centrală printr-un cablu comun. IX Modul de prezentare al informaţiilor în sistemul Uster Conedata Sistemul Uster Conedata furnizează şi sintetizează informaţiile sub forma rapoartelor, care cuprind: date referitoare la maşină, coloana instalaţie (fig. IX.7.44), care identifică maşina, grupa şi redă, pentru fiecare secţiune, valoarea mediei sau sumei pentru: randamentul producţiei, P [%]; timpii neproductivi, în min (IM); numărul de tăieri, tehnice, raportat la numărul de noduri, C/N; viteza de bobinare, în m/min (V: M); media tuturor secţiunilor maşinii (NT); date referitoare la fir, coloana producţie (fig. IX.7.45), care identifică secţiunea şi raportează: fineţea firului şi parametri de structură (NM); producţia, în kg (KG); frecvenţa tăierilor de curăţire, raportat la lungimea de 100 km fir, CE; numărul de noduri, la 100 km fir (N); durata medie a opririlor, pe posturi de lucru, în s (A.S).

175 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 465 Fig. IX Raport de calitate. Fig. IX Raport de producţie. Rapoartele Uster Conedata pot fi obţinute şi pentru maşină, articol, grup, iar parametrii raportaţi sunt identici cu cei din rapoartele de instalaţie sau de producţie. IX Valorificarea informaţiilor sistemului Uster Conedata Deoarece lungimea defectelor firelor se repartizează exponenţial, pentru efectuarea unor analize reprezentative se impune testarea unor lungimi foarte mari de fir; din acest motiv, testul a fost implementat în procesul tehnologic de bobinare. Informaţiile furnizate de sistemul Uster Conedata: frecvenţa defectelor de fire, în firul supus epurării;

176 466 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ frecvenţa nodurilor în firul epurat, se extinde prin analiza frecvenţei şi cauzelor tăierii firului la curăţitor şi individualizarea defectelor detectate pe grupe: îngroşări scurte, S; îngroşări lungi, L; subţieri, T; tăieri suplimentare, A permite interpretări tehnologice (fig. IX.7.46): frecvenţa ruperilor de fire dă indicaţii asupra variaţiei rezistenţei la tracţiune a acestora şi se corelează cu tensiunea de bobinare şi reglarea dispozitivelor de tensionare; frecvenţa tăierilor adiţionale se corelează cu caracteristicile de aspect; frecvenţa îngroşărilor şi subţierilor lungi nu influenţează frecvenţa nodurilor; frecvenţa îngroşărilor şi subţierilor lungi influenţează calitatea ţesăturii; firele pentru tricotaje necesită eliminarea defectelor A; B. Sistemul Uster Conedata asigură statistic prin lungimea testată informaţii privind: frecvenţa defectelor în firul epurat; frecvenţa nodurilor în fir. Pe baza acestor informaţii s-au elaborat standarde statistice (fig. IX.7.47). Fig. IX Reprezentarea schematică a frecvenţei şi cauzelor nodurilor la fire pentru ţesături şi tricoturi. Observaţii: Uster Cone Expert (fig. IX. 7.48) prezintă următoarele facilităţi: capacitate de conectare: la 99 de maşini / linie TEXBUS; total 600 de maşini; raportul standard cuprinde: setare curăţire fir; limite de alarmă pentru calitate; alarmă de tăiere; limite ale coeficientului de variaţie în funcţie de masă/pentru poziţii şi grupe de maşini;

177 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 467 date de calitate: număr de tăieri absolute /100 km fir; număr defecte fir/virtual; număr de alarme de calitate; evaluarea statistică a poziţiilor de excepţie; protocol standard: raport numeric; diagrame de poziţie; raport Classimat; condiţii de lucru: umiditate relativă %; temperatură: o C. Fig. IX Standarde statistice pentru frecvenţa nodurilor în firele epurate.

178 468 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Uster Cone Expert. IX.7.5. Sistemul automat de control al firelor Classifault Principiul clasic al instrumentelor convenţionale care utilizează limite fixe pentru nivelul de depăşire precum şi pentru lungimea defectului (sistem Uster ) ridică probleme în privinţa fixării limitelor de curăţire şi a adaptării acestora la particularităţile dimensionale ale defectelor, determinate de materia primă şi de sistemele de filare utilizate. Deoarece defectul se percepe ca variaţie de masă, sistemul de clasificare nu permite identificarea precisă a dimensiunilor: acelaşi defect poate fi înregistrat la lungimi diferite în funcţie de S, RL şi de viteza de prelucrare. Principiul Keisokki raţionalizează stabilirea lungimii optime de curăţire prin utilizarea histogramei lungimii defectelor şi permite încadrarea precisă a defectelor în clase de lungime şi grosime, cu excepţia îngroşărilor scurte, S. Acest sistem determină frecvenţa şi lungimea defectelor ce depăşesc limita de control / clasa de grosime, trasează histograma şi calculează lungimea medie a defectelor din clasa de grosime. În felul acesta devin perceptibile toate particularităţile dimensionale ale defectelor, iar limita de epurare se poate stabili riguros. Principiul se aplică în cadrul sistemului de măsurare prevăzut în acest scop cu o unitate de calcul performantă şi permite optimizarea utilizării curăţitoarelor de fire, care asigură eficienţa bobinării, calitatea şi prelucrabilitatea firelor din fibre.

179 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 469 IX Histograma defectelor de fir Sistemul de clasificare a defectelor de fir Classifault CFT-II stabileşte histograma lungimii defectelor de fir dintr-o anumită categorie de grosime.în acest scop, semnalul de măsurare constituit dintr-o succesiune de impulsuri se analizează sub următoarele aspecte: amplitudine, prin care se stabileşte clasa de grosime a defectelor; clasa de grosime este delimitată de canalul de triggerare prin care trece semnalul; durata depăşirii, prin care se stabileşte lungimea fiecărui defect detectat (integrarea impulsurilor rezultate la triggerare); înregistrarea numărului de defecte din fiecare clasă de lungime histograma. Caracterizarea histogramei. Histograma lungimii defectelor ce depăşesc o limită de control impusă poate fi analizată şi caracterizată în funcţie de DR [%], lungimea pe care se repartizează acestea, exprimată în procente din lungimea totală analizată. Considerând defectele ca abateri faţă de valoarea nominală a densităţii liniare a produsului testat, se acceptă repartiţia normală a depăşirilor, de unde rezultă lungimea totală [%], ca: DR + mmax 2 1 m 2 2 CV 1 = e d m; (IX.7.1) CV 2π α α 2 1 m 2 2 CV 1 DR = e d m, (IX.7.2) CV 2π unde: m este abaterea faţă de valoarea nominală; m max abaterea maximă; CV coeficientul de variaţie; α limita de control pentru densitate liniară. Defectele de fir se repartizează exponenţial în raport cu lungimea (fig. IX.7.49), deci densitatea de probabilitate a defectului l dintr-o anumită clasă de grosime este: N l DR f() l = α e, DR (IX.7.3) unde: N este numărul total de defecte l, pe unitatea de lungime; DR lungimea [%] defectelor l. Deoarece numărul total de defecte din unitatea de lungime a firului este N, se poate determina numărul de defecte de lungime l: mmin N n(l) = N f(l), (IX.7.4) unde n(l) este numărul de defecte l din unitatea de lungime a firului testat. Din reprezentarea grafică executată sub forma histogramei, rezultă: ordonata redă numărul de defecte repartizat pe lungimea testată (10 5 m), iar abscisa, lungimea defectului; raportul DR/N are semnificaţia lungimii medii a defectului / dreapta de gradient, în scară logaritmică; dreapta intersectează abscisa la l = A, care reprezintă lungimea optimă de curăţire a firului testat, LC.

180 470 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Lungimea optimă de curăţire, LC, reprezintă valoarea maximă a lungimii defectelor detectate în clasa de grosime constituind echivalentul lungimii de referinţă, RL, utilizată de sistemele Uster. Fig. IX Histograma lungimii defectelor de fir. Clasificarea proceselor în funcţie de histograma lungimii defectelor de fir. Eficienţa sistemului de curăţire a firelor este determinată de relaţia dintre lungimea de epurare, LE, şi lungimea optimă de curăţire, LC; dacă: LE < LC, detectarea se extinde asupra imperfecţiunilor şi defectelor periodice ale firului; LE > LC, detectarea nu include defectele cu l < LC. Aplicarea acestui principiu permite clasificarea proceselor tehnologice din filatură (fig. IX.7.50) în: procese tehnologice normale, caracterizate prin LC (dreapta A); procese tehnologice normale, caracterizate prin valori mai mari ale N, numărul total de defecte şi ale LC determinate de creşterea variaţiei secţionale (dreapta B); procese tehnologice cu prefilare şi filare realizate în mod necorespunzător; în acest caz, deşi numărul total al defectelor scade, LC creşte (dreapta C); procese tehnologice în cadrul cărora există defecte periodice induse în fazele tehnologice de filare; de prefilare. Raportul DR / N creşte, fără să crească numărul total al defectelor şi, dacă sursa nu este identificată, curăţirea se face cu randament redus, fără efecte deosebite asupra calităţii firelor (fig. IX.7.51). Folosirea lungimii optime de curăţire ca limită de control stabileşte noi coordonate pentru procesul de curăţire al firelor, în cadrul căruia se pot stabili dominantele defectelor de fir. Sistemul permite interpretări tehnologice asupra procesului din filatură şi asupra reglajelor ce se impun în cadrul operaţiei de bobinare.

181 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 471 Fig. IX Clasificarea proceselor tehnologice în funcţie de histograma lungimii defectelor de fir. Fig. IX Tipuri de histograme obţinute la analiza defectelor de fir. Histograma lungimii defectelor prezintă o extindere pronunţată pe direcţia abscisei, conturând un maxim cu semnificaţia prezenţei defectelor periodice, de natură mecanică (fig. IX.7.52). În acest caz, DR/N creşte, la N staţionar; epurarea defectelor periodice este imposibilă, histograma permite o localizare aproximativă a sursei perturbatoare. Confirmarea prin spectrogramă permite eliminarea defectului şi îmbunătăţirea procesului de curăţire.

182 472 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Histograma lungimii defectelor la fir cu defecte periodice. IX Structura sistemului Keisokki CFT-II Sistemul Keisokki CFT-II cuprinde (fig. IX.7.53): unităţi de măsurare de tip capacitiv; sistem de clasificare; unitate de calcul; terminale: videomonitor; imprimantă; elemente de conexiune. Unităţile de măsurare Keisokki se produc în variante constructive utilizabile la curăţirea oricărei categorii de fire din fibre, cu conţinut de fibre metalice, vopsite cu coloranţi conductivi; seria se alege în funcţie de fineţea firului prelucrat (fig. IX.7.54). Tip GRM Tip GRA Tip GRE Fig. IX Structura sistemului Keisokki CFT-II. Fig. IX Unităţi de măsurare Keisokki. Unităţile de măsurare se conectează în sistem, prin intermediul unităţilor de control/ CB 84, CB 36, unde cifra indică numărul maxim de celule de măsură controlate; conectarea se realizează printr-un reglaj unic al sensibilităţii, cu o toleranţă de ±15%, orice abatere fiind sesizată prin sistemul de alarmă (tabelul IX.7.7). Observaţii: 1. Domeniul de utilizare al celulelor (unităţilor de măsură) depinde de material. 2. Sistemul Keisokki permite evidenţierea şi diferenţierea netă a imperfecţiunilor firelor de defecte (nivelurile de control %, pentru subţieri, T, şi îngroşări, L). 3. Reglarea sistemului este deosebit de flexibilă şi permite efectuarea unor teste adaptate la particularităţile structurale şi de compoziţie ale firului.

