manual microscopie

METODE ŞI TEHNICI DE MICROSCOPIE ÎN METROLOGIA TEXTILĂ

Produsele textile liniare (fibre, fire) şi plane (ţesături, tricoturi, textile neţesute şi com-pozite) se obţin din fibre, filamente sau benzi care se caracterizează prin dimensiuni reduse ale secţiunii transversale / µm2; mm2. Din acest motiv:

– la nivelul produselor textile liniare (semifabricate, fire) identificarea compoziţiei şi determinarea parametrilor de structură geometrică se realizează, ca diametru şi unghi de torsiune, prin intermediul microscoapelor optice şi electronice prevăzute cu accesorii specifice tehnicilor de micrometrie, microfotografiere sau de prelucrare numerică a imaginii video;

– la nivelul textilelor plane (ţesături, tricoturi, textile neţesute sau produse compozite) se utilizează aceleaşi metode în scopul analizei geometriei şi parametrilor geometrici ai legăturii (desimi tehnologice, desimi geometrice, grad de acoperire cu fir), a dimensiunilor secţiunilor transversale.

Studiul microscopic al materialelor textile utilizează dispozitive, aparate şi instalaţii (tabelul IX.3.1):

Tabelul IX.3.1

Dispozitive, aparate şi instalaţii pentru studiul microscopic

Denumirea aparatului Iluminare Receptor Utilizare

Microscop optic, MO DIA, EPI Ochiul Vizualizare; măsurare

MO cu receptor obiectiv DIA, EPI Fotodiodă Prelucrare; fotometrică

Micromet ru obiectiv DIA; EPI Ochiul Vizualizare

Micrometru ocular DIA; EPI Ochiul Vizare, măsurare

Microproiector DIA Ochiul Vizare, măsurare

Microscop electronic TEM, SEM DIA; EPI Terminal PC; camera foto

Monitorizare; document

Instalaţie MO- CV- PC (automatizat)

DIA; EPI Terminale PC Monitorizare; procesare imagine

MANUALUL INGINERULUI TEXTILIST – METROLOGIE TEXTILĂ 102

IX.3.1. Construcţia şi principiul de funcţionare al microscopului optic

Microscopul este alcătuit din două sisteme optice centrate, plasate la o distanţă relativ mare în comparaţie cu distanţele focale ale componentelor (fig. IX.3.1); cele două sisteme sunt convergente şi se caracterizează prin distanţe focale mici:

– sistemul L1 (obiectiv), orientat spre obiect, cu distanţa focală de ordinul milimetrilor; – sistemul L2 (ocular), prin care se priveşte, cu distanţa focală de ordinul centimetrilor. Prin intermediul obiectivului se obţine imaginea reală y1, mărită şi răsturnată, a

obiectului y plasat la distanţa f1 faţă de Lob; imaginea reală y1 este privită prin ocularul Loc care funcţionează ca o lupă cu mărire liniară mare şi formează o imagine virtuală y2, mărită şi răsturnată faţă de obiect.

Fig. IX.3.1. Principiul formării imaginii microscopice.

Microscopul optic se realizează în diverse forme constructive, adaptate la modul de utilizare prin dispozitivele auxiliare cu care este prevăzut, care modifică parţial principiul de formare al imaginii.

În metrologia textilă, microscopul optic (fig. IX.3.2) este utilizat ca: – microscop simplu; – microscop de proiecţie (fig. IX.3.3); – microscop stereoscopic (fig. IX.3.4), în variante simple sau automatizate.

Fig. IX.3.2. Microscopul optic.

Metode şi tehnici de microscopie în metrologia textilă 103

Fig. IX.3.3. Obiectivul microscopului; structură şi montaj.

Fig. IX.3.4. Construcţia şi montarea ocularelor.

Utilizarea tehnicilor de microscopie presupune: – modificări parţiale ale principiului constructiv; – echiparea cu dispozitive specifice pentru: ∃ tehnici de micrometrie optică (micrometre obiective şi oculare; dispozitive de

microfotografiere; dispozitive pentru analiza fotometrică a imagini; automatizarea deservirii microscopului);

∃ mărirea rezoluţiei şi a puterii separatoare: prin modificarea echipamentului / utilizarea obiectivelor de imersie;

∃ tehnica de iluminare a obiectului studiat: lumină polarizată; fluorescentă; contrast de fază; tehnici de studiu în câmp întunecat.

Indiferent de varianta adoptată, ca elemente constructive se regăsesc în microscop (fig. IX.3.2):

– partea mecanică: suportul care susţine stativul 1, cu tubul optic 2, la capătul inferior al căruia este plasat suportul rotativ al obiectivelor 3, revolver; masa portobiect 4, care are trei grade de libertate (asigurate prin cremaliere şi suport rotitor); poziţia tubului optic reglabilă faţă de obiectul studiat se asigură cu ajutorul cremalierelor 5 şi al pinioanelor aferente micrometrelor pentru reglaj fin şi grosier;


– partea optică: sistemul de iluminare 6, care conţine sursa şi sistemul de dirijare şi concentrare a fasciculului de lumină spre obiectul studiat 7: condensator prevăzut cu inele de susţinere pentru diafragmă şi filtre, a cărui poziţie este reglabilă faţă de obiectul studiat; sistemul de formare a imaginii optice a microscopului format din obiectivul Ob şi ocularul Oc, montate la extremităţile tubului optic; cele două sisteme au aceeaşi axă optică. Partea optică asigură performanţele microscopului, care depind de calitatea lentilelor încorporate(se corectează de aberaţiile de sfericitate şi cromatice).

Obiectivul microscopului este un ansamblu optic destinat formării imaginii reale, mărite şi răsturnate a obiectului de studiat. Obiectivul este realizat dintr-un grup de lentile, montate pe acelaşi ax optic, într-un tub de metal; deschiderea la partea inferioară este a lentilei frontale (are diametrul mic) şi e îndreptată spre obiect; deschiderea de la partea îndreptată spre observator, cu diametrul mare, este a lentilei posterioare. Montura metalică asigură poziţionarea radială şi axială cu ajutorul căreia se asigură coincidenţa axelor optice şi poziţionarea obiectivului faţă de reticul.

Obiectivele se caracterizează prin capacitatea de mărire şi prin apertura numerică ce se consemnează pe partea exterioară a monturii metalice; aceste caracteristici metrologice determină, împreună cu lungimea de undă a radiaţiei pentru observaţie, rezoluţia microscopului.

Obiectivele se diferenţiază prin capacitatea de eliminare a aberaţiilor: – obiectivele apocromate elimină aberaţiile de sfericitate şi cromatice, până la trei

radiaţii; – obiectivele acromate elimină aberaţiile cromatice, până la două radiaţii. Ocularul microscopului (fig. IX.3.4) este constituit de asemenea ca ansamblu optic,

fiind format din două lentile, una culegătoare şi una de ochi; are putere de mărire superioară obiectivelor. Ocularul preia imaginea mărită de obiectiv, funcţionează ca lupă şi formează o imagine virtuală. Microscoapele pot fi prevăzute cu unul sau două oculare / binoculare care pot asigura imagini normale sau stereoscopice.

Observaţii: 1. Pentru a se putea utiliza întreaga putere separatoare a obiectivului, ocularele

microscopului trebuie să aibă o astfel de putere de mărire încât detaliile obiectului, separate de obiectiv, să se vadă sub un unghi de un minut.

2. Un ocular puternic nu va permite observarea detaliilor dacă acestea nu sunt separate de obiectiv.

3. Pentru dimensiuni ale obiectului mai mici decât puterea separatoare, imaginea obţinută se prezintă sub forma unui punct; ca urmare, detaliile obiectului nu se mai disting, iar creşterea în continuare a grosismentului microscopului nu are nici un rost.

Colectoarele sunt ansambluri optice convergente, cu rolul de a proiecta real, mărit şi la distanţă finită sursa luminoasă şi fac parte din dispozitivele de iluminare a obiectelor (fig. IX.3.5).

Condensoarele (fig. IX.3.6) sunt ansambluri optice care iluminează nemijlocit obiectul cu fascicule înclinate sub unghiul de apertură al obiectivului; au rolul de a proiecta diafragma de câmp în planul micropreparatului O, de a proiecta la infinit diafragma de apertură DA şi de a realiza unghiul de iluminare sk, corespunzător unghiului de deschidere s0, al obiectivului.

Componentele electrice şi electronice ale microscoapelor sunt: surse şi receptoare (tabelul IX.3.2).


Fig. IX.3.5. Construcţia şi montura colectoarelor.

Fig. IX.3.6. Construcţia şi montura condensoarelor.


Tabelul IX.3.2

Surse de radiaţii artificiale utilizate în microscopie

Surse de radiaţii artificiale Temperatura Particularităţi

Lămpi cu incandescenţă T = 2700-3000 K Filament de wolfram, în gaz inert / tensiune joasă sau ridicată

Lămpi cu electrozi T = 5000 K De curent continuu Lămpi cu vapori de mercur

T = 4000 K Pentru spectrul vizibil sau UV

Lămpi cu vapori de xenon T = 6260 K La microscoapele polarizante Lămpi spectrale Lămpi cu mercur cu filtre, pentru radiaţii

monocromatice Lămpi cu halogeni Gabarit redus; randament de 4 ori mai mare decât al lămpilor de

incandescenţă

Receptoarele de radiaţii utilizate în locul celui natural (ochiul uman) sunt receptoare fototermice, fotopneumatice şi fotoelectrice (ultimele au cea mai largă întrebuinţare). Receptoarele fotoelectrice destinate investigaţiilor microscopice sunt cele din figura IX.3.7.

Fig. IX.3.7. Receptoare optoelectronice utilizate în tehnicile de microscopie.

IX.3.2. Caracteristicile metrologice ale microscoapelor optice

Performanţele funcţionale ale microscoapelor optice se apreciază prin caracteristici metrologice specifice (tabelul IX.3.3); îmbunătăţirea acestora se poate realiza prin:

– creşterea aperturii numerice (A), utilizând obiective de imersie, pentru care n0 > 1, deoarece indicele de refracţie al lichidelor de imersie (apă, glicerină, ulei de cedru) este mai mare decât al aerului;

– creşterea rezoluţiei şi micşorarea puterii de rezoluţie, cu alegerea unor surse de lumină adecvate (urmărind reducerea lungimii de undă) sau folosind filtre adecvate.


Tabelul IX.3.3

Caracteristicile metrologice ale microscoapelor optice

Caracteristica Relaţii analitice Semnificaţia termenilor

Mărire liniară, β 1 2 1 2 1/ / /ob oc y y y y y yβ = β ⋅β = ⋅ = y – dimensiune transversală

Putere optică, P 2tg / / ab ocP y e f f= α = ⋅

a2 – unghiul sub care se vizualizează, y2

Grosisment, Γ 2 1tg / tg ; 0,25 m; / 4

PP

Γ = α α = ⋅ δ δ =Γ =

a1– unghiul sub care se

vizualizează, y

Apertura, A 0 0sinA n= ⋅ σ n0 – indice de refracţie în mediul obiect/obiectiv

Putere de rezoluţie, d

d = λ/A λ – lungimea de undă a radiaţiei

IX.3.3. Tehnici de microscopie optică

IX.3.3.1. Metoda imersiei

La studiul preparatelor microscopice (realizate prin fixarea între două lame de sticlă a obiectului de studiat), se constată o reducere a luminozităţii imaginii datorată faptului că razele emergente de la obiect nu pătrund toate în obiectiv; acest lucru se datorează fenomenelor de reflexie totală produse la trecerea razelor de lumină dintr-un mediu dens, sticla, într-un mediu de densitate mai redusă.

Acest neajuns este înlăturat prin introducerea în spaţiul dintre lamă şi obiectiv a unui mediu transparent, de densitate mai mare decât a aerului, cu indice de refracţie mai mare ca al sticlei – ulei de cedru: n = 1,514.

Fenomenul de reflexie totală este înlăturat, lumi-nozitatea imaginii creşte o dată cu reducerea rezoluţiei (fig. IX.3.8 – IX.3.9).

Metoda iluminării oblice. Dacă se impune ob-servarea unor detalii inferioare limitei de rezoluţie a microscoapelor obişnuite, se poate utiliza sistemul special de iluminare laterală, puternică a obiectului; în obiectiv pătrund numai razele reflectate de obiect, care apare lumi-nos, pe un fond întunecat.

Metoda contrastului de fază. Preparatul microsco-pic – traversat de un fascicul de raze luminoase – poate fi:

– obiect amplitudine: micşorează amplitudinea undei monocromatice; absoarbe diferit radiaţiile componente ale undei policromatice, iar elementele sale structurale se vor caracteriza prin luminozităţi şi culori diferite;

Fig. IX.3.8. Obiectiv de imersie.

Fig. IX.3.9. Principiul iluminării oblice.


– obiect fază: produce defazaje în funcţie de structură; efectele optice nu pot fi percepute direct de către ochiul uman decât după transformarea în variaţii de intensitate luminoasă. Undele defazate pot fi descompuse în componente, în fază cu undele incidente (lumina directă) şi componente defazate, întârziate cu λ/4 (lumina difractată).

Separarea celor două componente se realizează prin limitarea, în diafragma de apertură a condensorului şi în focarul posterior al obiectivului, a secţiunii fasciculului de luminare, la un cerc cât mai îngust (fig. IX.3.10).

Fig. IX.3.10. Schema de principiu a microscopului cu contrast de fază.

Fig. IX.3.11. Schema de principiu

a microscopului polarizant.

Acoperind restul suprafeţei lentilei obiectiv cu un strat transparent (cu indice de refracţie diferit de al sticlei) se pot întârzia razele difractate cu λ(1/4). În planul imaginii, amplitudinea razelor directe va fi micşorată prin interferenţă în dreptul detaliilor mai refringente sau mai groase, deci acestea vor apărea mai întunecoase decât mediul înconjurător, devenind astfel mai vizibile.

Pentru a mări contrastul se operează de asemenea o reducere a amplitudinii razelor directe în dreptul cercului prin care trec, depunându-se pe acesta un strat metalic absorbant, semitransparent. În aceste condiţii, imaginea de fază este transformată într-o imagine cu contraste viguroase, cu detalii vizibile, care nu pot fi înregistrate pe filmul fotografic.


Metoda de studiu în lumină polarizată. Microscopul polarizant (fig. IX.3.11) constituie o variantă a microscopului optic; în locul luminii normale utilizează lumina polarizată şi este folosit în studiul micropreparatelor anizotrope. Imaginile acestora apar în culori de polarizare ale căror caracteristici depind de orientarea şi de proprietăţile optice ale obiectului; culoarea de interferenţă este determinată de grosimea şi de dubla refracţie a preparatului.

Lumina polarizată se obţine prin intermediul unor cristale sau lame birefringente, care divizează unda luminoasă incidentă în două unde polarizate liniar: ordinară O; extraordinară E. Pentru fasciculul O, indicele de refracţie este constant, iar pentru E, indicele variază cu direcţia de propagare; pe direcţia axei optice a cristalului, indicii de refracţie nO, nE sunt identici.

În schema optică a microscopului polarizant sunt cuprinse următoarele elemente: sursa S; colectorul C; diafragma de câmp DC; polarizorul P; diafragma de apertură, DA; condensorul K; masa rotativă M cu obiectul de studiat O; obiectivul Ob; analizorul A; diafragma de tub DT şi ocularul Oc.

Microscopul polarizant este utilizat pentru determinarea: ∃ pleocroismului cristalelor (variaţia intensităţii sau culorii în funcţie de direcţia

cristalului faţă de planul de vibrare al fasciculului polarizat incident); ∃ anizotropiei cristalelor: apare în luminozitate maximă şi minimă succesiv, la rotirea

cu 45o faţă de direcţia de propagare a fasciculului incident; ∃ diferenţei de drum puse în evidenţă prin intermediul compensatoarelor; compensa-

toarele sunt lame de întârziere, birefringente, în care fasciculele O, E se propagă coaxial, cu viteze diferite, cauzând o diferenţă de fază (întârziere). Întârzierea este proporţională cu grosimea lamei şi invers proporţională cu birefringenţa ei; diferenţa de fază este apreciată în fracţiuni de lungime de undă.

Pentru compensatoarele fixe (λ; λ/8; λ/4 etc.) sau variabile, rotirea cu un anumit unghi faţă de propria axă înseamnă introducerea unui defazaj fix sau variabil; plasate sub analizor, se rotesc până când partea centrală a cristalului, situată la mijlocul reticulului, apare întunecată; pe tamburul compensatorului se indică unghiul de compensare; cu ajutorul tabelului de funcţie, se poate determina valoarea diferenţei de drum.

Metoda de studiu în lumină fluorescentă. Prin fluorescenţă se înţelege proprietatea unor materiale de a absorbi radiaţia cu lungimea de undă λ1 şi de a emite radiaţii cu lungime de undă mai mare λ1 > λ2. Bilanţul energetic este redat prin relaţia:

hν1 = hν2 + E; hν1 > hν2. (IX.3.1)

Observaţii: 1. Fluorescenţa primară este specifică preparatelor cu anizotropie structurală, care,

incidentate cu lumină monocromatică, emit neuniform, iar detaliile lor structurale se colorează diferit.

2. Fluorescenţa secundară este specifică preparatelor tratate cu substanţe colorate, denumite fluorocrome.

3. Unele obiecte fază pot fi observate numai în lumină fluorescentă.

Fluorescenţa poate fi pusă în evidenţă prin analize microscopice, pe microscoape echipate cu sisteme de iluminare adecvate; analizele pot fi efectuate atât prin metodele DIA cât şi EPI (fig. IX.3.12,a şi b):

– metoda de iluminare diascopică: prezintă avantajul că obiectivul preia numai lumina difuzată de obiect, care poate fi vizualizată cu contrast optim, prin fondul întunecat. Pentru măriri mari, metoda nu este aplicabilă, deoarece apertura obiectivului scade şi rezoluţia


obiectivului este inferioară celei a ocularului utilizarea unui condensor de câmp în câmp întunecat, de imersie, nu este convenabilă.

– metoda de iluminare episcopică prezintă avantaje deosebite, care se datoresc adoptării opac - iluminatorului pentru microscopie fluorescentă; placa neutră de divizare a fasciculului luminos a fost înlocuită cu oglinda dicromatică; aceasta dirijează spre obiect mai mult de 90% din razele de excitaţie. Lumina fluorescentă emisă de obiect este concentrată spre obiectiv, trece prin oglinda de divizare şi permite formarea imaginii. Sistemul de iluminare conţine filtrul de excitaţie, Fe, selectiv domeniului UV; micropreparatul O absoarbe radiaţiile incidente, transformându-le parţial în lumină fluorescentă, care trece prin obiectiv. Prin intermediul filtrului Fr se reţin radiaţiile albastre şi UV, observatorul percepând doar lumina fluorescentă. Principalul neajuns al procedeului: o mare parte a luminii de excitaţie absorbite de obiect ajunge în

obiectiv şi atinge filtrul de oprire, determinând un contrast slab cu fondul deschis, generat de fluorescenţa proprie a sistemului optic.

Iluminare diascopică

Iluminare episcopică

Fluorescenţă şi contrast de fază

Fig. IX.3.12,b. Microscopie de fluorescenţă.

Microscopie stereoscopică. Principiul microscopului stereoscopic a rezultat din analiza vederii binoculare (fig. IX.3.13) şi permite vizualizarea, cu mărirea structurilor tridimensioanale.

Punctul P este perceput simultan de ambii ochi (S; D) dacă, pentru SP = 250 mm, B0 = 65 mm se îndeplinesc condiţiile de paralaxă stereoscopică şi, respectiv, de acuitate

Fe

KO

Ob

Fr

λ1

λ2

λ1>

Fig. IX.3.12,a. Principiul DIA-CL

(Metoda diascopică).


vizuală: γp = 15o şi fv = 10o. Neîndeplinirea acestor condiţii conduce la percepţia unei imagini duble. Pentru a realiza impresia de relief, adică percepţia distinctă a punctelor P; P1, se privesc semiimaginile (P*; P1

*), (P1**, P**), care pot fi desenate cu paralaxe stereoscopice impuse.

Microscopul stereoscopic este prevăzut: – cu două obiective – două microscoape complete, cu axele înclinate sub unghiul de

convergenţă egal cu paralaxa stereoscopică: γ = 15-16o; – cu un singur obiectiv şi două tuburi oculare identice (fig. IX.3.14).

Fig. IX.3.13. Principiul vederii binoculare.

a

b

Fig. IX.3.14. Stereomicroscop: a – cu un singur obiectiv; b – cu două obiective.

Tehnici de micrometrie optică. În scopul determinării dimensiunilor obiectelor foarte

mici, microscoapele sunt echipate cu micrometre obiective şi oculare. Micrometrul obiectiv este prevăzut cu o lamă de sticlă cu feţe plan paralele, prevăzute

cu o gradaţie liniară (0,01 mm), care se plasează pe masa microscopului, în planul obiectivului. Folosind micrometrul obiectiv se poate determina grosismentul microscopului (prin metoda Hooke, fig. IX.3.15). Pentru aceasta, se utilizează dispozitivul denumit „camera clară”, format din două oglinzi plane sau două prisme cu reflexie totală; permite vizualizarea simultană a riglei gradate cu imaginea microscopică. Grosismentul G se determină prin suprapunerea riglei gradate cu scala micrometrului:

G = 100 M / m,

unde: m este numărul de diviziuni de pe micrometrul obiectiv, suprapus cu M diviziuni de pe rigla gradată.


