1.6.1.1. Các đặc trưng cơ học của xơ và sợi khi kéo giãn nửa chu trình phá hủy mẫu Độ bền tuyệt đối (Pd): Còn gọi là độ bền kéo đứt hoặc tải trọng đứt – Là lực
lớn nhất giữ vật liệu cho đến khi vật liệu bị đứt. Pd được tính theo các đơn vị mN,
cN, N, glực, kglực,…
Độ bền tương đối P0: Là quan hệ giữa độ bền tuyệt đối Pd với độ nhỏ T của xơ hoặc sợi, tính bằng cơng thức:
P0 =Pd T( glực tex ; glực.Km g ; cN tex) (1.2) P 0 L L1
Trong đó: Pd là độ bền tuyệt đối hay tải trọng đứt (Lựclớn nhất mà xơ sợi chịu
đựng đượckhi bị phá hủy (đơn vị: cN)
T: độ nhỏ xơ sợi (tex).
Đơn vị của P0 là: cN/Tex; mN/Tex; glực/Tex; kglực/Tex, …
P0 là khả năng chịu lực kéo giãn của xơ sợi tới khi bị phá hủy tính cho một đơn vị độ mảnh của xơ, sợi.
Giá trị P0 của loại vật liệu nào lớn thì khả năng chịu lực kéo giãn của loại vật liệu đó lớn hơn.
Ứng lực đứt (σd): đặc trưng bằng độ bền tuyệt đối Pd tính trên một đơn vị diện tích S của mẫu, theo cơng thức:
σd = Pd S (
Kglực mm2; da.N
mm2) (1.3)
Trong đó: σdlà độ bền vật liệu tính cho một đơn vị tiết diện ngang. S: diện tích mặt cắt ngang của mẫu (m2, mm2)
Hoặc theo công thức: σd = Pd.L.γ
G = Pd.N.𝛾𝛾 [Kglực mm2 ; da.N
mm2] (1.4) Trong đó: σdlà độ bền vật liệu tính cho một đơn vị tiết diện ngang.
G: khối lượng của vật liệu (mg) L: chiều dài của vật liệu (mm) N: chi số của vật liệu
𝛾𝛾: khối lượng riêng (mg/mm3)
Chiều dài đứt Ld: Là chiều dài mà khối lượng vật liệu tương ứng với tải trọng
đứt của mẫu thử (km). Chiều dài đứt Ld xác định theo công thức:
Ld = Pd.L
G [kglực.mm/g] (1.5)
Trong đó: Pd – Là độ bền đứt (kglực)
G: khối lượng của vật liệu (g) L: chiều dài của vật liệu (mm)
Chiều dài đứt là chiều dài khi treo một đầu xơ hoặc sợi lúc đó mẫu (xơ và sợi) sẽ bị đứt dưới tác dụng của khối lượng bản thân.
Độ giãn đứt: Đặc trưng bằng độ giãn toàn phần tuyệt đối (ld) là độ tăng chiều dài mẫu (xơ hoặc sợi) lúc kéo căng cho đến khi bị phá hủy (đứt). tính theo cơngthức:
ld = LK – L0 [mm] (1.6)
Trong đó: L0 là độ dài ban đầu của mẫu (trước khi kéo giãn) [đơn vị: mm]
LK là độ dài mẫu khi đứt [đơn vị: mm]
Cịn xác định độ giãn đứt tồn phần tương đối (𝜀𝜀𝑑𝑑): Thể hiện khả năng giãn của mẫu cho tới khi bị phá hủy tính bằng % so với chiều dài mẫu lúc đầu, tính theo cơng thức:
εd = ld
l0 . 100 [%] = LK− L0
L0 . 100 [%] (1.7)
1.6.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến các đặc trưng khi kéo giãn nửa chu trình phá hủy mẫu
+ Điều kiện nhiệt độ: Khi kéo giãn xơ sợi mà tăng nhiệt độ thì xơ sợi sẽ giảm
độ bền và độ giãn. Khi giảm nhiệt độ, độ bền tăng còn độ giãn giảm.
+ Độ ẩm: Khi độ ẩm tăng, các xơ và sợi sẽ bị giảm bền do các phân tử hơi nước
thấm dần vào bên trong làm yếu đi liên kết giữa các phân tử cấu tạo nên xơ sợi.
+ Tốc độ kéo giãn: Khi tăng tốc độ kéo giãn dẫn đến tăng độ bền của vật liệu, còn độ giãn giảm. Khi tốc độ kéo giãn nhỏ sẽ nhận được kết quả ngược lại.