183 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 473 Domeniu/Nm Combinaţii unitate de măsură-amplificator Tabelul IX.7.7 Unitate de măsurare Amplificator Tip Cod Tip Cod F F C C C C W W C W1 W W W2 W W Epurarea firelor se realizează în conformitate cu clasificarea bidimensională, proprie sistemului de detectare a defectelor (fig. IX.7.55) /similară, evident, clasificării Uster Classimat, stabilindu-se limitele de control, în funcţie de cerinţele tehnologice impuse firului prelucrat (fig. IX.7.56, tabelul IX.7.8). Tabelul IX.7.8 Performanţe de măsurare la utilizarea CFT II Fineţea nominală şi compoziţia fibroasă a firului Lungimea de clasificare: 5 grupe de clasificare: defecte: S, L, T şi imperfecţiuni 4 niveluri pentru defecte S 4 niveluri pentru defectele L; T În intervalul 0,1-25,5 cm/pas 0,1 cm; În intervalul cm/pas 1 cm; Nivelul depăşirii: 2 grupe de clasificare: pentru L, T 2 niveluri pentru îngroşări, L: 2 niveluri pentru subţieri, T: 4 niveluri fixe pentru îngroşările scurte: S Viteza de bobinare: (+95 / +5%) pas 5% (0 / 5%) pas 5% (+400; +250; +150; +100) Se stabileşte în unitatea de control a CFT II Se recomandă: stabilirea reglajelor la limita inferioară, pentru fiecare grupă Fig. IX Sistemul de clasificare a defectelor Keisokki-CFT.

184 474 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Limite de curăţire Keisokki-CFT. Procesul de curăţire se finalizează prin redactarea rapoartelor analitice (fig. IX.7.57), a rapoartelor de sinteză (fig. IX.7.59), care cuprind: clasificarea defectelor detectate (în limitele de reglaj stabilite), numărul de defecte epurate pentru fiecare canal de analiză, lungimea optimă de curăţire (pentru fiecare categorie de defecte detectatate) şi prin rapoartele analitice, corespunzătoare histogramelor (fig. IX.7.58,a, b). Fig. IX Rapoarte analitice CFT-II.

185 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 475 a b Fig. IX Histogramele lungimii defectelor de fir protocol de încercare (a); histogramele lungimii defectelor de fir protocol de încercare (b).

186 476 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Raport de sinteză. IX.7.6. Sistemul Uster Polyguard Sistemul Uster Polyguard pentru asigurarea şi monitorizarea calităţii firelor OE rotor constituie un echivalent al sistemului Uster Automatic (utilizat în curăţirea firelor clasice). Uster Polyguard are o construcţie modulară (fig. IX.7.60): unitatea de măsurare electronocapacitivă (deserveşte o unitate de filare); unitatea de evaluare (deserveşte 6-20 unităţi de filare) care prelucrează semnalul de măsurare şi clasifică defectele de fir, transmite informaţii la unitatea centrală, preia comenzi, de la unitatea centrală de continuare / întrerupere a alimentării, a funcţionării unităţii de filare, execută comenzi; unitatea centrală (deserveşte o maşină de filat OE rotor) asigură tensiunea de alimentare necesară funcţionării unităţii de măsurare şi unităţii de evaluare, preia şi analizează

187 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 477 informaţii şi elaborează decizii cu privire la funcţionarea posturilor de lucru/conform adreselor, stochează şi sistematizează informaţiile, conectează sistemul cu sisteme ierarhic superioare; conexiunile integrează modulele în sistem şi asigură circulaţia în dublu sens a informaţiilor, ceea ce permite îndeplinirea funcţiilor de bază, pentru fiecare în parte. Fig. IX Structura modulară a sistemului UPG/ asigurarea şi monitorizarea calităţii firelor OE rotor. Utilizarea sistemului se realizează prin intermediul unităţii centrale, prevăzută cu o tastatură de comandă prin intermediul căreia se stabilesc limitele de curăţire corespunzătoare categoriilor de defecte pentru care sistemul UPG este selectiv. IX Structura sistemului Uster Polyguard 5 Sistemul Uster Polyguard 5 monitorizează calitatea firelor filate prin procedeul OE rotor prin două forme constructive: UPG5-R1, integrată în maşina automată Rieter R1; UPG5, pentru maşini de filat OE de alte fabricaţii. Sistemul detectează şapte tipuri de defecte dăunătoare de fire, oferă posibilitatea determinării individuale a limitelor de curăţire a firelor în funcţie de amplitudinea, lungimea şi frecvenţa defectelor şi de corecţie automată a Nm. Uster Polyguard 5 previne creşterea treptată a frecvenţei defectelor la fiecare post de filare şi permite instituirea procedeelor specifice de întreţinere ale maşinilor automate; posturile de filare care produc un număr excesiv de defecte sunt blocate şi evidenţiate prin sistemul de alarmă, fiind deservite operativ de unitatea de legare automată; posturile de filare blocate sunt indicate optic, individual şi afişate pe display. Sistemul Uster Polyguard (fig. IX.7.60), are o structură modulară şi conţine: unităţi de măsurare, corespunzătoare posturilor de filare; unităţi de evaluare, ce preiau semnalul de la cel mult 20 de unităţi de măsurare; unităţi centrale de comandă, pentru fiecare maşină.

188 478 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Unitatea de măsurare este construită pe principiul electronocapacitiv, fiind dimensionată în raport cu caracteristicile constructive ale maşinii de filat cu rotor. Ea poate fi realizată în versiunile MK-C15-21 (cu ajutorul căreia se controlează fire OE rotor cu Nm12-120) şi MK-C20-21(cu ajutorul căreia se controlează fire OE, rotor cu Nm 6-60); în ambele cazuri sunt posibile restricţii la gama de fineţe, care se datorează naturii fibrelor prelucrate. Reglajele se asigură pe canalele de analiză ale semnalului, corespunzătoare celor şapte categorii de defecte, să se obţină detecţia, în condiţiile din tabelul IX.7.9. Reglajul unităţii de măsură a sistemului Uster Polyguard 5 Tabelul IX.7.9 Canalul N S L T MO* C P Tip defect Îngroşare foarte scurtă Îngroşare scurtă Îngroşare lungă Subţiere Moire Variaţii de Nm Dublări Sensibilitate, % ±50-±300 1,4 S RL, cm 1 cm 2-10 cm 20 cm- 10 m 20 cm- 10 m Circumferinţa rotorului m 2-10 cm Observaţii: 1. Efectul Moire se manifestă printr-o succesiune de îngroşări şi subţieri, ce alternează pe segmente de fir mai lungi de 2 m; fiecare unitate de măsurare este prevăzută cu posibilitatea de reglare automată a canalului Moire, şi de reglare automată a canalului C. 2. Unitatea de măsură asigură funcţia de avertizare-alarmă triggerată de unitatea centrală, iar semnalizarea se produce atât la unităţile de măsură Uster Polyguard cât şi la interfaţa de utilizare BOB. 3. Funcţia de avertizare este activată pentru disfuncţionalităţi: datele achiziţionate de la fiecare post de lucru controlat sunt transmise unităţii centrale prin interfaţa BOB sau sistemului Uster Rotordata Întreţinerea unităţilor de măsurare este o problemă deosebit de importantă şi se execută prin curăţire periodică/acest lucru fiind impus de principiul de măsurare capacitiv; se execută de asemenea verificări periodice ale traseului de fir, ale sensibilităţii unităţilor de măsură şi ale transmisiei informaţiilor la unitatea de evaluare; este permisă înlocuirea oricărui modul al instalaţiei, fără calibrare. 5. Utilizarea instalaţiei Uster Polyguard impune menţinerea parametrilor de climat în limitele de: temperatură de T = o C; umiditate relativă a aerului de φ max = 80%. Unitatea de evaluare, serveşte amplificării semnalelor pentru canalele de detectare a celor şapte categorii de defecte menţionate; unitatea conţine un procesor de semnal pentru monitorizarea şi evaluarea semnalelor firului, simultan, pentru cele 20 de unităţi de filare. Unitatea centrală de comandă conţine interfaţa de comunicare care asigură prin hard transmisia informaţiilor între unitatea de evaluare şi unitatea centrală şi o unitate de memorie EPROM, care furnizează softul pentru controlul monitorizării firului. Unitatea de comandă controlează tensiunea de alimentare pentru toate unităţile de măsură şi unităţile de evaluare şi conectează sistemul Uster Polyguard cu sistemele superioare Uster Rotor Data şi Uster Milldata. Informaţiile referitoare la unităţile de filare sunt stocate în unitatea de comandă şi pot fi apelate prin tastatura de comandă şi vizualizate pe display; tot prin intermediul tastaturii se apelează comenzile de reglare ale sistemului de control. Avantajele sistemului Uster Polyguard 5: reprezintă un sistem pentru asigurarea calităţii firelor OE rotor;

189 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 479 reprezintă un sistem bazat pe măsurare obiectivă, stabil pentru un milion de unităţi de măsurare; permite diferenţierea a şapte categorii de defecte de fire; este prevăzut cu funcţii de alarmă şi blocare a unităţilor cu funcţionare defectuoasă; asigură permanenta monitorizare a tensiunii de alimentare şi a elementelor de reglaj, pentru fiecare unitate de măsurare; permite o deservire uşoară şi conectarea cu sistemul Uster Rotordata. Uster Polyguard 5R-1-Q-Pack. Constituie un sistem de control on-line care asigură monitorizarea calităţii firelor OE rotor şi este aplicat în operaţia de curăţire a firelor. Sistemul asigură calitatea formatelor cu fire OE prin determinarea unor caracteristici de calitate pentru fiecare poziţie de filare; detectează on-line posturile de lucru care se abat de la limitele de control ale caracteristicilor de calitate, utilizează sisteme de avertizare şi furnizează informaţii semnificative statistic asupra caracteristicilor de calitate ale firelor controlate: determinarea caracteristicilor de calitate în regim on-line reduce considerabil volumul determinărilor de laborator; utilizarea sistemului este realizată prin interfaţa BOB, prin care se conectează maşina şi posturile individuale de lucru cu unitatea centrală; sistemul UPG Q-Pack se poate conecta cu sistemul superior Uster Rotordata 200; caracteristici de calitate determinate; domenii de reglare: coeficientul de variaţie, CV(CV m [%]-UPG); curba varianţă - lungime; spectrograma; frecvenţa imperfecţiunilor (IP-UPG); clasificarea defectelor (CMT-UPG). Pentru a asigura statistic valorile sau testele efectuate, se impune analiza unor lungimi determinate de fir. Tabelul IX.7.10 Condiţii metrologice la determinarea on-line a caracteristicilor de calitate ale firelor OE rotor Spectrograma Lungimea de testare, m λ min λ max CV-UPG, IP-UPG: m în intervale de 100 m CMT-UPG: 50; 100; 200; 500; 1000 km Determinarea CV m -UPG şi CMT-UPG se face continuu, la fiecare post de filare; IP-UPG şi spectrograma sunt determinate ciclic, de la o poziţie la alta, în cadrul unei unităţi de evaluare. Determinarea imperfecţiunilor IP-UPG se realizează în condiţiile de reglaj, conform tabelului IX Reglajul se efectuează pe unitatea de control. Determinarea imperfecţiunilor IP-UPG Tipul defectului Niveluri de sensibilitate, % Tabelul IX.7.11 Subţieri Îngroşări Nopeuri