Micrometrul ocular (fig. IX.3.16) – interpolatorul cu şurub micrometric – este prevăzut cu un disc de sticlă fix, cu scală gradată şi lamă de sticlă, mobilă, prevăzută cu reticul; poziţia reticulului în câmpul microscopic este marcată prin două drepte paralele şi perpendiculare pe scala gradată. La deplasarea reticulului între două poziţii (deplasarea se realizează prin intermediul unui şurub micrometric) se obţine măsura acesteia în diviziuni micrometrice sau de scală, al căror echivalent în unităţi de lungime poate fi determinat prin metoda Hooke.

Fig. IX.3.15. Principiul camerei clare.

Fig. IX.3.16. Micrometrul ocular: R1 – scala fixă; R2 – reticul mobil; S – şurub

micrometric cu pasul de 0,5 mm; T – tambur conic, cu 50 diviziuni; dT = 0,01 mm.

Metode de proiecţie. Microscoapele de proiecţie (fig. IX.3.17; IX.3.18) sunt prevăzute

cu un sistem optic format din obiectiv şi ocular de proiecţie care, prin intermediul unei oglinzi, proiectează imaginea mărită a obiectului pe un ecran, prevăzut cu două scale gradate dispuse în unghi drept, prin intermediul cărora se pot efectua cu rapiditate măsurători de grosime.


Fig. IX.3.17. Lanametrul.

Fig. IX.3.18. Microscopul „Projectina”. Lanametrul este folosit în special pentru analiza grosimii fibrelor de lână. Este prevăzut

cu o carcasă 1 de care se prinde un capac de protecţie 2 pentru lumină, deci nu necesită instalarea într-o cameră obscură. Este realizat din:

– sistemul de iluminare DIA: sursa de lumină 3; un bec de 6 V/15 W; un colector de formă sferică 4, o prismă 5 şi un condensator cu diafragmă 6;

– sistemul optic cu obiectiv 8; prismă 9; ocular 10 şi oglinda reflectoare 11; asigură formarea şi proiecţia imaginii pe un ecran mat 12 prevăzut cu scara milimetrică, în cruce (imaginea este proiectată de ocular pe oglindă, care o reproiectează pe ecran);

– sistemul mecanic cu: pinionul şi cremaliera de acţionare a obiectivului, pentru reglarea poziţiei obiectivului şi obţinerea unei imagini clare; masa port-obiect 7 prevăzută cu trei grade de libertate (două mişcări de translaţie şi o mişcare de rotaţie, asigurate de mecanisme cu cremalieră; şurub micrometric), pentru poziţionarea corectă a micropre-paratului.

Microscopul „Projectina” este utilizat în cadrul metodelor statice de determinare a dimensiunilor transversale, fiind echipat cu următoarele dispozitive:

– două sisteme de iluminare S (DIA – pentru studiul micropreparatelor transparente; EPI – pentru studiul micropreparatelor opace);

– un singur sistem optic pentru formarea imaginii microscopice, care se proiectează pe ecran (C – lentile colectoare; K – condensoare; Og, L – oglinzi iluminare preparate / proiecţie imagine pe ecran);

– dispozitive pentru analiza microscopică comparativă prin microfotografiere sau pentru automatizarea prelucrării imaginii;

– dispozitive auxiliare pentru înlesnirea manevrelor asupra obiectului observat O (M – masa portobiect; D – şuruburi micometrice reglare poziţie condensor / obiectiv).

Observaţii:


Microscopul „Projectina” efectuează analize micro şi macroscopice pentru toate produsele realizate în sectorul textil (fig. IX.3.19), având o utilizare simplă, grosismente adecvate, garantează imagini de înaltă fidelitate pentru produse transparente şi opace (tabelul IX.3.4).

Tabelul IX.3.4

Caracteristici şi performanţe tehnice ale microscopului „Projectina”

Model Grosisment Iluminare DIA Iluminare EPI Imagine

4002 x3-x500 Cuarţ-Iod; lampă de 12V/50 W

Opţional, lampa de 12V/100 W

Proiecţie; ecran D = 180 mm

4014 x3-x1000 Cu 3 lămpi/DIA şi 2 lămpi /EPI; (12V/50 W)

Proiecţie; ecran D =180 mm

4014B x3-x1000 Cu 3 lămpi/DIA şi 2 lămpi /EPI (12 V/100 W)

Echipat şi cu tub binocular

4014BK2 x3-x3000 Cu 3 lămpi/DIA şi 2 lămpi /EPI (12 V/100 W)

Echipat şi cu tub binocular


Fig. IX.3.19. Performanţe de rezoluţie şi fidelitate ale microproiectorului „Projectina” în analiza micro şi macroscopică a produselor textile.

IX.3.4. Metode de microscopie electronică

IX.3.4.1. Principiul de funcţionare al microscopului electronic

Microscoapele electronice funcţionează pe principii asemănătoare celor optice, cu deosebirea că, în locul radiaţiei luminoase, preparatele sunt incidentate de fascicule de electroni acceleraţi prin intermediul unui câmp de înaltă tensiune.

Pentru ca o dată cu creşterea puterii de mărire, să se realizeze o rezoluţie corespunză-toare, se asigură reducerea lungimii de undă λ, proprie fasciculului de electroni:

sineR

nλ

=⋅ δ

(IX.3.2)

unde: n·sinδ este apertura numerică a obiectivului. Viteza de deplasare a fasciculului de electroni acceleraţi de tensiunea U va fi:

1 ev Um

= (IX.3.3)

Lungimea de undă este:

h vm

λ = , (IX.3.4)

unde: h este constanta lui Planck.

Observaţie: Pentru un fascicul de electroni cu λ = 0,005 nm, rezoluţia microscopului electronic este

de 1000 ori mai bună decât a microscopului optic.

IX.3.4.2. Structura microscopului electronic

Microscoapele electronice pot fi de transmisie (TEM) sau de baleiaj (SEM).

Microscoape electronice de transmisie (TEM). Ansamblul electronooptic al microscopului este alcătuit din: sistemul de iluminare; camera pentru preparat; sistemul optic care asigură formarea imaginii; camera de observaţie; camera fotografică.

Sistemul de iluminare este alcătuit din tunul electronic şi lentilele condensor; are rolul


de a asigura o bună strălucire a imaginii, la treptele maxime de mărire precum şi contrastul dorit.

Tunul electronic constituie sursa de electroni rapizi şi funcţionează pe principiul emisiei termoelectronice (sistem triodă: catod, cilindru Wehnelt, pentru focalizarea fasciculului de electroni, anod – fig. IX.3.20).

Fig. IX.3.2

0. Secţiune în tunul electronic.

Lentilele condensor sunt realizate ca lentile electrostatice sau magnetice, iar funcţionarea lor se bazează pe principiul devierii traiectoriei fasciculului de electroni în câmp electric sau magnetic.

Lentilele magnetice se utilizează curent datorită posibilităţii de deviere a fasciculului de electroni, fără modificare de viteză (cu rotirea imaginii în sensul devierii).

Camera pentru preparat este un segment al coloanei microscopului, de formă cilindrică, în care se plasează masa suport, inelul de răcire şi sursa de iluminare. În cameră pot fi instalate dispozitive suplimentare ca: goniometrul, dispozitive pentru realizarea unor tratamente termice sau pentru analize cu raze X. Pentru o bună funcţionare a microscopului şi pentru obţinerea unei rezoluţii sub 10 Å, se cere ca stabilitatea voltajului înalt să fie de 2Η106/

Fig. IX.3.21. Principiul formării imaginiila microscopul electronic de transmisie.


min, iar stabilitatea curentului lentilei obiectiv să fie cuprinsă în limitele 2,5Η10–6 - 2Η10–6/ min.

Sistemul electronic şi consola de comandă au blocul care furnizează tensiunea înaltă, stabilizată; blocul de alimentare circuite lentile şi sistemul de vid.

Sistemul de formare a imaginii serveşte la obţinerea unor imagini de calitate, la toate treptele de mărire, şi utilizează trei lentile: obiectiv, intermediară şi proiector, ce funcţionează pe acelaşi principiu.

Camera de observaţie este prevăzută cu un ecran pentru observarea imaginii (ecran fluorescent); sub influenţa fasciculului de electroni rapizi, monocristalele de sulfură de zinc de pe suprafaţa ecranului emit lumină, vizualizând imaginea preparat.

Camera fotografică reprezintă un mecanism complet automatizat ce realizează fotografierea prin deplasarea plăcilor expuse pe care se imprimă numărul de ordine, treapta de mărire

Sistemul de vid asigură coerenţa şi deplasarea rectilinie a fasciculului de electroni de la tunul electronic la ecranul fluorescent; în coloana microscopului, condiţia impusă pentru vid este de 10 – 4 - 10–6 torr; pentru aceasta, este compus din două pompe rotative preliminare de vid, cu ulei, şi o pompă de difuzie cu ulei; există şi tubulatura de legătură de la pompe la coloană, la camera fotografică, la mecanismul de schimbare a preparatului. Toate legăturile sunt prevăzute cu valve pneumatice sau electromagnetice comandate automat, iar valoarea vidului se indică prin intermediul aparatelor de măsură. Condiţiile de lucru se realizează în maximum 20 - 30 minute.

Microscoape electronice de baleiaj (SEM). Asigură posibilitatea examinării unor preparate ale căror dimensiuni sunt de 10–2 m (cu grosimi de ordinul centimetrilor); pot fi analizate preparate cu suprafeţe neregulate, obţinându-se o imagine tridimensională (fig. IX.3.22).

Imaginea microscopică se realizează prin intermediul electronilor secundari, reflectaţi, generaţi prin bombardarea preparatului cu un fascicul de electroni primari. Fasciculul primar produs de tunul electronic este micşorat prin intermediul a două, trei lentile condensoare, realizându-se concentrarea sa la un diametru de maximum 100 Å. Cu ajutorul a două bobine de deflexie plasate în interiorul ultimei lentile electromagnetice, activate de un generator de baleiaj, fasciculul de electroni este obligat să efectueze o mişcare de zigzag peste preparat; astfel, se realizează o sincronizare a spotului incident şi a spotului din tubul catodic, pe ecran; fiecărui punct din preparat îi corespunde un punct al ecranului; strălucirea acestuia depinde de numărul de electroni secundari ce părăsesc preparatul în punctul corespunzător din imagine (deci, de timpul de staţionare al spotului şi de caracteristicile acestuia).


Fig. IX.3.22. Principiul constructiv al microscopului electronic de baleiaj:

TE – tun electronic; C1, C2-lentile condensor; BD – bobină de deflexie; P – preparat; DES – detector de electroni secundari;

DET – detector de electroni transmişi; EDAX – detector de raze X; M – monitor; G – generator de baleiaj;

A – amplificator; TC – tuburi catodice pentru afişarea imaginii TV; F – fotomultiplicator.

Puterea sau treapta de mărire este dată de raportul amplitudinilor celor două mişcări:

spotul explorator şi spotul sintetizator; amplitudinea mişcării de baleiaj este constantă la spotul sintetizator şi variabilă la spotul explorator; orice reducere a suprafeţei explorate pe preparat conduce la mărirea zonei vizualizate.

Observaţii: 1. Preparatele microscopice au dimensiuni mici şi nu prezintă rigiditate; ele se fixează

pe un suport special – grila metalică – acoperindu-se cu o peliculă transparentă, organică sau anorganică; preparatele reprezintă secţiuni prelevate din obiectul de studiu, metalizate în vid, pentru contrastarea imaginii microscopice.

2. Preparatele opace pot fi studiate prin metoda replicilor, care constă din studiul microscopic al peliculei de acoperire a preparatului.

3. Pentru studiul secţiunilor transversale se includ şi se fixează preparatele în diferite răşini, operaţia de secţionare se realizează prin tehnici speciale de microtomie; secţiunile ultrafine (a căror grosime nu depăşesc 1000 Å) se obţin cu ajutorul ultramicrotoamelor, iar tăierea lor se realizează cu cuţite de sticlă sau diamant.


Fig. IX.3.23. Performanţe de evaluare a materialelor textile prin studii de microscopie electronică.

IX.3.5. Microscopul automatizat (videomicroscopul)

Automatizarea microscopului se realizează prin transformarea imaginii microscopice în video-imagine urmată de prelucrare digitală; în felul acesta se realizează asocierea funcţiilor microscopului cu analiza imaginii.

IX.3.5.1. Principiul de funcţionare

Asocierea microscopului cu camera video presupune compatibilitatea rezoluţiei celor două sisteme optice: a microscopului şi a camerei video.

Formarea video-imaginii presupune realizarea următoarelor operaţii: – formarea imaginii microscopice, cu rezoluţia dorită (prin reglarea microscopului

optic); – formarea video-imaginii (video-captor) şi obţinerea imaginii directe (video-monitor); – transformarea imaginii în video-semnal (blocurile de deflexie şi baleiaj); – amplificarea video-semnalului şi prelucrarea numerică a semnalului video prin soft

specializat pentru sistemul de calcul; – preluarea imaginii video în sistemul de calcul (interfaţa standardizată); – prezentarea rezultatelor prelucrării semnalului numeric (terminalele sistemului de

calcul).


Fig. IX.3.24. Sistemul de prelucrare digitală a imaginii microscopice.

Componentele sistemului de prelucrare digitală a imaginii microscopice (fig. IX.3.24) sunt:

– MO (microscopul optic): reglat pentru rezoluţia dorită, este utilizat pentru tehnica de iluminare DIA (studiul obiectelor transparente) sau EPI (studiul obiectelor opace). Componenta optică adoptată în instalaţie poate fi un microscop optic obişnuit, un microscop de proiecţie sau un microscop stereoscopic.

– CV (camera video) este prevăzută cu un traductor electronic, care transformă radiaţiile luminoase în semnal electric, curent sau tensiune (fig. IX.3.25). Traductorul camerei video poartă denumirea de videocaptor şi asigură conversia prin elementele fotosensibile pe care se creează un relief de potenţial, ce reproduce strălucirea imaginii urmărite.

Fig. IX.3.25. Schema bloc a camerei video: 1 – tub videocaptor; 2 – sistem optic; 3 – bloc de deflexie;

4; 5 – blocuri de baleiaj; 6 – amplificator video; 7 – bloc formator de impulsuri; 8 – bloc de alimentare; 9 – vizor electronic.

Relieful de potenţial este explorat prin baleiere, cu un fascicul de electroni rapizi; spotul

rezultant, modulat, reflectă strălucirea imaginii, memorată de relieful de potenţial. Tensiunea obţinută pe rezistenţa de sarcină, este aplicată amplificatorului video, la ieşirea căruia se obţine videosemnalul.

– Videomonitorul serveşte vizualizării directe a imaginii obiectului, preluată de cele două sisteme optice; acesta transformă semnalul electric modulat, din nou, în imagine.

– Interfaţa standardizată transferă informaţia digitală sistemului de calcul. Interfaţa prelucrează, printr-un soft specializat, informaţia primară, aducând-o la forma adecvată, compatibilă cu sistemul de calcul.

– Sistemul de calcul permite prelucrarea informaţiei ce reprezintă imaginea obiectului, în forma dorită de utilizator; prelucrarea se asigură printr-un soft adecvat, rezultatele fiind vizualizate (M) sau imprimate (P).


Observaţii: 1. Sistemul optic complex permite efectuarea următoarelor reglaje: – mecanice (directe): efectuate asupra microscopului optic, pentru a asigura calitatea

imaginii preluate; pentru asigurarea compatibilităţii microscopului cu camera video care, de regulă, se asigură prin poziţionarea reciprocă;

– electronice (blocul 8): care vizualizează cu ajutorul unui ecran cinescopic imaginea captată şi asigură controlul cadrajului.

IX.3.5.2. Frecvenţa video maximă

Procesul de baleiere a ţintei tubului se realizează punct cu punct şi rând după rând, de la stânga la dreapta şi de sus în jos; rândul se numeşte linie de explorare, iar numărul total de linii constituie un cadru de imagine. Pentru explorarea simplă (fig. IX.3.26) a numărului de linii dintr-un cadru, fasciculul este supus, la o deplasare lentă, de jos în sus, de la linie la linie; dacă: T este durata unei curse directe, iar Ti este timpul de întoarcere:

– frecvenţa de explorare pe linie: fH = 1/Th unde: Th = TdH + TiH;

– frecvenţa de explorare pe cadru: fv = 1/Tv unde: Tv =TdV + Ti. Alegerea frecvenţelor se face pe considerente fizice şi practice: – perceperea continuităţii unor mişcări necesită o frecvenţă mai mare decât frecvenţa

critică de fc = 46 Hz; – pentru diminuarea unor perturbări cauzate de sursele de alimentare, frecvenţa trebuie

să fie egală cu frecvenţa reţelei. Pentru claritatea imaginii video, este necesar să se cunoască frecvenţa maximă a

semnalului de imagine, determinată de numărul de puncte luminoase transmise pe secundă; frecvenţa maximă poate fi determinată considerând imaginea ca o tablă de şah (fig. IX.3.26, b), ale cărei pătrate au suprafaţa egală cu diametrul fasciculului de explorare şi este determinată de numărul de perechi de pătrate albe şi negre transmise pe secundă.

Dacă numărul de linii de explorare este Z, numărul de puncte pe verticală este tot Z; pe orizontală vor fi un număr de puncte pZ = (h/v)⋅Z, unde p = h/z este factorul de formă, care are valoarea 4/3.

Explorarea liniei corespunzătoare primului rând de pătrate generează un semnal sinusoidal (fig. IX.3.26, c).

a

1234567

Fig. IX.3.26. Schema explorării simple:

a – determinarea frecvenţei maxime a videosemnalului; b – structura imaginii analizate; c – semnalul electric corespunzător.


În total se urmăresc p⋅Z2 puncte; deoarece o perioadă completă a semnalului cuprinde două puncte şi într-o secundă se transmit fv cadre, rezultă: fmax = (Z·pZ/2)· fv = 1/2·4/3·Z2·fv. În condiţii standard: Z = 625 linii; p = 4/3 fv = 50 Hz, iar fmax = 13 MHz.

IX.3.5.3. Semnale video

IX.3.5.3.1. Semnalul de luminanţă

Camera tricromă este echipată cu trei tuburi videocaptoare, în faţa cărora se plasează trei filtre colorate: roşu, verde şi albastru; cu ajutorul acestor filtre se extrag componentele / proporţiile de roşu, verde şi albastru în care se poate descompune imaginea analizată (fig. IX.3.27). Tuburile videocaptoare, R, G, B furnizează la ieşirea lor tensiunile video ER, EG, EB pro-porţionale cu componentele cromatice.

Corectoarele de γ compensează nelini-arităţile transformărilor de strălucire - tensiune şi tensiune / strălucire ale tuburilor videocaptoare, respectiv ale cinescopului tricrom. Semnalele astfel corectate sunt aplicate pe trei amplificatoare video de cale, obţinându-se la ieşire: ER

', EG

', EB

'; nivelurile de la ieşire sunt reglate astfel ca, pentru un câmp alb de tipul C, aflat în faţa camerei, ele să fie egale:

ER' = EG' = EB' =1.

Pentru alb, toate aceste semnale au ampli-tudinea maximă, 100%.

Pentru negru, se obţine:

ER = EG = EB = 0

Pentru gri, se obţine:

ER = EG = EB = 0

Deci, semnalele de cale pentru trepte cuprinse între alb şi negru (scara de gri) sunt întotdeauna egale între ele.

La recepţia semnalului se va proceda invers, urmărind ca, prin modificarea semnalelor aplicate celor trei tunuri ale cinescopului color, să se obţină pe ecranul monitorului albul C. Videosemnalul transmis redă „luminanţa” (strălucirea) şi constituie prima componentă a semnalului video.

IX.3.5.3.2. Semnalul de crominanţă

Informaţia de crominanţă (saturaţie şi nuanţă) se transmite folosind direct semnalele de cale: E'R, E'G, E'B, semnale care conţin şi luminanţa; din acest motiv, în sistemele video color se folosesc semnalele de crominanţă, din care se extrage informaţia de strălucire E'Y. Semnalele astfel obţinute se numesc semnale diferenţă de culoare şi se calculează cu relaţiile:

ER' – EY

' = 0,7ER' – 0,59EG

' – 0,11EB'; EG

' – EY' = –0,3ER

' + 0,4EG' – 0,11EB

'; EB

' – EY' = –0,3ER

' – 0,59EG' + 0,89EB

Fig. IX.3.27. Căile de semnal

ER', EG', EB'.


Din sistemul de ecuaţii rezultă ca suficientă: transmiterea a două din semnalele de culoare, cel de al treilea fiind refăcut prin operaţii de matriciere.

Din motive tehnice, se preferă utilizarea ER' – EY

'; EB' – EY

'; aceste două semnale sunt stabile faţă de perturbaţii, iar receptorul uman (ochiul) este mai puţin sensibil la distorsiunile de nuanţă în cazul acestor două combinaţii.

