T NYÍRÁSI TULAJDONSÁGAINAK MEGHATÁROZÁSA ÉS ELEMZÉSEpt.bme.hu/.../H29_J28_Szakdolgozat_Farkas_2013.pdf · 2015-07-10 · Farkas Balázs 3 NYILATKOZAT a szakdolgozat beadásához

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM

GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR

POLIMERTECHNIKA TANSZÉK

TEXTÍLIÁK NYÍRÁSI TULAJDONSÁGAINAK MEGHATÁROZÁSA

ÉS ELEMZÉSE

SZAKDOLGOZAT

FARKAS BALÁZS

TÉMAVEZETŐ:

MOLNÁR KOLOS

KONZULENS:

DR. HALÁSZ MARIANNA

2013

Farkas Balázs

2

Farkas Balázs

3

NYILATKOZAT

a

szakdolgozat beadásához

Alulírott Farkas Balázs, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Gépészmérnöki Karának gépészmérnök alapszakos végzős hallgatója nyilatkozom, hogy a

„Textíliák nyírási tulajdonságainak meghatározása és elemzése” címmel 2013 évben írt és

bírálatra valamint védésre beadott dolgozatom saját munkám eredménye, amelynek

elkészítése során a felhasznált irodalmat a szerzői jogi szabályoknak megfelelően kezeltem (a

szükséges hivatkozásokat, valamint az ábrák hivatkozását megfelelően helyeztem el).

Budapest, 201. …...................…hónap………….nap.

……………………………………..

A hallgató aláírása (Neptun kód)

Farkas Balázs

4

Farkas Balázs

5

TARTALOMJEGYZÉK

JELÖLÉSEK ÉS RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKE .................................................................................. 7

1. BEVEZETÉS ÉS CÉLKITŰZÉS ................................................................................................. 9

2. SZAKIRODALOMI ÁTTEKINTÉS ......................................................................................... 10

2.1. SZÖVETEK ÁLTALÁNOS JELLEMZŐI ....................................................................................... 10

2.1.1. Műszaki textíliák bemutatása .......................................................................................... 12

2.2. MŰSZAKI SZÖVETEK ALAPANYAGAI ..................................................................................... 13

2.2.1. Az üvegszál ...................................................................................................................... 14

2.2.2. A szénszál ........................................................................................................................ 14

2.2.3. Az aramidszál .................................................................................................................. 14

2.2.4. A poliészterszál ................................................................................................................ 15

2.3. A SZÖVETEK SZERKEZETI FELÉPÍTÉSE ................................................................................... 15

2.3.1. Sodrat .............................................................................................................................. 15

2.3.2. Kötésmód ......................................................................................................................... 16

2.4. A SZÖVETEK MECHANIKAI TULAJDONSÁGAI ......................................................................... 17

2.4.1. Szövetek nyíró vizsgálata ................................................................................................. 17

2.4.2. A fonalkihúzás vizsgálata ................................................................................................ 22

2.4.3. Új, kombinált vizsgáló berendezés .................................................................................. 24

2.5. A SZAKIRODALOM KRITIKAI ELEMZÉSE, CÉLKITŰZÉS ........................................................... 25

3. FELHASZNÁLT ANYAGOK ÉS BERENDEZÉSEK ............................................................ 27

3.1. VIZSGÁLATI ANYAGOK ......................................................................................................... 27

3.2. A VIZSGÁLATOKHOZ FELHASZNÁLT BERENDEZÉSEK ............................................................ 29

4. VIZSGÁLATI EREDMÉNYEK BEMUTATÁSA ÉS ELEMZÉSÜK ................................... 36

4.1. NYÍRÓVIZSGÁLATOK ............................................................................................................ 36

4.1.1. Befogási szög hatásának vizsgálata üveg- és PES szövetnél ........................................... 36

4.1.2. Keresztirányú előterhelés nyíróerőre gyakorolt hatásának a vizsgálata ........................ 45

4.1.3. Molnár-féle nyíróbefogóval és átlósirányú húzással végzett nyírás összehasonlítása .... 49

4.2. FONALKIHÚZÁS VIZSGÁLATA ................................................................................................ 53

4.2.1. Fonalak érintkezési ívéhez tartozó középponti szög meghatározása ............................... 53

4.2.2. Fonalkihúzási vizsgálat a Molnár-féle nyíróbefogó segítségével .................................... 55

4.2.3. Súrlódási tényezők meghatározása .................................................................................. 58

5. ÖSSZEFOGLALÁS .................................................................................................................... 60

6. IRODALOMJEGYZÉK ............................................................................................................. 63

Farkas Balázs

6

Farkas Balázs

7

JELÖLÉSEK ÉS RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKE

Rövidítések

PVC Polivinil-klorid

HOPE Highly Oriented Poliethylen (nagy orientáltságú

polietilén)

KES-FB Kawabata Evaluation System for Fabrics (Kawabata

kelmeelemző rendszer)

KES-FB1 A KES rendszer húzó- és nyíró berendezése

FAST Fabric Assurance by Simple Testing

(Kelmetulajdonságokat vizsgáló egyszerűsített

mérőrendszer)

PP Polipropilén

PES Poliészter

P465 A vizsgálatokhoz használt poliészter szövet jelölése

U250 A vizsgálatokhoz használt üveg szövet jelölése

Farkas Balázs

8

Jelölések

Φ [°] Nyírási szög a KES-FB rendszerben

G [N/m/°] Fajlagos nyírómerevség a KES-FB rendszerben

2HG [N/m] Nyíró hiszterézis magasság ±0,5°-os nyírási

alakváltozásnál a KES-FB rendszerben

2HG5 [N/m] Nyíró hiszterézis magasság ±5°-os nyírási alakváltozásnál

a KES-FB rendszerben

Δx [mm] A Molnár-féle nyíróbefogó előfeszítő rugójának

hosszváltozása

Y0 [mm] A Molnár-féle nyíróbefogóba befogott minta eredeti

szélességének a fele (= oldalirányú elmozdulásra képes

oldalsó befogók eredeti távolsága)

Y1 [mm] A Molnár-féle nyíróbefogó szélső befogásainak a

megváltozott távolsága (= oldalirányú elmozdulásra képes

oldalsó befogók megváltozott távolsága)

α [rad] Lánc- és vetülékfonal érintkezési ívének középponti szöge

e [-] Euler-szám, matematikai állandó, értéke közelítőleg

2,7183

μ [-] Fonalak közötti súrlódási tényező

Farkas Balázs

9

1. Bevezetés és célkitűzés

A különböző szöveteket és kelméket egyre elterjedtebben használják műszaki

területeken kiváló alakíthatóságuknak és kedvező mechanikai tulajdonságaiknak

köszönhetően. A szőtt kelméket, azaz szöveteket hőre lágyuló és a hőre keményedő polimerek

kíséretében egyaránt szívesen alkalmazzák erősítőanyagként kompozit struktúrákban. A

felismerés, mely szerint a szálerősítésű polimer kompozit anyagok nagy szilárdsággal, nagy

szívóssággal és kis fajlagos tömeggel rendelkeznek megnyitotta az utat a széleskörű ipari

alkalmazásuknak. Elsőként főleg az üvegszálból készült erősítőanyagok terjedtek el, később a

szénszál, az aramid és a bazalt is teret hódított. Kompozit anyagok szerkezeti anyagként

történő alkalmazása megkövetelte, hogy egyre összetettebb geometriájú darabokat tudjanak

létrehozni [1].

Nagyon sokszínű kínálat áll rendelkezésre az erősítőszövetek területén, ezért

számszerűsíthető adatokra, mérhető tulajdonságokra van szükség, melyek az összehasonlítást

és a megfelelő kiválasztást lehetővé teszik, segítik.

A kompozit anyagok viselkedésének modellezésében és optimalizálásában igen nagy

szerepet játszik az erősítő textíliák alapvető mechanikai tulajdonságainak az ismerete. A

sporteszközökhöz, sporttáskákhoz, sátorponyvákhoz, vitorlákhoz gyakran használatos

poliészter szövet tulajdonságait is fontos ismerni, például teherbírás, illetve várható élettartam

becslés szempontjából. Nagyon fontos mechanikai tulajdonságok például a nyíró

igénybevételre és a szálkihúzásra adott válaszfüggvény, valamint a hajlítással és az

összenyomással szemben tanúsított ellenállás.

Szakdolgozatomban a nyírási tulajdonságokat vizsgáltam a létező hagyományos

módszerek mellett, egy újfajta, egyedülálló készülékkel is [2]. A készülék segítségével a

fonalkihúzás vizsgálatára is lehetőség van, amelynek segítségével a fonalak közötti súrlódási

kapcsolat tanulmányozható.

Összehasonlítottam a hagyományos és az új vizsgálati eszközzel mért nyírási

eredményeket, próbára téve ezzel az új mérőberendezést, és magát a mérési eljárást is.

Farkas Balázs

10

2. Szakirodalomi áttekintés

Ez a fejezet mutatja be a szőtt textíliák alapanyagait, fajtáit és szerkezeti felépítését,

továbbá a szőtt textíliák főbb mechanika tulajdonságainak megállapítására használt mérési

eljárásokkal foglalkozó szakirodalmat.

2.1. Szövetek általános jellemzői

A szövetek olyan lapszerű kelmeszerkezetek, amelyeket fonalakból vagy fonalszerű

szerkezetekből állítanak elő szövési technológiával. A fonalak keresztezésével ily módon

létrehozott struktúrákra jellemző, hogy felületi területük jelentős az egész szerkezet

vastagságához képest [1]. Az elemi szálakra jellemző a rugalmasságuk, továbbá az

átmérőjükhöz viszonyított nagy szálhosszúságuk. Ez a viszonyszám általában nagyobb 100-

nál. A kompozit anyagokban használt elemi szálak átmérője többnyire 5 m és 50 m közötti.

Fontos ismérvük a textíliáknak továbbá a hierarchikus felépítésük: mikroszkopikus szinten az

elemi szálak találhatóak, (2) makroszkopikus szinten az elemi szálak összességéből álló

fonalak és maga a szövet látható. Mindegyik szintre jellemző egy karakterisztikus

mérettartomány, amely szálaknál a 0,01 mm körüli átmérő, fonalaknál a 0,5-10 mm közötti

átmérő, textíliáról és textilstruktúrákról pedig általában 0,1-10 m-es és ennél nagyobb

mérettartományok esetében beszélhetünk. Fontos ismérve még egy-egy szintnek a kiterjedési

dimenzió száma. Elemi szálaknál és fonalaknál ez jellemzően egy, szöveteknél és egyéb

struktúráknál kettő vagy három [3, 4].

A szálak geometriája is igen különböző, mikroszkópos képeik nagyon változatosak.

Ennek köszönhetően a szálak többségéről egyszerű szemrevételezéssel megállapítható, hogy

milyen alapanyagból van és ezen felül következtetni lehet a feldolgozhatóságra, fonhatóságra

is. Például a pamutszálaknál a csavart szerkezet, a gyapjúszálaknál pedig a pikkelyes felület

növeli a szálak közötti súrlódást, tehát ezek a szálfajták jól és könnyen fonhatók [5]. Az 1.

ábra néhány jellegzetes szálfajta vázlatos mikroszkópi képét mutatja.

Farkas Balázs

11

1. ábra: Szálak vázlatos mikroszkópi képe [5]

A szövetek szerkezetének jellegzetessége, hogy szálak sokaságából áll. A polimer

szálaknak nagy a húzószilárdságuk, mivel morfológiai szerkezetük a hossztengelyükkel

párhuzamosan elhelyezkedő lineáris óriásmolekulákból, polimermolekulákból épül fel,. Az

elemi szálak szilárdságán túl, a szálak mobilitásából és a nem összefüggő szerkezetből

adódóan a szálak összességéből álló speciális makroszerkezet olyan, hogy megakadályozza a

repedésterjedést az igénybevétel koncentrálódásának helyén, és ez által megbízható

szilárdságot ad a szövetnek. A szálgyártási technológiák fejlődésének köszönhetően a

láncmolekulák egyre nagyobb orientációja hozható létre, ami egyre nagyobb szilárdságú

szálak, fonalak gyártását teszi lehetővé [1, 5].

A szőtt szerkezeteket számos iparág nyersanyagként és szerkezeti elemként használja

fel, hiszen könnyű formálhatóságuknak köszönhetően bonyolult geometriák is létrehozhatóak

belőlük. Rendkívül sokrétű a textíliák alkalmazása a ruházati és a lakásdekorációs célokon túl

is, használják többek között a járműiparban (légzsákok, kárpitok, üléshuzat stb.), a

gyógyászatban (steril kendők, védőruhák, kötözőszerek), sporteszközökhöz (hajóvitorla,

siklóernyők, hőlégballonok, sátrak stb.), továbbá kompozit termékekben, beágyazott

erősítőanyagként [4].

Farkas Balázs

12

2.1.1. Műszaki textíliák bemutatása

Több kategorizálási sémát is javasoltak a textíliák csoportosítására, az egyik ilyen a

Techtextil, a piacvezető nemzetközi technikai textília kiállítás által előterjesztett, amely

szerint a textíliákat alkalmazási területnek megfelelően 12 fő csoportba érdemes sorolni [4]:

agrotech: mezőgazdasági, erdészeti

buildtech: építőipari alkalmazások

clothtech: ruházat, vagy lábbelik technikai részei

geotech: geotextiliák, környezeti alkalmazások

hometech: lakberendezés, függönyök, szőnyegek

indutech: szűrők, tisztítás, és egyéb ipari alkalmazások

medtech: orvosi alkalmazás

mobiltech: közlekedési eszközök, autók, hajók

oekotech: környezetvédelem

packtech: csomagolástechnika

protech: személy és vagyonvédelem

sporttech: sport és szabadidő

A Textil Intézet (Textile Institute) által megfogalmazott definíció [4] alapján az olyan

textilanyagok és termékek nevezhetőek műszaki textíliáknak, melyeknél a gyártás során a fő

cél, hogy minél jobb műszaki tulajdonságokkal rendelkezzenek. Nem elsődleges szempont

ezeknél az anyagoknál sem az esztétikus megjelenés, sem a dekoratív jelleg.