190 480 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Evaluarea caracteristicilor de calitate în sistem de analize on-line conduce la avantajul unor decizii prompte pentru corectarea procesului tehnologic. Sistemul Q-Pack realizează curăţirea virtuală, care detectează defectele pe baza principiilor de curăţire, înregistrează frecvenţa defectelor, dar nu le elimină.curăţirea virtuală reprezintă o modalitate de a optimiza limitele de curăţire, limitele de control şi avertizare pentru caracteristicile de calitate în analiză şi furnizează informaţii asupra frecvenţei defectelor de fir. Curăţirea virtuală se derulează pe canalele N, S, L, T reglate în limitele valorilor de reglaj, indicate pentru controlul activ. Sistemul Q-Pack realizează funcţia de avertizare şi alarmă, activată la: alarma absolută: depăşirea limitei de control pentru CV m pe maşină, CV m max /CV m min, limite: 0-50%; alarma relativă: încadrarea în aceleaşi limite pentru raportul dintre CV m, med valoarea medie a maşinii şi cea corespunzătoare unei poziţii de filare; spectrograma de alarmă; alarmă la depăşirea limitelor de control pentru imperfecţiuni (pentru fiecare grupă în parte); alarma de calitate indică devierea unei unităţi de filare de la valorile admise; alarmele de calitate sunt înregistrate şi prelucrate în unitatea centrală, iar posturile de filare cu funcţionare defectuoasă sunt înregistrate, oprite sau blocate. Avantajele sistemului Uster Polyguard 5Q-Pack: extinde posibilităţile sistemului Uster Polyguard 5 de monitorizare a firului OE rotor prin control on-line asupra principalelor caracteristici de calitate, pentru care se impun limite de acceptare, a căror depăşire determină blocarea unităţii defective; aplică criteriul de control pentru fiecare unitate de filare, garantând astfel omogenitatea lotului de fire; limitele de control se stabilesc prin aplicarea principiului de curăţire virtuală; se controlează on-line variaţia densităţii liniare a firelor produse; se monitorizează on-line fiecare unitate de filare sub aspectul CV m [%] ; clasificarea on-line a defectelor de fir; aplicarea alarmei selective; datele achiziţionate sunt asigurate statistic pe baza unei lungimi de analiză adecvate; raţionalizarea regimului de întreţinere al utilajului. Sistemul Uster Rotordata 200. Este un sistem de monitorizare sistematică a filării cu rotor, capabil să sistematizeze şi să sintetizeze volumul de informaţii realizat prin UPG5, UPG5-QPack. Centralizarea şi sistematizarea informaţiilor înlesnesc şi fundamentează deciziile tehnologice şi manageriale; permite evaluarea producţiei şi a calităţii firelor prin documente specifice: rapoarte de producţie; rapoarte de calitate care sunt însoţite de reprezentări grafice adecvate; se asigură optimizarea calităţii firelor în contextul reducerii costurilor de producţie. Prezentarea şi prelucrarea informaţiilor. Integrarea sistemului descentralizat Uster Polyguard de asigurare şi monitorizare a calităţii firelor în sistemul informatic centralizat Uster Rotordata/Uster Cone Expert asigură posibilitatea sistematizării şi prelucrării statistice a informaţiilor şi prezentării acestora sub formă de rapoarte tabelare sau reprezentări grafice. Rapoartele se redactează pe termen scurt (la nivel de schimb) sau ocazional şi vizează productivitatea şi calitatea (la nivel de post de lucru, maşină, articol), sau pe termen lung (supravegherea procesului de producţie în ansamblu). Rapoartele de producţie (fig. IX.7.61) conţin date referitoare la producţia realizată: viteza de filare (m/min); cantitatea de fir produsă [kg]; cantitatea de fir produsă [g/fus h]; randamentul efectiv INE [%]. Rapoartele de calitate (fig. IX.7.62) conţin date referitoare la: numărul de ruperi de fire pe maşină (FBR); numărul întreruperilor generate de condiţiile de calitate(qs/h); numărul întreruperilor generate de calitate pe cauze (S, L, T şi MO); numărul defectelor alarmante;

191 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 481 frecvenţa ruperilor de fire; număr de ruperi/1000 rotoare oră; numărul opririlor de scurtă durată; numărul opririlor de scurtă durată /10 6 m. Fig. IX Raport de producţie Uster Rotordata. Fig. IX Raport de calitate Uster Rotordata.

192 482 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Prin analiza statistică a datelor Uster Polyguard - Uster Rotordata referitoare la producţia şi calitatea firelor OE rotor, s-a realizat o imagine de ansamblu asupra producţiei/rotor h şi asupra frecvenţei ruperilor de fire şi a duratei medii de menţinere a ruperilor la utilizarea acestui sistem de filare (fig. IX.7.63-IX.7.65). Producţia specifică a maşinilor OE rotor [g/rotor/h] serveşte comparaţiei cu valoarea corespunzătoare randamentului de 100%, limitată tehnologic de turaţia rotoarelor; creşterea gradului de torsionare limitează valoarea randamentului la filare. Fig. IX Producţia specifică a maşinilor OE rotor. Fig. IX Indicele de frecvenţă al ruperilor de fire la filarea OE rotor. Observaţii: 1. Indicele de frecvenţă al ruperilor este de: 75/1000 f h, indiferent de fineţea firului. 2. Ruperile de fire se repartizează întâmplător la filarea cu rotor /bumbac 100%. 3. Dispersia frecvenţei ruperilor creşte o dată cu fineţea firelor produse. 4. Frecvenţa ruperilor poate fi influenţată de materia primă, gradul de torsionare, viteza de extragere şi turaţia rotoarelor. 5. Timpul de staţionare mediu al unei unităţi de filare reprezintă aproximativ 50% din timpul de rond, la deservirea manuală; dotarea maşinilor OE rotor cu instalaţii automate pentru remedierea ruperilor a redus considerabil timpii de staţionare.

193 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 483 Fig. IX Durata medie de menţinere a unei ruperi de fir la filarea OE rotor. IX Condiţii metrologice specifice la utilizarea sistemului Uster Polyguard Utilizarea sistemului electronocapacitiv de curăţire a firelor OE rotor Uster Polyguard impune particularităţi ale reglajelor, determinate de particularităţile dimensionale ale defectelor; acestea pot fi încadrate în clasificarea tipodimensională generală a defectelor de fir, cu următoarele precizări: Firele OE rotor prezintă defecte de tipul S, L, T: defecte de tipul S, L, T sunt comparabile cu categoriile C, D, E, F, G, Uster Classimat; defectele C, D se compară numai subiectiv cu Grades Classimat; uneori, aceste defecte sunt supărătoare şi se impune eliminarea prin curăţire; frecvenţa mărită a îngroşărilor este dăunătoare pentru aspectul ţesăturilor; aceste defecte pot avea secţiunea de 2-3 ori mai mare decât a firului normal şi, de obicei, mai scurte decât diametrul rotorului (< 15 cm); în structura ţesăturii se regăsesc, deoarece acestea nu constituie neapărat porţiuni slabe. Cauzele îngroşărilor sunt: insuficienta individualizare a fibrelor la cilindrii desfibratori (garnitura uzată, deteriorată; calitatea necorespunzătoare a benzilor alimentate; conţinutul de fibre scurte sau materialul fibros utilizat); subţierile sunt foarte vizibile în tricot (fig. IX.7.66), deoarece depăşesc lungimea raportului de legătură; asemenea defecte pot avea jumătate din secţiunea firului normal şi depăşesc de cele mai multe ori lungimea, de cel puţin 60 cm;

194 484 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ subţierile sunt mai frecvente la firele din amestecuri de fibre, fiind generate de aglomerări (amestecare insuficientă) sau de abateri de la valoarea fineţii benzii alimentate; subţierile pot fi generate şi prin legări incorecte sau prin laminajele false la alimentarea benzii; îngroşările scurte sunt foarte vizibile în ţesătură, deoarece ele prezintă o abatere mare de la valoarea nominală a diametrului firului; defectele sunt vizibile chiar şi la catifea, unde îngroşările scurte ale firului de B deplasează firele de U şi apar pe suprafaţa acesteia. Fig. IX.7.66.Vizualizarea efectelor defectelor de fir (OE rotor) din categoria S, L, T asupra calităţii ţesăturilor şi tricoturilor. Firele OE rotor prezintă defecte particulare, de tip Moire. Defectele de tip Moire se manifestă ca succesiune de îngroşări şi subţieri periodice cu lungimea de undă fundamentală egală cu circumferinţa rotorului. Această categorie de defecte este o consecinţă a dezechilibrării rotorului la acumularea în canelură a microparticulelor (praf, avivaj), ce perturbă procesul de formare al firului printr-o succesiune de impulsuri (unilaterale, bilaterale) apărute prin vibraţia rotorului (fig. IX.7.67). Deoarece semnalul prezintă armonice de frecvenţă ridicată, numărul de defecte care poate fi observat pe o anumită lungime de fir poate fi foarte mare. Firele OE rotor prezintă defecte particulare de tip lanţuri de defecte. Lanţurile de defecte (S, L, T şi /sau defecte Moire) sunt generate de o unitate de filare care nu funcţionează corespunzător; apariţia acestei categorii de defecte se datoreşte uzurii şi vibraţiei rotorului şi impune întreruperea funcţionării postului de lucru. Lanţurile de defecte se caracterizează dimensional identic cu îngroşările şi subţierile, particularizându-se prin concentrarea pe o anumită lungime de fir şi repetarea la intervale egale, cu lungimi de ordinul metrilor sau kilometrilor; aceste defecte sunt o consecinţă a aglomerării de impurităţi sau scame, pe organele de alimentare-defibrare din unitatea de filare. Lanţurile de defecte în care alternează îngroşări şi subţieri pot produce un efect Moire, ascendent sau descendent (fig. IX.7.68). Asemenea defecte sunt generate de blocarea intermitentă, scurtă, a rotorului, care se eliberează la antrenarea acumulărilor în firul format; în cazul în care defectul se repetă, unitatea de filare trebuie scoasă din funcţiune pentru a se putea analiza şi elimina cauza. Fire OE rotor cu legări necorespunzătoare. Legările necorespunzătoare sunt frecvente la utilizarea maşinilor OE-rotor cu grad redus de automatizare şi influenţează negativ aspectul produselor realizate din fire; ele se identifică vizual, având aceeaşi lungime cu circumferinţa rotorului, mm, şi o creştere a secţiunii transversale de peste 125% faţă de valoarea nominală; aceste defecte creează probleme în etapele de prelucrare a firelor, deoarece rezistenţa la rupere scade cu până la 40% faţă de valoarea medie. Dificultăţi de prelucrare determinate de defecte. Prezenţa defectelor firelor rotor generează ruperi în fazele tehnologice de bobinare, urzire, ţesere; ruperile/staţionările produse în aceste procese cresc costul fabricaţiei.

195 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 485 Fig. IX Diagrama şi spectrogramele unui fir OE rotor cu defecte Moire.

196 486 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Efectele producerii defectului Moire în ţesătură şi tricot. Pentru 100 de maşini de ţesut, fir Nm 34, la o frecvenţă a ruperilor de 0,7-2/1000 km, apar costuri suplimentare de FE; din analiza frecvenţei şi cauzelor ruperilor de fire, în procesul de prelucrare rezultă că 50% sunt determinate de modul de realizare al firului. Datorită implicaţiilor asupra randamentelor utilajelor şi a costului produselor, un fir este considerat acceptabil dacă, în procesul de urzire, se înregistrează cel mult o rupere la prelucrarea lungimii de 1000km fir/bumbac, 100%, Nm 34 (tabelul IX.7.12). Pentru fire mai fine decât Nm 50, sunt permise limite de frecvenţă ale ruperilor mai ridicate, până la două ruperi pe 1000 km fir. Tabelul IX.7.12 Frecvenţa şi cauzele ruperilor la urzirea fir Nm34, bumbac 100% Nr./1000 km fir Filatură Construcţia bobinei Transport, fixare rastel Alte cauze 2 40% 20% 30% 10% 1 50% 25% 15% 10 0,7 60% 15% 15% 10 Ruperile produse la urzire nu sunt întotdeauna cauzate de subţierile sau îngroşările lungi; cu toate acestea, supravegherea calităţii firelor prin intermediul sistemului aduce o îmbunătăţire a prelucrabilităţii. Condiţii asemănătoare s-au constatat şi la procesul de ţesere, la care frecvenţa ridicată a ruperilor de fire la maşina de ţesut (costuri de aproximativ 0,5 FE / rupere) sunt generate de calitatea filării şi în special de frecvenţa imperfecţiunilor şi a defectelor de fire. IX Stabilirea reglajelor optime ale sistemului Uster Polyguard Prin studii comparative efectuate asupra frecvenţei şi tipologiei defectelor la fire filate prin sisteme clasice şi cu rotor s-a ajuns la următoarele concluzii: firele OE rotor au mai puţine defecte decât firele clasice, sau nu prezintă defecte; defectele se concentrează pe anumite bobine, în cadrul cărora pot să apară grupate sau răspândite, în toată masa bobinei.

