Смурова А

Первый вариант структуры ткани сочетает предельную плотность L_wft^lim расположения нитей утка из льна и нормальную плотность L_wp^N расположения нитей основы из хлопка (Фиг.23,а). Для сочетания таких нитей при фазе 0,4266 необходимо большое различие в толщине d_wp(0,4266) >> d_wft(0,4266) и L_wp^N>>L_wft^lim_(0,4266) .

Вследствие сомкнутого расположения уточин внешний вид такой ткани указывает на отсутствие пор. Свободный ход между уточинами равен нулю S_wft^lim_(0,4266) = 0. Однако, расстояние (зазор) между нитями основы существенно отличается от нуля S_wp^N>>S_wft^lim_(0,4266). При этих обстоятельствах появляется ещё один вариант (Фиг.23,b) проникновения воздуха, воды и частиц каких-либо веществ: вместо «свободного хода» поток вынужден изменять направление прямолинейного движения и проникать по сложной кривой в зазоры между уточинами и нитями основы S_wp1 и S_wp 2, исключая участки перекрестий уточин. Такое движение потока веществ можно назвать как «Лабиринтное».

Для полного исключения свободного и лабиринтного потоков воздуха, жидкости и частиц веществ в структуре ткани достаточно использовать совокупность предельных плотностей расположения нитей основы и утка (Фиг.23с). В этом варианте внешний вид ткани соответствует первому впечатлению об отсутствии пор любого формата. Эффект полной плотности расположения нитей в структуре ткани обеспечивается не только предельным сближением уточин до начала взаимного контакта (S_wft^lim=0), но и предельным сближением нитей основы на расстояние равное толщине уточин S_wp^lim_(0,4266) = 2b_wft(0,4266). . Вид А наглядно показывает сплошное заполнение уточинами пространства между нитями основы, препятствующее ходу свободного и лабиринтного потокам веществ.

Сверхпредельная плотность ткани по утку в сочетании с предельной плотностью по основе также, но в большей мере, исключает свободный и лабиринтный потоки сквозь ткань.

В качестве продолжения анализа пористости ткани уместно отметить важное обстоятельство, представляющее особый интерес для создателей фильтров:

ПРОНИЦАЕМОСТЬ ТКАНИ ГАЗОМ, ЖИДКОСТЬЮ И ЧАСТИЦАМИ ВЕЩЕСТВ ВОЗМОЖНА НЕ ТОЛЬКО ПУТЕМ «СВОБОДНОГО» И «ЛАБИРИНТНОГО» ХОДА, НО И ПУТЕМ ПРОНИКНОВЕНИЯ МЕЖДУ ВОЛОКНАМИ В СТРУКТУРЕ НИТЕЙ.

Конечно (безусловно), объёмная скорость проницаемости сквозь лабиринты зазоров между волокнами нитей в ткани существенно снизиться.

В мировой практике ткачества наибольший объем выпуска тканей принадлежит структурам ткани около пятой фазы строения.

На Фиг.24 приведены примеры элемента ткани пятой фазы строения из волокон одного рода, в частности, из наиболее распространенного хлопкового волокна. Ранее установлено, что особенностью строения ткани пятой фазы с предельной плотностью является невозможность сближения нитей до взаимного контакта. Дистанция между нитями утка составляет S_wft^lim₍₅) = 0,89 a_wft(5) , а между нитями основы S_wp^lim₍₅₎ = S_wft^lim₍₅₎.

Фиг.24

При равенстве условных диаметров нитей основы и утка d_wp=d_wft, а также плотности их предельного расположения L_wp^lim₍₅₎ = L_wft^lim₍₅₎ (Фиг.24,а), будет образована пора (зазор) с площадью в виде квадрата S_wp^lim₍₅₎ × S_wft^lim₍₅₎. Свободный поток сквозь ткань наглядно проиллюстрирован в направлении А₁ между нитями основы и В₁ между нитями утка.

Если необходимо использовать нити основы большей толщины по сравнению с уточинами d_wp>>d_wft, то для получения пятой фазы строения ткани (Фиг.24b) необходимо существенно увеличить расстояние между уточинами L_wp^lim₍₅₎ << L_wft^N. В результате пора принимает форму вытянутого прямоугольника. Различие продольных сечений свободного потока определяется величинами S_wp^N и S_wft^N. Оно хорошо иллюстрировано изображениями потока с видами по направлениям А₂ и В₂ .

Подобная форма поры (вытянутый прямоугольник) может быть получена и при сравнительно толстом утке d_wp << d_wft и различной плотности ткани по основе и утку L_wft^lim₍₅₎ << L_wft^N_. В этом случае S_wp^N >> S_wft^lim₍₅₎.

При видимом подобии форм свободных потоков (а) и (b) для практиков имеет значение незаметное, на первый взгляд, наличие существенного отличия: длинные продольные стороны прямоугольного поперечного сечения потока направлены вдоль нитей основы на Фиг.24,b и вдоль нитей утка на Фиг.24,с. Это замечание полезно учитывать, в первую очередь, создателям фильтров применительно к конкретным условиям эксплуатации.

Использование нитей основы и утка из волокон разного рода вносит свои коррективы в разработку тканей. В подтверждение этому на Фиг.25 представлены три варианта элемента ткани той же пятой фазы строения, но из нитей основы и утка из волокон разного рода.