Különbséget tesznek ugyanakkor a műszaki textília és az ipari textília kifejezés között.

Lényegesek a különbségek, bár sok évig egybemosódott és nem különült el ez a két

megnevezés, ugyanis minden olyan textíliát, amely nem ruházati, vagy háztartási célokra

készült, ipari textíliának neveztek. Ez a csoportosítás egyre kevésbé bizonyult megfelelőnek,

miután elkezdtek kifejleszteni textíliákat különböző orvosi, higiéniai, mezőgazdasági,

sportterületi alkalmazásokra. Ezek világosan nem ipari alkalmazási területek voltak.

Sokkal inkább a műszaki textíliák egy alcsoportjának tekintik most már az ipari

textíliákat (szűrők, szállítószalagok, géptakarók), hiszen tulajdonképpen ez is egy műszaki

alkalmazási terület. Ez a meghatározás azonban még mindig nem elegendően pontos.

Ezeken felül természetesen még sokfajta jelzővel illetik a textíliákat, mint például:

nagyteljesítményű (high-tech textiles), mérnöki (engineered textiles), és funkcionális textíliák,

ám ezek a megnevezések sem elegendően precízek.

Farkas Balázs

13

2.2. Műszaki szövetek alapanyagai

Általában két alaptípust különböztetnek meg a szálasanyagok területén: a természetes

szálakat és a mesterséges szálakat (2. ábra).

Természetes szálak megtalálhatóak a természetben, közvetlenül szálformában,

növényekben, állatokban, állatok bőrében vagy valamilyen ásványként. A növényi eredetű

szálak magszálak vagy rostok. A rostok lehetnek szerkezeti rostok, levélrostok,

keményrostok, gyümölcsrostok, háncsrostok vagy termésrostok. Az állati eredetű szálak két

alcsoportra oszthatóak: szőrökre és mirigyváladékokra.

A mesterséges szálakat vegyi és fizikai eljárásokkal állítják elő. Kiindulási polimerjeik

egyaránt lehetnek a természetben is előforduló ún. természetes polimerek, vagy

mesterségesen előállított polimerek. Mind a mesterséges, mind a természetes szálak szerves és

szervetlen csoportra oszthatóak [5].

2. ábra: Textilalapanyagok csoportosítása [6]

Farkas Balázs

14

A továbbiakban azokat az alapanyagokat mutatom be, amelyeket műszaki területeken

is széles körben alkalmaznak.

2.2.1. Az üvegszál

A szilikátok családjába tartozó üvegszálat igen széles körben alkalmazzák szerkezeti

anyagként, a kompozit erősítőszövetek egyik legelterjedtebb alapanyaga. Az üveg a

polimerekhez közel álló anyag, mivel a benne lévő oxidok egyetlen óriásmolekulává

egyesülnek, melyekben a nagy energiát képviselő ionos- és kovalens kötések dominálnak.

Ennek köszönhetően nagyon nagy szilárdságú szálak húzhatóak üveg ömledékből, megfelelő

szálképző fej segítségével 103 nagyságrendű elemi szálból álló köteg, úgynevezett roving

állítható elő. Az elemi szálak átmérője jellemzően 10 m körüli [8].

2.2.2. A szénszál

A szénből készült erősítőszálak jó műszaki tulajdonságait a szén-szén kötések

szilárdsága biztosítja. Egyre elterjedtebben használják kompozit-erősítő szövetként. A

rendkívüli szilárdságot és az ezzel együtt járó nagy moduluszt használják ki a szénszálakkal

erősített kompozit anyagokban. A szénszálgyártás kiinduló anyaga (prekurzor) többféle

polimer lehet, lényeges megkövetelt tulajdonsága az, hogy úgy lehessen elszenesíteni, hogy

közben ne olvadjon meg és ne égjen el, hanem a kívánt szerkezetté alakuljon át. A kész

szénszálakra jellemző átmérő 7-8 m, az elemi szálakat tartalmazó köteg mintegy 4x104 elemi

szálat tartalmaz [8].

2.2.3. Az aramidszál

Az aromás poliamidok különleges szerkezettel rendelkeznek, ezért nagy a szilárdságuk

és jó a hőállóságuk. A para-kötéssel kapcsolódó aromás poliamid szálak (Kevlar, Twaron,

Technora) rendkívüli mechanikai tulajdonságaiknak köszönhetően vetekszenek a legjobb

acélokkal (Jellemzői: 3000 MPa fölött szakítószilárdság, 60–120 GPa közötti húzó modulusz

és mindössze 1,44 g/cm3 sűrűség). Nagyfokú orientálásnak köszönhetően nyerik el nagy

szilárdságukat. Jó szívósságuknak, és nagy ütésállóságuknak köszönhetően speciális

területeken is alkalmazzák őket, ismert példa a golyóálló mellény [8]. Az elemi szálak átlagos

átmérője para-aramid esetében 10 m. Fonalakat 200-4000 elemi szálból építenek fel [3].

Farkas Balázs

15

2.2.4. A poliészterszál

A szintetikus textil alapanyagok közül, a poliészternek igen jelentős a műszaki

alkalmazása. PVC-vel kenve, hőre lágyuló kompozit ponyvát készítenek belőle, melyeket

főleg az építőiparban használnak könnyűszerkezetes tetőszerkezetként, továbbá

sátoranyagként. A poliészter, a kristályos, hőre lágyuló polimerekhez tartozik, szerkezete

hajtogatott láncmolekulából épül fel [8, 9].

2.3. A szövetek szerkezeti felépítése

A síkszövésnél hagyományos esetben két, egymásra merőleges fonalrendszer

keresztezésével állítják elő magát a szövetet. Multiaxiális szöveteknél eltérések vannak ehhez

képest. A láncfonalak a szövet hosszirányában helyezkednek el, azaz a gyártási irányban, az

erre az irányra merőlegesen elhelyezkedő fonalakat vetülékfonalnak hívják. Egy szövet két fő

jellemzője a szövetet felépítő fonalak tulajdonságai és szerkezete (sodrat), valamint a szövetet

alkotó fonalak kötési rendszere (kötésmód) [6, 1].

2.3.1. Sodrat

A fonal tulajdonképpen folytonos, lineáris szerkezetté rendezett, textilszerű

jellemzőkkel rendelkező szálak összessége. A textilszerű jellemzők elsősorban kiváló

hajlékonyságot és jó húzószilárdságot takarnak. A fonalak felépülhetnek végtelen hosszúságú

filamentekből, vagy véges hosszúságú elemi szálakból. Ezen elemi szálak, vagy filamentek

között valamilyen módon biztosítani kell az összetartást, és meg kell akadályozni a

szétcsúszást, hogy jól használható fonalat kapjunk. Ezt általában sodrással oldják meg, ezért a

fonalak fontos szerkezeti jellemzője a sodrat. Kettő, vagy több fonal szintén összesodorható,

sőt az így kapott cérnák is ismét tovább egyesíthetők és összesodorhatóak. A fonalak későbbi

tulajdonságait alapvetően meghatározzák az elemi szálak vagy filamentek tulajdonságai [10].

A sodrásból következően az elemi szálak csavarvonalszerűen helyezkednek el a

fonalban, ennek a csavarvonalnak az iránya a sodratirány. Két sodratirány létezik, S és Z

irány.

Farkas Balázs

16

Ha a függőleges helyzetben tartott fonal elemi szálai a Z betű középső vonalával

állnak azonos irányban, akkor Z sodratú fonálról lehet beszélni, ha az S betű középső vonalára

illeszthetőek, akkor S sodratú a fonal [10]. A 3. ábra szemlélteti a sodratirányokat.

3. ábra: „S” és „Z” irányú sodrat és az összetett fonal [11]

2.3.2. Kötésmód

A szövetek közötti alapvető, látható különbség adódik a kötésmintából. Rendkívül sok

különböző kötésminta létezik, ám ezek általában visszavezethetőek három alapkötésre,

valamint ezek kombinációjára. Ezek az alapkötések a vászon, a sávoly és az atlasz (4. ábra).

Jellegzetességük, hogy mintaelemük négyzetes, vagyis a mintaelemet alkotó lánc- és

vetülékfonalak száma azonos, továbbá a mintaelemen belül minden lánc- és vetülékfonal csak

kétszer változtathatja meg a helyzetét a textília fonák- és a szín oldala között, vagyis a

kereszteződési számuk kettő. A mintaelem minden egyes lánc- illetve vetülékfonala más

vetülékfonalon, illetve láncfonalon kereszteződik [6].

4. ábra: Alap kötésminták [6]

Farkas Balázs

17

2.4. A szövetek mechanikai tulajdonságai

A textilanyagok vizsgálata az utóbbi időkben egyre fontosabbá vált, a textíliákkal

szemben támasztott egyre növekvő igények következményeként. Egyre több hozzáértő,

szaktudással rendelkező cég rendel speciális mechanikai tulajdonságokkal és viselkedéssel

bíró textíliákat, ami viszont szükségessé teszi a textilanyagok tulajdonságainak minél jobb

megértését. A textíliák vizsgálatának célja a nyersanyag, a gyártás és a termék minőségének

az irányítása. A minél objektívebb, ugyanakkor minél kevésbé szubjektív mérce létrehozása

kiemelkedő fontosságú [7].

A szövetek mechanikai vizsgálatára léteznek univerzális berendezésekkel

végrehajtható mérési eljárások. Vannak azonban speciálisan kelmék vizsgálatára kifejlesztett

eszközök is, ezek közt a legjelentősebb a Kawabata kelmeelemző (KES-FB) mérőrendszer.

Ezt eredetileg a szőtt textíliák fogásának (tapintásának) objektív vizsgálatára fejlesztette ki

Kawabata. Elvégezhető vele a kelmék hajlító-, nyíró-, nyomó- és húzóvizsgálata továbbá

vizsgálható vele a szövet súrlódása és felületi egyenetlensége [12].

2.4.1. Szövetek nyíró vizsgálata

Fontos a nyírási tulajdonságokat ismerni, ugyanis a kétszeresen görbült felületek

befedésénél a hajlítás mellett a nyírás a legszámottevőbb deformáció [15]. A szövetek nyírási

tulajdonságainak a meghatározásához leggyakrabban használt módszerek az átlós irányú

húzóvizsgálat és a keretes vizsgálat. Fontos mérni eközben a nyírási szöget, vagyis a lánc- és

a vetülékfonal által bezárt szög nagyságának a változását, hiszen ennek függvényében kell az

erőt a mérés során rögzíteni. A nyírási szög meghatározásához egyre elterjedtebben

használnak képfeldolgozáson alapuló módszereket [17, 18].

A szőtt textíliák általános nyíróvizsgálatra adott válaszfüggvénye három részre

(5. ábra) osztható [22]. A legelső szakasz a rugalmas nyírási forgás. Ezt követően a fonalak

elkezdenek forogni, ezt elsősorban a súrlódási erő akadályozza, a forgás szöge egyre

nagyobbá válik. Itt már következtetni lehet arra, hogy a rögzülés, vagy más néven zárás

szakasza fog következni. Végül a szövet rögzül, és hirtelen megnő a nyírófeszültség a szőtt

textílián belül.

Farkas Balázs

18

A Kawabata kelmeelemző (6. ábra) KES-FB1 berendezése a kelmék mechanikai

tulajdonságát határozza meg nyíró vagy húzó terhelésnél. A nyíróvizsgálathoz a befogott

mintát 20 N nagyságú húzóerővel előfeszítik. Ezt a húzó terhelést állandó értéken kell tartani,

hogy tiszta nyírás lépjen fel, ezért az egyik befogó egy hengeren van. Ennek a hengernek a

forgatásával el lehet érni, hogy állandó legyen a szövetben fellépő húzás nagysága. A másik

befogót egy motor mozgatja párhuzamosan a hengeres befogással, ennek következtében a

mintát nyíró igénybevétel terheli. Mikor a Φ nyírási szög eléri a +8°-ot, a befogó visszafelé

kezd el mozogni Φ = -8°-os szögig. A ciklusnak a 0° alatti szakaszában a szövetet ellentétes

előjelű nyíró igénybevétel terheli. Közben a számítógép felrajzolja a nyírási ciklushoz tartozó

hiszterézis görbét. A vizsgálat eredményeként a program meghatározza a fajlagos

nyírómerevséget (G), valamint a hiszterézis magasságát ±0,5°-nál és ±5°-nál. A fajlagos

nyírómerevséget a berendezés +0,5° és +5° között számítja ki. Ebből arra lehet következtetni,

hogy mennyire képesek a fonalak a szöveten belül egymáson elmozdulni. A 0,5°-nál mért

hiszterézis magasság (2HG) a kelme rugalmasságára utal, tehát minél kisebb ez az érték,

annál rugalmasabb a szövet. Az 5°-nál mért hiszterézis magasság (2HG5) pedig a kelme

alakíthatóságát jellemzi, azaz minél kisebb ez az érték, annál könnyebb a szövetet síkban

alakítani. A berendezés csak hagyományos szövetek vizsgálatára alkalmas, erősítőszövetek

nem vizsgálhatóak rajta [12].