197 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 487 Tipologia şi frecvenţa defectelor depind de: tipul maşinii şi gradul de automatizare al acesteia; starea maşinii şi gradul de uzură al unor organe de lucru; calitatea benzilor alimentate; condiţiile de microclimat. Firele filate prin procedeul OE prezintă mult mai puţine defecte decât firele filate prin procedeul clasic. Defectele detectate trebuie eliminate înainte de a provoca dificultăţi în procesele de prelucrare (creşterea frecvenţei ruperilor); defectele afectează aspectul suprafeţei produsului finit. Reglajele optime ale sistemului Uster Polyguard se stabilesc pentru fiecare categorie dimensională, în context cu destinaţia tehnologică (influenţa asupra calităţii produsului; influenţa asupra prelucrabilităţii firelor) la nivelul traseului de prelucrare a semnalului (canal). Reglajele se stabilesc în funcţie de dimensiunile defectelor reflectate în semnal: abaterea de la valoarea nominală a densităţii liniare / amplitudine şi lungime / durata depăşirii. Alegerea defectelor S, L,care trebuie eliminate, se face cu ajutorul curbei translator (fig. IX.7.69), cu care se stabileşte nivelul de curăţire pe Grades Classimat: defectele (S, L) firelor OE se compară în mod subiectiv cu Grades Classimat; pentru reglajul: S S =150%, RL = 3,3 cm; S L = 50%, RL = 170 cm, toate defectele din Grades Classimat plasate deasupra curbei se pot elimina prin curăţire; defectele (T) firelor OE corespunzătoare grupei I 2 Grades Classimat se elimină cu reglajul ST = 50%, RL = 170 cm 2 (toate defectele plasate deasupra curbei rămân în fir). Deoarece la măsurarea electronocapacitivă lungimea de baleiere/secţionare este dependentă de viteza de efectuare a testului, reglajul S, RL se face în concordanţă cu viteza de filare (în cazul curăţitorului UPG), egală cu viteza de testare (tabelul IX.7.13). Lungimea de referinţă, în cm Sensibilitate Corelarea reglajului cu viteza de filare Tabelul IX.7.13 Reglajul Viteza, m/min Canalul S 3 3,3 3,7 4 4,3 4,7 5 L, T S L T Mo Defectele H şi I (subţieri lungi), sunt comparabile cu Grades Classimat şi pot fi eliminate în totalitate cu reglajul 20%; cu acest reglaj se percep subţierile determinate de variaţia de fineţe a benzilor alimentate, defectele de legare a benzilor, benzile duble sau laminajele false. Defectul Moire este un defect periodic de lungime de undă mică (1/n din circumferinţa rotorului, cu n = 1; 2;...); dacă pentru o depăşire de +50% un defect S are frecvenţa de 5 / 10 m fir, defectul Moire poate avea frecvenţa de 100 /10 m fir. Detectarea defectelor de lungime de undă redusă impune reducerea sensibilităţii prin utilizarea unui factor de amplificare redus; deoarece defectul este perceput global ca variaţie de masă, în felul acesta lungimea se amplifică favorabil pentru percepţie; apariţia defectului Moire poate fi redată prin diagramă (fig. IX.7.70).

198 488 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Utilizarea curbei translator pentru stabilirea nivelului de curăţire la fire OE. Fig. IX Diagrama Uster a firului OE rotor cu defecte Moire: a 18 defecte/8 m; b 230 defecte/8 m.

199 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 489 Lanţul de defecte reflectă starea maşinii de filat cu rotor; repetarea acestora impune scoaterea din funcţiune şi verificarea amănunţită a unităţii de filare (uzură, defecte mecanice). Deoarece apariţia unui lanţ constituie un defect grav, prin reglajul alarm al defectelor se urmăreşte obiectivul: reglaj tolerant, admite 5 defecte/1 km fir; reglaj sever, admite 2 defecte/10 km fir; reglaj pentru curăţire totală, 1 defect /10 km fir. Apariţia lanţului de defecte este semnalizată optic, o dată cu blocarea unităţii de filare; prin LED-ul capului de măsurare, se realizează identificarea unităţii defecte şi operativitatea repunerii în funcţiune. În figura IX.7.71, legarea necorespunzătoare este asimilată defectelor L, T; legarea corespunzătoare trece nestingherită prin fanta curăţitorului de fir; deoarece viteza de filare este puţin mai mică după legare, canalele L şi T se activează după 2 s de la punerea în funcţiune a unităţii de filare (pentru reglaj de 180%, S 2s este 260%). Reglajul pentru fineţea firului şi cifra de material. Utilizarea principiului de măsurare capacitiv impune o deosebită atenţie asupra reglajului de fineţe şi a cifrei de material, deoarece sunt decisive pentru sensibilitatea canalelor S, L, T (fig. IX.7.71). Reglajul se face pe baza principiului stabilit pentru unitatea de măsurare a curăţitorului Uster Automatic; influenţa unei modificări de ±10 % se resimte atât la introducerea firului în fanta curăţitorului cât şi în regimul normal de funcţionare (tabelul IX.7.14). Fig. IX Sensibilitatea canalului S la două secunde după pornirea unităţii de filare. Influenţa modificării de 10% a reglajului MZ asupra sensibilităţii canalelor S, L, T MZ 2 1 Normal 1 2 Tabelul IX.7.14 Canal S L T S L T S L T S L T S L T Până la 2 s După 2 s Regim

200 490 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ IX Caracteristicile de epurare ale firelor OE rotor Caracteristicile de epurare pentru firele OE rotor (fig. IX.7.72), s-au stabilit pe baza analizei statistice a rezultatelor experimentale obţinute la curăţirea firelor în diferite condiţii de reglare: sensibilitate S, lungime de referinţă RL, viteză de filare. Ca principii generale se pot enunţa: reglajul de sensibilitate generează creşterea sau descreşterea numărului de defecte eliminat; repartiţia defectelor firelor OE rotor (fire din bumbac cardat, 100%) în funcţie de criteriul dimensional este, aproximativ: defecte S, 50%, defecte L, 30%; defecte T, 10% şi defecte Mo, 10%; la firele realizate din amestecuri de bumbac-fibre chimice, frecvenţa defectelor scade cu 30%. Prin Standardele Statistice Uster, firma Zellweger a stabilit limitele de variaţie ale frecvenţei defectelor firelor OE rotor, pentru fire din bumbac cardat 100% şi din bumbac în amestec cu fibre chimice. În funcţie de domeniile de utilizare şi de modul în care frecvenţa defectelor poate afecta prelucrabiliatatea şi aspectul produsului finit, firma Zellweger prezintă sugestii asupra reglajelor ce se impun pentru încadrarea în limitele unor valori admise (fig. IX.7.72). Fig. IX Frecvenţa defectelor S, L, T, Mo în funcţie de reglajul de sensibilitate. IX.7.7. Uster Optiscan detectarea corpurilor străine în agregatul de bataj Contaminarea bumbacului preindustrializat se produce prin deşeuri de ţesătură, tricot, hârtie, polipropilenă, piele, resturi de seminţe, fibre defecte, particule grele şi metalice. Uster Optiscan este un component al agregatului de destrămare-amestecare - curăţire care permite

201 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 491 detectarea şi eliminarea corpurilor străine la începutul procesului tehnologic deoarece în această fază este mai eficientă prin: examinarea mai atentă a ghemotoacelor în liniile de bataj curente; extracţia selectivă a corpurilor străine cu pierderi minime de fibre prelucrabile; extracţia automată a particulelor grele în timpul prelucrării; extracţia particulelor metalice. Uster Optiscan elimină corpurile străine prin trei funcţii de extracţie (fig. IX.7.73): monitorizarea variaţiei culorii ghemotoacelor de bumbac şi a strălucirii acestora şi obţinerea semnalului de detectare a corpurilor străine; a particulelor metalice; această funcţie se exercită prin intermediul unui sistem de detectoare optice inteligente, care analizează intensitatea componentelor spectrale (R, G, V) şi strălucirea ghemotoacelor / particulelor care traversează canalul de detecţie; comanda prin semnalul de detectare a sistemului pneumatic de alimentare cu aer comprimat, prevăzut cu valve şi duze poziţionate pe toată lăţimea de lucru a maşinii; această funcţie asigură eliminarea corpurilor străine, prin acţiunea de separare a unui curent de aer, la schimbarea direcţiei de deplasare; corpurile străine se separă prin cădere liberă în cutia colectoare; menţinerea concentraţiei de corpuri străine în limitele câmpului de toleranţă prestabilit (funcţie de avertizare şi alarmă); această funcţie se exercită la depăşirea limitei de control (funcţie de avertizare şi alarmă); Observaţii: 1. Rezoluţia sistemului este îmbunătăţită prin dimensiunea redusă a canalului de detectare/ grosime de 10 mm; la trecerea prin canal, ghemotoacele sunt întinse prin intermediul unei curele transportoare de individualizare, care se deplasează cu viteza de 150 m/min, şi răspândite pe toată lăţimea maşinii; 2. Sistemul Uster Optiscan are o capacitate de kg/h şi poate fi prevăzut cu un dispozitiv de adiţional de destrămare preliminară, când dimensiunile ghemotoacelor sunt nesatisfăcătoare pentru precizia sa de funcţionare (fig. IX.7.73). IX.7.8. Sistemul Uster R Intelligin Sistemul Uster R Intelligin a fost proiectat (1994) şi realizat (1998) în scopul monitorizării şi controlului procesului de egrenare şi constituie rezultatul colaborării firmei Uster cu USDA şi CRADA. Prin intermediul sistemului, egrenarea bumbacului se realizează sub controlul parametrilor determinanţi: umiditatea fibrelor alimentate, conţinutul de impurităţi, culoarea, ceea ce asigură prelucrarea în condiţii optime şi livrarea la parametrii specificaţi către consumator. Avantajele asigurate prin utilizarea Uster Intelligin în staţiile de egrenare sunt: menajarea calităţii fibrelor de bumbac prin optimizarea procesului de egrenare pe baza informaţiilor obţinute prin monitorizare (stabilirea/restabilirea numărului de faze de separare a fibrelor de pe seminţe; oprirea procesului; modificarea traseului materialului în mers); optimizarea procesării şi prestabilirea gradului; prevenirea suprauscării fibrelor de bumbac (prelucrarea la u = 5,5%); raţionalizarea preţurilor la cultivator, în funcţie de calitatea materialului furnizat; fundamentarea unui sistem de relaţii cultivator-filator; creşterea producţiei şi productivităţii cu minimizarea pierderilor de material fibros; reducerea procentului de nopeuri şi fibre scurte din loturile de bumbac livrate din staţiile de egrenare.

202 492 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ a b Fig. IX Principiul Optiscan de detectare a corpurilor străine (a); Uster Optiscan amplasarea în agregatul de bataj (b).