Transmisia semnalelor diferenţă de culoare are avantajul că, pe scara de gri (imagine a/n) semnalele diferenţă de culoare se anulează de la emisie:

EB' – EY

' = EB' – (0,3 + 0,59 + 0,11)⋅EB = 0;

EB' – EY

' = EB' – (0,3 + 0,59 + 0,11)⋅EB = 0

Utilizarea la receptor a semnalelor video se face astfel: EY', pe cei trei catozi ai tubului

cinescopic tricrom; EB' – EY

'; EB' – EY

' şi EG' – EY

' refăcut, pe cele trei grile de comandă. Tubul cinescopic efectuează automat extragerea semnalelor primare ER

'; EG'; EB

' care vor modula curenţii de fascicul ai celor trei tunuri. Diferenţa de tensiune dintre grilă şi catodul fiecărui tun (EY

' se aplică cu o fază de 180o) este:

(ER' – EY

') + EY' = ER

'; (EG' – EY

') + EY' = EG

'; (EB' – EY

') + EY' = EB

' (EG

' – EY') = –0,51⋅(EB

' – EY') – 0,19⋅(EB

' – EY'), cu semnificaţia sa fizică,

unde: EG' – EY

' este semnalul obţinut în receptor din semnalele diferenţă transmise prin matriciere.

Semnalul diferenţă de culoare este egal cu suma dintre 51% din amplitudinea lui (EB' – EY

'), defazat cu 180o, şi 19% din amplitudinea semnalului (EB

' – EY'), defazat cu 1800.

Din analiza formei şi nivelului semnalelor primare şi diferenţă de culoare rezultă că: – între semnalele diferenţă de culoare, semnalul (EB

' – EY') are amplitudinea cea mai

mare; semnalul (EG' – EY

') are amplitudinea cea mai mică; – semnalele diferenţă de culoare au o simetrie faţă de axa de zero, ca o consecinţă a

caracterului complementar al culorilor alese precum şi a ordinii de aranjare.

IX.3.5.3.3. Banda de frecvenţă a semnalelor video

Semnalul de luminanţă EY' , folosit în cazul transmisiei video color, trebuie să fie identic

cu cel folosit în transmisia alb-negru, deci, în banda de frecvenţă de circa 6 MHz; domeniul de frecvenţă trebuie să asigure percepţia optimă a imaginii de către receptorul uman (ochiul) care este foarte sensibil la detalii fine de strălucire şi formă şi mai puţin sensibil la detalii de culoare, cu dimensiuni sub o anumită limită.

Astfel, pentru transmisia informaţiei de crominanţă, semnalele aferente vor avea o bandă redusă, ceea ce diminu-ează dificultăţile tehnice legate de fabricarea receptoarelor (sistemul PAL lucrează cu 1,3 MHz; SECAM, cu 1,5 MHz). În concordanţă cu puterea de rezoluţie a ochiului uman, semnalul I se transmite cu o frecvenţă maximă superioară de 1,3 MHz, iar semnalul Q, cu o frecvenţă de maximum 0,5 MHz.

Există culori pentru care ochiul uman are posibilitatea maximă de percepere a detaliilor mai fine; aceste culori se găsesc în diagrama triunghiului culorilor pe axa I şi corespunde culorilor albastru-verde; alb (W) spre galben-

Fig. IX.3.28. Posibilităţile de percepţie a culorilor de către

ochiul uman.


verde; puterea de rezoluţie a ochiului este de trei ori mai mică pe axa Q, orientată de la violet-purpuriu la galben-portocaliu (fig. IX.3.28).

IX.3.5.4. Aplicaţiile videomicroscopului în controlul on-line

Prin automatizarea microscopului, domeniul textil beneficiază de o tehnică de investigaţie compatibilă cu diversitatea formelor şi structurilor produselor textile, caracterizată prin rezoluţie adecvată, prin flexibilitatea aplicaţiilor şi prin avantajele prelucrării automate a rezultatelor observaţiilor şi măsurărilor efectuate.

Microscopul automatizat reproduce toate procedeele de micrometrie optică, la o cadenţă superioară a efectuării măsurărilor, asigurând, prin creşterea practic nelimitată a volumului investigaţiilor, precizia şi profunzimea interpretărilor acestora. Aplicaţiile directe ale automatizării microscopului în industria textilă sunt:

– măsurarea şi analiza statistică a dimensiunilor transversale pentru fibre şi fire; – măsurarea şi analiza statistică a parametrilor structurii geometrice pentru un produs

textil; evaluarea legăturilor în structurile textile; – evidenţierea unor transformări sau deteriorări generate de procesele de prelucrare/

utilizare sau ca urmare a unor solicitări mecanice, a acţiunii unor agenţi fizici sau chimici. Diversificarea aplicaţiilor este asigurată prin rezoluţia sistemelor optice utilizate

(tabelul IX.3.5).

Tabelul IX.3.5

Structuri şi performanţe ale microscopului automatizat*

Firma Sursa de lumină Tip microscop Tip

videocameră Monitor Aplicaţii în măsurare

Millipore, SUA/FIDAM Noua Zeelandă

DIA M. O., x10 Diametrul fibrelor de lână;

10000 fibre/ 8 ore FKV, Sorisole, Italia

Fluorescenţă DIA

Microscop convenţional

CV6000*CV 9000

VGASuper VGA

Vizualizare; măsurare parametri geometrici

Videomicroscop, SDL 208 H

DIAEPI M. O., x1; x1000

Videocolor 15''. HR Videomăsurare pe ecran, cu scalare în

orice direcţie

*Cu prelucrarea statistică automată.

Image Analysing Computer. Câmpul vizual al microscopului (standard ASTM D3510 – 1/ tabelul IX.3.5) este scanat prin intermediul videocamerei şi proiectat ca videoimagine, pe ecranul monitorului. Segmentele de fibre secţionate la lungimea de 0,2-0,3 mm, incluse în preparate cu alcool izopropilic, sunt memorate, ca strălucire/suprafaţă, prin relieful de potenţial, format pe ţinta videocaptorului. Explorarea reliefului de potenţial conduce la măsurarea implicită a suprafeţei / lungimii segmentelor de fibră proiectate pe ecranul monitorului.

Cele două mărimi sunt determinate direct (px), prin simpla deplasare a unui creion de scanare pe conturul segmentelor, valorile efective fiind introduse direct în memoria sistemului de calcul; diametrul fibrei rezultă prin raportarea celor două valori de măsurare (fig. IX.3.29).


Fig. IX.3.29. Măsurarea diametrului fibrelor de lână.

FKV / Sorisole, Italia. Noul sistem CV 9000 pentru analiza imaginii (tabelul IX.3.5), compatibil cu trei videosurse, este creat de firma specializată în sisteme de achiziţionare a datelor de la microscoape şi aparate de mărit (fig. IX.3.30):

∃microscopul convenţional, cuplat cu videocamera color CV 6000: variantă tehnică ce asigură compatibilitatea camerei video cu orice tip de microscop optic, cu sistem de iluminare DIA şi posibilitatea fotografierii imaginilor investigate; sistemul permite conectarea la sistemul de calcul (opţională) cu avantajul unei clarităţi deosebite a imaginilor de transmisie;

∃videomicroscopul VS90 (Microwatcher): materializează un nou concept de microscopie tridimensională, prevăzut cu un sistem de iluminare EPI, inelar; puterea de mărire se obţine prin ZOOM, în domeniul x1-x200; prelucrarea digitală asigură o claritate deosebită a imaginii tridimensionale într-o gamă foarte largă de aplicaţii: defecte de suprafaţă, structuri textile, restaurare, analiza destrucţiei mecanice, tribologie, botanică, electronică;

∃macroanalizorul cu videocamera CV 10000: destinat analizei eşantioanelor de 340-250 mm în condiţiile măririi de x2; x8; claritatea imaginii se asigură prin autofocalizarea camerei video şi prin sistemul de iluminare EPI, prevăzut cu lumină fluorescentă; utilizarea a două surse de lumină cu poziţie ajustabilă, plasate lateral, permite creşterea sau reducerea contrastului pentru imaginea analizată.

Fig. IX.3.30. Sistemul FKV pentru achiziţionarea imaginilor microscopice şi mărire.

Utilizarea sistemului CV 9000 pentru analiza imaginii asigură achiziţionarea imaginii la

cost redus, prin utilizarea sistemelor de calculatoare personale, dotate cu soft specializat pentru: vizualizarea imaginii pe display, reglarea culorilor şi a strălucirii, stocarea imaginilor, efectuarea măsurărilor asupra acestora.

MicrovisionVideoMicroscop, SDL 208 H. Constituie un sistem de analiză (tabelul IX.3.5) a imaginii care substituie microscopul în domeniul măririlor optice de x1-x1000; sistemul poate fi utilizat pentru analize asupra materialelor textile: fibre, fire, ţesături, tricoturi şi asupra altor materiale care se pot caracteriza prin studiul suprafeţei.

Sistemul se caracterizează prin: versatilitate, manevrare manuală a epruvetelor studiate şi posibilitatea de preluare în sistem TV a imaginilor realizate şi este alcătuit din: video-


microscopul G208H, care include: sursa de lumină, ghidul de lumină şi unitatea de control; sistemul de videomăsurare pe ecran, prin scanare în orice direcţie; videomonitor color de mare rezoluţie (15”); imprimanta color; lentile Zoom x10-x240; soft specializat, Frame Grabber, G208T.

Observaţii: 1. Metoda de analiză digitală a imaginii se generalizează la studiul imaginilor macro-

scopice, cu aplicaţie directă asupra textilelor plane; în cazul acestor aplicaţii se pot efectua determinări asupra parametrilor structurii geometrice a ţesăturilor şi tricoturilor (desime geometrică; desime tehnologică; grad de acoperire cu fir a elementului de structură pentru ţesături; desimea pe orizontală; desimea pe verticală în cazul tricotului).

2. Deoarece metoda prezintă avantajul prelucrării automate a rezultatelor măsurării, se pot realiza extensii referitoare la neuniformitatea parametrilor structurii geometrice; aplicarea directă a metodelor de analiza imaginii (a/n) la determinarea parametrilor de neuniformitate a structurii geometrice a unei ţesături tehnice (filtru) presupune utilizarea unui soft specializat (fig. IX.3.31).

Fig. IX.3.31. Schema logică a programului de analiza imaginii aplicat la studiul geometriei filtrelor ţesute.

Cuplarea sistemului video cu maşina de încercat la tracţiune creează posibilitatea de a

urmări efectele solicitării de tracţiune asupra epruvetelor, în domeniul eforturilor mici şi până în momentul ruperii. Această metodă de analiză elucidează preluarea solicitării de către componentele structurale (fig. IX.3.32).

Fig. IX.3.32. Imagini video ale efectelor solicitărilor mecanice ale produselor textile.


Investigarea stării şi aspectului elementelor structurale furnizează informaţii calitative şi cantitative asupra procesării acestora; metoda de investigaţie este aplicată în studiul aspectului şi poziţiei firelor de urzeală în ţesătură.

Optalyser OP-300. Videomicroscopul constituie un mijloc tehnic de măsurare care se poate utiliza şi în controlul on line, unde aplicarea sa este performantă şi adecvată, deoarece rezultatele observaţiilor şi ale măsurării pot fi prezentate ca imagine, dar şi sub forma riguroasă şi obiectivă a prelucrării statistice (fig. IX.3.33). El constituie un mijloc tehnic de măsurare ideal pentru controlul continuu al gradului de puritate şi al stării de prelucrare a materialului fibros, deci pentru caracterizarea tehnică a semifabricatelor.

Fig. IX.3.33. Produse textile reprezentate prin videoimagine.

Optalyser OP-300 – soluţie instrumentală completă pentru numărarea celor trei categorii de defecte tipice ale semifabricatelor tip lână, * care elimină subiectivismul operatorului uman, realizând totodată şi asigurarea statistică a rezultatelor procesului de măsurare. Prin intermediul sistemului său optic de analiză, semifabricatul este examinat direct într-un tren de laminat, unde este transformat în văl, cu densitatea de lungime 1 g /m, pe o lăţime de 65 mm (fig. IX.3.34).

Fig. IX.3.34. Schema bloc a sistemului de măsurare Optalyser OP-300.

Cele trei categorii tipice de defecte* ale palelor de lână sunt: nopeuri şi alte defecte ce pot fi asimilate cu acestea, impurităţi, fibre închise la culoare/moarte; se caracterizează prin dimensiune şi culoare, criterii ce pot constitui un punct de plecare pentru înlocuirea metodei de numărare subiectivă cu determinarea obiectivă a frecvenţei acestora:

– în zona 1 vălul este examinat prin transparenţă, semnalul generat la trecerea sa prin câmpul de observaţie servind determinării numărului de impurităţi vegetale şi de nopeuri;


– în zona 2 vălul este iluminat cu două surse, spre a putea fi studiat atât prin transparenţă cât şi prin reflexie; prin reglarea celor două surse se poate elimina semnalul perturbator generat la trecerea fibrelor prin câmpul de observaţie; semnalul rezultat se compară cu cel obţinut în secţiunea precedentă, furnizând informaţii asupra dimensiunilor impurităţilor observate / clasificare dimensională;

– în zona 3 se urmăreşte identificarea şi numărarea fibrelor de culoare închisă; aceasta impune utilizarea iluminării bidirecţionale, stroboscopice, concomitent cu utilizarea unei camere de foarte mare rezoluţie.

Prelucrarea semnalului se realizează cu un soft specializat care ierarhizează analiza în patru etape: coeficientul de formă, diametrul mediu, lungimea de proiecţie a fibrei şi opacitatea sa.

METODE GRAVIMETRICE DE MĂSURARE UTILIZATE ÎN STUDIUL TEXTILELOR

IX.4.1. Utilitatea metodelor gravimetrice în controlul produselor şi proceselor tehnologice din industria textilă

Metodele de măsurare gravimetrice sunt utilizate în studiul aspectelor cantitative şi calitative ale proceselor tehnologice din industria textilă; se aplică în metode de control total (verificarea producţiei utilajelor în cadrul unui flux tehnologic) şi în metode de control statistic (verificarea caracteristicilor tehnice şi de structură a materialelor textile); aplicaţiile se diferenţiază prin:

∃ algoritmii de prelevare şi eşantionare a materialelor sau probelor supuse determinărilor; ∃metodele şi mijloacele de măsurare utilizate; ∃condiţiile metrologice necesare efectuării determinărilor; ∃ metodele şi algoritmii de interpretare a rezultatelor. Toate acestea alcătuiesc strategia de control gravimetric. Măsurările gravimetrice se aplică pe parcursul proceselor tehnologice de prelucrare a

produselor textile: fibre, semifabricate, fire, ţesături, tricoturi (tabelul IX.4.1).

Tabelul IX.4.1

Utilitatea tehnologică a determinărilor gravimetrice

1. Metode gravimetrice directe

Recepţi a cantitativă a materialului textil Condiţia de climă standard Determinarea umidităţii relative

2. Indici gravimetrici/ relativi, definiţi în raport cu produsul/procesul Frecvenţa după masă/ caracteristici dimensionale fibre

Cu alegerea unui mijloc de măsurare adecvat

Conţinut de: însoţitori naturali; corpuri străine; adaosuri tehnologice Procent de: impurităţi, fibre scurte, fibre sub/peste o lungime determinată Cote de participare în amestec Pierderi tehnologice Consumuri specifice


Tabelul IX.4.1 (continuare)

3. Mărimi fizice derivate, caracterizând produsele textile

Densitate de lungime; densitate de volum Caracteristici tehnice produse Densitate de suprafaţă; densitate de volum Caracterizare formate

4. Mărimi derivate definite funcţie de densitatea produselor /indici

Compactitate; porozitate Caracteristici tehnice produse Grad de afânare Caracterizare formate Capacitate/ randament de utilizare al formatelor Efecte tehnologice de prelucrare;

Metodele de realizare a măsurărilor gravimetrice sunt: – metode directe: determinarea masei produselor [M], recepţie cantitativă; – metode indirecte: determinarea unor mărimi fizice derivate [M·L–α], ce constituie

caracteristici de material: densitatea de lungime, în cazul produselor liniare; densitatea de suprafaţă, în cazul produselor textile plane; densitatea de volum, în cazul tuturor produselor textile;

– metode directe sau indirecte: determinarea unor indici (mărimi adimensionale sau relative) care exprimă atât proprietăţi ale materialelor cât şi efectele tehnologice de prelucrare.

Metodele gravimetrice sunt instrumente pentru controlul produselor şi proceselor tehnologice şi se utilizează în regim static sau dinamic, pentru a extinde volumul şi precizia informaţiilor.

IX.4.2. Mijloace de măsurare utilizate în controlul gravimetric şi clasificarea acestora

Mijloacele de măsurare utilizate în controlul gravimetric, cunoscute sub denumirea de cântare sau balanţe, se prezintă într-o mare diversitate de principii şi forme constructive, care determină diferenţierea performanţelor tehnice realizate şi, în aceeaşi măsură, domeniul de utilizare.

Alegerea balanţelor se realizează în acord cu clasificarea sistematică, ce are în vedere următoarele criterii (tabelul IX.4.2):

Tabelul IX.4.2

Criterii de clasificare pentru mijloace de măsurare gravimetrice

Criteriul de clasificare Variante de execuţie 1 2

Domeniul de măsură, M, g Microbalanţe; cântare de sarcină; cântare speciale Precizia de cântărire Etalon; de control; de lucru (tehnice) Principiul constructiv Mecanice/hidraulice; electronice; combinate Metoda de măsurare Cu indicare directă; de compensare Gradul de automatizare Manuale; semiautomate; automate

Metode gravimetrice de măsurare utilizate în studiul textilelor 131


1 2 Modul de afişare al rezultatului Indicare analogică; numerică; înregistrare; imprimare Regimul determinării Regim static; regim dinamic Condiţii de instalare Stabile; mobile; portabile Modul de funcţionare Control; sortare; dozare; numărare Condiţii de exploatare Execuţie normală; capsulare

Pentru domeniul textil, criteriul de selecţie este performanţa tehnică, definită prin

principiul constructiv, care determină nivelul de realizare pentru: domeniul de măsură, precizia de cântărire, gradul de automatizare, modul de afişare al rezultatului şi modul de funcţionare.

IX.4.3. Mijloace gravimetrice de măsurare specifice domeniului textil

IX.4.3.1. Balanţe construite pe principii mecanice

IX.4.3.1.1. Balanţa semiautomată cu cadran

Balanţa semiautomată cu cadran (fig. IX.4.1), cu două forme de execuţie (de sinus şi de tangentă), are o largă întrebuinţare, justificată de utilizarea/ întreţinerea uşoară şi precizia corespunzătoare domeniului de utilizare, asigurate prin structura simplă şi robustă. Utilizează elementul sensibil de tip pendular, cu trei braţe, cu punctul de sprijin în O (cuţit de sprijin) şi centrul de greutate în C. Pe braţul OA, de lungime l, este fixat cuţitul de sarcină A, pe care se plasează epruveta de cântărit; braţul OB serveşte echilibrării, iar braţul OC serveşte ca indicator. Conform notaţiilor, din ecuaţiile de echilibru ale balanţei, în absenţa şi în prezenţa sarcinii de cântărit X, rezultă caracteristica de transfer:

tgcosX l

b Q G c⋅

α =⋅ ⋅ θ + ⋅

(IX.4.1)

Divizarea scalei gradate este executată direct în unităţi de titlu sau fineţe.

Fig. IX.4.1. Balanţa semiautomată cu cadran.


La cântărirea masei X, sistemul pendular efectuează oscilaţii amortizate descrise de ecuaţia:

y = Ae–δt·sin(ω·t + ρ) (IX.4.2)

unde: y este mărimea de ieşire (amplitudine de oscilaţie). Prin determinarea raportului a două maxime succesive (fig. IX.4.2) se poate stabili

decrementul logaritmic:

( )eln ln e

e

tT

t TD T D T−δ⋅

−δ⋅−δ⋅ +

= = = δ ⋅ → = δ⋅ (IX.4.3)

Fig. IX.4.2. Caracteristica dinamică a BSAC.

Timpul de relaxare se stabileşte din condiţia:

( )e e 1

e

t

t T

−δ⋅

−δ⋅ += → δ⋅ τ = (IX.4.4)

Relaţiile permit stabilirea prin metode grafice a parametrilor regimului de oscilaţie: T – perioada de oscilaţie şi δ – factorul de amortizare:

T = D/δ; δ = 1/τ, deci T = D⋅τ (IX.4.5)

Observaţii: 1. O perioadă de oscilaţie mică şi un factor de amortizare ridicat reduc timpul de

răspuns al balanţei şi cresc cadenţa măsurărilor. 2. În practica de măsurare, timpul de răspuns este îmbunătăţit prin substituirea sucesivă

a probelor.

Firmele constructoare de aparate de măsură pentru industria textilă prezintă balanţe semiautomate cu cadran cu diverse caracteristici: (tabelul IX.4.3).

IX.4.3.1.2. Balanţa de torsiune

Balanţele de torsiune (fig. IX.4.3) sunt folosite la măsurarea masei probelor de dimensiuni mici; funcţionarea lor se bazează pe proporţionalitatea dintre deformaţia unghiulară / în limitele solicitării elastice / a arcurilor spirale a firelor sau benzilor de torsiune şi momentul


de încovoiere / torsiune aplicat. Momentul de încovoiere / torsiune este determinat de înclinarea pârghiei ce susţine cuţitul de sarcină, solidară cu arcul / firul, banda; deformaţia produsă este urmărită prin intermediul unui indicator solidar cu elementul sensibil mecanoelastic, care se deplasează faţă de un cadran fix.