5. ábra: Nyírási vizsgálat általános válaszfüggvénye [22]

Farkas Balázs

19

6. ábra: A KES-FB1 vázlata [13]

Mohammed és társai cikkükben [14] különböző berendezéseken, három különböző

módszerrel (7. ábra), vizsgálták szövetek nyírási tulajdonságait. Az első vizsgálatot a KES-FB

berendezéssel végezték. A második vizsgálatot az Ausztrál Tudományos és Ipari

Kutatóintézet által, kifejezetten szövetek vizsgálatára kifejlesztett FAST berendezéssel

végezték el, amelynek során átlós, vagyis átlósirányú húzásnak tették ki a szövetet. Itt nem

tisztán nyíró igénybevétel hat a szövetre, és a nyíró deformáció mértéke a minta különböző

helyein különböző nagyságú, hiszen a minta szélessége folyamatosan változik. Mindazonáltal

van egy olyan zónája a mintának, ahol tisztán nyíró igénybevétel hat. Szövetek nyírási

vizsgálatára alkalmas további módszer az úgynevezett képkeretes vizsgálat (picture frame

test). Itt a mintát egy négyzet alakú, sarkain csuklós keretbe fogják be, majd a keret szemközti

két sarkát egy szakítógéppel húzzák szét [19]. A keret rombusszá alakul, a szövet pedig

nyíródik.

Farkas Balázs

20

7. ábra: Leggyakrabban használt nyíróvizsgálatok szöveteknél [14]

Potluri és társai cikkükben [15] szintén ezt a három mérési módszert vizsgálták azzal a

lényeges különbséggel, hogy az átlós irányú, szakítógéppel végzett vizsgálatot

képfeldolgozással kombinálták. Vizsgálataik alapján összehasonlították a három módszert, és

azt tapasztalták, hogy a keretes vizsgálatnál befogási problémák léptek fel, tehát a

befogásokhoz közel eső területeken nincs tiszta nyírás. Az ebből kapott eredmények tehát

pontatlanok. Ugyanakkor az átlós irányú húzóvizsgálatból kapott nyírófeszültség eredmények

jó egyezést mutattak a KES-FB berendezéssel mértekkel. Arra a következtetésre jutottak,

hogy a FAST nyíróvizsgálat elegendően hosszú mintával (8. ábra (b)) végezve (wide-strip

bias extension), pontosabb eredményt ad, mint a keretes nyíróvizsgálat. A cikk írói ennél a

következtetésnél a 8. ábrán látható geometriai különbségre hivatkoztak, tehát arra, hogy

sokkal nagyobb a tiszta nyíró igénybevételnek kitett tartomány aránya az

(8. ábra/a)) jelű mintánál, mint a teljes négyzet alapúnál (8. ábra/ b)).

8. ábra: Mintaválasztás hatása a tiszta nyírásnak kitett tartományra [15]

Farkas Balázs

21

Zhu és társai cikkükben [17] a Kevlar® 49 nevezetű, nagy teljesítményű szőtt textíliát

vizsgálták egytengelyű, kéttengelyű (biaxial tension test) és képkeretes nyíró vizsgálattal.

Felismerték, hogy a Kevlar® 49 szövet nyírási válasza független a minta méretétől, továbbá

hogy a nyíró erő/nyíró feszültség- nyírási szög függvénye négy jól elkülönülő részből áll

össze, melyek: linárisan rugalmas forgási rész, disszipatív forgási rész, fonál összenyomódási

rész és nyírásrögzítő rész.

Willems és társai cikkükben [18] üvegszövetet, üveg-PP szövetet és szénszálas

szövetet vizsgáltak keretes nyíróvizsgálat segítségével. Az adatok pontosabb feldolgozásához

digitális képelemzést használtak. A vizsgálat megkezdése előtt az üres kereten végzett

nyíróvizsgálat a berendezés kalibrálását szolgálja, és a nehézségi erő hatását hivatott

meghatározni. Vizsgálataik után arra a következtetésre jutottak, hogy a képelemzés

elengedhetetlen kellék a textíliákra ható igénybevételek megbízható vizsgálatához, a nyírási

szög rögzítéséhez és a terhelés homogenitásának biztosításához. Felismerték azt is, hogy a

keret és a szövet közötti nyírási szögben levő eltérés nagy fontosságú lehet, szövetfajtától

függően, továbbá, hogy ez a szögkülönbség független az előterhelés nagyságától.

Tapasztalataik nyomán rámutattak, hogy 12°-os nyírási szög fölött lényeges ellenállás

növekedést tanúsítanak a vizsgált textíliák.

Harrison és társai cikkükben [19] folytonos szállal erősített kompozit anyagokat

vizsgáltak, keretes és átlósirányú nyíróvizsgálattal. Energia megmaradást felhasználó

indoklást találtak arra, hogy a keretes nyíróvizsgálat pontosabb eredményre vezet, ha az

eredmények normalizálása a minta területe helyett a négyzet alapú minta oldalhosszának

figyelembevételével történik. Ezen az állításon tovább dolgozva olyan eljárás fejlesztettek,

amely közvetlenül lehetővé teszi az átlósirányú húzó- és a keretes nyíróvizsgálat

összehasonlítását. Az átlósirányú húzóvizsgálat eredményeit normalizálták. A szerzők azt

állítják, hogy amennyiben normalizálás után kapott eredmények között csekély a korreláció,

akkor valószínűsíthető, hogy az anyag viselkedése erősen nemlineáris függvénye a

terhelésnek, vagy nagyobb valószínűséggel, valamilyen külső tényező befolyása érvényesül

az eredményekben. A cikk írói arra a feltételezésre jutottak, hogy a keretes nyíróvizsgálat

során hatásukat kifejtő mechanizmusok jobban reprezentálják az anyag feldolgozása során

fellépő igénybevételeket, mint az átlósirányú nyíróvizsgálat mechanizmusai.

Sun és Pan cikkükben [20] egy új mechanikai modellt javasoltak a szövetek

nyíróvizsgálatánál kialakuló kiindulási megcsúszási szakasz környéki nyírási tulajdonságok

kiszámítására. A már létező szövetnyírási mechanikai modellel szemben (Grosberg és Park

modell) ez nem csak a fonalak megnyúlását, hanem a fonalak csavarodását is figyelembe

Farkas Balázs

22

veszi, ennek köszönhetően közelebb áll a valósághoz. Ez az új modell tekintettel van a

fonalak hullámosságára, de ugyanakkor matematikailag is korrekt. Megjegyzik, hogy további

vizsgálatok szükségeltetnek a modell fejlesztéséhez, hogy lehetőleg még ennél is pontosabb

eredményt adjon.

Liu és társai cikkükben [21] egy analitikus szilárdtest-mechanikai modellt javasoltak a

szőtt szerkezetek nyírási és egyéb mechanikai tulajdonságainak meghatározására, hogy ezzel

csökkentsék a nyírótulajdonságok időigényes, kísérleti úton történő meghatározásnak

szükségességét. Keretes nyíróvizsgálatot végeztek, kétfajta üveg és polipropilén kevertszálas,

szőtt szöveten. A modell kiteljesítéséhez szükséges, hogy a súrlódási erőket pontosabban meg

tudják előre mondani, ami további kutatásokat igényel.

King és társai cikkükben [22] új közelítő módszert javasoltak egy olyan kontinuum

modell fejlesztéséhez, amely a szőtt textíliák síkbeli deformációit jelenítené meg. Ez a

kontinuum modell szimulálná a már létező textíliákat, és előre vetítené az új szövetek

viselkedését a fonalak tulajdonságai és a kötésmód ismeretében. A modellt bevitték az

ABAQUS/Standard végeselem programba, és arra használták, hogy megbecsülje az

egytengelyű lánc-, vetülékfonal, valamint 45°-os irányú húzóvizsgálatok eredményeit (a 45°-

os húzóvizsgálattal a nyíró igénybevételre adott válaszfüggvény határozható meg).

Mindhárom esetben a program, pontosan előrevetítette a kísérleti úton kapott eredményeket.

Kong és társai [23] glicerinnel nedvesített és száraz mintákon végeztek

nyíróvizsgálatot átlósirányú húzóvizsgálat formájában. Azt tapasztalták, hogy glicerin

jelenlétében lecsökkent a deformációval szembeni ellenállás. A fonalkihúzási erő is

lecsökkent. Arra a következtetésre jutottak, hogy a glicerin kenőanyagként csökkenti a

fonalak közötti súrlódást.

2.4.2. A fonalkihúzás vizsgálata

A fonalkihúzási vizsgálat tulajdonképpen a kihúzandó fonal és az őt keresztező

fonalak közötti súrlódási kapcsolatának legyőzéséhez szükséges erőt méri [24].

A fonalkihúzás mechanizmusának vizsgálatához, két szemközti oldaláról fogják be a

mintát, majd a minta közepéről, egy a befogott oldalakkal párhuzamos szabad fonalat húznak

ki (9. ábra). A fellépő deformációk ebben az esetben: először a fonal kiegyenesedése és

megnyúlása, nyíró deformáció a kihúzandó fonal két oldalán, ez a súrlódásból ered, majd

végül a fonal kiszabadulása a fonalak közül [24].

Farkas Balázs

23

Bilisik cikkében [25] para-aramid struktúrákból történő fonalkihúzással és azok

statisztikai modellel történő elemzésével foglalkozott. Megfigyelt öt szakaszt a

fonalkihúzásban (10. ábra), melyek közül az első statikus súrlódási szakasz, melyben a szövet

elmozdul, ugyanakkor a bedolgozott fonal megfeszül. A fonalkihúzó erő ekkor éri el a

maximum értékét, innentől kezdve csak csökken. Az ezt követő kinetikus szakaszban a fonal

megcsúszik és elkezd áthaladni a keresztező fonalak között. Innentől kezdve két mozgásfajta

van jelen, ezért ezt csúszó-tapadó szakasznak hívják. Amikor a kihúzott fonal, keresztező

fonalak között halad át akkor kisebb erőre van szükség, mert a fonal megcsúszik. Amikor

viszont azok felett vagy alatt, halad át, akkor tapad hozzájuk, tehát a függvénynek lokális

maximuma van, mert ilyenkor nagyobb kihúzó erőre is van szükség.

10. ábra: Fonalelmozdulás-fonalkihúzó erő szövetkeresztmetszetekkel [6]

9. ábra: Fonalkihúzás vázlata [25]

Farkas Balázs

24

Parsons és társai cikkükben [26] olyan eljárást javasolnak, amely segítségével lehetővé

válik a szálkihúzás végeselem módszerrel való szimulálása. Az eljárás kulcsa, hogy

végeselem leírást a bedolgozott fonalak kereszteződésére használnak, nem pedig magukra a

fonalakra. Ilyen modell még nem került eddig publikálásra, melyben a textília szálainak

kicsúszása megengedett lett volna, holott rendkívüli jelentőségüket a ballisztikus védelemre

használt szövetek, pontosan annak a tulajdonságuknak köszönhetik, hogy nagyon nehezen

csúsznak el a szálaik egymáson. Rájöttek, hogy a szálkihúzás végeselem szimulációja,

nagyban hozzájárul a Kevlar® szövet nagysebességű lövedékekkel szembeni ellenállásának

és energia elnyelő képességének a modellezéséhez. A szimuláció által adott eredmények

egyeztek a kísérletekben mért, és a szakirodalomban található eredményekkel is. Nem csupán

a ballisztikus védelem szimulálására használható, hanem számos más olyan esemény is

szimulálható vele, ahol még előfordul fonal kicsúszás, mint például a kompozit anyagok

formálása.

Prodromou és Chen [27] azért vizsgálták a fonalkihúzási tulajdonságokat, mert össze

kívánták hasonlítani azt a nyíróvizsgálatból kapott eredményekkel, pontosabban a lánc és

vetülékfonal által közbezárt szöget és a súrlódást. A két eltérő módszer közötti kapcsolatot

azzal bizonyították, hogy elvégezték a mérést kezeletlen szöveteken, és olyan szöveteken is,

amelyekben a szövetekben a fonalak közti súrlódási erőt ragasztóval megnövelték.

Vizsgálataikat többször elvégezték, mindig azonos eredményre jutottak.

Kong és társai [23] glicerinnel átitatott szöveteken végeztek fonalkihúzó vizsgálatot,

és a glicerin fonalcsúszásra gyakorolt hatását elemezték. Azt találták, hogy a deformációval

szembeni ellenállás nem csak a terhelés nagyságától függ, hanem a glicerin viszkozitásán is

múlik. Az átitatott szövetnek csökkent a deformációval szembeni ellenállása, így kisebb

fonalkihúzási erőkre volt szükség. Arra jutottak, hogy a glicerin kenőanyagként működve,

csökkenti a fonalak között fellépő súrlódási erőt.

2.4.3. Új, kombinált vizsgáló berendezés

A nyírási és a fonalkihúzási tulajdonságok vizsgálatára egyaránt alkalmas az új

nyírásmérő berendezés [2], mely nyírásvizsgálat esetén vízszintes irányú előterhelést

alkalmaz, egy előterhelő rugó és két lineárisan csapágyazott, elmozdulásra képes befogásnak

köszönhetően. Az elmozdulásra képes befogások rögzíthetőek, ezzel a szerkezet fonalkihúzási

vizsgálathoz is alkalmas. A szerkezet részletes bemutatását a 3.2.-es fejezet tartalmazza.

Farkas Balázs

25

2.5. A szakirodalom kritikai elemzése, célkitűzés

A szakirodalom alapján a textíliák nyírási- és fonalkihúzási tulajdonságainak a

vizsgálatára szolgáló módszerek kutatása, összehasonlítása fontos kutatási cél. Mindkét

tulajdonság minél pontosabb meghatározhatósága, ismerete szerepet játszik a szőtt textíliák

viselkedésének a modellezhetőségében. Már több végeselem modellt is javasoltak ezen

tulajdonságok elméleti úton történő meghatározására.

A szövetek nyíró igénybevétellel szemben tanúsított ellenállásának a mérésére három

elterjedt módszer létezik: az átlós irányú húzóvizsgálat, a keretes nyíróvizsgálat, és a KES-FB

berendezéssel történő nyíróvizsgálat.