+Chiều dài mẫu: Khi tốc độ kéo giãn khơng đổi, mẫu thử có chiều dài lớn hơn
cần thời gian kéo đứt nhiều hơn nên đạt được độ bền nhỏ hơn và độ giãn lớn hơn so với mẫu thử ngắn. Mặt khác mẫu càng dài thì xuất hiện càng nhiều vị trí xung yếu (khuyết tật) trong cấu tạo cũng như trên bề mặt mẫu, do đó mẫu càng dễ đứt.
+Phương pháp giữ mẫu:Dùng phương pháp tạo thành nút sợi ở giữa đoạn mẫu thử; hoặc dùng hai sợi thí nghiệm tạo thành vịng mắc vào nhau rồi kẹp hai đầu sợi của từng sợi một vào trong cặp của máy thử độ bền. Kết quả thí nghiệm theo phương pháp này thường kém chính xác và các đặc trưng kéo đứt nhận được thường
giảm nhiều so với phương pháp thông thường.
+ Sức căng ban đầu: Là sức căng ban đầu của mẫu khi mắc vào hàm kẹp. Xơ sợi dệt bình thường khơng nằm duỗi thẳng. Mẫu có sức căng ban đầu thấp có chiều dài ngắn, độ bền tăng. Cịn mẫu có sức căng ban đầu cao làm cho vật liệu ở trạng
1.6.1.3. Các máy thử kéo nửa chu trình
Theo cấu trúc các máy thử kéo nửa chu trình chia làm 3 nhóm:
Nhóm 1: Những máy thử kéo với tốc độ di chuyển của kẹp dưới không đổi. Những máy này sử dụng con lắc, hoặc bộ đo lực bằng lò xo. Máy thử kiểu con lắc thường trang bị thêm bộ phận đo biến dạng của mẫu. Máy có bộ biến tốc để điều chỉnh và chọn tốc độ kéo theo yêu cầu.
Nhược điểm: Chọn tốc độ kéo thích hợp cho từng loại vật liệu, chịu ảnh hưởng quán tính của con lắc đo lực nên trong lúc thử kéo mẫu lực tăng khơng điều hịa mà theo kiểu bậc thang. Tốc độ di chuyển của kẹp trên hoàn toàn lệ thuộc vào vật liệu thử khơng thể khống chế được.
Nhóm 2: Những máy thử kéo tạo tốc độ tăng lực khơng đổi trong q trình thử, lực kéo tăng tỷ lệ thuận với thời gian
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑 =𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑑𝑑 (1.8)
Máy thử kéo vải của hãng Scott (Mỹ)
Máy sử dụng quả nặng 32 kg.Quả tạ sẽ tạo ra lực kéo khi trượt trên mặt phẳng
nghiêng.Mẫu vải được mắc giữa 2 hàm kẹp. Có thể thay đổi khoảng cách giữa hai
kẹp từ 150 đến 330 mm. Mẫu vải có thể bị kéo giãn đến đứt. Tốc độ kéo không đổi và lực kéo được chỉ rõ trên máy.
Nhóm 3: Những máy thử kéo với tốc độ kéo giãn không đổi. Độ kéo giãn mẫu luôn tỷ lệ thuận với thời gian:
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑=𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑑𝑑 (1.9)
Theo nguyên lý này kẹp dưới di chuyển dưới sự điều khiển của một trục vít
quay với tốc độ không đổi. Khi kẹp dưới di chuyển với tốc độ tăng dần, độ giãn
mẫu không đổikhông đổi. Máy gồm hai bộ phận chính: Bộ phận thử và bộ phận ghi
kết quả, vẽ biểu đồ, điều chỉnh lực. Các máy thử kéo được trang bị tự động như mắc
mẫu vào kẹp, thực hiện phép thử,tính tốn xử lý các kết quả đo [3]
1.6.2. Kéo giãn 1 chu trình khơng phá hủy mẫu đối với xơ và sợi
* Mơ tả thí nghiệm: Một đoạn sợi có chiều dài ban đầu là L0. Đặt trên một đầu đoạn sợi 1 lực P (với P << Pd). Quan sát trong một thời gian:
+ Tại thời điểm t = t1: chiều dài của sợi L1> L0
+ Bỏ lực P ra: sợi co về một đoạn có chiều dài L2 với L0< L2< L1.
+ Để sợi ở trạng thái nghỉ ngơi trong thời gian t = t2: chiều dài sợi sẽ trở về L3 với L0< L3< L2