Tabelul IX.4.3

Balanţe de fineţe – firme constructoare şi caracteristici

1. Balanţă de fineţe pentru

fire 2. Balanţă pentru determinarea

procentului de pieptănătură 3. Balanţă pentru determinarea masei

unităţii de suprafaţă Firma constructoare / Caracteristici tehnice / Domenii de utilizare

1. Domenii de măsură pentru lungimea jurubiţelor de fire (100/10) m:Nm 0,1-1Ttex1000-10000; Nm 10-100/ Ttex 10-100

Nm 4-80/ Ttex 12-250; Nm 1-30/ Ttex 33-1000 2. Domenii de măsură pentru lungimea jurubiţelor de 120/7yds:Ne 4-100/ Ttex 8-150; Ne 0,08-2/

/Ttex 300-800; 3. Masa g/m2: 0-400 g/m 2; 0-800 g/m2

4. Procentul de pieptănătură, % / g: 0-100 5. Firme constructoare / tip: SDL203; Zweigle W70; 280; Mesdan

Balanţele de torsiune perfecţionate sub aspectul preciziei funcţionează pe acelaşi

principiu, dar detectarea deformaţiei arcului spiral se realizează electronic. Caracteristicile tehnice ale balanţelor de torsiune depind de structura acestora şi sunt dependente de domeniul de măsurare pentru care au fost realizate (tabelul IX.4.4)

Tabelul IX.4.4

Caracteristicile tehnice ale balanţelor de torsiune

Domeniul de măsură, mg 0-5 0-10 0-25 0-50 0-100 0-250 0-500 0-1000

Rezoluţia măsurării, mg 0,0 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1 2

Părţile componente ale unei balanţe de torsiune sunt: postament triped cu 2 şuruburi de calare şi o nivelă f; coloana de sprijin; amortizor; dispozitiv de blocare e; mecanism de cântărire prevăzut cu taler purtător de sarcină a; indicator de echilibru d; indicator c.


Principiul balanţei de torsiune cu arc spiral este:

Mr = G l = kα; α = Gl/k = cG, (IX.4.6)

unde: G este greutatea supusă cântăririi; a − deviaţie unghiulară.

Fig. IX.4.3. Balanţa de torsiune cu arc spiral (părţile componente; structura mecanismului de cântărire):

1 – cârlig; 2 – axul balanţei; 3 – arcul spiral; 4 – buton de manevrare; 5 – ac indicator; 6 – amortizor de oscilaţii; 7 – buton

de reglare; 8 – scala gradată..

Balanţele electronice de torsiune / SDL se realizează pentru domeniul de măsură de 200 mg şi de 2000 mg; sistemul de cântărire este prevăzut cu un senzor de deplasare şi emite un semnal tensiune proporţional cu aceasta, care se vizualizează pe scala gradată a aparatului indicator.

Balanţa se poate conecta prin intermediul interfeţei standardizate RS232 la un sistem de calcul şi, în acest caz, procesul de cântărire poate fi urmărit prin calculul parametrilor statistici pentru orice serie de măsurări efectuate.

IX.4.3.2. Balanţe electronice

Utilizarea balanţelor electronice în controlul gravimetric al produselor textile este justificată de următoarele aspecte tehnice:

– precizia determinată de principiul fizic şi sistemul de afişare numerică; – fiabilitatea superioară a sistemului electronic (absenţa fenomenelor de uzură determinate

de piese în mişcare); – cadenţa mare a măsurărilor; deservirea uşoară şi rapidă; – posibilitatea prelucrării automate a datelor (rezultatul măsurării se obţine sub formă de

semnal numeric ce poate fi memorat şi prelucrat de sistemul de calcul).


Fig. IX.4.4. Schema bloc a unei balanţe electronice: Gi – greutatea epruvetei; Umi – măsura; CI – convertor iniţial; CA/N – convertor analog numeric; N – numărător de impulsuri; D – decodor; DA – dispozitiv de

afişare numerică; BCL – bloc de control logic; SE – sursă de energie exterioară.

Prin intermediul convertorului iniţial CI, mărimea de măsurat, masa Mi, este convertită în semnal electric tensiune Ui; semnalul este transformat într-o succesiune de impulsuri codificate şi numărate prin convertorul analog-numeric CA / N; prin decodificare D, se obţine rezultatul măsurării prin intermediul dispozitivului de afişare numerică DA.

Funcţionarea sistemului electronic de cântărire este asigurată prin intermediul blocului de control logic BCL, iar energia necesară realizării conversiilor este furnizată de sursa de energie exterioară SE. Rezultatul măsurării se exprimă în unităţi de măsură corespunzătoare domeniului de utilizare.

Prevăzută cu o interfaţă standardizată bidirecţională RS 232, orice balanţă electronică se poate conecta la un sistem de calcul în vederea prelucrării automate a rezultatelor măsurătorilor (inclusiv prelucrare statistică).

IX.4.3.2.1. Balanţa de curent

Principiul de măsurare. Elementul sensibil al balanţei este realizat pe principiul compensării electromagnetice a greutăţii G, ce trebuie cântărită; deplasarea platanului balanţei, sub acţiunea greutăţii G, determină apariţia curentului de inducţie I1 în bobina fixă; fluxul generat induce curentul I = kFg, în bobina mobilă, care reprezintă măsura. Cântărirea se obţine într-o anumită poziţie a talerului balanţei, la îndeplinirea condiţiei I = I1; sistemul de măsurare este corectat pentru variaţiile de temperatură.

Fig. IX.4.5. Principiul balanţei cu compensare electrodinamică a forţei (balanţa de curent).

Fig. IX.4.6. Balanţa electronică automată de fineţe

L 291(principiu: balanţa de curent).


IX.4.3.2.2. Balanţa cu coardă vibrantă

Principiul de măsurare (fig. IX.4.8). O coardă metalică tensionată excitată electro-magnetic produce vibraţii transversale; frecvenţa fundamentală de vibraţie a corzii, f, este dependentă de de starea iniţială de tensiune mecanică, F, de geometria acesteia (l – lungime, în cm; d – diametru, în cm) şi de densitate (ρ, în g/cm3).

Reciproc, forţa de întindere (tensiunea la un moment dat, F) poate fi determinată în funcţie de frecvenţa vibraţiilor induse în această situaţie, de parametrii geometrici şi de densitate.

La nivelul corzii se determină f0 şi T cu relaţiile (IX.4.7):

2 2 200 0

1 ( )F

f T f l d k fl d

= ⋅ → = ⋅ πρ = ⋅⋅ π ⋅ρ

(IX.4.7)

Cântărirea cu balanţa (fig.IX.4.8,b) presupune acţiunea greutăţii G asupra platanului şi repartizarea forţelor (T + G) , (T – G) pe cele douã corzi (compunerea forţei de pretensionare T realizate de arc cu greutatea de cântărit G).

Prin aplicarea principiului diferenţial, se liniarizează dependenţa dintre frecvenţa de vibraţie şi forţa de întindere.

În acest caz, cunoaşterea frecvenţelor f1 şi f2 permite determinarea tensiunii în corzile 1 şi 2, T1 şi T2 şi calculul greutăţii G cu relaţia (IX.4.8).

2 2 2 21 1 2 2

1= ; = ( )2 T G T GT T G k f T T G k f G f f+ −+ = ⋅ − = ⋅ → = − , (IX.4.8)

S

N

B

l

dF

FK K1 2

a

OCOC

OC

1

2

f1

2f

G

T

T

b

Fig. IX.4.7,a, b. Principiul de măsurare al balanţei cu coardă vibrantă.

IX.4.3.2.3. Performanţe tehnice la utilizarea balanţelor electronice

Balanţele electronice de torsiune / SDL sunt prevăzute cu senzor de deplasare, care emite un semnal tensiune proporţional cu deplasarea tijei sub acţiunea greutăţii de măsurat. Prin conectarea la un sistem de calcul se asigură calculul parametrilor statistici pentru orice serie de măsurări efectuate.


Caracteristicile tehnice ale balanţelor de torsiune electronice sunt superioare celor ale balanţelor construite pe principii mecanice (tabelul IX.4.5)

Tabelul IX.4.5

Caracteristicile tehnice ale balanţelor de torsiune electronice / SDL

Model SDL

Domeniu măsurare,

mg

Rezoluţie, µg

Tara, mg Precizie, %

Domeniul de temperatură,

oC 200 0-200 10 0-150 (0-10) ∀ 1 (11-50) ∀ 0,5 (51-200) ∀ 0,25 0...40

2,000 0-2000 100 0-1500 (0-10 0) ∀ 1 (101-500)∀0,5 (501-2000) ∀ 0,25 0...40

Performanţele tehnice la utilizarea balanţelor electronice în determinările gravimetrice constau din precizie, rezoluţie şi cadenţe superioare la domeniul de măsură extins (tabelul IX.4.6); balanţele sunt deservite uşor şi au o fiabilitate ridicată.

Tabelul IX.4.6

Performanţe de cântărire la utilizarea balanţelor electronice

Performanţa tehnică Limite de variaţie

Domeniul de măsură, g 210 – 52 200 400 600 Mod de cântărire g, lb Rezoluţie, g 10–4 - 10–5 g 10–3 10–2 10–2 - 10–3 Precizie, g 0,001 0,01 0,001 (0,01) 0,01 Timp de stabilizare, s 3-3,5 s max. 2,5 s Interval de temperatură 10-40 oC Autocalibrare + + + + Alimentare 110/220 V, 50/60Hz

Observaţii: 1. Balanţele electronice pot fi adaptate la determinarea precisă şi rapidă a conţinutului

de umiditate, prin ataşarea unei camere de uscare (sursa IR). Balanţa electronică Mesdan 165 E (cu condiţionare). Este un instrument special de

control şi determinare automată a fineţii firului, cu afişarea valorii raportate la procentul de umiditate legală (fig. IX.4.8). După plasarea jurubiţei de fir pe platanul balanţei de mare precizie (10–4-10–5 mg), aceasta este uscată cu ajutorul unei lămpi IR.

Sistemul de măsurare: – sesizează masa constantă (umiditate 0, masă uscată); – transmite automat, fără intervenţia operatorului, valoarea determinată, la calculatorul

cu care este conectat printr-o interfaţă specială; – calculează şi afişează fineţea firului la umiditatea legală şi furnizează parametrii

statistici pentru ansamblul determinărilor efectuate (medie, valori minime sau maxime, coeficientul de variaţie CV%, limitele de toleranţă şi valorile ce se plasează în afara acestora);

– calculează şi afişează fineţea firului în stare uscată. 2. Balanţele electronice sunt utilizate în controlul gravimetric al produselor din filatură,

pentru completarea şi verificarea informaţiilor despre neregularitate. USTER Autosorter 3. Este un sistem pentru determinarea fineţii firelor, benzilor şi

semitorturilor, respectiv a masei pe unitatea de suprafaţă a ţesăturilor şi tricoturilor, ce prelucrează


datele măsurate în mod automat (fig. IX.4.9) şi este compus dintr-o balanţă electronică Mettler, care funcţionează pe principiul coardei vibrante, o unitate de procesare programabie şi o imprimantă (tabelul IX.4.7).

Fig IX.4.8. Balanţa electronică cu condiţionare Mesdan 165 E.

Fig. IX.4.9. Sistemul USTER Autosorter 3 (balanţa cu coardă vibrantă, firma Mettler).

Avantajele sistemului: – proceduri de testare în conformitate cu metodele standard; – operare simplă şi precisă; – soft special; – afişarea datelor şi rezultatelor pe ecran şi prin intermediul imprimantei; verificarea

simplă a rezultatelor prin metode standard de testare şi analiză.

Tabelul IX.4.7

Caracteristici tehnice ale sistemului Uster Autosorter 3

Domeniu de utilizare

1 dtex - 100 ktex

Traductorul de masă Gama de măsurare: 0-410 g (în sistemul de unităţi de măsură ales); Precizie: 0,001 g (pentru 0-80 g); 0,01 g (pentru gama 80-410 g) Timp de integrare: 2 s

Procesorul Capacitate de procesare: max. 999 valori individuale pentru o serie de măsurători

Protocolul de analiză identifică probele şi consemnează: condiţii de testare; valori

nominale; valorile individuale; evaluarea statistică; mărimea clasei; valoarea nominală; abaterea procentuală de la valoarea nominală; limite de alarmare; valori situate în afara limitelor.

Uster Autosorter 4 este prevăzut cu balanţa de precizie Mettler-PR503, cu rezoluţia de 0,001-0,01g; realizează cântăriri în domeniul 0-100 g; 0-510 g, asigurând liniaritate în domeniul de temperatură de 0...30 oC şi timp de răspuns de 1,5-3 s. Uster Autosorter se conectează la sistemele Uster LabData şi Uster Expert.

IX.4.3.2.4. Balanţe automate

Balanţa automată de fineţe Zweigle-L 291 prezintă următoarele particularităţi: – elimină erorile ce pot fi introduse de operatorul uman, prin automatizarea completă a

determinărilor;


– poate efectua determinări pentru 24 de formate simultan (rotorul de construcţie specială elimină alunecarea spirelor);

– printr-o interfaţă serială se conectează cu un calculator PC prevăzut cu software specializat Zweigle Tex Data care realizează analiza statistică pentru un format sau pentru întregul eşantion şi permite: vizualizarea pe monitor; tipărirea la imprimantă a rezultatelor;

– asigură precizia şi reproductibilitatea măsurărilor în domeniul Nm 5 -Nm 200; – se adaptează la controlul gravimetric al produselor din filatură şi al firelor filamentare

testate pe maşinile de încercat la tracţiune. În figura IX.4.10 se prezintă un exemplu de încorporare a unei balanţe electronice în

sistemul de solicitare la tracţiune al firelor – Textechno.

Fig. IX.4.10. Principiul de determinare automată a fineţii firelor, solicitate la tracţiune. Sistemul STATIMAT / TEXTECHNO.

Balanţa electronică automată de fineţe Lawson Hemphill – LH 200 se utilizează în

analiza fineţii firelor filamentare şi texturate (înlocuieşte metoda tradiţională, dificilă, de realizare a jurubiţelor, cântărire şi calcul); capacitatea de alimentare este de 36 formate simultan, iar viteza de testare poate fi de până la 700 m/min.

IX.4.4. Metode şi mijloace de măsurare pentru determinarea lungimii produselor liniare

În metodologiile de control gravimetric, epruvetele din semifabricate şi fire sunt secţionate la lungimi determinate, cu ajutorul unor dispozitive speciale, a căror structură este dependentă de lungimea de secţionare impusă. Epruvetele se secţionează:

– pe porţiuni scurte: ∃ se folosesc ghilotine cu ecartament standardizat, în funcţie de natura materialului

testat; ∃ se folosesc dispozitive pendulare, care permit pretensionarea epruvetelor de fir;

– pe porţiuni medii şi lungi: : ∃ se folosesc vârtelniţe cu simpla derulare a unei lungimi predeterminate (în cazul

semifabricatelor) sau cu formarea de jurubiţe (în cazul firelor) (tabelul IX.4.8).

Observaţii: 1. Corectitudinea determinărilor este asigurată prin precizia de realizare a lungimii

epruvetei, care se obţine prin tensionarea uniformă a materialului supus testului; în această


situaţie, erorile de determinare a lungimii sunt de ordinul ∀ 0,3%, ceea ce nu influenţează în mod semnificativ valorile determinate pentru fineţea pe porţiuni lungi.

Tabelul IX.4.8

Caracteristicile tehnice ale vârtelniţelor pentru fire; semifabricate

Firma constructoare şi codul aparatului Vârtelniţe pentru fire Vârtelniţe pentru semifabricate

1. METRIMPEX FY- 30 2. SHIRLEY 3. ZWEIGLE L 202

Caracteristicile tehnice Circumferinţa rotorului 1 m m /yard 1 Principiul de lucru:

debitare cu cilindri antrenaţi individual

Turaţia rotorului, rot/min 110-130 rot / min 0-300 Sistem de acţionare mecanic mecanic/ manual Sistem de frânare – – Turaţie de regim:

100 rot /min Sistem de tensionare reglabil reglabil 5 trepte Mod de desfăşurare axial axial Performanţe: evitarea

laminajelor false; prelevarea benzii direct din cană

Capacitate 5 formate 6 formate Înălţimea formatului max 400 mm max 400 mm Automatizare: * afişare numerică;

*oprire la lungimea prestabilită

*preselector electronic lungime jurubiţă; *contor de rotaţii

Automatizare: sistem de frânare acţionat la debitarea lungimii selectate

2. În cazul semifabricatelor se acordă o atenţie deosebită păstrării formei geometrice,

care este mult mai instabilă decât a firelor. 3. Vârtelniţele se realizează sub forma unor rotoare, cu perimetrul determinat, pe care

firul / semifabricatul se depune sub formă de spire cu pas constant / se desfăşoară liber; rotoarele pot fi antrenate manual sau mecanic; operaţia de depunere / desfăşurare trebuie să se realizeze cu turaţie constantă, permiţând menţinerea tensiunii în limitele admise. Vârtelniţele de fir sunt prevăzute cu conducătoare de fir care asigură o depunere corectă a spirelor, printr-o mişcare de translaţie axială.


4. Evoluţia constructivă a vârtelniţelor de fir (acţionate mecanic şi controlate electronic în ceea ce priveşte turaţia) constă în creşterea capacităţii de efectuare a probelor şi reducerea duratei de efectuare a măsurătorilor.

5. Creşterea vitezei de efectuare a probelor impune controlul riguros al tensiunii în fir, care se reglează prin poziţia conducătoarelor de fir şi prin adoptarea unor dispozitive de tensionare adecvate. Creşterea vitezei de efectuare a probelor impune frânarea promptă a rotorului pentru diminuarea erorilor de determinare a lungimii jurubiţei (de exemplu, un unghi

de frânare 3o36' introduce eroarea de lungime εa = 1 cm, iar εr =

1 cm 0,01%10 000 cm

= deci,

eroare neglijabilă). 6. Determinarea indicilor de numerotare pe porţiuni scurte (LS < 50 cm) presupune: – utilizarea unor sisteme pendulare de fixare a probei de fir sub acţiunea unei tensiuni

adecvate, după care se efectuează secţionarea; – utilizarea balanţelor de torsiune pentru determinarea precisă a masei segmentelor

de fir; – determinarea se efectuează în contextul altor determinări (proprietăţi tensionale,

torsiune), fiind impusă pentru: ∃calculul tenacităţii sau coeficientului de torsiune; ∃ în cazul firelor cu voluminozitate mare (caracterizate prin stabilitatea redusă a

formei geometrice); ∃ determinarea cotelor de participare a componenţilor (fire compuse, cu structură

miez-manta). Astfel, pentru măsurarea corectă a lungimii, se recurge la pretensionarea segmentelor

analizate cu ajutorul unor cleme speciale, de masă standardizată, sau la utilizarea sistemului de pretensionare pendular al torsiometrului.

7. Determinarea lungimii produselor textile constituie o metodă de control cantitativ al producţiei:

– în filatură sau la prelucrarea firelor; măsurarea lungimii de produs debitat se realizează cu ajutorul contoarelor de turaţie, amplasate pe axele cilindrilor debitori (pentru fire şi semifabricate);

– în ţesătorii / produse textile plane, se realizează prin contoare care înregistrează: numărul de fire de bătătură inserate (în cazul ţesăturilor); evaluarea contracţiei la ţesere;

– numărul de noduri (în cazul tricoturilor); determinarea randamentului utilajului.

PROPRIETĂŢI FIZICE ALE MATERIALELOR TEXTILE

IX.5.1. Determinarea caracteristicilor de compoziţie

IX.5.1.1. Pregătirea eşantioanelor reduse, de laborator, şi a probelor pentru analize chimice

Proprietăţile fizice ale materialelor textile sunt reprezentate prin caracteristici de compoziţie; caracteristici geometrice; indici care descriu comportarea la acţiunea agenţilor fizici sau a diferitelor forme de energie.

Ansamblul proprietăţilor materialelor textile este determinat prin compoziţie şi geometrie, fiind influenţat prin tehnologia de realizare şi prelucrare; de condiţiile de utilizare.

Caracteristicile de compoziţie constituie un obiectiv de proiectare argument tehnic şi economic, impunând tehnologia şi parametrii tehnologiei de obţinere; în consecinţă determină caracteristicile de calitate ale produsului realizat şi:

– se exprimă prin natura componenţilor şi prin cotele de participare ale acestora în amestecul de fibre;

– se stabilesc la nivelul firului. Amestecul este justificat tehnologic prin: obţinerea unor produse cu prelucrabilitate,

valoare de întrebuinţare şi durabilitate superioare, la costuri convenabile; sunt determinate calitativ (alegerea componenţilor) şi cantitativ (dozarea componenţilor), astfel încât produsul să corespundă destinaţiei.

Amestecarea constituie totodată obiectiv şi efect tehnologic în preparaţia filaturii, unde se realizează statistic sau sub control în fazele de amestecare, laminare / dublare.

Controlul calitativ şi cantitativ se asigură prin: identificarea componenţilor; stabilirea cotelor de participare; analiza repartiţiei componenţilor în secţiunea longitudinală; transversală a semifabricatelor şi produselor.

Determinările cantitative (din filaturi) asupra compoziţiei amestecurilor sunt relevante pentru: corectitudinea parametrilor de amestec şi de prelucrare adoptaţi; pierderea neraţională a unui anumit component, iar omogenitatea amestecului garantează efecte uniforme în finisare.