203 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 493 Sistemul de monitorizare şi control al egrenării bumbacului asigură conducerea procesului de egrenare de la consola principală, care permite vizualizarea continuă a parametrilor de proces, temperatura în uscător şi activarea valvelor de ocolire pe baza informaţiilor furnizate de trei senzori complecşi; dirijarea fluxului de material este automatizată/semiautomatizată. Comanda se realizează prin intermediul unui sistem de calcul performant, prevăzut cu hard şi soft dedicat; sistemul de calcul permite elaborarea rapoartelor, statisticilor şi analizelor pe baza cărora se fundamentează optimizarea procesului de egrenare. Sistemul achiziţionează informaţiile prin intermediul a trei senzori (fig. IX.7.74): senzorul 1 plasat în modulul de alimentare;controlează umiditatea, culoarea materialului alimentat şi temperatura la uscător, stabilind parametrii optimi de prelucrare preliminară; senzorul 2 care, determină cei trei parametri după faza de prelucrare preliminară, raţionalizând parametrii de prelucrare, şi emite semnalul de comandă al valvelor de ocolire, în funcţie de informaţiile prelucrate; senzorul 3 este amplasat înainte de instalaţia de presare / balotare şi controlează (verifică) parametrii finali pentru fibrele egrenate (U [%]; T [%], culoarea), verificând în acest fel deciziile de pe parcursul procesului. Fig. IX Sistemul de control Uster R Intelligin. Observaţii: La cerere, sistemul este prevăzut cu o staţie de control Micronaire, pentru lucru off-line, permiţând optimizarea comercializării bumbacului prin raţionalizarea dirijării spre consumatori, după necesităţi şi condiţiile tehnice de prelucrare proprii acestora. IX.7.9. Sisteme integrate de control şi analiză a fibrelor în prelucrarea preliminară tehnologică Recepţia calitativă a fibrelor de bumbac se realizează în conformitate cu standardele internaţionale, prin intermediul sistemelor HVI Spinlab; HVI Spectrum, AFIS, capabile să furnizeze informaţii asupra următoarelor caracteristici şi parametri (tabelul IX.7.15): IX Sisteme HVI / HVI Spinlab; HVI Spectrum HVI/Spinlab şi Spectrum reprezintă sisteme de testare a fibrelor de bumbac, prin metode de măsurare aplicate asupra mănunchiului de fibre; aceste sisteme au o structura modulară, prin

204 494 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ care se asigură determinarea lungimii şi a proprietăţilor tensionale, fineţea şi maturitatea, gradul (în conformitate cu standardele şi clasificarea americană); HVI-Spectrum asigură şi determinarea umidităţii fibrelor din lotul testat. Sisteme integrate pentru controlul fibrelor de bumbac 1. USTER-HVI (High Volume Instruments):Spinlab line; HVI Spectrum determinarea caracteristicilor fibrelor de bumbac prin măsurări asupra mănunchiului (tuft) Caracteristici sub control Tabelul IX.7.15 Lungime & Rezistenţă Fineţe & Maturitate Culoare & Impurităţi Fibrograma: parametrii de lungime specifici Diagrama forţă-deformaţie: proprietăţile tensionale Valoarea Micronaire: indice sintetic al fineţii şi maturităţii fibrelor de bumbac Gradul: culoarea; conţinutul de impurităţi 2. USTER-AFIS (Advanced Fiber Information System):Zellweger Uster determinarea parametrilor de calitate ai fibrelor de bumbac prin metode de măsurare individuală Caracteristici sub control AFIS- L&.M/Lungime & maturitate AFIS N AFIS-T/ Impurităţi Diagrama stapel: Parametrii de lungime specifici; Fineţea /densitatea liniară a fibrelor AFIS L&.D Nopeuri dimensiuni, repartiţie, număr Număr particule/gram Dimensiunea particulelor (<500; >500 mm) Repartiţia particulelor; VFM diametrul fibrelor Observaţii: 1. Sistemele HVI permit aplicaţii asupra: fibrelor de bumbac, în orice formă de prezentare; fibrelor chimice, în varianta semiautomatic (exceptând amestecurile de fibre). 2. Deservirea modulelor este asigurată prin instalaţia Fibrosampler pentru pregătirea probelor. 3. Prelucrarea rezultatelor procesului de măsurare se realizează sub formă statistică şi grafică prin intermediul sistemului de calcul Spectrum Datamanager (computerul sistemului), este prevăzut cu soft specializat, şi asigură prelucrarea statistică a rezultatelor măsurării, vizualizarea şi redactarea unui protocol imprimat. IX Modulul pentru determinările de lungime şi rezistenţă Determinarea parametrilor de lungime. Pentru determinările de lungime se utilizează eşantionul numeric real (vezi fibrograful digital). Determinarea parametrilor de lungime se realizează pe baza semnalului de măsurare, obţinut prin scanarea pe intervale de 0,1 mm a penei de fibre / eşantion numeric, pe toată lungimea, de la vârf la bază (principiul baleierii: electronooptic). Fiecare valoare a semnalului de măsurare reprezintă aria laterală a fibrelor din eşantion la o abscisă determinată şi, datorită structurii eşantionului, redă complementul funcţiei de repartiţie φ () l corespunzătoare frecvenţelor cumulate; prin integrare se obţine funcţia T(l) care

205 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 495 se reprezintă grafic prin fibrogramă şi se interpretează fizic ca lungimea corespunzătoare unei anumite frecvenţe (tabelul IX.16). Fibrograma HVI se interpretează prin determinarea lungimii medii, ML, a lungimii medii superioare, UML, şi a indicelui de neuniformitate, UI. Parametrii de caracterizare ai fibrelor de bumbac (teste HVI): modulul pentru determinările de lungime şi rezistenţă Tabelul IX.7.16 Lungime medie ML [mm, inch] Lungime medie superioară, UHML [mm, inch] Indice de uniformitate UI [%] Lungimea corespunzătoare punctului de intersecţie cu ordonata tangentei la fibrograma din abscisa de 100% Lungimea corespunzătoare punctului de intersecţie cu ordonata a tangentei la fibrograma din abscisa de 50%; limite de variaţie: 0,99...1,1 inch ML UI = 100 UHML Procentul de fibre scurte SF [%] procentul de fibre sub 12,7 mm Limite de variaţie: < 76 foarte redus; redus; mediu; ridicat; >86 foarte ridicat Ondulaţia fibrei GO [%] din diagrama forţă-deformaţie, simultan cu proprietăţile tensionale Capacitatea de analiză a sistemului HVI permite: evaluarea sistematică a parametrilor de lungime ai fibrelor de bumbac şi raţionalizarea comercializării acestuia, în conformitate cu cerinţele clienţilor sau în funcţie de performanţele tehnologice ale filaturilor; analiza statistică a evoluţiei varietăţilor de bumbac pe recolte anuale şi provenienţă; stabilirea intervalului de variaţie al acestora (fig. IX.7.75); optimizarea culturii bumbacului; urmărirea evoluţiei parametrilor statistici care caracterizează fibrele de bumbac de provenienţe diferite şi evaluarea producţiei de fibre de bumbac cu precizarea cotelor de regăsire pentru fiecare parametru, prin statisticile Uster; evaluarea evoluţiei parametrilor de lungime ai fibrelor în procesul tehnologic de prelucrare şi a eficienţei proceselor tehnologice; standardizarea reglajelor tehnologice dependente de parametrii de lungime.

206 496 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Funcţia de frecvenţă a parametrilor de lungime ai fibrelor de bumbac Upland (recolta 1994/ U.S. Cotton Chart/ 1995). Deoarece parametrii statistici determinaţi prin metoda eşantionului numeric real sunt diferiţi de valorile celor determinaţi prin metoda eşantionului teoretic (mănunchiul cap drept), s-au efectuat studii în ceea ce priveşte corelaţia parametrilor obţinuţi prin metoda HVI şi metodele clasice (fig. IX.7.76). Fig. IX Distribuţia lungimii fibrelor de bumbac după numărul şi masa fibrelor (determinate prin metoda sortării pe clase de lungime şi prin metoda HVI). Prin cercetări comparative asupra distribuţiei lungimii fibrelor de bumbac, s-a constatat că: sistemul Texlab pierde atât fibre scurte cât şi fibre lungi, la efectuarea analizei; pierderile de fibre se datorează metodei de pregătire a eşantionului cu Fibroliner; poziţionarea verticală a mănunchiului de fibre supus pieptănării diminuează considerabil pierderile de fibre lungi; performanţele operatorului influenţează rezultatul analizei; metoda HVI prezintă avantajul rapidităţii, constituind un instrument de o deosebită valoare pentru cercetări asupra proceselor tehnologice din filatură; rezultatele HVI sunt comparabile cu rezultatele obţinute prin metoda fibrograf digital, cu care se găsesc în corelaţie liniară (fig. IX.7.77). Determinarea indicilor proprietăţilor tensionale. Determinarea proprietăţilor tensionale ale fibrelor de bumbac se realizează prin intermediul aceluiaşi modul, prevăzut cu dispozitivul de fixare şi încercare la tracţiune a mănunchiului de fibre. Încercarea se efectuează prin metoda de solicitare cu gradient de deformaţie constant, prin deplasarea clemei active cu viteză constantă (fig. IX.7.78). Sistemul de măsurare este prevăzut cu doi senzori: pentru determinarea forţei (ataşat clemei fixe) şi pentru determinarea deformaţiei, prin măsurarea deplasării clemei mobile faţă de poziţia iniţială.

207 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 497 Testarea proprietăţilor fibrelor de bumbac prin metoda HVI este operativă şi permite acumularea în timp scurt a unui volum considerabil de informaţii asupra fibrelor de bumbac (din balot şi din semifabricatele prelevate din procesele tehnologice de prelucrare). Fig. IX Corelaţia dintre parametrii de lungime determinaţi prin metodele HVI şi Fibrograf digital. a b Fig. IX Principiul testării rezistenţei mănunchiului de fibre: a Spinlab; b Motion Control.

208 498 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Tabelul IX.7.17 Aprecierea proprietăţilor tensionale / metoda gradientului de deformaţie constant Rezistenţa la tracţiune a mănunchiului, P [N; lbs] Se diferenţiază: rezistenţa la tracţiune, forţa maximă la care rezistă epruveta înaintea ruperii; forţa de rupere, forţa în momentul ruperii Tenacitate, S [g/tex] S = P/T tex < 21 foarte redus; redus; mediu; ridicat; > 30 foarte ridicat Alungire relativă la rupere e r [%] Conţinut, n (număr) Lucrul mecanic de rupere, W [J] Indexul de consistenţă a filării, CSI; CSP < 5 foarte redusă; 5,3 6,1 redusă; 6,2-7 medie ;7,1-7,9 mare; >8 foarte mare Numărul de fibre în secţiunea mănunchiului în momentul ruperii W = f w P max a max Rezistenţa în jurubiţă a firului cu Ne 16(OE): în funcţie de parametri HVI:se determină prin regresie multiplă Între rezultatele obţinute prin această metodă şi metodele clasice (Pressley, Stelometru) se înregistrează diferenţe semnificative, determinate de: modul de pregătire a epruvetei supuse solicitării (prelevată ca eşantion numeric real) modul de fixare a acesteia (între clemele dispozitivului de întindere există capete de fibre care nu contribuie la rezistenţa mănunchiului analizat); eliminarea fibrelor scurte la pregătirea mănunchiului de probă (cap. IX.5); metoda de solicitare diferită, gradient de forţă constant Pressley şi Stelometru (cap. IX.6); viteza de solicitare superioară, în cazul sistemului HVI; metoda de cântărire a mănunchiului supus solicitării principiu optic, la sistemul Motion Control; pneumatic, la sistemul Spinlab conduce la rezultate diferite faţă de cele obţinute prin determinare gravimetrică, prin folosirea balanţelor analitice electronice; diferenţele de masă sunt mai mari la sistemul de cântărire optic (Motion Control), sensibil la diferenţele de grad de încreţire (care influenţează capacitatea de absorbţie a radiaţiei luminoase ce incidentează fasciculul de fibre testat). Rezultatele măsurărilor HVI sunt exprimate prin indicii proprietăţilor tensionale, specifici produselor liniare (tabelul IX.7.17).

