LUJUUS MITÄ LUJUUS ON? MITÄ LUJUUDENMITTAUKSESSA MITATAAN? Hanna-Riitta Kymäläinen

Transkriptio

1 LUJUUS Hanna-Riitta Kymäläinen Helsingin yliopisto Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta Agroteknologian laitos MITÄ LUJUUS ON? Aineen (kuidun, tekstiilin) lujuus tarkoittaa sen kykyä vastustaa ulkoisten voimien vaikutusta Ulkoisen voiman vaikutustavan mukaan kappaleeseen syntyviä vastavoimia nimitetään esimerkiksi veto-, puristus-,, taivutus-,, vääv ääntö- ja leikkausjännityksiksi MITÄ LUJUUDENMITTAUKSESSA MITATAAN? Lujuusominaisuus (ja testi) Vetolujuus Repimislujuus Puhkaisulujuus Taivutuslujuus Hankauslujuus Shearing strength ( leikkautumislujuus ) Peeling strength ( kuoriutumislujuus ) Mitattava suure tai ominaisuus* Ulkonäön muutos, hankausmäärä Massan muutos, ulkonäön muutos, hankausmäärä *Lihavoitu: mitataan vakiovaurion aiheutumisen tarvittavaa rasitusta. *Kursivoitu: mitataan vakiokäsittelyn aiheuttamaa vauriota. 1

2 LUJUUTEEN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT tekstiili KUITU LANKA SIDOS RAKENNE VÄRJÄYS JA VIIMEISTYS KOSTEUS- PITOISUUS LOIMEN / KUTEEN SUUNTA VESI JA KOSTEUS rasitustekijät KÄYTTÖ SÄILYTYS PESU KEMIALLISET AINEET SÄTEILY, AURINGONVALO MEKAANINEN RASITUS VETOLUJUUS Koepalan pituus 300 mm Vetopituus 200 mm Vetomurtolujuus, vetolujuus (SFS-EN ISO ) Mitataan erikseen kuteen ja loimen suuntaan Loimi on usein lujempaa, koska loimen suunnassa on yleensä enemmän lankoja ja loimilangoissa on kenties enemmän kierrettä kuin kudelangoissa 60 mm 50 mm Langan vetomurtolujuus: vetopituus 500 mm tai 250 mm (EN-ISO 2062) JÄNNITYS-VENYMÄKÄYRÄ ( ) Suurin voima 3. Murtovoima 4. Esijännitys 5. Venymä suurimmalla voimalla 6. Murtovenymä 7. Venymä Venymä 2

3 VENYMÄ JA PALAUTUMINEN (SFS 5231) Esikuormitettu alkupituus Pysyvä pituudenmuutos Kokonaispituudenmuutos Eri kuitujen palautuminen venymästä Elastinen (kimmoisa) palautuminen Polyamidi Villa ja karva Asetaatti Silkki Polyesteri 2 % pitenemästä 5 % pitenemästä 10 % pitenemästä Viskoosi Puuvilla Pellava Akryyli Taylor 1994 ERILAISIA VETOLUJUUSKOEKAPPALEIDEN MUOTOJA: SAUMAN LUJUUS : sauman pituus 100 mm, mittapituus 200 mm : sauman pituus 100 mm, mittapituus 100 mm 3

4 VETOKETJUN VETOLUJUUDEN TESTAAMINEN (SFS 4539) Mitataan rikkoutumiseen tai avautumiseen tarvittava voima Piirroskuvat: SFS 4539 LANGAN VETOLUJUUDEN MITTAAMINEN Yksittäinen lanka ( 2062) Vetopituus 500 mm tai 250 mm Esijännitys 0,5 cn/tex (kuiville), 0,25 cn märille langoille Mittausperiaate sama kuin kankailla Sairaalatekstiilejä, SFS käsikirja 126 ESIMERKKEJÄ STANDARDEISSA ESITETYISTÄ VETOLUJUUSVAATIMUKSISTA Tekstiilimateriaali Lakanakangas Pussilakana- ja tyynyliinakangas Vetoketju Teolliset ompelulangat Lakana (CO/PES), pussilakana, tyynyliina, froteepyyhe, miesten yöpuku Lakana (CO), pellavapyyhe Poikkilakana Aamutakki Vauvan harsovaippa Vauvan flanellivaippa Naisten työtakki Vaatimus N (Newton) Käyttökohteen mukaan: Poikittain Muita arvoja Kuidun ja luokituksen mukaan: 3,5-608 Loimi ja kude 350 Loimi ja kude 450 Loimi ja kude 500 Loimi ja kude 300 Loimi 150, kude 100 Loimi ja kude 200 Loimi 800, kude 600 Standardi SFS 3676 SFS 3676 SFS 4540 SFS-EN SFS 2945, 2947, 2958, 2963, 5461 SFS 2962, 3679 SFS 4719 SFS 3989 SFS 4991 SFS 4993 SFS