Cotele de participare şi repartiţia componenţilor sunt stabilite la nivelul firului şi se transferă ţesăturilor sau tricoturilor, unde verificarea este necesară pentru prevenirea erorilor

Proprietăţi fizice ale materialelor textile 143

tehnologice: dirijări greşite în flux; contaminări. Amestecarea fibrelor constituie o abatere gravă de la disciplina tehnologică şi se previne prin recepţionarea corectă a loturilor de fir; verificarea cotelor de participare şi a încadrării acestora în toleranţele admise, prin controlul omogenităţii amestecului prelucrat. Neconformitatea cu valoarea proiectată constituie obiect de litigiu şi subiect de expertiză.

Determinarea cotelor de participare ale componenţilor unui amestec la nivel de fir, ţesătură sau tricot constituie un criteriu de verificare pentru calitatea concepţiei şi realizării procesului tehnologic şi se realizează prin metode standardizate, pe eşantioane reprezentative, în următoarea succesiune de operaţii:

– pregătirea eşantioanelor reduse, de laborator, şi a probelor pentru analize chimice; – determinarea calitativă a componentelor amestecului fibros; – îndepărtarea materialelor nefibroase, a însoţitorilor naturali sau adaosurilor tehnologice; – separarea cantitativă propriu-zisă; – calculul cotelor de participare.

Observaţii: 1. Analiza cantitativă a compoziţiei amestecurilor de fibre se efectuează asupra unor

eşantioane de dimensiuni reduse, care trebuie să fie reprezentative atât pentru proporţia componenţilor cât şi pentru varianţa cotelor. Eşantioanele se realizează în conformitate cu standardele în vigoare, care prescriu metodologia de prelevare în funcţie de forma de prezentare a amestecului şi de gradul de prelucrare al acestuia (tabelul IX.5.1).

2. Tehnologiile de prelucrare presupun diverse tratamente cu produse chimice auxiliare/ adaosuri tehnologice, care înlesnesc buna desfăşurare a procesului de fabricaţie sau modifică proprietăţile produsului finit. Adaosurile tehnologice determină: modificarea masei şi solubilitatea materialului fibros; în produsele textile se pot regăsi diferite substanţe însoţitoare naturale care nu au putut fi eliminate în totalitate pe parcursul proceselor tehnologice: impurităţi vegetale, impurităţi provenite din proces.

3. O analiză cantitativă concludentă a cotelor de participare presupune eliminarea adaosurilor tehnologice şi a substanţelor însoţitoare naturale, prin metode adecvate, capabile să menajeze integritatea suportului textil.

Tabelul IX.5.1

Condiţii de reprezentativitate pentru eşantioanele standard

Forma de prezentare a probei

Masa probei reprezentative, g

Lungimea/suprafaţa probei reprezentative, cm

Fire, semifabricate 10 L = 106 Ttex Fire de urzeală încleiate 1 L = 105 Ttex Ţesături-textile plane 10 S = 105 M

IX.5.1.2. Analiza calitativă a fibrelor textile

Compoziţia fibroasă poate fi identificată prin diverse metode, conform tabelului IX.5.2. Sunt considerate ca metode generale preliminarii, care nu necesită reactivi şi sunt uşor

de aplicat, proba de ardere şi, respectiv, identificarea prin microscopie optică. Metoda arderii. Această metodă permite o informare orientativă asupra naturii fibrei din

componenţa firelor studiate, pe baza comportării fibrelor în procesul de ardere – viteză de ardere,


topirea înaintea arderii, aspectul reziduului (culoare, consistenţă), miros specific degajat, aspectul flăcării. Comportarea principalelor tipuri de fibre textile la proba de ardere este prezentată în tabelul IX.5.3.

Tabelul IX.5.2

Metode de determinare calitativă a componenţilor amestecului fibros

Metode generale Aplicaţii

1. Metode de caracterizare Proba de ardere; analiza densităţii; analize optice

2. Metode de separare Reacţii chimice şi tinctoriale de solubilizare şi colorare selectivă

3. Metode fizice de identificare Spectroscopie IR; cromatografie şi electroforeză

Tabelul IX.5.3

Comportarea la ardere

Tip de fibră Mod de ardere Caracteristici cenuşă

Celulozice (naturale artificiale)

Se aprind şi ard repede; flacăra este strălucitoare; miros de hârtie arsă

Cenuşă gri-albă după forma fibrei

Lână, mătase naturală Viteză mică de ardere; flacără luminoasă; miros de corn ars

Cenuşă spongioasă, sferică, neagră

Sintetice (poliamidă; poliester; poliacrilo-nitril)

Se topesc repede anterior arderii; miros dulceag-aromatic

Reziduu sub formă de perle de topire dure

Identificarea pe cale microscopică. Identificarea se asigură în funcţie de particu-

larităţile secţiunii longitudinale sau transversale ale fibrelor, fiind aplicabilă în cazul fibrelor naturale.

Observaţii: 1. În vederea îndepărtării substanţelor grase sau a eventualelor impurităţi, fibrele care

urmează a fi observate la microscop se tratează cu un solvent organic (de exemplu, alcool etilic), după o spălare preliminară cu o soluţie de carbonat de sodiu 1%.

Identificarea prin microscopie optică are următoarele particularităţi: – în secţiune longitudinală: fibrele degresate şi uscate se paralelizează manual şi se

extrag pe o lamă microscopică pe care s-au pus în prealabil câteva picături de lichid neutru); rolul acestui lichid este de a mări claritatea imaginii, cu atât mai bună cu cât indicele de refracţie al lichidului neutru este mai apropiat de cel al sticlei lentilelor microscopului. Lichidele neutre frecvent folosite sunt: glicerina, uleiul de cedru, apa distilată. În secţiune longitudinală, principalele fibre naturale au aspect caracteristic care, de regulă, permite identificarea corectă şi rapidă.

– în secţiuni transversale: preparatul se obţine prin fixarea materialului fibros în dop de plută sau măduvă de soc, în parafină, după o prealabilă imersare în colodiu.


Tabelul IX.5.4

Aspect microscopic transversal /longitudinal al fibrelor naturale vegetale

Aspect microscopic Observaţii Bumbac Secţiunea transversală este aproximativ circulară; are un aspect aplatizat, curbat spre extremităţi, uneori în formă de bob de fasole sau în forma literei S Secţiunea longitudinală – panglică răsucită în secţiune longitudinală; bumbacul mercerizat nu mai prezintă răsucituri, are aspect cilindric, cu canal foarte îngust sau întrerupt In În secţiune transversală – celule cu aspect poligonal (5-6 laturi), cu un punct central (lumenul) şi perete secundar gros În secţiune longitudinală, celule cilindrice, fusiforme; cu capetele ascuţite şi canal central foarte îngust; apar striuri longitudinale şi transversale caracteristice în formă de X

Tabelul IX.5.5

Aspect microscopic transversal /longitudinal al fibrelor naturale animale

Aspect microscopic Observaţii Lână Secţiunea transversală circulară; fibrele groase au canal medular, iar secţiunea transversală capăt[ o formă ovală sau turtită Secţiune longitudinală – formă cilindrică îngustată spre vârf; strat cuticular cu aspect solzos, format din celule exterioare cu grosime de 0,5-2 µm, în funcţie de fineţea lânii Mătase Secţiunea transversală – formă triunghiulară, cu colţuri rotunjite; mătasea degomată are filamente uniforme, fără particularităţi de structură Secţiune longitudinală – mătasea nedegomată apare ca fir multifilamentar, consolidat prin sericină

Tabelul IX.5.6

Aspect microscopic transversal /longitudinal al fibrelor artificiale

Aspect microscopic Observaţii Viscoză Secţiunea transversală – circulară, neregulată, cu crestături compactizate Secţiune longitudinală – striaţii longitudinale dese, mate sau lucioase


Tabelul IX.5.7

Aspect microscopic transversal /longitudinal al fibrelor sintetice

Aspect microscopic Observaţii

PES

Secţiunea transversală – variată (de exemplu circulară; multilobale), aspect pigmentat, care diminuează luciul

Secţiunea longitudinală – formă tubulară / cilindrică, contur neted, cu pori /;

PA

Secţiunea transversală – circulară, regulată, cu luciu natural

Secţiune longitudinală – formă tubulară/ cilindrică, contur neted cu pori; fibrele multilobale prezintă striaţii

PAC

Secţiunea transversală – circulară, formă de bob de fasole sau multilobală

Secţiune longitudinală – formă tubulară, contur neted, parţial cu dungi longitudinale şi pori pe suprafaţă

PUR

Secţiunea transversală – diferă în funcţie de tehnologie (rotunde; formă de alună)

Secţiune longitudinală – suprafeţe uniforme, regulate; întunecate

IX.5.1.3. Analiza cantitativă a amestecurilor de fibre

Separarea se bazează pe dizolvarea selectivă a fibrelor care compun amestecul şi se aplică asupra unor epruvete de masă determinată; dizolvarea este urmată de o spălare riguroasă, apoi de uscare până la masă constantă şi de recântărirea probei insolubile.

Practic, nu există fibre total insolubile, în solvenţii cu care se îndepărtează unul din componenţii amestecului, masa reziduului este mai redusă decât masa iniţială şi, din acest motiv, se aplică corecţia cu un factor dependent de solubilitatea în solventul utilizat. Factorii de corecţie se determină în prealabil pe fibre în stare pură, în regimul de lucru standardizat; se impune alegerea solvenţilor ,astfel încât valoarea factorilor de corecţie să fie mai mică de 2%.

Calculul şi exprimarea rezultatelor se realizează prin trei metode: ∃ Metoda bazată pe masa pură şi deshidratată:

A1 = (100·m1 K)·m0 (IX.5.1)

unde: A1 este procentul componentei insolubile, pură şi deshidratată; m0 – masa deshidratată a probei analizate, în g; m1 – masa deshidratată a reziduului, în g; K – factor de corecţie pentru variaţia de masă a componentei insolubile.


∃Metoda bazată pe masa pură, deshidratată, majorată prin aplicarea masei umidităţii:

22

2 1

100 (1 0,01 )(1 0,01 ) (100 ) (1 0,01 )

P aA

P a P a⋅ + ⋅

=⋅ + ⋅ + − ⋅ + ⋅

(IX.5.2)

unde: A2 este procentul componentei insolubile, pură şi deshidratată, majorat prin aplicarea masei umidităţi; P – procentul componentei insolubile, pură şi deshidratată; a1 – masa umidităţii componentei solubile; a2 – masa umidităţii componentei insolubile;

∃Metoda bazată pe masa pură, deshidratată, majorată prin aplicarea masei umidităţii şi masei materialelor nefibroase:

2 23

2 2 1 1

100 [1 0,01 ( )][1 0,01 ( )] (100 ) [1 0,01 ( )]

P a bA

P a b P a b⋅ + ⋅ +

=⋅ + ⋅ + + − ⋅ + ⋅ +

(IX.5.3)

unde: A3 este procentul componentei insolubile, majorat prin aplicarea masei umidităţii şi masei materialelor nefibroase; P – procentul componentei insolubile, pură şi deshidratată; a1 – masa umidităţii componentei solubile; a2 – masa umidităţii componentei insolubile; b1 – masa pierderii materialelor fibroase solubile prin pretratament sau masa materialelor nefibroase din componenta solubilă; b2 – masa pierderii materialelor fibroase insolubile, cauzate de pretratament sau masa materialelor nefibroase din componenta insolubilă.

IX.5.2. Metode pentru determinarea caracteristicilor geometrice

IX.5.2.1. Metode pentru determinarea caracteristicilor geometrice ale fibrelor

IX.5.2.1.1. Determinarea parametrilor de lungime ai fibrelor

Lungimea fibrelor este considerată una dintre cele mai importante caracteristici de fibră, deoarece determină:

∃alegerea parametrilor tehnologici de prelucrare şi valorile unor parametri de reglaj; ∃comportarea fibrelor în procesul tehnologic de prelucrare; ∃principalele caracteristici fizice şi mecanice ale produselor din filatură realizate sub

formă de semifabricate sau fire. Interdependenţa caracteristicilor de fibră-fir, respectiv fibră-semifabricat, se manifestă

diferenţiat pentru diferite categorii de fibre, cu particularizări determinate de tehnologia de prelucrare şi sistemul de filare adoptat (tabelele IX.5.9; IX.5.10).

Lungimea este cea mai importantă caracteristică: – în grupa fibrelor scurte (bumbac brut), deoarece în tehnologia filării acestora

influenţează: ∃ uniformitatea semifabricatelor şi firelor: influenţa este evidentă la comparaţia

dintre firele pieptănate şi cardate, realizate la aceiaşi parametri de structură geometrică, din acelaşi sort de bumbac, când, datorită repartiţiei lungimii şi a procentului de fibre scurte diferite, valorile CV [%] (exprimând neregularitatea pe porţiuni scurte) diferă semnificativ;


∃ frecvenţa imperfecţiunilor şi defectelor de fir, prin repartiţia lungimii fibrelor de bumbac (tabelul IX.5.11);

∃ mecanismul ruperii firelor – determinat atât de repartiţia lungimii fibrelor cât şi de parametrii statistici corespunzători; lungimea de suprapunere, a cărei valoare determină stabili-zarea fibrelor în secţiunea firului şi alunecarea reciprocă, determină două mecanisme de rupere:

– ruperea prin alunecare, în cazul căreia parametrii lf [mm]; CVl [%]; T [răs/m] sunt definitorii pentru proprietăţile tensionale;

– ruperea fibrelor componente, când rezistenţa fibrei constituie dominanta; – în grupa fibrelor lungi, deoarece prin valoarea maximă se defineşte ecartamentul în

trenul de laminat; prin procentul de fibre scurte se defineşte procentul de fibre necontrolate în procesul de laminare; în cazul fibrelor liberiene tehnice, procesul de prelucrare induce modificări ale repartiţiei lungimii fibrelor, care se reflectă în variaţia fineţii şi flexibilităţii acestora, deci urmărirea atentă a acestui parametru dobândeşte un caracter mai complex, ce trebuie urmărit în fiecare fază a procesului de prelucrare.

Tabelul IX.5.9

Interdependenţa caracteristici fibră- caracteristici fir (bumbac, MFI)

Firmm Fibra

U [%] CV [%]

Imperfecţiuni;defecte de fir

Rezistenţă Alungire la rupere Pilozitate

Lungime 1

Micronaire 2

Impurităţi; defecte de fibră

Rezistenţă 3

Alungire

Culoare, strălucire

Legenda: 1 – corelaţia este foarte semnificativă; 2 – corelaţie bună; 3 – corelaţie nesemnificativă.

Tabelul IX.5.10

Interdependenţa caracteristici fibră- caracteristici fir (bumbac, OE)

Firmm Fibra

U [%] CV [%]

Imperfecţiuni; defecte de fir Rezistenţă Alungire la

rupere Pilozitate

Lungime

Micronaire

Impurităţi; defecte de fibră

Rezistenţă

Alungire

Culoare, strălucire

Fig. IX.5.1. Influenţa repartiţiei lungimii fibrelor asupra neregularităţii

firelor din bumbac 100%.


Tabelul IX.5.11

Influenţa repartiţiei lungimii fibrelor asupra frecvenţei imperfecţiunilor şi defectelor firelor din bumbac 100%

Subţieri Sensibilitate – 30% – 40% – 50% – 60% Bumbac cardat 4161 762 54 1 Bumbac pieptănat 1068 66 2 0

Îngroşări Sensibilitate + 35% + 50% + 70% + 100% Bumbac cardat 1959 526 85 6 Bumbac pieptănat 267 27 6 2

Nopeuri Sensibilitate + 140% + 200% + 280% + 400% Bumbac cardat 2487 681 162 29 Bumbac pieptănat 294 73 17 4

IX.5.2.1.1.1. Principii de eşantionare

Determinarea lungimii fibrelor presupune stabilirea şi aplicarea: ∃ algoritmilor de prelevare a eşantioanelor reprezentative; ∃ metodelor şi mijloacelor de măsurare indicate pentru testarea unei anumite categorii

de fibre; ∃ algoritmilor de interpretare adecvaţi metodologiei utilizate, care se determină reciproc. Metodologiile de determinare şi analiză a parametrilor de lungime ai fibrelor se pot

grupa în două mari categorii, în funcţie de structura eşantionului reprezentativ: – metode de măsurare şi analiză bazate pe eşantionul aleatoriu, cu formarea

mănunchiului cap drept, utilizat atât în metodele de măsurare individuală cât şi pentru cele de sortare a fibrelor în clase de lungimi diferite. Aplicarea metodei permite caracterizarea statică a materialului fibros, prin parametrii statistici, utilizaţi în stabilirea destinaţiei loturilor de fibre şi determinarea parametrilor de reglaj. Principiul este utilizat la aprecierea fibrelor de bumbac, lână şi liberiene;

– metode de măsurare şi analiză bazate pe mănunchiul „tuft", o selecţie tehnologică, dinamică, ce reproduce eşantionarea fibrelor în câmpul de laminare, supranumit „eşantion numeric”; parametrii statistici determinaţi la nivelul acestuia reprezintă repartiţia întâmplătoare a fibrelor în procesul de prelucrare şi justifică utilizarea la stabilirea şi verificarea unor reglaje tehnologice.

Obţinerea mănunchiului cap drept; domenii de utilizare. Mănunchiul cap drept se obţine din probele reprezentative reduse, care conţin fibre individualizate, paralelizate şi îndreptate, pregătite prin destrămare manuală şi amestecări succesive, realizate pe dispozitive simple de laminare şi se asociază metodelor de măsurare pe mănunchi, finalizate prin sortarea după lungime; metoda se bazează pe selectarea fibrelor plasate pe aceeaşi abscisă şi suprapunerea lor în acelaşi plan (fig. IX.5.2).

Măsurarea lungimii fibrelor prin utilizarea mănunchiului cap drept se realizează prin: – sortarea fibrelor pe clase de lungime: se realizează cu cleşti, începând cu lungimea

cea mai mare; cu cilindri de sortare, începând cu lungimea cea mai mică;


– grupele de lungime se obţin prin selectarea fibrelor care depăşesc / sunt mai scurte decât o abscisă determinată, iar probabilitatea de a extrage fibrele este dependentă de lungimea acestora.

Fig. IX.5.2. Formarea mănunchiului cap drept.

Metoda se aplică fibrelor: de lână; de bumbac, pentru care se utilizează aparate construite pe principii mecanice, cu deservire manuală, şi principii electronice, care permit automatizarea măsurării. Frecvenţa fibrelor în clasele sortate se determină prin: cântărire, numărare; baleiere capacitivă sau electronooptică.

Principiul de obţinere al mănunchiului „tuft”. Mănunchiul „tuft” se obţine în succesiunea unor operaţii de destrămare, individualizare şi paralelizare executate prin intermediul unor perii şi piepteni, pe ghemotocul (masa de fibre aglomerate) fixat într-un cleşte; fibrele foarte scurte, care depăşesc linia de prindere a cleştelui, sunt eliminate fără ca fibrele lungi să fie rupte sau deteriorate; prin operaţia prezentată rezultă mănunchiul de probă, care conţine doar fibre prelucrabile (fig. IX.5.3).

Fig. IX.5.3. Formarea mănunchiului „tuft”/HVI: (1 – pregătire; 2-3 – extragere; 4 – pieptănare; 5 – periere;

6 – mănunchiul „tuft”).

Observaţii: 1. Deoarece principiul de obţinere al mănunchiului tuft reproduce eşalonarea fibrelor la

trecerea printre cilindrii unui tren de laminat, acest mod de pregătire a epruvetei corespunde reapartiţiei dinamice, întâmplătoare a fibrelor, în timpul prelucrării.

2. Relevanţa metodei pentru determinarea parametrilor de lungime depinde de execuţia fazelor 4-5-6 în cadrul cărora, din mănunchiul pregătit pentru formarea „tuft” se vor elimina prin periere- pieptănare, fibrele nefilabile (cu lungimi sub 12,7 mm).

3. Determinarea parametrilor de lungime pe mănunchiul „tuft” se realizează prin explorarea sa de la vârf spre bază; măsurarea se realizează prin modularea fluxului luminos,


care incidentează mănunchiul printr-un fenomen de reflexie difuză (fig. IX.5.4). Când baleierea se execută de la vârful spre baza mănunchiului, semnalul obţinut redă complementul funcţiei de repartiţie (tabelul IX.5.12).

Fig. IX.5.4. Principiul de detectare a frecvenţei prin baleiere.

Prin metode de derivare sau integrare se pot obţine funcţia de repartiţie şi funcţia de frecvenţă, reprezentate grafic corespunzător şi se pot calcula parametrii de lungime pentru eşantionul analizat.