A Kawabata által fejlesztett KES-FB kelmeelemzővel történő nyíróvizsgálat a

legjelentősebb, speciálisan kelmék vizsgálatára alkalmas berendezés. A mérés ezen a

speciálisan erre a célra kialakított mérőrendszeren történik, azaz eszközigényes. Továbbá

hátránya, hogy a módszer nem alkalmas műszaki textíliák mérésére, csak hagyományos

kelmék vizsgálhatóak vele. A számítógép segítségével, automatikusan kiértékeli a mérést és

megadja a fajlagos nyírómerevséget, a kelme rugalmasságát és a kelme alakíthatóságát

jellemző tényezőket.

Az átlós irányú húzóvizsgálat univerzális szakítógéppel elvégezhető, érdemes

képfeldolgozással kombinálva végezni a mérést, a nyírási szög pontos szabályozása

érdekében. A mintát 45°-os szögben elforgatva fogják be, aminek következtében a minta

középső zónájában tiszta nyírás hat a szövetre. A mérés kiértékelésénél figyelembe kell venni,

hogy a szövet bizonyos részeire húzó igénybevétel is hat. Ennek a vizsgálatnak egyértelmű

előnye, hogy nincs speciális eszközigénye, és hogy a fonalvégek szabadok a tiszta nyírás

zónájában.

A keretes nyíróvizsgálatot szintén univerzális szakítógéppel végzik, általában ezt is

képfeldolgozással kombinálva. A befogások, tehát a szélek környékén nem tisztán nyíró

igénybevétel hat.

Több kutatás is foglalkozott a két utóbbi, a keretes nyíró- és az átlósirányú

húzóvizsgálat összehasonlításával. Potluri és társai [15] arra a következtetésre jutottak, hogy

átlósirányú húzóvizsgálat eredményei nagyobb összhangot mutatnak a KES-FB-n mért

eredményekkel, mint a keretes nyíróvizsgálat eredményei, amennyiben a mintákat elegendően

hosszúra vágják ki, és hosszirányban végzik a húzást. Ilyenkor ugyanis a minta területéhez

viszonyítva nagyobb részen lép fel tiszta nyírás, mint a keretes vizsgálatnál. Harrison [19] és

társai szintén ezt a két módszert vizsgálták, ám arra a következtetésre jutottak, hogy a keretes

Farkas Balázs

26

nyíróvizsgálat során fellépő igénybevételek jobban modellezik a szövetek feldolgozása

közben fellépő igénybevételeket. Arra a következtetésre jutottak, hogy a keretes

nyíróvizsgálat alkalmasabb a szövetek vizsgálatára, mindazonáltal az átlósirányú húzó

vizsgálat hasznos kiegészítő vizsgálata a keretes nyíróvizsgálatnak.

A fonalkihúzási tulajdonság vizsgálatára legjobban elterjedt módszer, mikor két

függőleges befogásban rögzítik a minta két oldalát, majd függőlegesen fölfelé, szakítógéppel

húzni kezdenek egy, a befogással párhuzamos fonalat. A méréshez univerzális szakítógépre,

és megfelelő befogásra van szükség. Nincsenek egymástól lényegesen különböző eljárások a

fonalkihúzás vizsgálatára.

Prodromou és Chen a fonalkihúzás és a nyírás kapcsolatát vizsgálták, eredményeikkel

jól alá tudták támasztani elméletüket, mely szerint nagyobb fonalak közti súrlódás esetén

nagyobb lesz a nyíróvizsgálat során a fonalak által közbezárt szög is.

Úgy gondolom viszont, hogy amennyiben összehasonlítható nyíróvizsgálati

eredményre szeretnék jutni, akkor érdemesebb az átlós irányú húzóvizsgálatot használni,

lehetőleg minél hosszabb mintákkal. Ugyanakkor gondolni kell arra is, hogy Potluri és társai

pusztán elméleti úton támasztották alá elméletüket, ezért érdemes fenntartással kezelni azt.

Áttekintve és elemezve az ide tartozó szakirodalmat a következő célok

fogalmazhatóak meg:

1. Műszaki és hagyományos szőtt textíliák nyírási tulajdonságainak vizsgálata az új

mérőberendezéssel. Egy üvegszövetet és egy műszálas poliészter szövetet

választottam ki a vizsgálatokra.

2. Eltérő minta befogási szögek nyírási tulajdonságokra gyakorolt hatásának az

elemzése.

3. Eltérő átlósirányú előterhelés nyíróvizsgálati folyamatokra gyakorolt hatásának

elemzése.

4. Az új mérési eljárással kapott eredmények összehasonlítása valamelyik, a

gyakorlatban elterjedt nyírásvizsgálati módszer által adott eredményekkel.

5. Fonalkihúzási vizsgálat elvégzése hagyományos és műszaki szöveteken, fonalak

közötti súrlódási kapcsolat értékelése a mérés alapján.

Farkas Balázs

27

3. Felhasznált anyagok és berendezések

Ez a fejezet mutatja be a kutatásaimhoz használt vizsgálati anyagokat, mérési

eljárásokat és a felhasznált mérőberendezéseket. Az összes mérésemet a BME

Polimertechnika Tanszékének a laboratóriumában végeztem el.

3.1. Vizsgálati anyagok

Munkám során két féle szövetet vizsgáltam, az egyik egy kompozit-erősítő szövetként

használatos üvegszövet, a másik pedig egy hagyományos poliészter (PES) szövet. A kétféle

szövet alapvető tulajdonságait az 1. táblázat mutatja be. A felhasznált üvegszövet a Krosglass

(Lengyelország) STR 022-250-110 típusú szövete. Ennek a paramétereiről a gyártó honlapján

[28] található technikai információkat tartalmazó leírásból szereztem tudomást. Különféle

kompozit alkatrészekben használják erősítőszövetként, például járművekben, hajókban, vagy

sporteszközök bizonyos alkatrészeiben.

A PES szövet néhány alapvető tulajdonságát mérésekkel határoztam meg. Ilyenek a

kötésmód, a fonalsűrűség, a szövet vastagság, a fonalak lineáris sűrűsége, és a területi

sűrűség. A vastagságának a meghatározásához Louis Schopper (Leipzig) gyártmányú szövet

vastagságmérő berendezést használtam. 5 különböző helyen mértem meg a vizsgált szövetet,

majd ezek számtani átlagát vettem. A fonalsűrűség meghatározásához egy 100x100 mm-es

mintán megszámoltam a lánc- és a vetülékfonalakat, majd ezt vetítettem a 10 mm-es hosszra.

A területi sűrűség meghatározásához kivágtam 5 darab 50x50 mm-es mintát, melyek területe

így pontosan 0,025 m2 volt. Ohaus Explorer® típusú digitális mérlegen (méréshatár: 120g,

mérési pontosság: 0,1mg) lemértem ezek tömegét, átlagoltam őket, majd megszoroztam 400-

al, hogy négyzetméterre vonatkoztatott tömeget kapjak. A fonalak lineáris sűrűségét

ugyanezzel a mérleggel határoztam meg, 5 különböző, 1 m hosszóságú dupla fonal tömegét

mértem le, majd itt is átlagoltam és két méter fonalra vonatkoztattam és így számoltam ki a

lineáris sűrűséget.

A szövetekről számítógéppel összekapcsolt Olympus BX 51 típusú optikai

mikroszkóppal készítettem felvételeket. A kötésmód meghatározásához ezeket a felvételeket

használtam (11. ábra).

Ezt a fajta műszálas szövetet gyakran használják sporttáskák és hátizsákok

előállítására is. PVC-vel kenve jó ponyvaanyag készíthető belőle, sátrakhoz vagy

könnyűszerkezetes tetőszerkezetekhez.

Farkas Balázs

28

1. táblázat: Vizsgálati anyagok tulajdonságai

Méréssel határoztam meg továbbá mindkét szövet esetében a fonalbedolgozódás

mértékét. Ehhez először lemértem egy tetszőleges fonal bedolgozott hosszát a szövetben,

majd kihúztam, és kifeszítve ismét megmértem a hosszát. A két mért hossz aránya adja meg a

fonalbedolgozódást. Minden mérést ötször végeztem el, és ezek átlagával számoltam tovább.

A fonalbedolgozódás az alábbi 2. táblázatban rögzítettem.

átlagszórá

sátlag szórás átlag szórás átlag szórás átlag szórás átlag szórás

U250 üveg vászon - - 250 - 1,2 0,019 200 - 300 - 5 0,4 5 0,4

P465 poliészter panama Z Z 465 4,77 0,72 0,025 105 0,0014 105 0,0014 24 0,49 24 0,49

AnyagJelölésKötés

mód

SodratTerületi

sűrűség

[g/m2]

Lánc Vetülék

Szövet

vastagság

[mm] Lánc Vetülék

Lineáris sűrűség [tex] Fonalsűrűség [1/10 mm]

Lánc Vetülék

11. ábra: PES- (ballra) és üvegszövet (jobbra) fénymikroszkópi képe

átlag szórás

U250 0,5 0,004

P465 4,6 0,012

Bedolgozodás [%]

2. táblázat: Fanalbedolgozódás mértéke

Farkas Balázs

29

3.2. A vizsgálatokhoz felhasznált berendezések

A nyírási tulajdonságok méréséhez egy új nyíróberendezést és módszert [2]

használtam (továbbiakban: Molnár-féle nyíróbefogó), amelyet univerzális szakítógépre kell

rögzíteni. A szerkezet használható fonalkihúzási vizsgálatra is. A Molnár-féle nyíróbefogó

alapötlete az, hogy a fonalak a nyírás folyamata alatt lehetőleg állandó hosszúságúak

maradjanak, tehát ne nyúljanak meg, mert innentől kezdve nem csak nyíróerő, hanem húzóerő

is beleszólna a mérésbe. Ennek érdekében ez a nyíróbefogó vízszintes irányú előterhelést

alkalmaz, egy előterhelő rugó (12. ábra/3) és két lineárisan csapágyazott, elmozdulásra képes

befogás (12. ábra/2B) segítségével. A két befogás el tud mozdulni a mérés folyamán, a

szakítógép által a harmadik, középső befogásnak (12. ábra/2A) köszönhetően létrehozott

függőleges irányú- és a rugó által gyakorolt átlósirányú erő függvényében. A rugó csak egy

előre meghatározott (Δx) hosszig képes megnyúlni, utána a nagy orientáltságú polietilén

(HOPE) fonal (12. ábra/4) megakadályozza a további nyúlást. A rugó lineáris

karakterisztikájának köszönhetően ez az egyszerű mechanikus szerkezet lehetővé teszi egy

állandó átlósirányú erő fenntartását, ±0,5%-os pontossággal. 20 N nagyságú előterhelés

alkalmazása, és a karok 1 mm-el történő elmozdulása mellett. Mivel az nagyon kicsi

függőleges elmozdulásról és a minta csekély deformációjáról van szó, ezért a rugóerő

állandónak tekinthető [2].

12. ábra: A Molnár-féle nyíróbefogó felépítésének vázlata [2]. 1: szövet próbatest, 2A: vízszintes

elmozdulásra képes befogás, 2B: függőleges elmozdulásra képes befogások, 3: rugó, 4: HOPE fonal, 5:

csapágyazott görgők, 6: kötél

A textil próbatest mérés közbeni deformációját a 13. ábra mutatja. Jelen nyíróbefogó

felépítésének köszönhetően a minta keresztirányú fonalainak a hossza mérés közben jó

közelítéssel állandó, aminek következményeképpen tiszta nyírás hat a próbatestre. A befogási

Farkas Balázs

30

távolság fele (Y0) a középső befogás és a szélső befogás egymástól mért távolsága, ami

kezdetben egyenlő a minta keresztirányú fonalainak a hosszával is. A középső befogásra

gyakorolt húzás ellenére, a szálak hossza állandó Y0 hosszúságú marad, mivel a szélső

befogások befele történő elmozdulása ezt hivatott szolgálni. Eközben a mintára ható

előfeszítő erő azonos nagyságú marad. A középső befogás és a szélső befogás távolsága

ezáltal lecsökken Y1 távolságra.

13. ábra: A minta viselkedése a nyíróvizsgálat folyamán [2]

A rugó és a benne elhelyezkedő HOPE fonal 20 N előfeszítő erőre lett kalibrálva. A

fonal biztosítja, hogy a rugó ne tudjon tovább nyúlni a 20 N nagyságú erőhöz tartozó

megnyúlásnál.

A Zwick Z005 (Németország) típusú számítógép vezérlésű szakítógépben rögzítettem

a nyíróbefogót, és így végeztem el a vizsgálatokat (14. ábra). A nyírási vizsgálatok közben az

erőket az 5 kN-os erőmérő cellával mértem, mind az üvegszövetnél, mind pedig a PES

textíliánál. 20 mm/perces, egyenletes nagyságú nyírási sebességet alkalmaztam.

Farkas Balázs

31

Az α nyírási szöget a KES-FB berendezés által használt ±8°-ra választottam meg. Az

ehhez tartozó elmozdulás értékeket kiszámítottam, majd ezeket állítottam be a szakítógép

maximális, és minimális keresztfej elmozdulási értékeiként. A vizsgálat folyamán először

+7,027 mm-ig mozdult a keresztfej fölfelé majd lefelé 0 mm-ig, ahonnan -7,027 mm-ig

folytatódott a vizsgálat. A Molnár-féle nyíróbefogó egyik nagy előnye ez, hogy az átlós

irányú húzóvizsgálattal szemben, a KES-FB berendezéshez hasonlóan teljes és körkörös

nyírási ciklusok mérhetőek le vele.