5 VETOLUJUUS MUISSA STANDARDEISSA Froteen silmukoiden kiinnipysyvyys (SFS 4325) Silmukkaa kuormitetaan, kunnes se irtoaa vetäen mukanaan peräkkäisiä silmukoita Kloorin (natriumhypokloriittiliuoksen) aiheuttama murtokuormituksen muutos (SFS 5007) Tutkitaan pesun ja valkaisun yhteydessä kankaaseen jääneen kloorin vaikutusta kankaan lujuuteen Sauman liestymistestit Repeämislujuusstandardit ovat menetelmällisesti usein vetolujuuskokeita REPEÄMISLUJUUS Taylor 1994 Repimisen aikana rasitus kohdistuu vuorollaan jokaiseen kudelankaan. Repimislujuusarvo (voima) on siten huomattavasti alempi kuin vastaava vetolujuusarvo, koska vetolujuudessa rasitus jakautuu yhdellä kertaa useampaan lankaan. REPEÄMISLUJUUS Pitkät lankajuoksut (satiini ym.) aiheuttavat lankojen luisumista, mikä voi nostaa repimislujuusarvoa verrattuna vastaavaan tiheäkudoksiseen kankaaseen. Vastaavasti viimeistysaineet saattavat lisätä lankojen välistä kitkaa ja siten heikentää kankaan repimislujuutta. Neuloksille ei yleensä tehdä repimislujuustestiä, koska niitä on useimmiten vaikea repiä. 5

6 Repeämislujuuden mittausmenetelmiä Menetelmä / koepala Koetyyppi Standardi Testattava kangas Ballistinen heilurimenetelmä Housun muotoiset koepalat Siiven muotoiset koepalat Kielen muotoiset koepalat Ballistinen heilurimenetelmä Vetolujuus. Vetopituus 200 mm (lev. 50 mm) Elmendorf Single tear Single tear Double tear Elmendorf Vetomurtolujuus a) , b) SFS- EN ISO a) , b) SFS- EN ISO ISO (SFS- EN ISO ) Lähinnä kudotut kankaat a) Lähinnä kudotut kankaat, b) pinnoitetut kankaat Lähinnä kudotut kankaat a) Lähinnä kudotut kankaat, b) pinnoitetut kankaat Pinnoitetut kankaat Kuitukankaat Ballistinen heilurimenetelmä, single tear Housun muotoinen koepala, single tear 25 mm 15 mm 43 mm 200 mm Repeämän loppupiste 50 mm 20 mm 100 mm Piirroskuva: leuka Kielen muotoin. koepala, double tear 100 mm leuka Siiven muotoinen koepala, single tear 100 mm 55º 150 mm 220 mm 100 mm Halkio 100 mm 50 mm Kuvat: Repeämän loppupiste Piirroskuva:

7 HANKAUSLUJUUS SEM-kuva 40x pestystä puuvillakuidusta a a b Hankaustyypit a) Sileän pinnan hankautuminen b) Reunojen ja saumojen hankautuminen c) Kuitujen välinen hankaus tekstiilin taipuessa Kuisma R a, c b b b HANKAUSLUJUUSTESTIT Kulumismekanismeja ja niiden jaottelutapoja on lukuisia, esimerkiksi jako seuraaviin Liukumiskuluminen Vierimiskuluminen Iskukuluminen Värähtelykuluminen Eroosiokuluminen Abrasiivinen kuluminen eli mekaaninen hankautuminen on yleisin kulumismekanismi. Sekin käsite sisältää useita eri kulumistapoja. Tästä kaikesta seuraa, että hankauslujuustestejä on lukuisia Testeistä monet on standardoitu kansallisesti ja/tai kansainvälisesti Tällä luennolla esitellään joitakin tyypillisiä hankauslujuustestejä. On kuitenkin hyvä muistaa, että lukuisia muitakin on olemassa. Selvitä siis aina, mistä testistä on kyse! ERILAISIA HANKAUSLAITTEITA Martindale ( 12947) Taber ( ) Testattava kangas Testattava kangas Hankaava kangas Kuva: Hankauskiekko 7