Tabelul IX.5.12

Principii de operare asupra funcţiei de frecvenţă

Funcţia de frecvenţă:

f (l) = Al / Σ Al f (l) = ml / Σ ml

1. Curba frecvenţelor cumulate:

0

( ) ( )dl

F l f l l= ∫

2. Complementul curbei frecvenţelor

cumulate

0

( ) 1 ( ) ( )dl

l F l f l lΦ = − = ∫

unde: L este valoarea lungimii maxime a fibrelor analizate;


3. Fibrograma (tuft) cumulează F(l):

1( ) ( )dL

l

F l l ll

= Φ∫

Observaţii: 1. În cadrul procesului de măsurare se obţine curba frecvenţelor cumulate. 2. Funcţiile f(l) şi T(l) se obţin prin derivarea şi respectiv integrarea semnalului primar. 3. Ordonatele funcţiilor f(x); F(l); Φ(l); Τ(l) din tabelul IX.5.12 au semnificaţiile: f(lx) –

frecvenţa clasei de lungime lx; F(lx) – frecvenţa claselor cu lungimea mai mică decât lx; Φ(lx) – frecvenţa claselor cu lungimea mai mare decât lx; T(lx) – frecvenţa corespuzătoare lungimilor capetelor de fibră care depăşesc lungimea lx, aleasă arbitrar pe abscisă (exprimată în procente faţă de lungimea totală).

4. Relaţiile de calcul prezentate în tabelul IX.5.12 au caracter general; sunt fun-damentale şi pot fi utilizate indiferent de metoda de măsurare aplicată: măsurare individuală, sortarea grupelor de fibre sau diagrama tuft. Pe baza legăturilor dintre funcţiile prezentate, se definesc parametrii şi funcţiile de apreciere ale lungimii fibrelor, pentru toate metodele de măsurare.

5. Interpretarea reprezentărilor grafice obţinute se face prin două metode: – metoda HVI: lungimea medie superioară UHML (fig. IX.5.5); – metoda ICC: lungimea span SL, (fig. IX.5.6). 6. Fibrograma indică: – valoarea lungimii medii M(l), între limitele de integrare (lmin, lmax); – valoarea lungimii medii a fibrelor ce depăşesc lungimea de sortare ∆, l∆; – procentul de fibre flotante şi procentul de fibre prinse simultan între cilindrii (1, 2) ai

trenului de laminat.

Fig. IX.5.5. Interpretarea fibrogramei, USDA / HVI.


Fig. IX.5.6. Interpretarea fibrogramei, USDA / ICC.

7. Cu ajutorul funcţiilor f(l), F(l), Φ(l), T(l) se raţionalizează parametrii de reglaj (ecartamentele în trenul de laminat, fig. IX.5.7)

Fig. IX.5.7. Principiul stabilirii ecartamentelor trenului de laminat prin utilizarea diagramei tuft.

IX.5.2.1.1.2. Parametrii pentru aprecierea lungimii fibrelor

Aprecierea lungimii fibrelor se realizează prin parametri statistici, a căror determinare finalizează orice proces de măsurare asupra lungimii fibrelor; în principiu, aproape toţi parametrii pot fi determinaţi prin toate metodele de măsurare (tabelul IX.5.14).

Tabelul IX.5.13

Domeniile de aplicare ale metodelor de măsurare a parametrilor de lungime ai fibrelor

Metode de măsurare Aplicare Valorificarea rezultatelor

Măsurare individuală Toate fibrele Automatizat la fibre de bumbac

Grupare pe clase Calculul parametrilor (1-3) Reprezentări grafice

Sortare pe clase: (sortare cu cleşti; sortare cu cleşti şi câmp cu ace; sortare cu cilindri)

Toate fibrele Calculul parametrilor (1-3) Reprezentări grafice.

Baleiere: – mecanică (Uster); – electronocapacitivă (Almeter);

Toate fibrele, exceptând fibrele liberiene

Măsurare continuă, prelucrare automată Calcul parametri statistici


– pneumatică; – electronooptică (Peyer; Spinlab)

(1-3, tab. 5.14) Reprezentări grafice funcţii: de frecvenţă, repartiţie, diagrama tuft Măsurare individuală

În contextul tehnologiilor de prelucrare, anumiţi parametri statistici s-au dovedit foarte

utili pentru aprecierea dinamică a lungimii (cazul fibrelor de bumbac); în cazul fibrelor chimice, lungimea de fibră constituie o caracteristică obiectiv şi se impune stabilirea unui interval de toleranţă, care se materializează prin abaterea maximă faţă de lungimea nominală. Parametrii statistici pentru aprecierea lungimii fibrelor pot fi de utilizare generală sau limitată, la o anumită categorie tehnologică de fibre (1-3, tabelul IX.5.14).

Tabelul IX.5.14

Parametrii statistici pentru aprecierea lungimii fibrelor

Parametru Simbol Relaţie analitică Observaţii 1. Parametri de poziţie

Lungime medie

L maxL

i ii

L l f= ∑

fi = ni/Σnifi = mi/Σmi „barbe”

LB fi = mi/Σmi Număr de fibre/masă: gravimetric, capacitiv

„hauteur” LH fi = ni/ Σni Fineţe fibră / arie: gravimetric, optoelectronic

Lungime mod Lmod Corespunzătoare frecvenţei maxime

* Parametri de poziţie utilizaţi exclusiv la aprecierea lungimii fibrelor de bumbac Lungime medie superioară

SL max max/

L LS i i i

L LL l f f

⎛ ⎞⎜ ⎟= ⋅⎜ ⎟⎝ ⎠

∑ ∑ Media lungimilor superioare valorii medii

Lungimea filatorului

Lf max max

mod mod

/L L

f i i iL L

L l f f= ⋅∑ ∑ Medie lungimi superioare valorii modale

Lungime span SL SL, % SL50% → 50% fibre cu lungimea SL50%

Lungime stapel LS LS = 0,91EL Lungime efectivă

EL Se determină prin metode grafice

2. Parametri de împrăştiereCoeficient de variaţie

CV% CV = 100·σ/ L CVB, %; CVH, %

* Parametri de împrăştiere utilizaţi la aprecierea lungi mii fibre lor de bumbac Uniformitate Hertel

UH, % UH = 100· / SL L

Uniformitate Jukov

U, % U = B·Lmod

Raport de uniformitate

UR, % UR = SL(50%)/SL(2,5%)

Indice de uniformitate

UI, % 100S

LUIL

=


Procent de fibre flotante

FFI, % (2,5%) (50%) 100(50%)

SL SLFFISL

−= ⋅

Procent de fibre scurte

Pfs, % Pfs = 100·Mfs/M Indice de pufozitate

3. Frecvenţa depăşirilor / aprecierea lungimii fibrelor de lână Fibre sub L1 mm, % % Importante pentru verificarea

ecartamentelor, a deplasării fibrelor în câmpul de laminare

Fibre peste L2 mm, % %

4. Parametri specifici pentru aprecierea lungimii fibrelor chimiceLungime nominală, lnom mm Lungime de tăiere Obiectiv al procesului de

obţinere a fibrelor Abaterea de la lungimea nominală, a

% a = 100· ( ) /nom nomL L L− Valoare maximă admisă

IX.5.2.1.1.3. Metode şi mijloace de măsurare utilizate în determinarea lungimii fibrelor

IX.5.2.1.1.3.1. Metode de măsurare individuală

Metoda celor două pensete. Este o metodă de măsurare manuală, aplicată la determinarea lungimii fibrelor chimice şi a fibrelor de lână; are următoarele particularităţi:

– condiţii metrologice: măsurarea se realizează la aplicarea tensiunii de descreţire, pe suportul prevăzut cu o riglă gradată;

– volumul eşantionului: se adoptă în funcţie de precizia impusă determinării; – funcţia de frecvenţă: se determină după numărul de fibre, la sortarea în clase de

lungime; – interpretarea statistică: se particularizează în cazul fibrelor chimice, prin calculul

următorilor parametrii de lungime: lungime medie, lungime nominală, lungime modală, abatere faţă de lungimea nominală (conform tabelului IX.5.14);

– precizia impusă determinărilor este de ∀ 2,5% / fibre chimice; ∀ 5% / fibre lână;

p = ∀ t·CVn– 1/2.

Metoda Wira. Este o metodă individuală, manuală, care are ca principiu de măsurare: extragerea cu penseta şi măsurarea individuală a lungimii fibrei, în stare întinsă, pe scala gradată, în mm (fig. IX.5.8). Intervalul de sortare se stabileşte în funcţie de lungimea fibrelor: L < 45mm..... b = 1 mm; 45 < L< 80..... b = 2 mm; L > 80 mm...... b = 10 mm.

Fig. IX.5.8. Principiul Wira: 1 – fibra; 2 – greutate de pretensionare; 3 – dispozitiv de prindere elastică fibre;

4 – penseta; 5 – canal de ghidare; 6 – senzor optic; 7 – şurub melc; 8 – scala gradată.


Metoda prezintă următoarele particularităţi: – condiţii metrologice: pretensionare uniformă pentru compensarea ondulaţiei, fără

alungirea fibrei; – volumul eşantionului de fibre analizate/ n, n = 450/fibre chimice; n = 2400/fibre de

lână, CV = 50%; – funcţia de frecvenţă: în funcţie de numărul de fibre înregistrat în fiecare grupă de

lungime, ni; – evaluarea rezultatelor măsurării: gruparea valorilor în clase /automatizată;

determinarea frecvenţei / după numărul de fibre; calculul parametrilor statistici; statistica grafică;

– aplicabilitate la: fibre chimice, a căror deformabilitate impune limitarea tensiunilor specifice sortării; fibre liberiene tehnice, ai căror parametri de lungime se modifică în timpul sortării / câmpul cu ace; fibre de lână groasă, caracterizate prin neuniformitatea lungimii/ fibre fine, scurte; fibre lungi, groase.

Metoda Wira perfecţionată – variantă semiautomată. Lungimea fibrei se măsoară între două cleme (motoare/ fixă); clema motoare îndeplineşte rolul de detector al capătului din faţă al fibrei; clema fixă se deplasează la rotirea melcului, iar lungimea fibrei este măsurată până la detectarea capătului din faţă al fibrei; semnalul de detectare determină oprirea melcului şi blocarea contorului/ care indică lungimea măsurată; varianta semiautomată permite reducerea neuniformităţii tensiunilor de măsurare şi îmbunătăţeşte reproductibilitatea rezultatelor.

Metoda Sinus. Constituie o variantă semiautomată a metodei celor două pensete, prin intermediul căreia se realizează sortarea în clase de lungime a fibrelor măsurate individual.

a b

Fig. IX.5.9. Clasificatorul cu bile:

a – dispozitiv de măsurare: 1 – dispozitiv de prindere elastică a mănunchiului de fibre; 2 – şurub de poziţionare; 3 – penseta; 4 – rezervorul cu bile.

b – diagrama de distribuţie a lungimilor.

Determinarea lungimii fibrelor din proba reprezentativă impune: – condiţii metrologice: pretensionare uniformă, fără alungirea fibrelor; – volumul eşantionului: în funcţie de fineţea fibrei; – aplicabilitate: lână fină / semifină; – funcţia de frecvenţă: după număr de fibre; clasificare după lungime cu ajutorul

dispozitivului cu bile; – interpretare statistică: parametrii de lungime se apreciază în funcţie de frecvenţa

numerică/ după masă, lB.

Metoda AFIS, modul L&D. Sistemul AFIS aplică principiul optoelectronic în măsurarea individuală, automatizată a parametrilor de lungime ai fibrelor de bumbac.


Semnalul de măsurare L se obţine prin conversia radiaţiei difuzate la deplasarea fibrei prin câmpul senzorului optoelectronic sub forma impulsului de tensiune, a cărui durată este proporţională cu lungimea fibrei, Lf :

Lt = v. tt (IX.5.4)

unde: v este viteza de deplasare; tt – durata deplasării fibrei prin câmpul de măsurare. Eşantionul de fibre/ aproximativ 500 mg/ este destrămat, curăţit de praf şi transformat în

văl, în unitatea pentru pregătirea fibrelor în vederea măsurării (fig. IX.5.10); materialul fibros este transportat cu viteză constantă prin câmpul de măsurare de sistemul pneumatic de transport/ accelerare.

Particularităţile metodei: – precizia măsurării: determinată de viteza de deplasare, dependentă de lungimea,

densitatea liniară şi de coeficientul de formă al fibrei; durata deplasării fiecărei fibre se determină prin sesizarea diferenţei de fază corespunzătoare semnalului obţinut cu două detectoare identice;

– calibrarea sistemului se realizează cu fibre de bumbac de lungime determinată;

Fig. IX.5.10. Principiul AFIS-N de numărare /măsurare a proiecţiei fibrelor şi nopeurilor.

a

b


Fig. IX.5.11. Principiul de măsurare AFIS-N (a);

forme tipice de semnal (b).

– performanţele sistemului de măsurare: este singura metodă eficientă de măsurare individuală a lungimii fibrelor de bumbac /10000 de fibre, măsurate în 5 minute/ cu prelucrare statistică automată în sistemul de calcul aferent; în figura IX.5.12 este redat un protocol de încercare obţinut pe AFIS-N;

– parametrii statistici pentru aprecierea lungimii fibrelor, furnizaţi prin analiza AFIS, sunt:

∃funcţia de frecvenţă după numărul fibrelor (n) şi după masa fibrelor (M), în %; ∃lungimea medie ponderată după numărul şi masa fibrelor (n, M), în mm, inch; ∃procentul de fibre scurte (n; M) , în %; ∃SL 25% lungimea sfertului superior, în mm, inch, ponderată masei M; • SL 2,5% (n) , în mm, inch/ *SL50 % (n) , în m, inch.

Fig. IX.5.12. Protocol AFIS obţinut la determinarea parametrilor de lungime ai fibrelor de bumbac.

IX.5.2.1.1.3.2. Metode de măsurare prin sortare pe clase de lungime


Metoda Jukov. Metoda permite determinarea parametrilor de lungime ai fibrelor de bumbac, realizând sortarea cu cleşte şi cilindri pe mănunchiul de fibre aliniate la un capăt / cap drept.

Fig. IX.5.13. Principiul de sortare

Jukov.

Fig. IX.5.14. Funcţia de frecvenţă

a lungimii fibrelor . Principiul măsurării: extragerea / măsurarea grupelor de lungime determinată; sortare

cu cleşte şi cilindri, realizată de la lungimea minimă; interval de sortare: b = 2 mm. Particularităţi: – condiţii metrologice: precizia de realizare a mănunchiului cap drept afectează precizia

de sortare; – volumul eşantionului: masa mănunchiului supus sortării – 28-35 mg, în funcţie de

lungimea fibrei (24 / 25-45/ 46); – funcţia de frecvenţă (fig. IX.5.14): se determină în funcţie de masa grupelor sortate;

grupele de lungime sortate conţin fibre din trei clase succesive de lungime (l-2; l; l + 2 mm), ceea ce impune corecţia frecvenţei, conform relaţiei:

' ' '2 20,17 0, 46 0,37i i i im m m m− −= + + (IX.5.5)

Corecţia se realizează prin intermediul discului de calcul, prevăzut cu trei sectoare; scala discului este divizată în unităţi de masă /1 d = 0,02 mg; scala sectoarelor calculează corecţia /1 d = 0,02 p.

Lungimea mod: 2

2 2

2( )( 1) [mm]

( ) ( )i i

mi i i i

m mL l

m m m m−

− +

−= − +

− + −. (IX.5.6)

Lungimea filamentului: 1 [mm]i j

jf

i jj

m

LY m

+

+

= ++

∑

∑. (IX.5.7)

unde: l este lungimea medie a clasei cu masa maximă, în m; j – interval de sortare (2, 4, 6, ...).

Y = ((l + 1) – Lm)m1/2 [mg]. (IX.5.8)

Baza lungimii: 1 2 1 1 20,55 [%]

i

m m mB

m− ++ +

=∑

, pentru m1–2 > m1+2; (IX.5.9)

1 2 1 1 20,55 [%]

i

m m mB

m− ++ +

=∑

, pentru m1–2 < m1+2. (IX.5.10)

Metoda fibrometru – prof. dr. ing. Ion Vlad. Principiul măsurării (fig. IX.5.15): extragerea /măsurarea grupelor de lungime determinată; sortarea se execută cu cleşti, începând cu lungimea maximă; intervalul de sortare: b = k·0,25 mm (uzual, 2 mm).


Fig. IX.5.15. Principiul de sortare fibrometru.

Fig. IX.5.16. Funcţia de frecvenţă

a lungimii fibrelor.

Particularităţi: – condiţii metrologice: precizia de realizare a mănunchiului cap drept; – volumul eşantionului: masa mănunchiului supus sortării 25-30 mg; – funcţia de frecvenţă (fig. IX.5.16) se determină după: masa grupelor sortate şi numărul

de fibre din clasele sortate; nu se impune efectuarea unor corecţii; – parametrii: sunt apreciaţi cu evidenţierea grupei corespunzătoare frecvenţei maxime/

lungimea modală: Lungimea mod:

max [mm]m fL L= (IX.5.11)

Lungimea filamentului: max

+ 1 [mm]m fL L= . (IX.5.12)

Lungimea filatorului: + (2...3) [mm]f mL L= . (IX.5.13)

Metoda Zweigle-Johansen. Metoda este utilizată la determinarea parametrilor de lungime ai fibrelor de bumbac şi de lână, realizând sortarea pe clase de lungime cu cleşti şi câmp dublu cu ace; figurile IX.5.17 şi IX.5.18 ilustrează utilizarea acestei metode în controlul de recepţie al fibrelor de bumbac.

Fig. IX.5.17. Principiul sortării Zweigle-Johansen.


Fig. IX.5.18. Determinarea lungimii efective

a fibrelor de bumbac.

Particularităţi: – sortarea pe grupe de lungime: începe cu lungimea maximă; b = 1 mm; – valorificarea datelor: grupele sortate se aliniază şi se depun succesiv pe o placă de

contrast / diagrama stapel: ∃ dacă densitatea este constantă, conturul diagramei stapel se utilizează la determinarea

valorii lungimii efective, Lef, ca estimaţie consistentă pentru SL, lungimea stapel; pentru bumbacul american Upland:

SL = 0,91Lef; (IX.5.14)

∃ lungimea efectivă, Lef = LL' (fig. IX.5.18) şi reprezintă lungimea medie superioară corespunzătoare eliminării fibrelor foarte scurte:

SF% = 100·RB / OB; (IX.5.15)

∃ indicele de neuniformitate dintre sferturi, IQD, se calculează cu relaţia:

IQD = 100·(LL' – MM') / LL' (IX.5.16)

Metoda Schlumberger. Metoda este utilizată la determinarea parametrilor de lungime ai fibrelor de lână şi liberiene, prin sortarea fibrelor din eşantionul numeric reprezentativ în clase de lungimi determinate.

Eşantionul numeric / mănunchi cap drept / se realizează manual cu ajutorul câmpului cu ace C1 şi al cleştilor 1, 2; alinierea se finalizează prin sortare, începând cu lungimea maximă, în al doilea câmp C2.

Sortarea începe cu grupa de lungime maximă; intervalul de sortare este b = 10 mm.

Particularităţi: – pregătirea eşantionului numeric şi

sortarea; – valorificarea datelor: funcţia de

frecvenţă se calculează după masa grupelor sortate;

– parametrii de lungime calculaţi sunt: lungimea medie şi coeficientul de variaţie: LH, CVH; LB, CVB.

În protocolul de analiză (fig. IX.5.20) sunt menţionate datele primare, parametri satistici şi relaţiile de calcul aferente.

Fig. IX.5.19. Principiul sortării

Schlumberger.


Fig. IX.5.20. Protocol Schlumberger obţinut la determinarea parametrilor de lungime ai fibrelor de lână.

IX.5.2.1.1.3.3. Metode de sortare automatizate

Metoda se aplică pe eşantion cu fibrele aliniate la un capăt pe sortatorul cu câmp cu ace, prin sortare cu b = 2-5 mm / lână; b = 1-2 mm/ bumbac; fibrele sunt îndreptate, paralelizate, aliniate în două etape cu ajutorul sortatorului cu câmp cu ace sau cu Fibroliner, varianta automatizată (TEXLAB: AL-100, lână; AL-101, bumbac; Keisokki).

Măsurarea se execută prin intermediul unui senzor capacitiv (electrozi cu lE = 1,6 mm) care converteşte densitatea de lungime corespunzătoare unei abscise determinate, în tensiune proporţională astfel că:

U = 0% / lmax; U = 100% / lmin.

Formarea şi prelucrarea semnalului de măsurare: semnalul analogic furnizat de senzor reprezintă complementul funcţiei de repartiţie, F(l); prin conversie A/N, se prelucrează statistic prin intermediul unităţii de calcul; este corectat automat/ pentru fibrele mai scurte decât l E.

Valorificarea: prin prelucrarea automată a datelor se calculează parametri, funcţii statistice şi se realizează reprezentări grafice: histograme (n; M); curbe cumulative (n; M); fibrograme (M) (fig. IX.5.21,a, b, c).

Metoda de baleiere a mănunchiului „tuft”. Metoda de baleiere a mănunchiului „tuft” –

pana de fibre (fig. IX.5.22) este utilizată în următoarele instalaţii şi sisteme de măsurare: fibrograf digital, optoelectronic; Spinlab HVI-900, optic; Motion Control (Peyer): HVI-3500; 4000, funcţionând pe principiul pneumatic.


Particularităţi: – principiul de eşantionare; definire şi interpretare parametri de lungime, conform

tabelului IX.5.14; – pregătirea probei: automatizată, prin intermediul modulului Fibrosampler; – principiul de măsurare: este detectată repartiţia fibrelor în mănunchiul tuft prin

deplasarea cu pas de 0,1 mm în câmpul unei raze monocromatice (senzor optoelectronic – HVI 900) sau într-o cameră de vid (senzor pneumatic – HVI 3500). Radiaţia difuzată / variaţia de presiune, proporţionale cu variaţia masei mănunchiului de fibre, sunt convertite în semnale electrice, redate grafic sub forma fibrogramei (diagrama tuft).