Minden mintán három ilyen ciklust mértem le, eredményként a keresztfej elmozdulása

függvényében rögzítette a gép az erőket. Későbbi számításaimhoz az elmozdulás tengelyt

utólag kellett átskáláznom fok beosztásúra.

A nyírási tulajdonságokat egy második, hagyományos módszerrel is meghatároztam,

méghozzá az átlós irányú húzóvizsgálat segítségével (16. ábra). A mérési elrendezésből

adódik, hogy ez a módszer nem alkalmas komplett ciklusok mérésére, csupán egyirányú,

egyszeri húzás lehetséges. Ennél a mérésnél szintén a Zwick Z005 (Németország) típusú

számítógép vezérlésű szakítógépet használtam, 5 kN-os erőmérő cellával felszerelve. 50 mm

széles és 50 mm befogási hosszú hullámos kialakítású mintabefogókat alkalmaztam.

14. ábra: Szakítógépbe beépített vizsgálószerkezet (Szerkezet)

Farkas Balázs

32

Ennél a vizsgálatnál a vetülékfonalhoz képest 45°-ban kivágott minta

húzóvizsgálatával határozható meg a nyíróerő (N) és a nyíró deformáció mértéke. A nyíró

deformáció mértéke a szövet fonalai által bezárt szög (2Θ) megváltozásával jellemezhető

(15. ábra). Ez a változás a nyírási szög (γ).

15. ábra: A nyírási szög alakulása terhelés hatására [6]. a.): terheletlen állapot, b.): terhelt állapot

A geometrián alapuló nyírási szög meghatározást [29] használtam, ezért vizsgálat előtt

meghatároztam az (1)-es számú összefüggésből levezetett (2)-es számú számítási

összefüggéssel a 8°-os nyírási szöghöz szükséges keresztfej elmozdulást, és ezt állítottam be a

szakítógép mérőprogramjában. A szakítógép a vizsgálat során a keresztfej elmozdulása

függvényében rögzíti a húzóerőt. Az (1) összefüggés segítségével a mérés kiértékelésénél az

elmozdulás értékekből számítható a nyírási szög, hiszen ehhez csak a minta geometriai

adataira és a pillanatnyi nyúlás értékére van szükség.

° ° (

√

)

(( ( ° °

)) √ )

Ahol a nyírási szög, a lánc és a vetülékfonal által bezárt szög fele, a minta

kezdeti befogási hossza, pedig a minta pillanatnyi nyúlása.

(1)

(2)

Farkas Balázs

33

Fonalkihúzás (19. ábra) vizsgálatához ugyanazt a nyíróbefogót használtam. Az

elmozdulásra képes oldalsó befogások ugyanis rögzíthetőek, ami alkalmassá teszi a

nyíróbefogót fonalkihúzási vizsgálatok elvégzésére is. Szintén a Zwick Z005 (Németország)

típusú szakítógépet használtam hozzá, a PES szövetnél 5 kN-os méréshatárú erőmérő cellával,

az üvegszövetnél pedig 20 N-ossal. Az erőmérő cellára olyan befogót szereltem, amely képes

egyetlen fonal kicsúszásmentes megfogására, ez főként a PES szövetnél volt fontos szempont.

A fonalkihúzó vizsgálat során a szövetet a két szélén kell befogni, majd a középen az

egyik fonalat szakítógép segítségével ki kell húzni. A gép rögzíti a kihúzáshoz szükséges erőt,

a keresztfej elmozdulásának a függvényében (17. ábra).

16. ábra: Nyíróvizsgálat átlós irányú (45°-os)[17]

Farkas Balázs

34

17. ábra: Elméleti fonalkihúzási görbe [6]

A diagramot és a kötélsúrlódás számításához használt Euler egyenletet (3)

felhasználva, a (4)-es összefüggés alapján kiszámítható a fonalak közötti súrlódási tényező

értéke [27]:

és a fonalkihúzó vizsgálat során regisztrált erő-elmozdulás diagram -edik és

-adik csúcsához tartozó erőérték, ahol . a két kiválasztott csúcs

sorszámának a különbsége. . Az szög a kihúzandó, és az őt keresztező fonal

érintkezési ívének középponti szöge (18. ábra) radiánban.

18. ábra: Az α szög definíciója [6]

(3)

(4)

Farkas Balázs

35

Az szög meghatározásához poliészter gyantába öntöttem egy kis darabot mindkét

szövetből, majd csiszolatot készítettem róluk, hogy az Olympus BX 51-es mikroszkóp

segítségével le tudjam mérni az szögek értékét.

19. ábra: Fonalkihúzás mérési elrendezése

Farkas Balázs

36

4. Vizsgálati eredmények bemutatása és elemzésük

Ez a fejezet mutatja be és hasonlítja össze a vizsgálataim során nyert eredményeket,

továbbá tartalmazza a vizsgálatok értékelését, és elemzését.

4.1. Nyíróvizsgálatok

A kiválasztott szövetek nyírási tulajdonságainak a meghatározását főleg az új

fejlesztésű nyíróbefogó segítségével végeztem el, de a hagyományosnak tekinthető

átlósirányú húzóvizsgálatot is elvégeztem. Ezt a fejezetet a következő pontokra osztottam:

Befogási szög hatásának vizsgálata üveg- és PES szövetnél

Keresztirányú előterhelés nyíróerőre gyakorolt hatásának a vizsgálata

A Molnár-féle nyíróbefogóval és az átlósirányú húzással végzett nyírás

összehasonlítása

4.1.1. Befogási szög hatásának vizsgálata üveg- és PES szövetnél

A kétféle szövetből 7 különböző állásszög alapján vágtam ki a vizsgálandó mintáimat.

Ezek rendre 0°, 15°, 30°, 45°, 60°,75°, és 90°. Ezeket a szögeket a gyártási és a nyíróvizsgálat

iránya között bezárt szögként értelmeztem, a gyártási irányhoz mérve. Mindegyik befogási

szöghöz 3-3 darab 150x200 mm-es mintát vágtam ki, mindegyik mintán három nyírási ciklust

végeztem, 20 mm/perces sebességgel. A mérési pontok mindegyik minta esetében jó

20. ábra: Nyíróvizsgálat jellemző hiszterézis görbéje (PES 0°-os befogási szög)

Farkas Balázs

37

közelítéssel hiszterézis görbe (20. ábra) mentén helyezkednek el. A két szélső befogó kezdeti

távolságát 108 mm-re választottam. Számítógép rögzítette a mérési pontokat.

A hiszterézis görbék területe változó volt a befogási szögtől függően. Minden befogási

szöghöz tartozóan 3-3 mintát mértem le, mindhárom mérésből 2-2 teljes hiszterézis ciklus

területet számoltam. Így befogási szögenként 6 terület eredményt adódott. Ezek átlagát

mutatja a 3. táblázat. A táblázatban a szórás is fel van tüntetve. Külön-külön, a szórások

feltűntetésével a 21. ábra mutatja ezeket.

3. táblázat: Nyírási területek

A területek megfigyelésem szerint annál nagyobbak, minél nagyobb nyírómerevséggel

rendelkezik a mért szövet az adott irányban. A polár diagramban (22. ábra) a P465 és az U250

táblázatban rögzített átlagos területeinek az összehasonlítása látható, a szög függvényében

ábrázolva. A diagramot tükröztem az 90°-os és a 0°-os tengelyre is, hogy folytonos, 360°-ban

értelmezett kimutatás legyen az eredmény. A P465-ös mintánál megbontja a mérési sor

szimmetriáját az, hogy a 90°-os és a 0°-os minta eredménye az elvártnál jobban eltér

egymástól.

A következő diagramban (23. ábra) a hiszterézis diagramokról leolvasott maximális

nyíróerő értékek vannak ábrázolva, a befogási szög függvényében. Befogási szögenként

három különböző mérés leolvasott adata alapján készült a grafikon, szintén tükröztem az

adatokat a fent leírt két tengelyre.

Az eredmény megfelel a várakozásaimnak, tehát 45°-os befogás környékén van a

legnagyobb erőkre szükség a szövet nyírásához, és területek is ezen a szakaszon a

legnagyobbak. A területadatok ránézésre jól korrelálnak az adott befogási szöghöz tartozó

maximális erő adatokkal, ezért a két diagram meglehetősen hasonlít egymásra.

Elképzelhetőnek tűnik, hogy a hiszterézis-területek alkalmasak a szövetek nyírással szemben

tanúsított ellenállásának számszerűsítésére.

0°

15°

30°

45°

60°

75°

90° 88

1,2

6,1

44,1

42,9

81,0

75,8

7,2

81

147

499

517

528

256

átlag

190

P465

12,3

34,1

43,0

26,0

20,1

6,8

13,0

96

350

456

482

512

350

U250

Minta

befogási

szöge [°] átlag szórás szórás

Terület [°·N] Terület [°·N]

Farkas Balázs

38

21. ábra: U250 és P465 nyírási területei a befogás függvényében szórással

Farkas Balázs

39

22. ábra: Nyírási területek a befogási szög függvényében

23. ábra: Nyíróerő maximumok függése a befogási szögtől

Farkas Balázs

40

Egy fordított kapcsolat is megfigyelhető a két diagram között, mégpedig, hogy míg a

P465 nyírási területeinél a 15°-hoz is viszonylag nagy területértékek tartoznak, addig az ide

tartozó erőérték alacsony. Az U250-nél viszont pont egy ellenkező értelmű kapcsolatot

figyeltem meg, hiszen itt a 15°-os befogási szöghöz is nagy erőérték tartozik, ugyanakkor az

ehhez rendelt terület elenyészően kicsi.

Látványos, hogy az erőértékek és a területértékek is 30-, 45- és 60°-os befogási szög

között veszik fel a maximális értékeiket. Már a vizsgálatok során következtetni lehet rá, hogy

ezeknél a befogási szögeknél nagyobbak lesznek az erő maximumok, hiszen a szövetminták

sokkal erőteljesebb gyűrődést, redőződést mutattak, mint 0, 15, vagy 90°-os mintáknál.

Mindegyik mintáról a legfelső állásban készítettem fényképet a jó

összehasonlíthatóság érdekében (24. ábra).

A P465-nél kapott hiszterézis görbék jellege is lényegesen különbözik 30-, 45- és

60°-os befogási szög esetében a többi befogási szög görbéjétől, itt ugyanis lépcsős jellegűek a

hiszterézis görbék. A közös diagramon (25. ábra) szépen látszik, hogy a 0°-os és a 15°-os

nyíróvizsgálat eredményei szabályos formájú hiszterézis görbe mentén helyezkednek el,

továbbá hogy maximális nyírásnál kisebb erőkre volt szükség mindkét irányba.

Azt tapasztaltam, hogy P465 esetében egyik befogási szög esetében sem tér el a kapott

diagramoknál a hiszterézis szűzgörbéje jelentősen az őt követő további ciklusok ebbe a

24. ábra: A P465 minták nyírása közbeni alakja maximális kitérésnél

Farkas Balázs

41

negyedbe eső szakaszaitól (25. ábra), hanem szépen fedésben van velük, nem láthatóak

kezdeti zavarok. Ez nem azt jelenti, hogy a hiszterézis szűzgörbék függetlenek a minták

befogási szögétől, hanem azt hogy minden minta esetében külön-külön az induló ciklus

szűzgörbéje illeszkedik az őt követő ciklusok diagramjaira.

Ezzel szemben az U250-nél kapott görbéknél, a 0°-ban és a 90°-ban befogott minták

kivételével, a kezdeti szakasz és a többi ciklus jelentősen eltér a további két ciklustól. Ennek

vélhető oka a tapadási és a csúszási súrlódási együttható közötti különbség. Ebből következik

a nagyobb kezdeti nyíróerő szükséglet, amely jó eséllyel jelentősebb kezdeti szövet

deformációt eredményez, tehát a szövet túldeformáltsága léphet fel. Túldeformáltság alatt azt

értem, hogy a tényleges deformáció ezeken a szakaszokon megelőzi az elméleti deformációt.

Jól megfigyelhető, hogy a 2°-os és a 4°-os nyírási szög közötti tartományban a nyíróerő értéke

nem, vagy csak igen csekély mértékben növekszik. A kezdeti szakaszban fellépő

túldeformálódás a görbék lépcsőzetességére is magyarázatul szolgálhat. A 26. ábra látható a

különbség a 15°-os befogási szöggel mért P465 és U250 szövet nyírási hiszterézise között.

Bár a jelenség már megfigyelhető a P465-nál is, ez mégis elhanyagolható mértékű a görbe

által közbezárt diagramterülethez képest. Az U250-nél ez a különbség viszont látványos,

hiszen kétszer akkora erőértékek találhatóak a szűzgörbe mentén, mint a következő ciklusok

ugyan ebben a szakaszában.

25. ábra: Nyírási diagramok a befogási szög függvényében PES szövetnél

Farkas Balázs

42

Megfigyeltem továbbá, hogy a görbék nagyon ritkán középpontosak csak az origóra,

általában eltér a minimális és a maximális erő értékének abszolút értéke egymástól. Ez az

eltérés körülbelül a maximális erőérték 10-20%-a. Azt feltételezem, hogy ennek az eltérésnek

az oka a befogás precizitásában keresendő. A Molnár-féle nyíróbefogó középső, függőleges

irányban elmozdulást végző befogása ugyanis nincs megvezetve, így nem garantálja semmi

sem azt, hogy pontosan párhuzamos legyen az oldalsó befogásokkal, sem azt hogy pontosan a

minta közepére kerüljön. Mérőszalaggal minden mérésnél beállítottam ugyan a távolságokat

úgy, hogy lehetőleg középen helyezkedjen el a befogás, de ha eleve nem párhuzamos az

oldalsó befogásokkal, akkor kevés esély van rá, hogy tökéletesen szimmetrikusan sikerüljön a

minta rögzítése. A középső befogás is csavarokkal kerül rögzítésre, nem mindig könnyű a

csavarozást úgy végrehajtani, hogy közben semmi sem mozdul el a szerkezeten. Ennek a

hibának a kiküszöbölése érdekében, érdemes lenne megoldani a középső befogás

megvezetését, majd megismételni azokat a méréséket, ahol a minimális és a maximális erő

értéke jelentős eltérést mutat, ez az azonos befogási szögű minták ciklusai közben sem

változik, vagy csak minimális mértékben. A szakirodalmakban ilyen jellegű problémával nem

találkoztam, ugyanakkor elképzelhető, hogy további irodalomkutatással feltárhatóak a

probléma esetleges gyökerei, kiküszöbölési módszerei.