8 Stoll (ASTM D ) Menetelmä sopii kudotuille ja neulotuille materiaaleille Testattava kangas on kiinnitetty puhalletun, vakiopaineisen kumialustan päälle Testattavaa kangasta hangataan monisuuntaisesti erityistä hankaavaa pintaa vasten Hankauksenkesto arvostellaan kierroksina Kuva: Testi Martindale ERÄIDEN HANKAUSLUJUUSTESTIEN VERTAILU Standardi Hankaava aine Hankauksen kesto Kierrosmäärä rikkoutumiseen asti Arvostelu Kierrosmäärä rikkoutumiseen asti P P P Martindale Martindale Taivutus + hankaus Taber Martindale Stoll , SFS- EN ISO ISO EN AC ASTM D Hankauspää Erikarkeuksiset kiekot Standardikangas Standardikangas Standardikangas Standardikangas Teräväsärm. kalvo Kierrosmäärä rikkoutumiseen asti Sovitut tarkastusvälit Vakiokesto a) Vakiokesto b) Vaurio/rikkout. a) Vakiokesto b) Vaurio/ rikkout. a) Vakiokesto b) Vaurio/ rikkout. Massahäviö tietyillä hankauskierroksilla Ennalta määritelty ulkonäön muutos Visuaalinen arviointi a) Massahäviö, visuaalinen arvio b) Kierrosmäärä a) Visuaalinen arvio b) kierrosmäärä a) Visuaalinen arvio b) kierrosmäärä MITÄ HANKAUKSEN AIHEUTTAMA ULKONÄÖN MUUTOS VOI OLLA? Esimerkiksi Reikä Värin muutos Nyppyyntyminen Rypistyminen Materiaalin vähenemä (esim. pintakerroksen tai nukan kuluminen pois) Rispaantuminen, liestyminen Kutistuminen Huopuminen, vanuminen Likaantuminen, jonka mittaamisesta ks. pesunkestotestiluento 8

9 HANKAUSVAIKUTUS MUISSA STANDARDEISSA Rispaantuvuus (SFS 4326) Koepaloja pyöritetään korkilla vuoratussa sylinterissä Nöyhtääntymis- ja nyppyyntymisalttius, pillinglaatikko ( ) Polyuretaaniputkien päälle kiinniteetyjä näytteitä pyöritetään korkilla vuoratussa sylinterissä Nöyhtääntymis- ja nyppyyntymisalttius, Martindale ( ) Tutkittavaa kangasta hangataan toista kangasta vasten PUHKAISULUJUUS SFS-EN : teräskuulamenetelmä Mitataan puhkaisuun tarvittava voima teräspallon siirtymä Testattava näyte Yläpuristin SFS-EN : hydraulinen menetelmä Mitataan puhkaisuun tarvittava paine kuvun ( kuplan ) korkeus Painemittari Alapuristin Teräskuula ø 38 mm Puristin Testattava näyte Neste Taylor 1994 LUJUUSTESTIT KERROKSELLISILLE KANKAILLE Shearing strength, leikkautumislujuus Peeling strength, kuoriutumislujuus Repun päällikangas Ohut trikoo Painokuva kuoriutuu Sisäpuolen muovikerros kuoriutuu 9

10 PINNOITETTUJEN KANKAIDEN TAIVUTUSLUJUUS (TAIVUTUKSENKESTÄVYYS) Menetelmä 1: Yhdistetty taivutuksen ja hankauksen kestävyystesti ( 5981) Hankauslaite taittelee ja samalla hankaa kangasta Vaurio arvostellaan visuaalisesti. Menetelmä 2: Taivuttelun kankaaseen aiheuttama vaurioituminen (ISO 7854) Kangas taitetaan 3-kertaiseksi Tätä taiteltua nauhaa taivutetaan 5x sekunnissa Jatketaan sovittu aika tai vauriooon asti Standardissa on esitetty myös kaksi muuta menetelmää 125 mm 37,5 mm liike taitoskohdat kiinnityskohdat KUN LUJUUS ON KOETUKSELLA Pohdintatehtävä luennon lopuksi: Keskustelkaa omiin kokemuksiinne pohjautuen tekstiilien lujuudesta esimerkiksi oikealla lueteltujen tuotteiden / aiheiden osalta Veto Repäisy Puhkaisu Hankaus Harjoituksen voi tehdä pareittain tai ryhmissä, tai pohdi teemaa itse. 1. Vaatetustekstiilit 2. Urheiluvaatteet 3. Lastenvaatteet 4. Jalkineet 5. Lanka, esim. ompelu-, neulelanka 6. Lakana ja pyyheliina 7. Kalustekankaat 8. Laukku 9. Ajoneuvon sisustus ja turvavyöt 10.Pyykinpesu 10