209 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 499 Rapiditatea determinărilor permite stabilirea limitelor de încadrare a tuturor indicilor proprietăţilor tensionale, definitorii pentru fibrele de bumbac, şi prelucrarea statistică grafică a fondului de date sub forma distribuţiei valorilor, pe recolte (fig. IX.7.80) sau sub forma statisticilor Uster. Fig. IX Analiza corelaţiei dintre valorile tenacităţii determinate prin metode HVI şi metodele clasice/ Stelometru; Pressley. Fig. IX Distribuţia tenacităţii fibrelor de bumbac. Fig. IX Liniaritatea diagramei F-D. Metoda de solicitare şi principiul constructiv permit trasarea diagramei efort- deformaţie pentru fasciculul de fibre (fig. IX.7.81) şi confirmă liniaritatea acesteia; diagrama poate fi utilizată în evaluarea modificărilor indicilor proprietăţilor tensionale în raport cu parametrii de structură ai firelor, dar şi în raport cu parametrii de procesare în filatură. Metoda HVI permite decelarea diferenţelor dintre proprietăţile tensionale ale fibrelor prelevate în diferite faze ale procesului tehnologic de prelucrare, ceea ce o recomandă ca mai sensibilă şi mai precisă decât metodele clasice consacrate; pentru prima dată se pot cita studii care, prin utilizarea acestei metode, evidenţiază diferenţe semnificative între fibrele de bumbac brut, din banda cardată sau pieptănată; aceste diferenţe sunt confirmate statistic şi nu au putut fi evidenţiate până în prezent. Evoluţia proprietăţilor tensionale ale fibrelor de bumbac în procesul de prelucrare în filatură este confirmată prin analiza evoluţiei fibrelor sub aspectul lungimii; creşterea tenacităţii este în concordanţă cu creşterea lungimii span, SL 50%, şi cu creşterea raportului de uniformitate al fibrelor, UR%, şi este evidentă după cardare şi după pieptănare; precizia determinărilor permite cuantificarea acestor efecte, deosebit de importante pentru filator. Tenacitatea mănunchiului este sensibilă la variaţia gradului de îndreptare al fibrelor, care se accentuează prin laminare, efect vizibil mai ales după primul pasaj de laminor.

210 500 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ IX Modulul pentru determinările de fineţe şi maturitate Sistemul HVI foloseşte, în determinarea fineţii fibrelor de bumbac metoda Air Flow cu determinare concomitentă a fineţii şi maturităţii bumbacului, care se raportează în valori: I M [µg/inch]; valorile Micronaire se încadrează în limitele 3-6 (< 3, foarte fin; 3,1-3,9, fin; 4-4,9, mediu; 5-5,9, gros; > 6, foarte gros) şi permit o clasificare operativă a bumbacului în conformitate cu acest criteriu; aprecierea bumbacului se realizează prin valoare medie, fără posibilitatea de a determina procentul de fibre imature sau neuniformitatea. Metoda Micronaire este foarte adecvată pentru stabilirea limitelor de variaţie ale fineţii fibrelor aceleaşi varietăţi, în cadrul aceloraşi recolte sau în ansamblul fibrelor de diferite varietăţi, din recolte diferite (fig. IX.7.82; IX.7.83). Metoda a permis elaborarea Statisticilor Uster, prin intermediul cărora se optimizează dirijarea loturilor de bumbac în filatură; în prezent, staţiile de egrenare a bumbacului sunt prevăzute, opţional, cu module Micronaire ce permit optimizarea comercializării loturilor de fibre. Fig. IX Limitele de variaţie ale valorilor I M, în recolta 1994/bumbac Upland. Fig. IX Corelaţia dintre valorile Micronaire. IX Modulul pentru determinarea culorii şi a conţinutului de impurităţi Gradul / culoarea. Clasificarea bumbacului se poate face în funcţie de: parametrii de culoare, conform American Grade Standards (USDA), pentru bumbacul Upland şi Pima, în acord cu specificaţiile beneficiarilor; parametrii conţinutului de impurităţi: determinarea conţinutului de impurităţi şi defecte este o analiză importantă în recepţia loturilor de bumbac (pentru lansarea în procesul de fabricaţie şi pentru analiza eficienţei proceselor de curăţire); metodele de analiză şi principiile sunt prezentate în tabelul IX Metoda de analiză calitativă. Sistemul HVI determină gradul loturilor de bumbac, aplicând metoda 5, care permite determinarea culorii bumbacului prin analiza radiaţiei reflectate de proba reprezentativă prelevată din cadrul unui lot şi încadrarea acesteia în diagrama colorimetrică (Nickerson-Hunter), pe baza a două valori: reflectanţa şi indicele de galben (fig. IX.7.84): reflectanţa sau gradul de gri, în ordonată (Rd, %); în cazul fibrelor de bumbac, este cuprinsă între 40 şi 85%; valorile de 60% sunt considerate excepţionale, iar la valori mai mari de 70%, bumbacul este considerat foarte lucios; indicele de galben, în abscisă (+b) are valori determinate prin filtrarea radiaţiei reflectate de proba de fibre, la iluminarea sub unghi determinat de sursa cu spectru standard; depăşirea valorii de 10 are semnificaţia de culoare galbenă.

211 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 501 Nr. crt. Metode de determinare a conţinutului de impurităţi din fibrele de bumbac Metoda 1. Metoda de observare subiectivă prin comparare cu mostre etalon 2. Metoda de separare manuală Schematizarea principiului metodei Se încadrează în grade (clasificarea americană) Permite separarea pe categorii şi determinarea frecvenţei acestora 3. Metoda pneumomecanică Nu se separă categoriile de impurităţi; extrage şi fibre 4. Metoda de analiză optică, obiectivă, aplicată la nivelul unei mostre de masă determinată 5. Metoda completă de analiză calitativă şi cantitativă Indică în mod obiectiv gradul bumbacului Determinarea numărului, procentului/ la număr; la masă şi a repartiţiei după dimensiuni şi tipuri a impurităţilor Tabelul IX.7.18 Caracterizarea metodei Analiză subiectivă Timp de analiză ridicat Informaţii utile pentru dirijarea loturilor şi stabilirea fluxului tehnologic de prelucrare Timp de analiză mai redus; se determină gravimetric conţinutul de impurităţi Asigură operativitatea şi obiectivitatea analizei Asigură controlul obiectiv şi eficient al loturilor de fibre de bumbac; se pretează la elaborarea statisticilor Fig. IX Metoda de analiză calitativă.

212 502 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Metoda de analiză cantitativă. Se bazează pe analiza numerică a imaginii şi utilizează o cameră video cuplată cu un sistem de calcul; determinarea cantitativă presupune numărarea, planimetrarea A [%] şi determinarea conţinutului procentual în masa probei M [%]: numărul particulelor a căror reflectanţă este mai redusă cu 30% faţă de fond: C = 10 Nc, unde: Nc este frecvenţa de alternare luminos / întunecat; aria particulelor de impurităţi detectate / se determină în pixeli: A = 40 N x ; masa WT [%] particulelor de impurităţi se determină în funcţie de aria şi numărul acestora: WT = 2, A A 2 /C 2. Observaţii: 1. Codul LEAF se defineşte prin valorile parametrilor C, A şi WT; se corelează cu informaţia asupra culorii dependente de soi, zona de cultură, condiţii de climă în perioada de dezvoltare, condiţii de transport şi depozitare determină gradul care specifică şi preparaţia modul de egrenare, cu cilindri, r/g, sau cu ferăstraie, s/g. 2. Gradul se codifică printr-un număr de trei cifre prin care se specifică: conţinutul de impurităţi (prima cifră, 1-8); culoarea fibrei (a doua cifră, 1-5). În fiecare grad se cuprind 4 subdiviziuni (1-4, cifra mai mică având semnificaţia de calitate superioară). 3. Controlul calităţii materiei prime se poate asigura şi prin seria USTER Low Volume Instruments, care se caracterizează prin precizie şi reproductibilitate echivalente sistemelor integrate: USTER Fibrograph 730; USTER Colorimeter 750; USTER Micronaire 775; USTER Fibroglow 380; USTER Portar 175 (portabil, similar cu Micronaire); USTER Stelometer 654 iar deservirea se asigură prin USTER Fibrosampler 192. IX Sistemul AFIS Sistemul AFIS este destinat testării individuale a fibrelor de bumbac; utilizarea sa se poate extinde asupra fibrelor chimice, cu care se prelucrează în amestec. AFIS are o structură modulară, prin care se asigură grupele de măsurări: N; L&M; L&D; T. Deservirea unităţilor se asigură prin modulul Autojet pentru alimentarea automată a benzilor pregătite şi prin balanţa electronică Mettler PM 300. Aplicaţiile sistemului sunt: măsurări asupra fibrelor de bumbac, fibre chimice, amestecuri de bumbac cu fibre chimice cu lungime maximă de 50 mm. Numărul necesar de sondaje efectuate este de 3-10, în funcţie de material, iar durata probei poate fi de 1-2,5 min. IX Modulul AFIS-N determinarea numărului, dimensiunilor şi repartiţiei nopeurilor Tendinţa de creştere a frecvenţei nopeurilor în timpul procesului de prelucrare a bumbacului, în opoziţie cu progresul tehnic şi reducerea neuniformităţii produselor din filatură

213 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 503 este supărătoare, mai ales în cazul firelor pieptănate; în context, sistemul AFIS, caracterizat prin capacitate de analiză, precizie şi reproductibilitate, permite acţiuni corective cu execuţie promptă, prin informaţiile care se obţin în analizele efectuate la nivelul tuturor semifabricatelor. Fig. IX Imaginea nopeului şi corelaţia dintre metoda Neptester şi Afis-N. Metodele clasice de determinare a frecvenţei nopeurilor, bazate pe teste vizuale, sunt lente şi vin în contradicţie cu productivitatea utilajelor moderne, iar rezultatele analizelor sunt subiective; evoluţia metodelor de determinare a frecvenţei nopeurilor, atât la nivelul materiei prime cât şi în fazele procesului de prelucrare a acesteia, se justifică prin necesitatea adaptării metodei de măsurare obiectivă la percepţia vizuală a acestora, atât la nivelul semifabricatelor cât şi la nivelul firului; înlocuirea metodei vizuale (timp de lucru 4 ore) prin metoda de măsurare obiectivă cu senzor optic reduce timpul de analiză la 10 min. Principiul fizic al determinării. Modulul AFIS N conţine un subansamblu de destrămare, care separă fibrele de impurităţi sub acţiunea unui curent de aer; fluxul de material fibros dirijat spre senzorul optic conţine fibre individualizate şi nopeuri; trecerea nopeurilor produce un fenomen de reflexie difuză care este perceput de receptor şi transformat în semnal electric, tipic, proporţional cu suprafaţa reflectantă, deci cu dimensiunea nopeului: semnalul electric poartă informaţii atât asupra frecvenţei nopeurilor cât şi asupra dimensiunlor acestora, iar percepţia formei este asemănătoare cu cea vizuală (fapt dovedit de Sasser, care prin cercetări paralele atestă o bună corelaţie între metoda ASTM/vizuală; Reutlingen-Denkendorf şi AFIS-N, fig. IX.7.85); diferenţele sesizate între rezultate se datoresc faptului că operatorii consideră micile aglomerări de fibre din benzile laminate,cardate sau pieptănate tot ca nopeuri; prin metoda AFIS-N se stabileşte evoluţia reală a numărului de nopeuri la diferite faze tehnologice de prelucrare,iar reproductibilitatea măsurărilor este foarte bună; metoda este sensibilă la varianţa mărimii testate, pe care o redă în mod fidel. Metoda AFIS N se caracterizează prin (fig. IX.7.86): reproductibilitate (pentru un proces stabil, la valoarea medie de N = 96 nopeuri /g se obţine o valoare CV = 8,8%); reducerea la minimum a influenţei sistemului de măsurare asupra frecvenţei nopeurilor, demonstrată prin repetarea determinării pe aceeaşi probă, de trei ori consecutiv/ N = ± 5 nopeuri /g; reducerea la minimum a influenţei operatorului. Analiza frecvenţei şi dimensiunii nopeurilor se realizează prin determinarea parametrilor specifici (tabelul IX.7.19) şi permite diferenţierea fibrelor de bumbac după tendinţa de formare a nopeurilor, cu identificarea fazelor tehnologice care produc (bataj, curăţire preliminară sau intensivă) sau eliminarea nopeurilor (fig. IX.7.87,a,b) şi influenţează frecvenţa acestora în fir (fig. IX IX.7.90).