Conform principiului prezentat în figura IX.5.22, semnalul descrie curba cumulativă în funcţie de aria laterală (numărul fibrelor din segmentul baleiat) şi masa acestuia; curba obţinută prin baleiere este denumită fibrograma.

Parametrii determinaţi prin fibrogramă: lungimea spun, SL; lungimea medie, ML; lungimea medie superioară, UHM; lungimea medie a sfertului superior; lungimea medie a jumătăţii superioare; indicele de uniformitate, UI; raport de uniformitate, UR.

IX.5.2.1.2. Metode pentru determinarea fineţii fibrelor

Fineţea sau gradul de subţirime al fibrelor constituie o caracteristică fundamentală în clasificarea şi stabilirea destinaţiei tehnologice şi determină filabilitatea şi proprietăţile firelor obţinute din acestea.

Fineţea fibrelor constituie caracteristica de determinare a numărului de fibre din secţiunea transversală a firului, nS:

n S = Tt F / Tt f ·CS (IX.5.17)

unde: Tt F, Tt f sunt densitatea de lungime a firului şi, respectiv, a fibrei componente (valoarea medie corespunzătoare amestecului prelucrat).


Fig. IX.5.21. Histograma şi curba cumulativă: a – hautteur; b – barbe; c – tuft.


Fig. IX.5.22. Principiul fibrografului: 1 – pana de fibre; 2 – suport; 3 – receptor; 4 – sursa; 5 – pieptene.

Din acest motiv, prin fineţea fibrei (valoare medie; coeficient de variaţie) sunt influenţate: – valoarea neregularităţii limită:

4 2100 1 4 10lim dCV CVn

−= + ⋅ ⋅ (IX.5.18)

– proprietăţile tensionale ale firelor / relaţiile de determinare sunt în funcţie de natura fibrelor; astfel:

∃ fibre de bumbac, relaţia este mai complexă; fineţea Micronaire include două proprietăţi importante: perimetrul fibrei; grosimea peretelui secundar / grad de maturitate, care, la rândul său, influenţează proprietăţile tinctoriale ale fibrei şi tendinţa de a forma nopeuri;

∃ fibre de lână: fineţea (d, în µm) reprezintă criteriul absolut pentru determinarea destinaţiei unui lot de fibre în procesul de prelucrare;

– fibre liberiene: fineţea reflectă gradul de individualizare al fibrelor rezultate după procesele de preindustrializare şi determină flexibilitatea şi rezistenţa; fineţea fibrelor liberiene este o caracteristică în evoluţie în procesul tehnologic de prelucrare, creşterea fineţii fibrelor tehnice fiind asociată cu posibilitatea de realizare a unor fire de fineţe mai mare;

– fibre chimice: fineţea caracterizează fibra şi procesul tehnologic de obţinere; din acest motiv, se recomandă încadrarea în limite de toleranţă stabilite în funcţie de destinaţie:

Ttf = T + a [%] (IX.5.19)

Fineţea fibrelor se apreciază prin metode de măsurare: – individuală, cu determinarea diametrului; a ariei secţiunii transversale; – asupra unui fascicul de fibre, prelevat din eşantionul reprezentativ, cu determinarea

indicilor de numerotare.

IX.5.2.1.2.1. Metode de măsurare individuală a diametrului fibrelor

Metode de micrometrie optică. Măsurarea diametrului fibrelor prin metode de micrometrie optică se realizează cu:

– microscoape echipate cu micrometre oculare şi obiective; – microscoape de proiecţie. Particularităţi în măsurarea individuală a diametrului fibrelor: – se aplică pentru caracterizarea unui lot de fibre dar şi pentru evaluarea modificărilor

determinate prin tehnologiile de prelucrare; – este necesar un număr mare de determinări, deci, timp de analiză îndelungat; – prin prelucrarea statistică a rezultatelor, se obţin: funcţia de frecvenţă, de repartiţie şi

parametrii statistici.


Pentru fibrele de lână, valoarea diametrului mediu obţinută prin metoda de micrometrie optică reprezintă o medie ponderată lungimii fibrelor; valoarea medie ponderată masei, RCM (D) se obţine cu relaţia:

21 ( )D CV d= + (IX.5.20)

unde: CV(d) este coeficientul de variaţie corespunzător analizei efectuate;

Observaţii: În practică, se obţine o bună aproximaţie cu:

D = 1,03d, dacă: CV(d) = 25 %.

Determinările individuale (fig. IX.5.23) sunt însoţite de calculul intervalului de încredere al valorii medii sau al preciziei determinării în funcţie de valoarea coeficientului de variaţie, standardizat în funcţie de valoarea diametrului determinat (tabelul IX.5.15).

Fig. IX.5.23. Protocol de analiză a diametrului unui lot de fibre, obţinut prin metoda lanametru.

În tabelul IX.5.16 sunt prezentate toleranţele admise, recomandate de International

Wool Federation, la efectuarea determinărilor de diametru pentru fibrele din palele de lână pieptănată, prin metodele lanametru (fig. IX.5.23) şi Air Flow.

Aceste toleranţe ţin seama de eterogenitatea loturilor de fibre de lână şi de diferenţele dintre laboratoare (oricare ar fi precauţiile luate la efectuarea măsurărilor prin metoda


lanametru, rezultatele sunt afectate de subiectivismul operatorului); deoarece diametrul este o mărime de referinţă pentru fibrele de lână, se execută periodic teste de calibrare.

Tabelul IX.5.15

Valori curente de precizie la determinarea diametrului fibrelor de lână

d, µm CV, % n, mas ± p, µm 18 21 300 0,430 20 22 300 0,500 22 24 400 0,520 24 25 400 0,590 26 25,5 500 0,580 28 26 500 0,64 32 26,5 600 0,68 36 27 800 0,67

Tabelul IX.5.16

Toleranţe recomandate de IWTO

Valoarea nominală

Număr determinări

Toleranţe d, %

Toleranţe A, %

≤ 20 µm 300 ∀ 0.7 ∀ 0.5 20.1-24 400 ∀ 0.8 ∀ 0.6 24.1-28 500 ∀ 1 ∀ 0.8 28.1-3 2 600 ∀ 1.2 ∀ 0.9

>32 800 ∀ 1.4 ∀ 1.1

Metode optoelectronice de investigaţie. Există mai multe sisteme de măsurare. Microscopul automatizat. Automatizarea microscopului constă în substituirea observa-

torului uman (subiectiv) cu un observator obiectiv, realizat pe baza prelucrării fotometrice a imaginii microscopice sau, mai nou, prin transformarea imaginii microscopice în videoimagine, prelucrată numeric.

Microscopul automatizat înlocuieşte în prezent microscopul optic, fiind realizat într-o variantă dedicată măsurării diametrului fibrelor de lână OFDA (fig. IX.5.24) , care permite şi prelucrarea statistică automată a fondului de date experimentale; reprezentările grafice se realizează la nivel performant prin intermediul terminalelor numerice.

Sistemul de măsurare optoelectronic Laserscan. Acest sistem (fig. IX.5.25) determină individual diametrul fibrelor de lână, la nivel performant.

Măsurarea diametrului se bazează pe fenomenul de difracţie Fresnel prin tehnica de umbrire; segmentele de fibre decupate cu ajutorul ghilotinei sunt transportate sub forma unei suspensii şi traversează un fascicul de raze laser; variaţia intensităţii razelor este convertită direct în diametru, deoarece lungimea segmentelor baleiate este constantă.

Sistemul mai conţine: – un discriminator optic care permite eliminarea valorilor corespunzătoare fibrelor

încrucişate, fragmentelor de fibre degradate şi a celor care nu traversează în întregime câmpul de măsurare;


– o unitate de calcul, care permite prelucrarea statistică a rezultatelor măsurării.

Fig. IX.5.24. Protocol de analiză a diametrului fibrelor de lână realizat prin metoda OFDA.

Fig. IX.5.25. Principiul de măsurare optoelectronică a diametrului fibrelor de lână Sirolan-Laserscan.

Performanţele sistemului: timpul redus necesar pregătirii şi efectuării probelor (1 minut,

pentru fibre din banda pieptănată; 3 minute, pentru lâna brută – la masa probelor analizate de 0,03 g, cu lungimea de segmentare de 2 mm).

Sistemul Afis-N (modul L-D). Acest sistem realizează măsurarea individuală a grosimii fibrelor de bumbac pe baza conversiei radiaţiei difuze (provenite de la fibrele ce se deplasează cu viteză constantă în câmpul de măsurare) în impulsuri de curent de amplitudine proporţională cu suprafaţa laterală a fibrei; semnalul identifică fibrele ca prezenţă, lungime şi dimensiune transversală, în µm.

Prelucrarea numerică realizată de unitatea de calcul a sistemului de măsurare asigură operativitatea determinării parametrilor statistici şi reprezentărilor grafice pe terminalele numerice.

IX.5.2.1.2.2. Măsurarea diametrului mediu al fibrelor


Măsurarea diametrului mediu al fibrelor prin metoda Air-Flow. Determinarea diametrului mediu al fibrelor de lână dintr-un eşantion reprezentativ, de masă stabilită, se realizează prin aplicarea metodei Air-Flow (fig. IX.5.26).

Principiul metodei: determinarea fineţii (diametrului fibrelor) prin metoda Air-Flow se bazează pe relaţia Kozeny, care exprimă per-meabilitatea la aer a unei probe de fibre de masă determinată, depusă într-un recipient de volum determinat:

'2 2 2

,( )

P k S m LF A L m

∆ ⋅η⋅ ⋅ ⋅ ⋅ρ=

ρ⋅ ⋅ − (IX.5.21)

unde: k este factorul de formă; η – viscozitatea aerului; S' – suprafaţa specifică a fibrelor; F – debitul; m – masa probei de fibre; ρ – densitatea fibrelor; LA – volumul recipientului în care s-au depus fibrele.

Dacă toţi termenii din relaţia (IX.5.21) sunt constanţi, pentru fibrele cu secţiune circulară (cum ar fi lâna), relaţia devine:

'2 ' 2/ .P K S K dF

∆= ⋅ = (IX.5.22)

Măsurarea se poate realiza în două moduri: – prin menţinerea diferenţei de presiune ∆P la valoare constantă:

d2 = K"F; (IX.5.23)

valoarea diametrului rezultă din determinarea debitului care traversează proba de fibre (Wira); – prin menţinerea debitului constant:

d2 = K"'/∆P; (IX.5.24)

valoarea diametrului rezultă din valoarea depresiunii, determinată cu manometrul. La determinările de diametru efectuate prin metoda Micronaire, trebuie să se acorde o

importanţă deosebită condiţiilor metrologice: – viscozitatea aerului depinde de umiditatea relativă şi de valoarea presiunii acestuia;

dacă nu se lucrează în condiţii de climă standard, se impune efectuarea unor corecţii (tabelul IX.5.17);

Tabelul IX.5.17

Coeficienţi de corecţie pentru diametru, în funcţie de j [%]

j, % 40 45 50 55 60 70 75 80 85

C 1,022 1,019 1,015 1,010 1,005 0,995 0,988 0.98 0,969

– calibrarea diferenţiată impusă de variaţia densităţii fibrelor este în funcţie de fineţea acestora;

Fig. IX.5.26. Principiul Air-Flow

(aplicaţie Wira).


– modul de pregătire a probei de fibre influenţează factorul de formă k; pentru reproductibilitatea determinărilor, pregătirea probelor se realizează în conformitate cu standardele;

– calibrarea aparatelor Air-Flow se realizează cu probe de diametru cunoscut, determinat prin metoda lanametru, pentru fibrele a căror secţiune se abate de la forma circulară; ecuaţiile de calibrare se pot stabili sub forma unor ecuaţii de regresie: ∆p(d) şi F(d).

Sub aspect statistic, diametrul stabilit prin metoda Air-Flow este de forma:

' 2(1 )dd d CV= +

unde: CVd este coeficientul de variaţie determinat prin metoda lanametru.

Determinarea fineţii şi maturităţii bumbacului prin metoda Air-Flow. Aplicarea metodei Air-Flow / Arealometer la fibrele de bumbac se referă la fineţea şi maturitatea fibrelor de bumbac; o interpretare corectă asupra rezultatelor măsurării impune referiri la metodele de determinare independentă a acestor caracteristici: metoda gravimetrică de determinare a fineţii; metodele specifice de determinare a maturităţii (fig. IX.5.27).

Fig. IX.5.27. Principiul de determinare a fineţii medii a fibrelor prin metoda Arealometer, la bumbac; modulul Port-Air/component Spinlab.

Determinarea maturităţii fibrelor de bumbac. Se face cu diverse metode. Microscopie – cu apreciere / măsurare directă: 1 – metoda mostrelor etalon: gradul de maturitate se stabileşte în funcţie de aspectul

fibrei; 0< GM <5 şi se poate determina cu o precizie de 0,25 grad; 2 – metoda de măsurare a raportului C/P: gradul de maturitate se stabileşte în funcţie

de grosimea peretelui secundar şi a lumenului; el corespunde maturităţii biologice a fibrei; GM ∈(0-5) şi se atribuie în funcţie de valoarea raportului;

3 – metoda de analiză în lumină polarizată: determinarea procentului de maturitate: PM = NM/NT, , unde PM <1; se bazează pe variaţia birefringenţei fibrelor de bumbac în funcţie de grosimea pereţilor fibrei (care se valorifică prin colorare diferenţiată la studiul în lumină polarizată: fibrele mature, NM, se colorează în galben-verde; fibrele imature, NT, se colorează în albastru-roşu);


4 – metoda de analiză a fibrelor tratate cu soluţie de NaOH, concentraţie 18 %: fibrele tratate prezintă următoarele aspecte specifice: fibre imature, moarte, cu grosimea peretelui < 1/5 din grosimea fibrei, A; fibre cu pereţi subţiri, cu grosimea peretelui > 1/5 din grosimea fibrei, B; fibre cu lumen discontinuu, C; fibre cu lumen invizibil, D.

Fig. IX.5.28. Aspectul microscopic al fibrelor cu diferite grade de maturitate, tratate cu soluţie

de Na OH.

Fig. IX.5.29. Secţiune transversală

în fibra de bumbac şi parametrii de formă.

Observaţii: 1. În conformitate cu BS / asimilat SR, se determină raportul de maturitate, M:

0,7,200

N DM −= + (IX.5.25)

unde: N reprezintă fibrele normale (clasele C, D) şi D (fibrele moarte); fibrele din clasa B se ignoră;

2. În conformitate cu ASTM, se determină procentul de maturitate, PM:

MC DPA B

+=

+ (IX.5.26)

3. Între cele două forme de exprimare a maturităţii fibrelor de bumbac există o corelaţie strânsă, redată sub forma unor ecuaţii de regresie, determinate experimental de Lord:

1,762 2,439 2,123 ;MM P= − − (IX.5.27)

( 0, 2)(1,565 0,471 ).MP M M= − − (IX.5.28)

4. Raportul de maturitate este proporţional cu maturitatea definită în sens geometric şi biologic:

'

04 / 0,577A S d M

Aθ = = = (IX.5.29)

5. Standardele ASTM admit diferenţierea fibrelor mature de cele imature prin efectul de culoare în lumină polarizată (mature – galben/verzui; imature – albastru/ purpuriu).

Procesarea imaginii microscopice. Este bazată pe relaţiile existente între forma şi dimensiunile fibrelor de bumbac şi maturitatea biologică:


– raportul dintre grosimea medie a peretelui secundar al fibrei de bumbac, P, şi diametrul mediu al fibrei, Df; acesta se regăseşte în valoarea relativă a diferenţei perimetrelor fibrei, Pf, şi lumenului, Pl:

12 f l

f f

P PeMD P

−= = ; (IX.5.30)

– raportul ariilor secţiuniior transversale, Af şi Al:

2 ;f l

f

A AM

A−

= (IX.5.31)

– utilizarea razei la centrul de greutate al secţiunii fibrei, Ri, şi lumenului, ri:

31

1/ ,N

i i

i

R rM N

R−

= ⋅∑ (IX.5.32)

care permite definirea grosimii medii a peretelui şi a varianţei acesteia: – grosimea medie a peretelui secundar:

1

1/ ;N

a iT N R r= ⋅ −∑ (IX.5.33)

– varianţa grosimii peretelui secundar:

2

11/( 1) ( ) ;

N

v i i aT N R r T= − ⋅ − −∑ (IX.5.34)

– excentricitatea fibrei:

2 2( ) ( ) ,c f l f lE X X Y Y= − + − (IX.5.35)

unde: Xf, Yf sunt coordonatele punctelor de măsurare pe perimetrul secţiunii fibrei; Xl; Yl – coordonatele centrelor de greutate ale secţiunii fibrei, respectiv lumenului;

– determinarea raportului dintre valorile maxime şi minime ale grosimii fibrei de bumbac, care reflectă grosimea peretelui secundar al acesteia, determinat prin analiza fibrei în secţiune longitudinală.

Metodele bazate pe determinarea permeabilităţii la aer a probei de fibre: 1 – metoda Arealometer se bazează pe legătura dintre permeabilitatea la aer a probei de

fibre de bumbac, de masă şi volum determinate, şi grosimea pereţilor. Aparatele permit compresia probei la două valori standard; permeabilitatea la aer a probei este o măsură a ariei specifice medii a fibrelor analizate A, iar diferenţa dintre cele două citiri poate fi utilizată pentru definirea:

– indicelui de imaturitate:

22 10,07( ) 1;I A A= − + (IX.5.36)

– procentului de fibre mature:

2 1150 36 1 0,07( ).MP A A= − + − (IX.5.37)

2 – metoda Micronaire se bazează pe acelaşi principiu (aparatele Sheffield, Wira, Port-Air/Spinlab), dar testarea se efectuează pe probe de masă (3,24 g) şi volum determinate, la


presiune constantă. Indicele Micronaire include două caracteristici interdependente, fineţea şi maturitatea fibrei de bumbac; acestea se pot determina:

– selectiv, pentru fineţe, apreciată prin indicele Micronaire, I M (mg/inch); se folosesc aparate etalonate cu probe standard de fineţe medie cunoscută; conversia este asigurată pentru probele de fibre de maturitate constantă şi este rapidă (aplicare: Port-Air/Spinlab – fig. IX.5.27, realizat ca punte pneumatică; dezechilibrul presiunilor pe cele două braţe ale punţii este măsurat cu traductorul pneumatic cu membrană, cu indicator analogic); valoarea IM [mg/inch] particularizează fibrele de bumbac în funcţie de fineţe şi maturitate – fig. IX.5.30; IX.5.31);

a

b

Fig. IX.5.30. Aspect logitudinal al fibrelor de bumbac cu diferite grade de maturitate (a); secţiune transversală în fibra de bumbac şi parametrii de formă (b).

Fibre fine Fibre de fineţe medie Fibre groase Fibre foarte groase

Fig. IX.5.31. Clasificarea după fineţe (IM) a fibrelor de bumbac.

– succesiv, prin aplicarea standardului ASTM, cu determinarea indicelui Micronaire

înainte şi după tratarea probei de fibre de bumbac cu soluţie de NaOH/ 18% (valorile U; T). Cu aceste valori se determină raportul de maturitate, M = 100U/T, iar valoarea indicelui Micronaire sau a fineţii fibrei (metoda Causticaire) se calculează cu relaţiile:

IM = 1,185 + 0,00075T2 + 0,02M; (IX.5.38) Tmtex = 39,4(1,185 + 0,00075T2 + 0,02M) (IX.5.39)

Sunt realizate nomograme ale standardului de încercare (fig. IX.5.32). 3 – metoda Shirley Fineness-Maturity Tester, funcţionând pe acest principiu, determină

fineţea fibrelor de bumbac; operează la debit constant (de 4 l/min, la plasarea epruvetei în volumul standard; de 1 l/min, la plasarea epruvetei în 1/2 din volumul de bază).


Fig. IX.5.32. Nomograma pentru determinarea

indicilor de apreciere a fineţii şi maturităţii fibrelor de bumbac.

Fig. IX.5.33. Corelaţia dintre rezultatele determinării diametrului prin metodele AFIS

şi Micronaire. Observaţii: 1. Metoda a fost extinsă la determinări asupra fibrelor chimice (Antonio Barella)

poliesterice, poliacrilnitrilice, cu secţiune circulară. Rezultatele sunt comparabile cu cele obţinute prin metoda gravimetrică sau prin utilizarea vibroscopului (valoarea coeficientului de corelaţie obţinut a fost de 0,96-0,99); de asemenea, se prescrie prin standard extinderea determinării la fibre liberiene.

2. Valorile de densitate liniară determinate prin calcul (relaţia IX.5.39), la aplicarea metodei Causticaire, se corelează cu determinările efectuate prin utilizarea sistemului de măsurare AFIS – N, conform figurii IX.5.33. Precizia statistică a determinărilor efectuate prin metoda Micronaire este mai bună decât cea obţinută la lanametru; acest fapt confirmă utilitatea metodei în determinările industriale, rapide şi precise.