11 LÄHTEET ASTM D Standard Test Method for Abrasion Resistance of Textile Fabrics (Flexing and Abrasion Method). EN AC. Abrasion resistance of protective clothing material Test methods. EN-ISO Tekstiilit. Kehiöllä olevat langat. Yksittäisen langan murtokuormituksen ja murtovenymän määrittäminen. Hautala, M Fysiikkaa pellosta pöytään. Helsingin yliopisto, MMTEK-julkaisuja 16, Yliopistopaino. Hearle, J.W.S., Lomas, B., Cooke, W.D. & Duerden, I.J Fibre failure and wear of materials. Ellis Horwood Ltd, GB. ISO Rubber or plastics-coated fabrics Determination of resistance to combined shear flexing and rubbing. ISO Rubber- or plastics-coated fabrics Determination of resistance to damage by flexing. ISO Textiles Test methods for nonwovens Part 3: Determination of tensile strength and elongation. Kuisma, R Tutkimusmenetelmien kehittäminen kulutus- ja puhdistuvuustutkimuksiin muovipintaisille lattiamateriaaleille. HY/MMTEK julkaisuja 18. Needles, H.L Textile fibers, dyes, finishes, and processes. Noyes Publications, USA. SFS Froteen silmukoiden kiinnipysyvyyden määrittäminen. SFS Kudottujen kankaiden rispaantuvuuden määrittäminen kuivana. SFS Huonekalupäällysteet. Toimistotuolien istuinpäällysteet. Vaatimukset. SFS Vetoketjut. Testausmenetelmät. SFS Vetoketjut. Vaatimukset vaatetuskäytössä. SFS Tekstiilit. Kloorin auheuttama murtokuormituksen muutos. SFS-EN &2. Kumi- tai muovipinnoitetut kankaat. Puhkaisulujuuden määrittäminen. Osa 1: teräspallomenetelmä, osa 2: hydraulinen menetelmä. SFS-EN Tekstiilit. Kokonaan tai osittain systeettistä kuitua olevat teollisuusompelulangat Tekstiilit. Kankaiden nöyhtääntymis- ja nyppyyntymisalttiuden määrittäminen. Osa 1: Pillinglaatikkomenetelmä Kumi- tai muovipinnoitetut kankaat. Repeämiskuormituksen määritys. Osa 1: Vakionopeudella toimivat menetelmät Kumi- tai muovipinnoitetut kankaat. Repeämiskuormituksen määritys. Osa 2: Ballistinen menetelmä Tekstiilit. Kankaiden nöyhtääntymis- ja nyppyyntymisalttiuden määrittäminen. Osa 2: Muunnettu Martindale-menetelmä &2&3. Tekstiilit. Kankaiden hankauksenkestävyyden määritys Martindale-menetelmällä &2. Tekstiilit. Kankaiden lujuusominaisuudet &2. Tekstiilit. Saumojen lujuusominaisuudet kankaissa ja ommelluissa tekstiilituotteissa &2&3&4 Tekstiilit. Kankaiden repeämisominaisuudet Tekstiilit. Kehiöllä olevat langat. Yksittäisen langan murtokuormituksen ja murtovenymän määrittäminen Kumi- tai muovipinnoitetut kankaat. Hankauksenkestävyyden määritys. Osa 1: Taber-hankauslaite Kumi- tai muovipinnoitetut kankaat. Hankauksenkestävyyden määritys. Osa 2: Martindale-hankauslaite. Taylor, M.A Technology of textile properties. Forbes Publications, London. Sock Testing Consortium. Proposed Test Method for Abrasion Resistance of Hosiery (CSI Stoll Quartermaster with Elastomeric Pad). Viitattu HARJOITUKSIA: POHDINTAA JA KOKEELLISIA TÖITÄ 1. Pohdi, milloin vaatetustekstiilin lujuusominaisuudet ovat a) liian alhaiset, b) liian hyvät. 2. Pohdi, miten tekstiilien lujuuden alenemista voi ehkäistä. 3. Pohdi, missä tapauksissa rikkoutunut tekstiili kannattaa korjata. 4. Perehdy a) ennallistamismenetelmiin: parsiminen, paikkaus, värjääminen... b) miten tehdään vanhasta uutta 5. Arvioi kulumista tekstiilimuodin ilmiönä 6. Valitse tarkasteltavaksi tekstiili ja jokin toiminnallinen tilanne. a) Mitä lujuusominaisuuksia tilanteeseen liittyy? b) Miten hyvin testimenetelmät kuvaavat ko. tilannetta. Käytä tarvittaessa apuna testausstandardeja. 7. Toteuta vertaileva lujuuskoe (valitse lujuuskoe ja tekstiilit) 8. Tutki jonkin rasitustekijän vaikutusta tekstiilin lujuuteen (ennen-jälkeen - koetyyppi) 11