214 504 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Tabelul IX.7.19 Parametrii de caracterizare ai fibrelor cu USTER AFIS-N Nopeuri, µm Dimensiunea medie a nopeurilor N, nr/g Numărul de nopeuri /g SCN, µm Dimensiunea medie a nopeurilor cu cojiţe SCN, nr/g Numărul de nopeuri cu cojiţe/g Fig. IX Reproductibilitatea metodei Afis-N/control statistic şi repetarea analizei pe acelaşi eşantion. Metoda Afis-N permite evidenţierea influenţei eficienţei cardării asupra calităţii firelor cardate; reducerea diferenţiată a frecvenţei nopeurilor prin cardare este reflectată prin valorile Uster/ CV [%], frecvenţa subţierilor, îngroşărilor şi a nopeurilor; se observă reducerile semnificative ale acestor valori la creşterea procentuală a nopeurilor eliminate prin cardare (fig. IX.7.88). Utilizarea metodei AFIS-N pentru determinarea frecvenţei nopeurilor confirmă influenţa procentului de extracţie reducerea diferenţiată a frecvenţei nopeurilor asupra calităţii firelor pieptănate; exemplul ilustrează eficienţa creşterii procentului de extracţie de la 10 la 14% (fig. IX.7.89). Utilizarea metodei AFIS-N pentru determinarea frecvenţei nopeurilor confirmă presupunerea că nopeurile pot fi generate sau reduse la trecerea înşiruirilor de fibre prin trenul de laminat şi acest lucru se evidenţiază la studiul corelaţiei dintre numărul de nopeuri din banda pieptănată şi banda debitată după trecerea prin trenul de laminat; se poate constata că procesul de laminare poate reduce /produce nopeuri.

215 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 505 a b Fig. IX Evaluarea tendinţei de formare a nopeurilor la diferite varietăţi de bumbac (a) şi a eficienţei fazelor tehnologice de curăţire (b) prin metoda Afis-N. Fig. IX Influenţa eficienţei cardării asupra calităţii firelor cardate.

216 506 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Influenţa procentului de extracţie asupra calităţii firelor pieptănate. În cazul firelor, se remarcă faptul că, pentru firele prelucrate din acelaşi semitort, frecvenţa nopeurilor determinate cu ajutorul indicatorului de imperfecţiuni este mai mare la firele mai subţiri şi mai redusă la firele mai groase; acest fenomen se poate explica prin reducerea capacităţii de detectare a nopeului de dimensiune determinată, prin metode specifice firului/la testarea firelor groase (fig. IX.7.90). Fig. IX Reducerea capacităţii de detectare a nopeului prin analize la nivelul firului. IX Modulul AFIS L&M determinarea lungimii fibrelor de bumbac Sistemul AFIS permite determinarea individuală a dimensiunilor longitudinale şi transversale ale fibrelor de bumbac pe baza principiului optoelectronic; din modul de operare rezultă posibilitatea de a realiza diagrama stapel la a cărei reprezentare frecvenţele sunt determinate după numărul de fibre sau după masă; interpretarea statistică a reprezentării grafice se realizează prin parametri specifici măsurării individuale, asemănător cu modul de interpretare al diagramei Stapel obţinută cu sortatorul cu barete cu ace Zveigle sau Bayer (tabelul IX.7.20). Capacitatea de analiză, precizia şi reproductibilitatea metodei de măsurare individuală justifică standardizarea metodei de analiză şi elaborarea statisticilor pe baza cărora, pentru o

217 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 507 lungime stapel determinată, se stabilesc limitele de variaţie ale fiecărei caracteristici testate; statisticile elaborate prin utilizarea sistemului AFIS, delimitează sensul şi limitele de variaţie ale procentului de fibre scurte în fazele procesului tehnologic (fig. IX.7.91), determinat, ca frecvenţă, după numărul de fibre valoarea este deosebit de importantă la stabilirea reglajelor tehnologice precum şi după masă valoarea este deosebit de importantă la evaluarea nivelului pierderilor tehnologice, pe faze de proces. Parametrii statistici de apreciere a lungimii fibrelor de bumbac la aplicarea metodei de măsurare individuală Tabelul IX.7.20 Lungimea medie a fibrelor, L Coeficientul de variaţie al lungimii fibrelor, CV% Procentul de fibre scurte, SFC, % Lungimea medie superioară cuantilei de 25%, UQL Lungimea depăşită de 5% din fibrele analizate Lungimea depăşită de 2,5% din fibrele analizate Din analiză rezultă: Parametrii de maturitate Ponderată după numărul/masa fibrelor: L(n); L(w) Idem Idem Lungimea medie a fibrelor ce depăşesc frecvenţa cumulată de 25%/din repartiţia după masă Din repartiţia după numărul fibrelor analizate Din repartiţia după numărul fibrelor analizate Fineţea fibrelor/densitate liniară,mtex, ca valoare medie Conţinutul de fibre imature, IFC; raportul de maturitate, MR Fig. IX Diagrama stapel realizată cu modulul AFIS L&M. Prin analizele Afis-L se constată că: în procesul tehnologic de prelucrare a firelor cardate modificările parametrilor de lungime sunt nesemnifcative valorile parametrilor statistici SL2,5%, UQL W corespund valorilor determinate la recepţionarea baloţilor de bumbac; în procesul tehnologic de prelucrare a firelor pieptănate, lungimea medie superioară, UQL 25% creşte cu 1-2 mm, iar procentul de fibre scurte se reduce la jumătate în cazul frecvenţei după numărul fibrelor, de la 20% (balot) până la 8,5% (semitort); deoarece modificarea repartiţiei lungimii de fibră influenţează în mod semnificativ rezistenţa mecanică a firelor, această tendinţă generală poate fi valorificată prin modificarea parametrilor geometrici de structură ai firelor cu efecte pozitive asupra producţiei maşinilor de filat, la reducerea gradului de torsionare.

218 508 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ IX Modulului Afis - L&D determinarea maturităţii fibrelor de bumbac Analiza longitudinală a fibrelor de bumbac permite stabilirea raportului dintre grosimea maximă şi minimă, relevantă pentru maturitatea biologică a fibrei; la nivelul probei se stabilesc raportul de maturitate; conţinutul de fibre imature şi fineţea medie a fibrelor analizate a căror masă este determinată iniţial. Modulul L&D permite extinderea măsurărilor asupra diametrului echivalent al fibrei de bumbac (vezi cap. IX.5), interpretate prin parametrii statistici specifici (diametrul echivalent al fibrelor de bumbac D [µm]; repartiţia şi coeficientul de variaţie, determinate în funcţie de numărul fibrelor). Fig. IX Diferenţierea rezultatelor aprecierii maturităţii fibrelor de bumbac prin metodele HVI; Afis Multidata. Modulul Afis L&M permite evaluarea indiviuală a maturităţii fibrelor de bumbac, prin indicele IFC (conţinut de fibre imature), care constituie un indice mai sensibil decât MR (raport de maturitate), determinat prin intermediul sistemului HVI (fig. IX.7.92); aprecierea maturităţii fibrelor prin IFC se caracterizează prin sensibilitate mai mare, fiind capabilă să diferenţieze baloturile prin dispersia caracteristicii IFC şi să evidenţieze eficienţa amestecării/ sau calitatea acesteia.

219 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 509 IX Modulul AFIS-T determinarea conţinutului de impurităţi din fibrele de bumbac Conţinutul de particule străine joacă un rol deosebit în aprecierea calităţii bumbacului; prin termenul LEAF destinat iniţial pentru sursa principală de contaminare a bumbacului se înţelege evaluarea conţinutului de impurităţi prin metode vizuale şi, în momentul de faţă, este utilizat în determinarea gradului bumbacului Standard USDA. Contaminarea fibrelor de bumbac cu resturi de plantă /frunze, tulpină, seminţe / sau alte materiale (iarbă, nisip, praf, fibre străine), materiale străine vizibile rezultă din tendinţa de a curăţi energic sămânţa de bumbac prin egrenare şi de a rupe sămânţa de bumbac în particule mici; nivelul de contaminare se determină prin detectare vizuală; contaminarea este o problemă de discuţie pe piaţa bumbacului, deoarece valoarea fibrei nu depinde de preţul legat de clasificarea acestuia. Prima analiză obiectivă a fost realizată cu analizorul Shirley, care a permis separarea bumbacului în fibră filabilă şi impurităţi, prin aplicarea principiului cardării; conţinutul de impurităţi s-a exprimat în procente faţă de masa probei analizate; metoda a fost standardizată sub denumirea de metodă gravimetrică şi este utilizată şi astăzi pentru determinarea procentului de fibră utilizabilă separată o dată cu impurităţile. Introducerea sistemului de filare cu rotor a demonstrat că determinarea conţinutului de impurităţi din banda alimentată este hotărâtoare pentru reuşita programului de filare creşterea numărului de ruperi.ca urmare a fost necesară realizarea unor instrumente de testare, capabile să detecteze cele mai mici particule de contaminare ale bumbacului; acestea au fost realizate la Denkendorf ITV Tester; S.U.A. Schaffner; instrumentele create au fost capabile să realizeze o bună separare a impurităţilor de dimensiuni foarte mici, dar aprecierea conţinutului se realiza tot gravimetric, ceea ce nu a permis lămurirea naturii agenţilor de contaminare. Metodele au permis totuşi o evoluţie pozitivă a parametrilor şi rezultatelor proceselor de curăţire, fără a fi posibile realizări spectaculoase în proiectarea utilajelor moderne pentru procesele de curăţire. Modulul AUTOJET pentru alimentarea automată a sistemului AFIS asigură separarea fibrelor de impurităţi, care sunt dirijate pe trasee diferite, spre modulele de măsurare; impurităţile sunt măsurate prin intermediul unui sistem optic automatizat, care numără două categorii: mai mici şi mai mari de 500 µm (DUST; TRASH) şi determină gradul de contaminare sub forma procentului de materiale străine vizibile, valorile de măsurare fiind interpretate statistic (tabelul IX.7.21). Eficienţa sistemului de măsurare constă în posibilitatea de aplicare pentru orice formă de prelucrare a fibelor de bumbac (bumbac brut, masă fibroasă alimentată la cardă, benzi cardate, laminate sau piptănate şi semitort, cu excepţia firelor); sistemul este testerul ideal pentru eficienţa proceselor de curăţire. Statisticile referitoare la frecvenţa impurităţilor, atât în bumbacul brut cât şi la diferite faze de prelucrare, sunt relevante pentru tendinţa generală şi normalitatea procesului tehnologic. Parametrii statistici de apreciere pentru conţinutul de impurităţi al fibrelor de bumbac Tabelul IX.7.21 Total impurităţi Dimensiunea medie, T [µm] Impurităţi mici, < 500 µm/dust Impurităţi, >500 µm /Trash Repartiţia impurităţilor după dimensiune (10/2000 µm); VFM,corpuri străine vizibile Numărul total de particule / g Dimensiunea medie a particulelor Numărul particulelor / g Numărul particulelor / g Se calculează parametrii statistici: MV, S, CV%. Corpuri străine vizibile, %, raportate la suprafaţa analizată