Minden lemért mintánál meghatároztam a KES-FB mérőberendezés által mért

paramétereket (továbbiakban: Kawabata paraméterek) is melyek a következők: a fajlagos

nyírómerevség (G), kelme rugalmasságát jellemző hiszterézis magasság (2HG), valamint a

kelme alakíthatóságára jellemző hiszterézis magasság (2GH5) 5°-os nyírási szögnél. Itt is

befogási szögenként 3 mérés átlagát közöltem a (3)-as és (4)-es táblázatokban.

26. ábra: Hiszterézis szűzgörbék összehasonlítása U250 és P645 15°-os befogási szögnél

Farkas Balázs

43

4. táblázat: P465 Kawabata paraméterei

5. táblázat: U250 Kawabata paraméterei

A 15°-os és a 75°-os minták értékei közötti eltérés vélhető oka a befogási szöggel

szembeni érzékenység. Ha a befogási szög 1-2°-al módosul, (elcsúszik) az vélhetően

sokszoros különbséget eredményez a hiszterézis görbe menetében, meredekségében és a

maximumaiban.

A fajlagos nyírómerevség definíciója Kawabata szerint a hiszterézis szűzgörbe

0° és 2,5° között mért kezdeti meredeksége. Mivel azonban ezeknek a meredekségeknek a

precíz megállapítását az én esetemben általában megzavarta a szűzgörbe egyenetlen menete,

ezért bevezettem egy másik nyírómerevség együtthatót (5. táblázatban: G) is, amely a kezdeti

meredekséget 0°és 0,5° között értelmezi.

A nyírómerevség (G) és az alakíthatóság (2HG5) jellemzésére szolgáló paramétereket

külön-külön, de paraméterenként közös diagramban ábrázoltam (27. ábra). Jól látszik, hogy az

üvegszál alapanyagú U250 mindkét típusú meredeksége jelentősen nagyobb a P465 minta

esetében. Tehát az U250 üvegszövet jelentősen nagyobb hajlítómerevséggel bír, mint a

átlag szórás átlag szórás átlag szórás átlag szórás

0° 2,9 0,48 1,9 0,25 1,5 0,24 11,6 1,45

15° 9,4 0,86 8,4 1,62 4,7 0,43 62,8 12,00

30° 22,3 2,89 19,9 3,10 11,1 1,45 82,3 4,34

45° 69,6 16,76 24,4 1,46 34,8 8,38 82,0 10,61

60° 52,6 0,91 22,7 0,64 26,3 0,46 79,1 1,70

75° 13,5 0,36 7,5 0,14 6,8 0,18 39,6 0,55

90° 7,7 0,96 3,5 0,19 3,9 0,48 17,5 0,36

G [N/m·°] G 0-2,5 [N/m·°] 2HG [N/m] 2HG5 [N/m]

Poliészter szövet (P465)

átlag szórás átlag szórás átlag szórás átlag szórás

0° 6,6 0,86 2,7 0,15 3,3 0,43 9,9 0,31

15° 18,3 2,60 7,7 1,18 9,2 1,30 26,0 3,91

30° 101,6 19,43 34,5 1,48 50,8 9,71 114,6 6,66

45° 105,8 9,90 30,7 2,20 52,9 4,95 99,3 8,87

60° 117,1 1,48 37,6 3,75 58,5 0,74 123,8 10,32

75° 47,3 17,56 30,1 17,08 23,7 8,78 84,8 54,44

90° 7,3 0,69 2,7 0,16 3,6 0,35 9,8 0,42

G [N/m·°] G 0-2,5 [N/m·°] 2HG [N/m] 2HG5 [N/m]

Üvegszövet (U250)

Farkas Balázs

44

hagyományos poliészter kelme. Ez az eredmény alátámasztja a szövetek kézbevétele alapján,

érzésre megállapított tulajdonságokat. Míg az üvegszövet igen merev, megtartja a kézzel

formált alakot, addig a poliészter szövet összeesik, és erre nem képes.

Jó egyezést mutatnak olyan szempontból a nyírási terület diagramokkal, hogy itt is a

30° és a 60° közötti értékek a legnagyobbak, tehát ilyen irányban a legnagyobb a szövet

hajlítással szemben tanúsított ellenállása.

Az alakíthatósági szám és a nyírási terület összehasonlító diagramjai (28. ábra) jellegre

hasonlítanak, bár az arányok nem egyeznek meg.

28. ábra:Alakíthatósági számok és maximális területértékek összehasonlítása

27. ábra: Nyíró merevségi diagramok

Farkas Balázs

45

A mérési adatok szórása a 0°-os, és a 90°-os befogási szögű minták kivételével

mindenhol jelentős. Definíció szerint a 2HG5 mérőszám minél kisebb, annál könnyebben

alakítható a szövet síkban. Kézbevételekor feltűnik, hogy a poliészter szövet valóban sokkal

lágyabb szerkezetű, mint az üvegszövet.

Összegezve a tapasztalatokat, arra a következtetésre jutottam, hogy az alakíthatóság

jellemzésére a nyírási terület kevésbé alkalmas mérőszám, mint a G illetve a 2HG5.

4.1.2. Keresztirányú előterhelés nyíróerőre gyakorolt hatásának a vizsgálata

A Molnár-féle nyíróbefogó felépítése lehetővé teszi a két szélső, elmozdulásra képes

befogás rögzítését. Ilyenkor nincsen keresztirányú előterhelés, az előterhelő rugó terheletlen

állapotban marad, a mérés megkezdése után és a mérés közben is. Emiatt arra lehetett

következtetni, már a vizsgálatok megkezdése előtt, hogy a nyírás vizsgálathoz rögzített

befogók esetén szükséges erő nagyobb lesz, mint a szabad elmozdulásra képes befogók

esetében, ugyanis a fonalak hosszúsága mérés közben jó eséllyel megváltozik, tehát nyírásból

adódó deformáció mellett, a fonalak megnyújtására is erő fordítódik. Míg a szabad

elmozdulásra képes befogókkal végzett vizsgálat roncsolásmentesnek tekinthető, addig ez a

vizsgálat jó eséllyel nem az.

A vizsgálatokhoz két befogási szöget választottam, a 0°-ost és a 45°-ost, mégpedig

azért, mert a megengedett elmozdulású befogókkal végzett mérések során az ezekhez tartozó

maximális erő értékek voltak a legnagyobbak, illetve a legkisebbek. Üvegszöveten (U250) és

poliészter szöveten (P465) is elvégeztem a méréseket, mindkét anyaghoz, és mindkét befogási

szöghöz tartozóan 3-3, az előterhelt vizsgálathoz használt mintákkal azonos méretű mintát

vizsgáltam meg.

Alapvetően összehasonlító célú a vizsgálat, az adatokat is ennek megfelelően közlöm.

A képeken (29. ábra) jól látszik, hogy rögzített befogású mintánál (29. ábra/B) a

szövet redőződése nem egyenletes a minta függőleges tengelye mentén, ellenben a szabadon

mozgó befogásoknak köszönhetően elmozdulni tudó, rugóval előterhelt minta (29. ábra/A)

esetében a ráncok egyenletesen oszlanak el. Ebből arra lehet következtetni, hogy maradó

szövet deformáció is fellép a B jelű vizsgálat során.

Farkas Balázs

46

29. ábra: Látható különbség a szövet nyíródásában. Előterhelt- (A) és mereven rögzített (B) minta

A rögzített befogású mérések eredményeit összehasonlítottam az előterhelt szövetek

mérése során kapott megfelelő befogási szögű minták eredményeivel és azt tapasztaltam,

hogy a fixen befogott minták nyírásvizsgálatához minden esetben jelentősen nagyobb

nyíróerőre (30. ábra) volt szükség.

6. táblázat: Eredmények befogási mód és befogási szög szerint

átlag szórás átlag szórás átlag szórás

0° 121,4 7,6 45,3 2,8 -23,0 4,3

45° 1620,4 189,3 427,9 16,5 -369,6 4,4

0° 95,7 12,3 26 3,4 -24 2,5

45° 482,4 26,0 129 17,5 -121 11,9

FIX

MOZGÓ

Terület [N·°] Maximális erő [N] Minimális erő [N]

P465

átlag szórás átlag szórás átlag szórás

0° 112,2 11,1 46,7 3,6 -31,1 10,2

45° 1612,3 208,8 233,4 20,5 -206,1 8,1

0° 81,2 1,2 13,4 0,3 -12,9 0,3

45° 516,5 42,9 130,0 14,1 -128,0 13,8

FIX

MOZGÓ

Terület [N·°] Maximális erő [N] Minimális erő [N]

U250

Farkas Balázs

47

30. ábra: Nyíráshoz szükséges maximális erők

Érdekes megfigyelés, hogy a felvett nyírási hiszterézis görbék (31. ábra) alakja

ezeknél az előterhelés nélküli méréseknél szabályosabb alakot vesz fel a második ciklustól

kezdve, mint az előterhelt mérések görbéi. Nincs bennük lépcsőzetesség és a szűzgörbe

menete sem mutat nagymértékű ingadozást.

31. ábra: Rögzített és előterhelt nyírás diagramok 45°-os befogási szögnél (U250)

Ezt a diagramot látva, felmerül a gyanú, hogy miért nem lépcsőzetes a piros színű,

rögzített álláshoz tartozó görbe ugyanúgy, mint a kékszínű előterhelt görbe. A hiszterézis

görbe lépcsőzetes menetét ezek szerint nem (vagy nem egyedül) a szövet túldeformáltságával

magyarázható.

Farkas Balázs

48

Feltételezem, hogy a hiszterézis görbék lépcsőzetes jellege a nyíróbefogó szélső,

csapágyazott befogásainak az elmozdulása, és a csapágyazásra ható nagy függőlegesen felfelé

irányuló húzóerő együttesen okozzák. Nem fedezhető fel ugyanis a lépcsőzetes jelleg az olyan

diagramokban, amelyeknél a maximális nyíróerő értéke nem éri el a 100 N-t. Megfigyeltem,

hogy ahol a nyírógörbe kezdeti meredeksége üvegszövet esetén meghaladja a 40 N/m·°-t, ott

lépcsőzetes tagolódás tapasztalható a hiszterézis görbén. A poliészter szövetnél ez a kezdeti

határmeredekséget érték jóval alacsonyabban, 20 N/m·°-nél feltételezem. Amennyiben a

kezdeti meredekség meghaladja ezeket az értékeket, jó eséllyel fellép a lépcsős hiszterézis

jelensége. Lehetségesnek találom, hogy a hiszterézis lépcsőződés és a függvény kezdeti

meredeksége között valamilyen szabályszerű kapcsolat áll fenn. A szakirodalom ilyen jellegű

problémáról nem számol be, valamennyi szövet nyírással foglalkozó tudományos folyóiratban

a Kawabata rendszer által rajzolt hiszterézis hurkok folyamatosak, lépcsőződés nem

figyelhető meg bennük. Feltételezésem igazolásához és hiteles alátámasztásához, miszerint a

befogók csapágyazásával kapcsolatos ez az anomália, további mérésekre lenne szükség,

érdemes lenne megvizsgálni, hogy a nyírási sebesség csökkentése gyakorol-e valamilyen

hatást a kezdeti meredekségre, és hogy csökkenthető-e vele a hiszterézis görbe

lépcsőződésének a mértéke.

A Kawabata paraméterek (32. ábra) diagramban való összehasonlítása szintén

alátámaszthatja a hiszterézis görbék lépcsőzetes feldarabolódására javasolt elméletemet, mert

bár a kezdeti meredekségek minden fix befogás esetében meghaladják a fent javasolt anyag

specifikus határmeredekségeket, a görbékben mégsem fedezhető fel lépcsőzetesség.

32. ábra: Kawabata paraméterk változása a keresztirányú előterhelés változása miatt

Farkas Balázs

49

Elsődlegesen a 45°-os befogási szögeket tartottam szem előtt ebben az

összehasonlításban, hiszen ezeknél mozgó befogás esetén kivétel nélkül lépcsős jelleget

mutatott a nyírási görbe menete. Továbbá ezeknél a méréseknél a szövetek igen erőteljes

redőződést is mutattak.

Az alakíthatóság jellemzésére szolgáló 2HG5 paraméter értéke több mint kétszeresére

nőtt a befogások rögzítésének a következtében. Arra következtetek ebből, hogy a

keresztirányú előterhelés elhagyás téves alakíthatósági paraméterre vezet, a fonalak

megnyúlása pedig hibás, túl nagy nyíróerő értékeket indukál, ami az összes többi paraméterre

hatással van.

Összefoglalva, úgy gondolom, hogy a keresztirányú előterhelés megléte nagyon is

lényeges, amennyiben nyírási tulajdonságok mérése, és pontos megállapítása a cél.

Mindenképpen hasznos volt megvizsgálni az egyenletes keresztirányú előterhelés hiányának a

hatását, mert adódott egy lehetséges magyarázat, elmélet a nyírási hiszterézis görbék

lépcsőződésének az okára.