Фиг.25

Как уже указывалось ранее, наиболее контрастными по жесткости к изгибу из числа натуральных являются представители растительных волокон – лубяные. Получение средней пятой фазы строения ткани из нитей с различными физическими свойствами всегда сопряжено с трудностями проектирования. Дессинатору приходится решать проблему создания одинаковой по величине высоты волны изгиба для таких нитей, причем, методом проб и ошибок. Чтобы уменьшить время на поиск приемлимого (допустимого) решения нужной структуры ткани, полезно получить знания о направлении поиска эффективного варианта параметров нитей и ткани.

Интересный вариант элемента ткани представлен на Фиг.25,а: сравнительно тонкие (но жесткие к изгибу) льняные нити основы изгибаются сравнительно толстыми (но мягкими) нитями утка из шерстяных волокон на ту же величину, что и уточины. Любопытно, что равенство волн изгиба h_wp(5) = h_wft(5) достигается при равенстве предельной плотности расположения уточин и нормальной плотности расположения нитей основы L_wft^lim₍₅₎ = L_wp^N. Такое же равенство волн изгиба нитей на Фиг.24,а при L_wft^lim₍₅₎ = L_wp^lim₍₅₎ получено путем использования нитей основы и утка равной толщины.

За счет использования нитей основы и утка разной толщины d_wp>>d_wft (Фиг.25,а) образуется пора для свободного хода воздуха с площадью в виде вытянутого прямоугольника вдоль шерстяных нитей основы (на Фиг.24,а пора имеет вид квадрата). Размеры воздушного потока в поре на видах А₁ и В₁ (Фиг.25,а) идентичны по форме поре на Фиг.(24,с), однако последние получены за счет существенного различия в плотности расположения нитей основы и утка.

Пора квадратной формы из нитей разной толщины и различного рода волокон может быть получена за счет различия в плотности расположения нитей основы и утка в элементе ткани (Фиг.25,b). В частности, степень различия в плотности расположения нитей в ткани следует подбирать в соответствии с мерой различия условных диаметров тонких уточин из хлопкового волокна и более толстых шерстяных нитей основы. При d_wp > d_wft и L_wft < L_wp^lim₍₅₎ получаем квадратную площадь поры S_wp^lim₍₅₎ = S_wft. Свободные потоки воздуха изображены идеализировано на видах А₂ и В₂ . Здесь рекомендуется обратить внимание на одну особенность: в реальности поток воздуха обтекает нити основы сравнительно большого поперечного сечения (А₂) и нити утка малого сечения (В₂). В результате расстояние между потоками воздуха вдоль нитей основы будет меньше, чем вдоль уточин. Иными словами: количество потоков воздуха вдоль нитей основы будет существенно больше, чем вдоль утка. Эту незаметную, на первый взгляд, тонкость следует иметь в виду дизайнерам всех видов тканей технического и бытового назначений.

Сочетание предельных плотностей расположения нитей основы и утка в ткани (Фиг.25,с) из синтетических волокон может сопровождаться образованием поры прямоугольной формы S_wp^lim₍₅₎ > S_wft^lim₍₅₎ при d_wp< d_wft и L_wft^lim₍₅₎ ≠L_wp^lim₍₅₎ . Здесь поток воздуха между нитями кевлара существенно сужен сравнительно большими размерами поперечного сечения уточин по сравнению с шириной потока между тонкими нитями основы. В итоге из ткани будет выходить струя воздуха (газа, жидкости, частиц каких-либо веществ) в виде тонкого «лезвия ножа». Это обстоятельство также следует учитывать при достижении максимального эффекта эксплуатации новой структуры ткани специального назначения.

Для повышения прочности усиливающей арматуры композитных материалов всё шире используются арамидные волокна, в частности одно из первых изобретенных – Kevlar. Если требуется усиление композита только в одном направлении, то для экономии дорогого волокна используется сочетание большого и сравнительно малого диаметров нитей основы и утка. Это приводит к получению крайних значений порядка фаз строения: около первой или около девятой.

На Фиг. 26 представлены два варианта пористости ткани из одного рода волокна при использовании кевларовых нитей основы и утка разной толщины для образования фазы N_F = 9,8.

Фиг.26

Вытянутый прямоугольник поры на Фиг.26,а получен путем сочетания предельной плотности расположения нитей утка с нормальной плотностью расположения более тонких нитей основы. Площадь поперечного сечения поры равна S_wp^N >> S_wft^lim_(9,8) при d_wp<< d_wft, L_wft^N >> L_wp^lim_(9,8) . Разница протяженности потока воздуха вдоль нитей утка (А₁) и вдоль нитей основы (В₁) существенна. Качество пропитки связующеё субстанцией такой ткани будет высоким.

Если необходимо создать структуру ткани с изоляцией от свободных потоков воздуха (газа, частиц веществ и др.), то необходимо обеспечить получение совокупной предельной плотности расположения нитей основы и утка. При фазе N_F = 9,8 (Фиг.26,b) уточины должны существенно превышать по толщине нити основы d_wp<< d_wft при L_wft^lim _(9,8) = 2a_wft(9,8) +2b_wp(9,8) и L_wp^lim_(9,8)= 2a_wp(9,8), S_wft^lim_(9,8) ≈ 2b_wp(9,8) и S_wp^lim_(9,8) = 0. Вид А (b) на поперечное сечение нитей утка идентичен виду А поперечного сечения нитей основы на Фиг.23,с.

Проведенный выше анализ порообразования в элементах тканей различной фазы строения позволяет наглядно изобразить на Фиг.27 общую картину варьирования величины пор при переходе от одной фазы к другой при предельной плотности расположения нитей из волокон одного рода (конкретные значения S_wft^lim_(i) и h_wft(i) взяты из Таблиц 6,7 и 8.

Фиг.27