220 510 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ IX Valorificarea tehnologică a investigaţiilor efectuate cu sisteme automate de control Aprecierea operativă a nivelului calitativ al produselor din fibre se realizează cu ajutorul normelor statistice USTER R STATISTICS, prezentate şi reactualizate în revistele Uster News Bulletin, la intervale de 4-5 ani, de firma Zellwegger. USTER R STATISTICS reprezintă un compendiu pentru analiza calităţii produselor din fibre, constituit ca bază de date prelucrată prin metode statistice analitice şi grafice, furnizând informaţii despre proprietăţile şi prelucrabilitatea fibrelor analizate în dinamica procesului tehnologic şi calitatea semifabricatelor şi a firelor; informaţiile sunt prezentate în secţiuni, în funcţie de materia primă utilizată, procesul tehnologic şi sistemul de filare. Varianta USTER R STATISTICS-2001 conţine date colectate, prelucrate şi prezentate prin intermediul sistemelor de măsurare USTER, în condiţiile climei standard, definită prin standardul ISO 139 (20 ± 2 o C; 65 ± 2 %). Parametrii de calitate standardizaţi utilizaţi pentru elaborarea standardelor statistice se prezintă centralizat în tabelul IX USTER R STATISTICS-1997 sistematizează datele referitoare la filatura de bumbac într-o manieră complexă, prin prisma relaţiilor de determinare dintre caracteristicile de calitate ale materiei prime, procesul tehnologic şi sistemul de filare adoptat; informaţiile furnizate sunt relevante pentru evaluarea influenţei proceselor tehnologice asupra caracteristicilor fibrelor şi a tendinţelor în transferul de proprietăţi în sensul fibră-fir, servind asigurării şi optimizării calităţii. USTER R STATISTICS-2001: sistematizează datele referitoare la filatura de lână pieptănată, pentru amestecuri de utilizare curentă, fără referiri la materia primă utilizată; inserează pentru prima dată informaţii cu privire la filarea cu jet, aplicată în filatura de bumbac şi în filatura de lână; acoperă întregul spectru al măsurărilor importante din punct de vedere tehnologic şi comercial cu privire la fibrele şi firele de bumbac cardat şi pieptănat, filat pe maşini de filat cu inel şi maşini de filat OE, cu rotor; se completează cu informaţii privitoare la semifabricatele obţinute în procesele tehnologice de prelucrare pe linii tehnologice automatizate; urmăreşte evoluţia caracteristicilor firelor în cadrul procesului de bobinare. USTER R STATISTICS / 2001 furnizează termen de comparaţie pentru următoarele categorii tehnologice de produse (tabelul IX.7.23): Încadrarea pe nivelurile de calitate USTER R STATISTICS este orientativă deoarece acestea nu precizează fibra procesată; decizia asupra produsului şi procesului trebuie să ţină seama de influenţa calităţii şi costului materiei prime asupra calităţii, productivităţii şi costului firelor realizate şi investigate prin sistem; Parametrii de calitate incluşi în USTER R STATISTICS /2001 Tabelul IX.7.22 Parametrii de calitate Simbol U.M. Instrument Fibre de bumbac Micronaire Mic Uster HVI Lungime UHML mm Uster HVI UI % % Tenacitate în mănunchi Strength g/tex Uster HVI Culoare Rd + b % Uster HVI

221 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 511 Tabelul IX.7.22 (continuare) Impurităţi CNT; Uster HVI Area % Nopeuri Neps/g; 1/g Uster AFIS SCN Lungime SFC(n); SFC (w); UQL(w) % % mm Uster AFIS Maturitate Conţinut de impurităţi Fineţe; IFC Mat Trash/g; Dust/g; VFM mtex % 1/g; 1/g; % Uster AFIS Fire Variaţia numărului CV 100 m % Uster AUTOSORTER3 Variaţia de masă CV 10 mm %; CV b % % Uster TESTER 3 Pilozitate H; S H ; ; CV b % Uster TESTER 3 Imperfecţiuni Thin; Thick; Neps 1/1000 m Uster TESTER 3 Defecte A...I 1/100 km Uster CLASSIMAT 2/3 Proprietăţi tensionale Proprietăţi tensionale H.V. (volum înalt) R H,CV RH E H, CV EH W H, CV WH R H ; CV R H ; E H ; CV EH W H ; CV W H F P= 0.1 ; E H=0.1 cn/tex; %; %; % cn cm; % cn/tex; % %; % cn.cm; % cn; % Uster TENSORAPID 3 Uster TENSOJET Structura normelor statistice USTER Tabelul IX.7.23 Secţia Caracteristicile materiei prime; date tehnologice Forma de prezentare a probei Calitatea fibrelor 100 % CO, HVI Fibre din balot 100 % CO, AFIS Fibre din balot Calitatea 100 % CO, cardat,ut4 Semitort semifabricatelor 100 % CO, pieptănat,ut4 Semitort 100%WO, pieptănat Semitort Calitate fire 100 % CO, cardat, filat pe MFI, pentru tricotaje Pe copsuri 100 % CO, cardat, filat pe MFI, pentru tricotaje Pe bobine 100 % CO, cardat, filat pe MFI, pentru ţesături Pe copsuri 100 % CO, cardat, filat pe MFI, pentru ţesături Pe bobine 100 % CO, pieptănat, filat pe MFI, pentru tricotaje Pe copsuri 100 % CO, pieptănat, filat pe MFI, pentru tricotaje Pe bobine 100 % CO, pieptănat, filat pe MFI, pentru ţesături Pe copsuri 100 % CO, pieptănat, filat pe MFI, pentru ţesături Pe bobine 65/35; 67/33 PES/CO pieptănat, filat pe MFI Pe copsuri 100%CO, fir compact, pieptănat 65/35; 67/33 PES/CO cardat, filat pe MFI Pe copsuri 100 % PES, filat pe MFI Pe copsuri

222 512 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Tabelul IX.7.23 (continuare) % CV, filat pe MFI Pe copsuri 65/35; 67/33 PES/CV, filat pe MFI Pe copsuri 100 % WO, filat pe MFI Pe copsuri 55 /45 PES/WO, filat pe MFI Pe copsuri 100%PAN, filat pe MFI 100 % CO, cardat, filat pe maşini OE rotor Pe bobine OE 50 /50 PES/CO, filat pe maşini OE rotor Pe bobine OE 100 % CV, filat pe maşini OE rotor Pe bobine OE 50 /50 PES/CO, filat cu jet de aer Pe bobine 50 /50 PES/CO, filat cu jet de aer Pe bobine * CO bumbac; PES poliester; CV viscoză; WO lână. Calitatea firelor trebuie raportată la destinaţie; specificaţiile firelor şi cerinţele actuale de calitate trebuie să asigure capacitatea de utilizare a produselor, echilibrul între cerinţele clienţilor şi performanţele în producţie. Impunerea unui nivel Uster superior nu are acoperire dacă cerinţele în procesele ulterioare sunt reduse, iar produsele finale nu necesită funcţii estetice, fiziologice sau tehnice deosebite. Firul trebuie să se încadreze în limitele profilului de calitate impus, cu cheltuieli minime; depăşirile reprezintă costuri de producţie suplimentare, inutile în acest context. Corelaţiile dintre valorile parametrilor de calitate cuprinşi în statistici nu sunt asigurate şi nici relevante, deoarece nu corespund aceleiaşi materii prime; pot fi urmărite, dar sunt nesemnificative. Calitatea produselor testate nu este stabilită prin valorile medii şi varianţă, ccea ce impune acelaşi mod de abordare a rezultatelor măsurărilor efective la utilizarea statisticilor. Garantarea performanţei impune analiza tuturor factorilor tehnici şi economici asociaţi: efectul materiei prime, funcţionarea maşinilor, condiţiile ambientale şi calificarea muncitorilor. USTER R STATISTICS se utilizează ca termen de comparaţie numai în cazul în care testarea produselor a fost realizată pe sistemele de măsurare pentru care a fost creată banca de date; în cazul în care datele asupra parametrilor de calitate au fost obţinute cu alte mijloace de măsurare, comparaţia conduce la interpretări eronate. USTER R STATISTICS, subliniate ca fiind provizorii, au fost realizate prin prelucrarea unei baze de date mai mici decât 100 de eşantioane (întreprinderi). USTER R STATISTICS sunt elaborate sub forma unor nomograme care redau într-un sistem de axe rectangular (abscisă: fineţea firului/lungimea stapel; ordonată: parametrul calitativ /categoria defectului) frecvenţa de regăsire a unei valori experimentale în producţia mondială pentru o anumită categorie tehnologică (Nivel Mondial, se exprimă ca frecvenţă cumulată: 5%; 25 %; 50%; 75% şi 95 %). Pentru exemplificare se prezintă nomograme pentru încadrarea principalelor caracteristici fizice şi mecanice ale fibrelor, semifabricatelor şi firelor în nivelurile de calitate (conform tabelului IX.7.23, fig. IX.7.93-IX.7.105): nivelul de calitate mondial 5% indică faptul că 5% din toate firele realizate din 100% bumbac au parametrul calitativ considerat la valoarea identificată prin această izofrecvenţă; echivalent, 95% din producţia mondială a firului testat / a materiei prime testate interfazic, este realizată la valoarea identificată (din nomogramă) a parametrului calitativ; nivelul de calitate mondial 5% trebuie interpretat însă şi ca un nivel al parametrilor calitativi la care se impun preţuri mari; echivalent, nivelul de calitate mondial 95% reflectă preţuri atractive şi o calitate potrivită a produsului pentru vânzări; performanţa în filare este echivalentă cu obţinerea unui nivel de calitate acceptabil, din cele mai ieftine fibre.

223 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 513 Fig. IX Calitatea fibrelor de bumbac brut relevată prin teste Uster R HVI.

224 514 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig

225 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 515 Fig. IX Calitatea fibrelor de bumbac brut relevată prin teste Uster R AFIS. Fig. IX.7.95.

226 516 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Calitatea fibrelor de bumbac procesat în niveluri US-2001/AFIS Pro: A fibre din balot; B fibre din semifabricatul alimentat la cardă; C fibre din banda cardată; F fibre din banda laminată; G fibre din semitort. Fig. IX Calitatea firelor de bumbac cardat (100%) destinate ţesăturilor. Variaţia numărului, CV b % (Uster AUTOSORTER); variaţia de masă CV 10 mm %; frecvenţa imperfecţiunilor (S, G, N).

227 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 517 Fig. IX Calitatea firelor de bumbac cardat (100%) destinate tricoturilor. Variaţia numărului, CVb% (Uster AUTOSORTER); variaţia de masă CV 10mm %; frecvenţa imperfecţiunilor (S, G, N). Fig. IX.7.98.

228 518 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Calitatea firelor de bumbac cardat 100% pentru tricotaje, relevată prin testarea cu UT4. Fig. IX Calitatea firelor de bumbac cardat 100% pentru ţesături, relevată prin testarea cu UT4.

229 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 519 Fig. IX Pilozitatea firelor cardate din bumbac 100% (pentru tricotaje, înainte şi după operaţia de bobinare). Fig. IX

230 520 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Pilozitatea firelor cardate din bumbac 100% (pentru ţesături, înainte şi după operaţia de bobinare). Fig. IX

231 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 521 Fig. IX Niveluri de calitate ale firelor cardate din bumbac 100% (pentru ţesături) stabilite prin testarea proprietăţilor tensionale (Uster TENSORAPID). Fig. IX

232 522 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Niveluri de calitate ale firelor cardate din bumbac 100% (pentru ţesături) stabilite prin testarea proprietăţilor tensionale (Uster TENSOJET). Fig. IX

233 Sisteme automate pentru controlul produselor şi proceselor 523 Fig. IX Calitate fire din 100% bumbac cardat, filat pe maşini de filat cu inele (fir pe copsuri); proprietăţi tensionale determinate pe Uster R TENSORAPID. Fig. IX.7.105

234 524 MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST METROLOGIE TEXTILĂ Fig. IX Calitate fire din 100 % bumbac cardat, filat pe maşini de filat cu inele (fir pe copsuri); proprietăţi tensionale determinate pe Uster R TENSOJET.