4.1.3. Molnár-féle nyíróbefogóval és átlósirányú húzással végzett nyírás

összehasonlítása

Az átlós irányú húzóvizsgálat lényege, hogy a mintákat 45°-os kivágási szöggel fogjuk

be, két a hózás irányára merőleges befogóba. A befogók szélessége meghatározza, hogy

mekkora mintákat lehet vizsgálni. Az én esetemben ez a maximális szélesség 50 mm volt. A

kivágott minták hossza 200 mm.

Célom az átlós irányú húzással végzett nyíróvizsgálat és a Molnár-féle nyíróbefogóval

mért nyírás összehasonlítása. Ez számos nehézségbe ütközik, hiszen a minták területe, és ez

által a nyírásnak kitett terület nagysága eltérő. Ezt az eltérést az eredmények

összehasonlításánál valamilyen módon figyelembe kell majd vennem. Az eredményeket 100

mm-re vonatkoztattam, az összehasonlíthatóság érdekében.

További korlátja ennek a vizsgálatnak, hogy nem igazán van értelme a 45°-tól eltérő

befogási szögekkel végezni, hiszen csakis ebben az esetben tud a minta viszonylag nagy

tartományában tiszta nyíró igénybevétel kialakulni. Úgy gondolom, hogy ennek a mérésnek

az eredményeit leginkább a Molnár-féle nyíróbefogóval mért 0°-os befogási szögű minták

eredményeivel érdemes összehasonlítani. Üvegszövet esetében a 0°és a 90°-os minták

esetében nagyon hasonló nyírási tulajdonságok adódtak, míg a PES szövetnél,

Farkas Balázs

50

feltételezhetően valamilyen szövetanizotrópiának köszönhetően igen különbözőek. A pontos

ok feltárása további kutatásokat igényel.

A P465 szövet átlósirányú húzással és a Molnár-féle nyíróbefogóval történő mérése

során kapott grafikonok (33. ábra) szűzgörbéinek az összehasonlításakor észre lehet venni,

hogy jellegük megegyezik, ezen felül pedig a maximális erő értékeik is csak kevéssé térnek el

egymástól.

Az összehasonlítást komplikálja, hogy az átlós irányú húzóvizsgálat ciklikus

vizsgálatként való elvégzése nem lehetséges, ugyanis a szövetek összenyomáskor kihajlanak

és felgyűrődnek. Ezért a nyíróbefogóval végzett mérésnek is csak a kezdeti szakaszát

ábrázoltam.

Megfigyelhető, hogy az üvegszövet esetében a két mérésből származó görbe

jelentősen eltér egymástól (34. ábra). Feltételezem, hogy ez az eltérés az üvegszövet laza

felépítésének a következménye. Elképzelhető, hogy az átlósirányú húzás során a kezdeti

szakaszban a szövet által tanúsított gyenge nyíróellenállásból következőleg a keresztfej

elmozdulása és a nyírási szög között fennálló elméleti összefüggés nem volt alkalmas az

előfeszítetlenül befogott minta nyírási szöge és megnyúlása közötti tényleges kapcsolat

leírására. Következményképpen vélhetőleg nem jött létre a kívánt mértékű nyíró igénybevétel,

és emiatt a nyírási függvény sem tükrözheti a valóságot. A keresztirányú húzóvizsgálatból

kapott eredmények üvegszövet esetében jó egyezést mutatnak a szakirodalomban talált,

hasonló anyagokon végzett ugyanilyen vizsgálat, mérési eredményeivel [6].

33. ábra: Poliészter szövet kétféle nyírásvizsgálatának az összehasonlítása

Farkas Balázs

51

Öt darab mintát mértem le mindkét anyagtípusból, így a mérési sorból legnagyobb

mértékben kilógó egy-egy mérést mérési hibának minősítettem, és kihagytam az értékelésből.

Ennek köszönhetően jelentősen csökkent a mérési eredmények szórása (7. táblázat).

7. táblázat: Nyíróvizsgálatok eredményei

Ahhoz, hogy a nyírási területeket össze lehessen hasonlítani, a vízszintes tengely és a

görbe legelső, az első maximumig tartó felszálló ága által közbezárt területrész nagyságát

kellet kiszámítani a nyíróbefogóval kimért görbék esetében is. Továbbá a fent javasolt, az

üvegszövettel kapcsolatos elméletemet jól alátámasztják a nyíróerő és a nyírási terület

diagramok is (35. ábra), látványos hogy az üveg átlós irányú húzás esetén alig fejt ki

ellenállást, ezért a húzáshoz szükséges átlagos maximális erő szinte jelentéktelen nagyságú.

átlag szórás átlag szórás átlag szórás átlag szórás

P465 84,5 4,16 28,8 0,71 41,1 10,46 26,3 3,37

U250 7,2 0,62 1,3 0,08 34,3 2,27 13,4 0,33

Nyírás átlós húzással Nyírás az új eljárással

Terület [N·°] Maximális erő [N] Terület [N·°] Maximális erő [N]

34. ábra: Üvegszövet kétféle nyírásvizsgálatának az összehasonlítása

Farkas Balázs

52

A nyíróbefogóval mért, a maximális 8°-os nyírási szöghöz tartozó erőértékek

kisebbek. Ebből a tényből kiindulva, azt feltételezem, hogy az átlósirányú húzóvizsgálat

közben a fonalak megnyújtására vagy valamilyen egyéb, nem nyírási folyamatra fordítódik a

többlet erő.

A Kawabata paraméterek összehasonlítása (8. táblázat) megfelelt az elvárásaimnak,

alátámasztja és megerősíti az eddigi feltételezéseimet. Az üvegszövet mérési eredményiben itt

is felfedezhető a hiba, ugyanis a Kawabata paraméterek szintén az összetartozó nyíróerő és

nyírási szög adatok alapján kerülnek meghatározásra. A túlzottan kis húzóerők jelensége

ezekben a paraméterekben is megmutatkozik.

Az összehasonlító diagramon jól látszik (36. ábra), hogy a nyíróbefogóval és az átlós

irányú húzással kapott Kawabata paraméterek jó egyezést mutattak a poliészter szövet esetén.

Összegezve; a két vizsgálat összehasonlítása alapján arra a következtetésre jutottam,

hogy az új nyíróbefogó mindenképpen alkalmas hagyományos kelmék nyírási

tulajdonságainak a meghatározásához, hiszen az adatok nagyon jó egyezést mutatnak.

átlag szórás átlag szórás átlag szórás átlag szórás

G [N/m·°] = 2,9 0,48 2,0 0,37 6,6 0,86 1,1 0,15

G (0°-2,5°)[N/m·°]= 1,9 0,25 1,7 0,20 2,7 0,15 0,3 0,03

2HG [N/m]= 1,5 0,24 1,0 0,19 3,3 0,43 0,5 0,07

2HG5 [N/m]= 11,6 1,45 12,4 0,68 9,9 0,31 1,0 0,07

P465_ÁTLÓS U250_ÁTLÓSP465_sima U250_sima

8. táblázat: Átlós húzás Kawabata paraméterei

35. ábra: Nyíróerő és nyírási terület összehasonlítása

Farkas Balázs

53

További kutató munkák célkitűzése lehet a nyíróbefogóval mért nyírási területek,

nyíróerő maximumok és Kawabata paraméterek másfajta nyíróvizsgálatok adta

eredményekkel való összehasonlítása. Mindenképpen érdemes lenne az új nyíróbefogót a

KES-FB rendszer által mért adatokkal is részletesen összehasonlítani.

4.2. Fonalkihúzás vizsgálata

A két kiválasztott szöveten fonalkihúzási vizsgálatra tettem kísérletet, célom ezeknek

a szöveteknek a fonalak közötti súrlódási együtthatóinak a meghatározása.

A fejlesztett nyíróbefogó segítségével végeztem el a méréseket, az elmozdulásra képes

befogásokat az erre a célra szolgáló rögzítő csavarokkal rögzítettem.

4.2.1. Fonalak érintkezési ívéhez tartozó középponti szög meghatározása

A súrlódási együttható kiszámításához szükség van az egymást keresztező fonalak

középponti szögére, melyet mindkét szövetnél optikai mikroszkóp segítségével határoztam

meg. Ehhez mindkét szövetből mintákat ágyaztam be poliészter gyantába, majd vizsgálatra

alkalmas csiszolatokat készítettem belőlük, aminek köszönhetően jól vizsgálható felületeket

kaptam. A CCD kamerával felszerelt mikroszkóp lehetővé teszi a vizsgált minta

lefényképezését, amit a mikroszkóp számítógépes szoftverével be tudtam méretezni. Az ívhez

36. ábra: A kétfajta vizsgálatból származó Kawabata paraméterek összevetése

Farkas Balázs

54

tartozó középponti szög sajnos csak közvetve volt lemérhető, ezért szükség volt néhány

kiegészítő szerkesztési lépésre. Először ívet illesztettem a keresztező fonalra, meghatároztam

a két szélső érintkezési pontot (tehát magát az ívhosszt), majd leolvastam az ívhez tartozó

középponti szöget. Ezt a módszert csak a P465 minták esetében tudtam alkalmazni, mert itt

ráfért az érintkezési ívre illesztett kör középpontja a képre (37. ábra).

U250 minták esetében utólagos képfeldolgozást kellett alkalmazzak. Ehhez az

Autodesk® AutoCad® programot használtam. Azonosan jártam el, először körívet

illesztettem az érintkezési ívre, majd a kör középpontjából két egyenes rajzoltam a fonalak

érintkezési ívének a két végpontjáig, majd az ezek által bezárt szöget mértem le (38. ábra).

37. ábra: Poliészterszövetnél a fonalak érintkezési ívének középponti szöge

Farkas Balázs

55

Mindkét szövetnél 5-5 különböző helyen határoztam meg a középponti szöget, utána

pedig ezeknek a számtani átlagával végeztem a számításokat.

A szögértékek átlaga P465-nél 119,8°. U250-nél pedig 16,3°. A számításhoz ezek

radiánban vett értékét használtam fel.

4.2.2. Fonalkihúzási vizsgálat a Molnár-féle nyíróbefogó segítségével

A fonalkihúzás vizsgálata a fejlesztett nyíróbefogóval egyszerű, gyors és olcsó, mert

nem igényel hosszadalmas minta előkészítést. Sokszor a fonalkihúzó vizsgálatokhoz

valamilyen műgyantába laminálással rögzítik a vizsgálandó szövetet. Erre a lépésre nekem

nem volt szükségem.

A mintákat 200 x 150 mm-esre vágtam ki, és a két hosszabb szélénél rögzítettem a

befogásokban. A mintákat nem vágtam teljesen körbe, hanem minden minta felfelé néző

szélénél meghagytam a középső szálat hosszabbra. Ezek a hosszabb szálak szolgáltak a

fonalkihúzás kezdetéül.

A poliészterszövet minták méretét 100 x 150 mm-re kellett csökkentenem, mert

nagyobb fonalkihúzó erőre volt szükség, mint a fonalak szakítóereje (40. ábra). Még így is

többször előfordult, hogy nem sikerült a vizsgálatot elvégezni.

38. ábra: Üvegszövetnél a fonalak érintkezési ívének középponti szöge

Farkas Balázs

56

A hagyományos szövetek fonalkihúzó vizsgálata (39. ábra) általában nehézkes, mert a

függvény olyan, hogy nem ad megfelelően elkülöníthető lokális maximumokat, amik viszont

fontosak a fonalak közötti súrlódási együttható kiszámításához. Bajos fonalkihúzó vizsgálatot

végezni és súrlódási együtthatót számolni az olyan szöveteknél, ahol a fonalak

bedolgozottsága nagy.

Látható, hogy a poliészter szövet fonalkihúzásakor fellépő erők lényegesen

nagyobbak, mint az üvegszövetnél. Következtetni lehet a diagramokból a szövetek fonásának

a sűrűségére is, hiszen minél sűrűbben keresztezik egymást a fonalak, annál nagyobb lesz az

összes súrlódó felület is.

A P465 szövetet kétféleképpen vizsgáltam, mivel ennek a kötésmódja panama, tehát

duplán futnak a fonalak benne, ezért az egyik féle mérésnél, csak az egyiket húztam ki, a

másiknál viszont mindkettőt egyszerre. Előfordult, olyan az egyik mérésnél, hogy a dupla

húzott fonalból először az egyik szakadt el, majd kis idő múlva a másik is (40. ábra).

39. ábra: Hagyományos szövet (A) és műszaki szövet (B) fonalkihúzása

Farkas Balázs

57

Jól megfigyelhető az ábrán a fonalak szakítóereje, látható hogy a dupla fonal kicsivel

többet bírt 50 N-nál, utána elszakadt, majd a második fonal 25 N környékén ment tönkre.

A P645 szövet fonalkihúzó vizsgálata során megfigyeltem a szövet erőteljes

nyíródását (41. ábra). A görbék abszolút maximumának az eléréséig feltételezhetően jórészt

nyíró igénybevételnek van kitéve a szövet, a maximális fonalkihúzási erő meghaladja a 0°-os

befogási szögű P465 nyíró vizsgálat során rögzített maximális erőt. A görbe (40. ábra) kezdeti

szakasza a nyíró vizsgálatok során megismert hiszterézis görbe kezdeti szakaszával mutat

jelentős hasonlóságot. A további vizsgálatok során érdemes lenne megvizsgálni, hogy a

hagyományos sűrű szövésű szövetek esetében hogyan lehetne kiküszöbölni a nyírás

megjelenését a fonalkihúzási vizsgálat eredményeiben, és hogy elképzelhető-e olyan mérés

kiértékelési módszer, amely ezt figyelembe veszi a fonalkihúzási eredmények rögzítésekor.

40. ábra: Dupla fonalkihúzás a fonalak egymás utáni tönkremenetelével

Farkas Balázs

58

4.2.3. Súrlódási tényezők meghatározása

Az Euler-féle kötélsúrlódási egyenletet használtam a súrlódási együtthatók

meghatározásához.

Anyag mintánként 7, illetve 8 mérést végeztem, ebből mindig volt 4 olyan mérési

eredmény, aminél nem szakadt el a fonal, ezeket használtam fel az értékeléshez.

A lokális maximumok erő értékeit (9. táblázat/K1, K2, K3, K4) és a csúcsok sorszámát

a diagramokról olvastam le, átlagukat anyagonként az alábbi táblázatban rögzítettem

(9. táblázat). Észrevehető, hogy a P465 szövet esetében mért erők nagyobbak, mint az U250-

nél. Továbbá az üvegszövetnél jóval könnyebb volt megkülönböztetni a csúcsokat, mint a

poliészter szövetnél, a görbék jellegéből adódóan (39. ábra).

A P465 diagramjaiban a maximális erő érték környezetében nem igazán lehetett jól

kivenni az egyes csúcsokat (39. ábra/A), még nagy nagyításnál sem, ezért itt minden esetben a

görbe leszálló ágában választottam ki négy jól elkülöníthető csúcsot, és ezek erőértékeit

használtam fel a számításokhoz.

41. ábra: Poliészterszövet (B) jelentős nyíródása fonalkihúzás közben az üvegszövethez (A) képest

Farkas Balázs

59

A (2)-es számú összefüggés alapján ezeknek a segítségével számoltam ki anyagonként 3-3 µ

súrlódási együttható értéket, melyeket átlagolva megkaptam az anyagokra jellemző súrlódási

együtthatókat (10. táblázat). A poliészterből történő egyetlenszál és duplaszál kihúzásának az

eredményeit szintén átlagoltam, hogy a valósabb eredményt kapjak.

Az eredmény megfelel a várakozásaimnak. Az üvegszövet fonali között a legkisebb a

súrlódási együttható, ennél nagyobb a poliészter szövetből való kihúzásánál adódó súrlódási

együttható.

10. táblázat: Súrlódási együtthatók

átlag szórás átlag szórás átlag szórás átlag szórás

U250 6,4 0,37 4,6 0,27 4,1 0,13 3,7 0,14

P465_1 27,1 1,28 23,9 1,55 22,4 3,05 20,8 1,12

P465_2 37,3 5,68 31,6 5,21 28,7 5,10 25,1 3,91

K3 [N] K4 [N]K1 [N] K2 [N]

9. táblázat: Fonalkihúzó erők az egymást követő négy szomszédos csúcson

átlag szórás

U250 0,31 0,080

P465 0,49 0,148

µ

Farkas Balázs

60

5. Összefoglalás

A szöveteket igen széles körben alkalmazzák műszaki célokra, kompozit szerkezetek

erősítőanyagaként, mert rendszerint jó az alakíthatóságuk, és ennek köszönhetően bonyolult

geometriájú formák lekövetésére is alkalmasak. Fontos a szőtt szerkezetek mechanikai

tulajdonságainak a vizsgálata, továbbá nagy jelentőséggel bír az új vizsgálati módszerek

fejlesztése is. Egy újfajta nyírásmérő berendezés („Molnár-féle nyíróbefogó”) alkalmazása és

kipróbálása volt dolgozatom egyik célja. Kutatómunkám során áttekintettem a szőtt szerkezet

nyíró- és fonalkihúzási tulajdonságainak a mérésével foglalkozó szakirodalmat. Bemutattam a

szövetek nyírási- és fonalkihúzási tulajdonságainak meghatározására használt alapvető

módszereket, és berendezéseket. A szakirodalom áttekintése után megállapítottam, hogy

szükséges az új mérőberendezés valamelyik hagyományos vizsgálati eljárással történő

összehasonlítása.

A nyírási tulajdonságok elemzése céljából egy hagyományos- és egy műszaki szövetet

vizsgáltam. A hagyományos szőtt kelme alapanyaga poliészter (PES), a műszaki

erősítőszöveté pedig üveg volt.

Megvizsgáltam a szövetminták befogási szögének és a keresztirányú előterhelésnek a

szövetek mérhető nyírási tulajdonságaira gyakorolt hatását, továbbá összehasonlítottam az új

nyíróbefogóval mért nyírási tulajdonságokat az átlós irányú húzáson alapuló nyíróvizsgálatból

nyert eredményeimmel. Megállapítottam, hogy az új szerkezettel mért eredmények poliészter

szövet esetén jó egyezést mutatnak az átlós irányú húzóvizsgálat eredményeivel. Az

üvegszöveten ezzel a két eljárással mért eredmények között nem sikerült kapcsolatot

kimutatnom. Úgy gondolom, hogy további vizsgálatokra van szükség erre vonatkozóan.

Kísérletet tettem fonalkihúzásra a fejlesztett nyíróbefogó segítségével és

megállapítottam, hogy a hagyományos jellegű poliészter szövet fonalkihúzási vizsgálatának

az értékelése nehézkes a fonalkihúzási görbe kedvezőtlen karakterisztikájából adódóan.

A hagyományos jellegű poliészter szövetnél a nyíró vizsgálatokban is tapasztalhatóhoz

hasonló szövet deformációt tapasztaltam, ezért további kutatató munkák céljaként jelöltem

meg a fonalkihúzási eljárás és a nyíróvizsgálat kapcsolatának az elemzését és olyan vizsgálati

eljárás fejlesztését, amely a mérés során tekintettel tud lenni a fonalkihúzás közben erőteljesen

deformálódó szövetek deformációjára.

Farkas Balázs

61

Zusammenfassung

Textilien werden von der Industrie immer häufiger für technische Zwecke, zum

Beispiel in faserverstärkten Verbundmaterialien, angewendet. Textilien sind relativ leicht

formbar und ermöglichen so auch die Fertigung von Bauteilen mit sehr komplizierter

Geometrie. Daher ist die Untersuchung mechanischer Eigenschaften der Gewebe ebenso

wichtig, wie die Entwicklung neuer Prüfmethoden. Eine meiner Zielstellungen war es, das

neue Schärprüfgerät („Molnár-féle nyíróbefogó“) anzuwenden und auszuprobieren. Im

Rahmen meiner Forschungsarbeit habe ich die Fachliteraturen überblickt, die sich mit der

Schär- und Garnauszugsuntersuchung (yarn pull-out) beschäftigen. Ich habe die

grundlegenden Methoden und Anlagen vorgestellt, die zur Messung der Schär- und

Garnauszugseigenschaften benutzt werden. Nachdem ich die Fachliteratur überblickt hatte,

habe ich festgestellt, dass es notwendig ist, das neue Prüfverfahren mit einer der

herkömmlichen Schärprüfmethoden zu vergleichen.

Für meine Untersuchungen habe ich ein herkömmliches und ein technisches Gewebe

ausgewählt. Das Grundmaterial des herkömmlichen Gewebes ist Polyester (PES), das

technische Gewebe besteht aus Glasfasern.

Während meiner Arbeit habe ich die auf die Schäreigenschaften dieser Gewebe

ausgeübten Einflüsse des Einspannwinkels und der Quervorspannung untersucht. Ich habe die

Messungen mit dem neuen Schärprüfgerät gemacht, und daneben auch Zugprüfungen in der

Querrichtung des Gewebes als Schäruntersuchung (Querzugsuntersuchung) durchgeführt. Die

erhaltenen Messergebnisse habe ich verglichen. Ich habe festgestellt, dass die mit dem neuen

Schärprüfgerät erhaltenen Werte im Falle des Polyestergewebes sehr gut mit den Ergebnissen

der Querzugsuntersuchung übereinstimmen. Aber im Falle des Glasgewebes ist es mir nicht

gelungen, einen Zusammenhang zwischen den Messergebnissen aus den zwei Verfahren

nachzuweisen. Ich nehme an, dass noch weitere Versuche und Untersuchungen zur

Beurteilung dessen Korrelation nötig sind.

Mit Hilfe des neuen Schärprüfgerät habe ich auch Garnauszugsexperimente

durchgeführt, wonach ich jedoch feststellen musste, dass die Bestimmung des

Reibungsfaktors bei Experiment mit herkömmlichen Geweben eigentlich unmöglich ist, weil

die Charakteristik der Garnauszugskurven zur Auswertung nicht geeignet ist. Die

Reibungsfaktor-Berechnungsformel ist nur für technische Geweben geeignet.

Farkas Balázs

62

Bei dem Polyestergewebe habe ich während der Garnauszugsprüfung eine zur

Schärprüfung ähnliche Deformation des Materials bemerkt, deshalb habe ich als Ziel weiterer

Forschungsarbeiten die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen den Deformationen

während des Garnauszugs und der Schärprüfung empfohlen. Diese Untersuchungen könnte

möglicher weise zu der Entwicklung einer neuen Auswertungsmethode führen, in welcher

diese Deformationen während der Garnauszugsprobe, in Betracht gezogen werden könnten.

Farkas Balázs

63

6. Irodalomjegyzék

1. Chou T.-W., Ko F. K.: Textile structural composites. Elsevier, Amsterdam

(1989).

2. Molnar K.: Apparatus for measuring the shear properties of reinforcements

(2013) 4th ITMC Lille mertropole 2013 International Conference

3. Long A. C.: Design and manufacture of textile composites, Woodhead

Publishing Limited, Cambridge (2005).

4. Horrocks A. R., Anand S. C.: Handbook of technical textiles. Woodhead

Publishing Limited, Cambridge (2000).

5. Jederán M., Tárnoky F.: Textilipari kézikönyv. Műszaki Könyvkiadó,

Budapest (1979).

6. Al-Gaadi B.: Szőtt kompozit-erősítő szerkezetek 3D-s deformációs

tulajdonságainak elemzéses. PhD értekezés, Budapesti Műszaki és

Gazdaságtudományi Egyetem (2012).

7. Hu Jinlian: Fabric testing. Woodhead Publishing Limited, Cambridge (2008).

8. Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János: A polimertechnika alapjai.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (2007).

9. Hegyi Dezső: Ponyvaszerkezetek és ponyvaanyag nemlineáris vizsgálata

numerikus és kísérleti módszerekkel. PhD értekezés, Budapesti Műszaki és

Gazdaságtudományi Egyetem (2006).

10. Gyimesi J.: Textilanyagok fizikai vizsgálata. Műszaki könyvkiadó, Budapest

(1968).

11. http://www.galan.es/?idioma=en&id=&node=tecnica&contingut=datos

(2013.12.02)

12. Kawabata S.: The standardization and analysis of hand evaluation. Textile

Machinery Society of Japan, Osaka (1980).

13. http://nptel.iitm.ac.in/courses/116102029/55 (2013.12.02)

14. Mohammed U., Lekakou C., Dong L., Bader M. G.: Shear deformation and

micromechanics of woven fabrics. Composites Part A: Applied Science and

Manufacturing, 31, 299-308 (2000).

Farkas Balázs

64

15. Potluri P., Perez Ciurezu D. A., Ramgulam R. B.: Measurement of meso-scale

shear deformations for modelling textile composites. Composites Part A:

Applied Science and Manufacturing, 37, 303-314 (2006).

16. Zhu B., Yu T. X., Tao X. M.: Large deformation and slippage mechanism of

plain woven composite in bias extension. Composites Part A: Applied Science

and Manufacturing, 38, 1821-1828 (2007).

17. Zhu D., Mobasher B., Vaidya A., Rajan S. D.: Mechanical behaviors of Kevlar

49 fabric subjected to uniaxial, biaxial tension and in-plane large shear

deformation. Composite Science and Technology 74, 121-130 (2013).

18. Willems A., Lomov S.V., Verpoest I., Vandepitte D.: Optical strain fields in

shear and tensile testing of textile reinforcements. Composite Science and

Technology 68, 807-819 (2008).

19. Harrison P., Clifford M.J., Long A.C.: Shear characterisation of viscous woven

textile composites: a comparison between picture frame and bias extension

experiments. Composites Science and Technology 64, 1453–1465 (2004).

20. Sun H., Ning P.: Shear deformation analysis for woven fabrics. Composite

Structures 67, 317–322 (2005).

21. Liu L., Chen J., Li Xiang, Sherwood J.: Two-dimensional macro-mechanics

shear models of woven fabrics. Composites: Part A 36, 105–114 (2005) .

22. King M.J., Jearanaisilawong P., Socrate S.: A continuum constitutive model

for the mechanical behavior of woven fabrics. International Journal of Solids

and Structures 42, 3867–3896 (2005)

23. Kong H., Mouritz A. P., Paton R.: Tensile extension properties and

deformation mechanisms of multiaxial non-crimp fabrics. Composite

Structures, 66, 249-259 (2004).

24. Valizadeh M., Lomov S., Ravandi S. A. H., Salimi M., Rad S. Z.: Finite

element simulation of a yarn pullout test for plain woven fabrics. Textile

Research Journal, 80, 892–903 (2010).

25. Bilisik K..: Properties of yarn pull-out in para-aramid fabric structure and

analysis by statistical model. Composites Part A: Applied Science and

Manufacturing, 42, 1930-1942 (2011).

26. Parsons E. M., King M. J., Socrate S.: Modeling yarn slip in woven fabric at

the continuum level: Simulations of ballistic impact. Journal of the Mechanics

and Physics of Solids 61, 265–292 (2013).

Farkas Balázs

65

27. Prodromou A. G., Chen J.: On the relationship between shear angle and

wrinkling of textile composite preforms. Composites Part A: Applied Science

and Manufacturing 28, 491-503 (1997).

28. krosglass.pl (hivatalos weboldal). (2013.12.02)

29. Lebrun G., Bureau M. N., Denault J.: Evaluation of bias-extension and picture-

frame test methods for the measurement of intraply shear properties of

PP/glass commingled fabrics. Composite Structures, 61, 341-352 (2003).