3. Pentru mărirea cadenţei determinărilor se impune reducerea timpului de cântărire a probelor (principiul constructiv impune respectarea condiţiei de masă constantă, 3,24 g); durata măsurării se poate reduce, prin încadrarea probei într-un interval de toleranţă (pentru care se cunoaşte legea de variaţie a indicelui Micronaire) în funcţie de masa acesteia.

4. S-a identificat legea de variaţie experimentală pentru diferite mostre etalon: – lege de variaţie pentru indicele etalon, aproximată printr-o funcţie polinomială de

ordinul 4; – lege de variaţie pentru valori diferite ale indicelui la aceeaşi valoare a masei probei,

aproximată cu o funcţie polinomială de ordinul 3.

Fig. IX.5.34. Abac pentru indicele Micronaire /masă la probe pentru diferite sorturi de bumbac.

Pentru o probă de masă determinată (fig. IX.5.34), se calculează indicele Micronaire

real, IMr:

( ) ,Mr p p M pI a I I o= ⋅ − + ( IX.5.40)

unde: Ip corespunde curbei de referinţă; ap – panta; op – ordonata la origine; IM – valoarea Micronaire măsurată, pentru proba de masă m.

Metoda a fost validată prin testări paralele, care au dovedit precizia prin corespondenţa dintre valorile determinate pe epruveta standard şi pe epruvete de masă diferită.


Determinarea diametrului mediu al fibrelor de lână – CSIRO Sonic Fineness Tester. Metoda se bazează pe detectarea unui semnal audio de joasă frecvenţă, care se obţine la traversarea epruvetei, de masă şi volum determinate, de către un semnal provenit de la un generator audio; intensitatea semnalului depinde de suprafaţa laterală a fibrelor şi deci de diametrul mediu al acestora. Sistemul de măsurare se conectează printr-o interfaţă standardizată la un sistem de calcul prin intermediul căruia rezultatul este furnizat direct ca valoare medie a diametrului, exprimată în microni.

Se obţin rezultate precise, practic neinfluenţate de mediul ambiant, datorită cantităţii limitate de aer care traversează proba.

Fig. IX.5.35. Principiul Sonic Fineness Tester.

IX.5.2.1.2.3. Determinarea indicilor de numerotare ai fibrelor

Indicii de numerotare se determină prin metode de măsurare indirecte, conform cărora determinarea corespunde:

– valorii medii a indicelui de numerotare (proba standard) obţinută prin metoda gravi-metrică;

– unei singure fibre; prin aplicare, se obţin valorile individuale ale indicilor de fineţe şi repartiţia acestora (metoda Vibroscop).

Determinarea indicilor de numerotare (valoare medie). Determinarea gravimetrică a indicilor de numerotare se execută pe un eşantion reprezentativ din care se extrag probe standard (20-30 mg), care se aliniază la un capăt prin paralelizare manuală; mănunchiul se secţionează cu ghilotina (ecartament standard – în funcţie de tipul de fibră) şi se numără fibrele secţionate, N, cu ajutorul microscopului de proiecţie. Indicele de numerotare se determină conform relaţiilor:

Ttex = M·103/l·n [mg/mm] (IX.5.41) Nm = l·n/M [mm/mg] (IX.5.42)

Abaterea de la valoarea nominală a densităţii liniare la fibrele chimice se determină:

aT = (Tt – Ttnom)/ Ttnom ·100. (IX.5.43)

Determinarea indicilor de numerotare (măsurare individuală). Se realizează prin mai multe metode.


Metoda Vibroscop: conform principiului coardei vibrante – frecvenţa proprie de vibraţie este determinată de parametrii geometrici şi de starea de tensiune a epruvetei. Vibraţia este iniţiată prin intermediul unui generator de semnal, la frecvenţă constantă, f; se determină lungimea de suspendare a epruvetei, pentru care frecvenţa proprie de vibraţie, ff, este identică cu f. Fenomenul de vibraţie devine staţionar (l = l/2), iar titlul fibrei este indicat direct, pe scala aparatului de măsură (fig. IX.5.36), conform relaţiilor IX.5.44-IX.5.45. Prin expli-citarea A· ρ se defineşte densitatea liniară a fibrei, în funcţie de frecvenţa proprie de vibraţie:

1 1 ,2 2

Pfl l A

σ= =

ρ ρ (IX.5.44)

2 21

4dtexT Pl f

= ⋅ (IX.5.45)

unde: l este lungimea fibrei; P/A = σ – defineşte starea de tensiune; f – frecvenţa proprie de vibraţie.

Fig. IX.5.36. Principiul vibroscopului.

Fig. IX.5.37. Principiul determinării densităţii de lungime

a unei fibre prin metoda Vibromat.

Metoda Vibromat presupune: determinarea frecvenţei de rezonanţă – în fibra fixată în capul de măsurare se induc vibraţii de frecvenţă variabilă, iniţiate de un generator acustic (frecvenţă de excitaţie variabilă); curba de rezonanţă este trasată prin măsurarea amplitudinii de vibraţie, la discretizarea intervalului de variaţie al frecvenţei în limitele 1-2,5 kHz; măsurarea propriu-zisă, cu determinarea frecvenţei de rezonanţă, pentru fiecare fibră din eşantion (fig. IX.5.37). Titlul fibrei testate se determină cu relaţia (IX.5.45); durata măsurării se reduce la 5-6 s pentru trasarea curbei de rezonanţă, iar a unei determinări individuale de titlu, la 2,5 s.

IX.5.2.2. Metode pentru determinarea caracteristicilor geometrice ale semifabricatelor şi firelor

IX.5.2.2.1. Determinarea fineţii firelor şi semifabricatelor

Fineţea reprezintă gradul de subţirime a produselor liniare, constituind o caracteristică geometrică naturală pentru fibrele naturale şi o caracteristică geometrică, structurală, pentru fibre chimice, semifabricate şi fire-obiectiv tehnologic:

– se exprimă prin valori nominale proiectate;


– se verifică prin determinări experimentale, valori efective, sintetizate prin parametrii statistici (medie, coeficient de variaţie);

– se reglează în procesul tehnologic de obţinere a fibrelor chimice. Prin determinarea fineţii produselor liniare se controlează: – stabilirea corectă a destinaţiei fibrelor, firelor în procesele tehnologice; – corectitudinea parametrilor de reglaj din planul de filare; – precizia de funcţionare a utilajelor din fluxul tehnologic; – efectele proceselor fizice şi chimice de prelucrare a fibrelor, semifabricatelor şi firelor; – producţia utilajelor din fluxul tehnologic; – cantitatea / lungimea de produs stocată pe formate; – pierderile tehnologice.

IX.5.2.2.1.1. Indici pentru numerotarea produselor liniare

Încadrarea indicilor de numerotare în ansamblul proprietăţilor structurale şi de aspect ale semifabricatelor şi firelor (produse liniare) este prezentată în tabelul centralizator IX.5.18.

Fineţea produselor liniare se apreciază prin măsurarea mărimilor fizice prezentate în tabelul IX.5.19.

Mărimea fizică şi metoda pentru aprecierea fineţii se aleg în funcţie de forma geometrică şi stabilitatea produsului, de percepţia mărimii măsurate şi de operativitatea metodei; din acest motiv:

– semifabricatele (caracterizate prin instabilitate dimensională) sunt controlate prin indici de numerotare;

– firele (stabile ca geometrie) sunt controlate prin indici de numerotare, la producător, şi prin diametru, la utilizator.

Indicii de numerotare sunt mărimi derivate ale căror unităţi de măsură se definesc în funcţie de unităţile fundamentale SI sau convenţionale. Deoarece în ţări cu tradiţie în domeniul tehnologiei textile se insistă în utilizarea indicilor de numerotare definiţi pe baza unităţilor de măsură tradiţionale [M]; [L] – tabelul IX.5.20 –, se impune precizarea principiilor şi relaţiilor de conversie.

Tabelul IX.5.18

Structura şi aspectul semifabricatelor şi firelor

Proprietăţi Caracteristici

Indicatori Coeficienţi

Simbol U.M. Relaţii analitice

Observaţii (semifabricat – sf; fir – F)

Standard 1 2 3 4 5 6

Densitate de volum (masă

specifică)

Densitate reală

ρr kg/m3 a

r

MV

ρ = Metoda picnometrică

Densitate aparentă

ρa kg/m3 a

a

MV

ρ = STAS 13152-93; Gravimetric (sf)

Imersare în Hg; (F); calcul Voluminozitate Volum

specific Vs m3/kg 0

SVVM

= Compresie (sf);

Micrometrie optică (F)


Indice de compactitate

ν – Sf

SF

VV

ν = Calcul

Indice de porozitate

Ip – 1PI = − ν

Indici de numerotare

Densitate de lungime (Titlu)

Ttex g/km ML

Gravimetric

SR EN ISO 2060


1 2 3 4 5 6 Fineţe

(lungime specifică);

Număr

Nm m/ g LM

Torsiune Coeficient de torsiune

αm; αtex – ;

texa

n Tm

T TN

SR EN ISO 2061; Paralelizare;

Detorsionare/Torsionare Neregularitate

structurală Coeficient de

variaţie CV %

100xσ

⋅ Instalaţia Uster;

SR EN ISO 2649

Coeficient de variaţie limită

CVlim % 100

Sn

Calcul

Indice de neregularitate

relativă

I – CVef / CVlim Calcul

* Funcţia variaţie - lungime

B(L) – Reflectă conţinutul de neregularitate al produselor testate

*Funcţia spectrală

S(logλ) –

Neregularitate locală

Imperfecţiuni S, G, N I /1 km fir Indicatorul de imperfecţiuni Uster; SR EN ISO 2649

Defecte (frecvenţa

depăşirilor)

D D/100 km fir

Instalaţia USTER – Classimat

Pilozitate Indice de pilozitate

P0 – ΣPi Procedeu optic

Coeficient de pilozitate

K – PDD

Procedeu optic + fotometric

Tabelul IX.5.19

Mărimi fizice pentru aprecierea fineţii produselor liniare

Mărimea fizică Simbol Dimensiuni Metoda de măsurare Produse

Diametru / lungime d [L] Micrometrie optică directă, valori individuale

Fibre Fire Aria secţiunii transversale A [L2]

Număr / Lungime specifică N [L, M–1] Indirectă, valori Fibre, fire


Densitate liniară / Titlu Tt [L–1, M] individuale gravimetrie semifabricate

Standardul român SR EN ISO 2060, în conformitate cu ISO: – prescrie aprecierea fineţii produselor din filatură prin densitate liniară / titlu, cu

unitatea de măsură „tex”, care, prin multipli şi submultipli, încadrează toate produsele din filatură;

– tolerează utilizarea numărului metric / lungime specifică. Tabelul IX.5.20

Unităţi de măsură convenţionale pentru masă şi lungime

Indice de numerotare Simbol [M] [L]

Număr metric Nm g m Număr englez pentru bumbac Ne 840 yds = 7 68 m 1 lb = 453,6 g Număr englez pentru lână pieptănată Nep 560 yds = 512 m 1 lb = 453,6 g Număr englez pentru liberiene NeL 300 yds = 274 m 1 lb = 453,6 g Număr francez Nf 1 km 0,5 kg Titlu tex Tt 1 km 1 g Titlul den Tden 9 km 1 g

IX.5.2.2.1.2. Relaţii de conversie între indicii de numerotare

Valoarea numerică a indicelui de numerotare depinde de modul de definire şi de unitatea de măsură derivată, rezultată din definiţie.

Unitatea de măsură densitate liniară. Se exprimă prin următoarele relaţii: – unitatea de măsură SI pentru densitate liniară „1 tex” = 1 g/1km:

1 (g)(km)tex

MT M LL

−= ⋅ = (IX.5.46)

– unitatea de măsură convenţională „1 den" = 1g/9km

1 (g)(9 km)denMT M L

L−= ⋅ = (IX.5.47)

1 tex = 9 den; 10 dtex = 9den; 1 den = 1,1 dtex (IX.5.48)

– între valorile densităţii liniare determinate conform (IX.5.47) şi (IX.5.48) există relaţiile:

1 1(g) 1 (g) 9(km) 9 (9 km)tex den

M MT M L TL L

− −= ⋅ = = = ; (IX.5.49)

1 (g) (g)9 9 .

(9 km) (km)den texM MT M L T

L L−= ⋅ = = = (IX.5.50)

Unitatea de măsură fineţe/ lungime specifică. Se exprimă prin următoarele relaţii: – unitatea de măsură SI pentru lungime specifică, „1 N” = 1 m/1 g:


1 (m) ;(g)

LNm L MM

−= ⋅ = (IX.5.51)

– unitatea de măsură convenţională „1 Nf” = 1 km/0,5 kg;

1 (1 km) 1000 (m) 2 ;(0,5 kg) 500 (g)f

L LN L M NM M

−= ⋅ = = = (IX.5.52)

– între valorile numerice ale fineţii astfel determinate există relaţia:

3

1 (1 km) 10 (m) 0,5 .(0,5 kg) 1/ 500 (g)f

L LN L M NmM M

−−= ⋅ = = = (IX.5.53)

Conversia între unităţile de măsură. Între valoarea densităţii liniare Tt şi valoarea

fineţii Nm, pentru acelaşi produs există relaţia:

1

3

(m) 1 1000 .(g)(g)

10 (km)tex

LNm LMMM T

L

−

−

= = = = (IX.5.54)

Coeficientul de conversie k se obţine exprimând unitatea de măsură a indicelui în funcţie de unitatea de măsură a indicelui argument.

Unităţile de măsură convenţionale referitoare la masă şi lungime (tabelul IX.5.20) utilizate curent pentru definirea indicilor de numerotare permit calculul coeficienţilor de conversie; pentru operativitate, coeficienţii de conversie sunt tabelaţi; conversia se poate realiza cu rigla de calcul sau utilizând nomograme.

IX.5.2.2.1.3. Relaţii de conversie între indicii de numerotare şi diametru

Pentru fire (fibre) a căror formă geometrică stabilă se aproximează cu un cilindru se demonstrează relaţia fundamentală a structurii firului, care exprimă legătura dintre valoarea indicilor de numerotare, aria secţiunii transversale şi densitatea firului / fibrei; în ipoteza că secţiunea transversală este circulară, diametrul firului se calculează în funcţie de valoarea indicilor de numerotare şi densitatea firului (tabelul IX.5.21).

Tabelul IX.5.21

Diametrul firului, în funcţie de indicele de numerotare

Indice Relaţia fundamentală Relaţia fineţe / diametru Valoarea d2 [mm2] Diametrul, d, [mm]

Nm 1Aρ

24

dπ ρ 4 1

Nm⋅

πρ 4 1

Nm⋅

πρ

Tt 1000Aρ 21000

4dπ

ρ 4

1000tT

⋅πρ

41000

tT⋅

πρ


Tden 9000Aρ 29000

4dπ

ρ 4

9000denT

⋅πρ

49000

denT⋅

πρ

Observaţii: 1. Diametrul firului depinde de densitatea acestuia (determinată prin compoziţia

fibroasă), de procesul tehnologic de realizare şi de structura firului (sistemul de filare) şi de gradul de consolidare şi torsionare adoptat.

2. Pătratul diametrului este direct proporţional cu densitatea liniară a firului şi invers proporţional cu fineţea firului.

3. Relaţii similare pot fi stabilite pentru toţi indicii de numerotare determinaţi în funcţie de unităţile de măsură convenţionale şi prezintă o importanţă practică deosebită, deoarece permit determinarea densităţii firului, realizat cu compoziţii, structuri, tehnologii şi sisteme de filare diferite; justificarea este dată de relaţia de calcul, în care diametrul şi indicele de numerotare sunt mărimi măsurabile; cum determinarea indicilor de numerotare se realizează prin procedee gravimetrice, se impune recalcularea acestora în funcţie de indicii comerciali de condiţionare şi de repriză prezentaţi în tabelul IX.2.3.

IX.5.2.2.1.4. Delimitarea domeniului de realizare a fineţii firelor torsionate

Realizarea unui fir de fineţe determinată depinde de (tabelul IX.5.22): – ansamblul caracteristicilor materiei prime prelucrate; – tehnologia de prelucrare şi sistemul de filare adoptate; – parametrii tehnologici de prelucrare adoptaţi.

Tabelul IX.5.22

Factorii de influenţă ai domeniului de realizare a fineţii firelor

Caracteristicile fibrelor componente Lungimea fibrelor influenţează fixarea şi aderenţa; fineţea fibrelor determină numărul de fibre în secţiunea firului; rezistenţa fibrelor fixate, în funcţie de înclinarea în fir; aderenţa fibrelor alunecătoare, în funcţie de suprafaţa de contact; natura fibrelor – structura suprafeţei fibrei; însoţitori, adaosuri Tehnologia şi sistemul de filare adoptate diferenţiază (împreună cu natura fibrelor) ierarhizarea caracteristicilor de fibră ca factori determinanţi pentru filabilitate (fineţe maximă realizabilă printr-o tehnologie dată – tabelul IX.5.23) Parametrii tehnologici de prelucrare Modul de consolidare structurală – mecanic, chimic, fizic; gradul de consolidare; gradul de torsionare, coeficient de torsiune; vitezele de prelucrare; turaţia fuselor; tensiunea de filare/ masa cursorilor Observaţie: Tehnologia şi parametrii de prelucrare pot influenţa pozitiv filabilitatea, prin deplasarea caracteristicilor geometrice iniţiale şi prin modificări ale geometriei ansamblului de fibre.

Tabelul IX.5.23

Limite de realizare a fineţii unor tipuri de fire tip bumbac; lână /materie primă,

tehnologie, sistem de filare (conform USTER STATISTICS)

Amestec Bumbac, 100%

Bumbac /PES fibre Fibre chimice100% Amestec fibre

chimice


Bumbac cardat, MFI 10-80 – 20-100 pes; 20-80 celo

40-100/pes; celo

Bumbac pieptănat, MFI

25-70; 80-200

20-140 – –

Bumbac cardat, Rotor 7-70 15-70 – 10-70; Bumbac cardat, Jet – 30-80; 25-50 – –

Amestec Lână, 100% Lână cu fibre chimice

Fibre chimice100% Amestec fibre chimice

Lână pieptănată 20-80 34-80 – –

IX.5.2.2.1.5. Metodologia controlului gravimetric / indici de numerotare

Formele de organizare ale controlului gravimetric al densităţii liniare se bazează pe algoritmi de eşantionare, execuţie şi interpretare, fundamentate statistic.

Verificarea prin control gravimetric a indicilor de numerotare constituie un obiectiv al controlului prin acceptare aplicat la:

– recepţia loturilor de material /fibre, semifabricate, fire; – schimbarea sortimentului de produse prelucrate; – recepţia lucrărilor de revizie tehnică pe utilajele aferente realizării produsului. Controlul prin acceptare aplică următoarele criterii statistice: – încadrarea în limitele unor abateri tolerate pentru valoarea medie a indicelui supus

verificării; criteriul este relevant pentru îndeplinirea normei tehnice de realizare a produsului precum şi pentru reglajul tehnologic;

– încadrarea în limitele unei precizii de realizare tolerate: aplicarea acestui criteriu conduce la interpretări diferenţiate în funcţie de lungimea de secţionare, care pot fi relevante pentru neuniformitatea semifabricatelor alimentate (determinări gravimetrice pe porţiuni lungi) şi pentru precizia de prelucrare pe maşină a produsului testat (determinări gravimetrice pe porţiuni scurte). Abaterile tolerate sunt standardizate pentru toate produsele liniare rezultate în cadrul unui proces tehnologic şi se exprimă în procente faţă de valoarea nominală;

– încadrarea parametrilor statistici obţinuţi la nivelul unui sondaj de volum redus, prelevat din lotul în fabricaţie la intervale de timp constante (medie şi amplitudine de variaţie), în limitele de control; rezultatele controlului se exprimă prin graficele de control satistic; este un obiectiv al controlului periodic, aplicat curent în toate fazele unui proces tehnologic de filare.

Observaţii: 1. Teoretic, produsele liniare se pot realiza la orice valoare de fineţe cuprinsă în limitele

tehnologice; practic, gama de fineţe a produselor liniare este delimitată la valori standardizate, a căror producţie se justifică prin destinaţie.

2. În procesul tehnologic produsele liniare se obţin la o valoare efectivă a fineţii, care se abate, mai mult sau mai puţin, de la valoarea nominală; obiectivul procesului tehnologic este încadrarea fineţii efective în limitele unor abateri tolerate, care nu prejudiciază procesul de prelucrare ulterioară şi transferul de proprietăţi.


3. Verificarea încadrării fineţii în limitele standardelor constituie un criteriu de control de calitate a produselor liniare, care se menţionează în buletinele de analiză şi în certificatele de calitate.

Verificarea gravimetrică a indicilor de numerotare pe baza eşantionului aleatoriu. Constituie o aplicaţie a criteriului de control prin acceptare (tabelul IX.5.24) , care defineşte condiţia de acceptare / respingere, în funcţie de volumul sondajului efectuat; criteriul se aplică la: recepţia loturilor, schimbarea sortimentului de produse, recepţia utilajelor din revizia tehnică.

Criteriul de control periodic urmăreşte încadrarea parametrilor statistici corespunzători sondajelor repetate de volum redus; medie şi amplitudine de variaţie în limitele de control, prin grafice de control satistic.

Standardizarea. Prescrie condiţii de acceptare şi abateri tolerate în funcţie de o serie de factori.

Abateri tolerate la fineţea fibrelor chimice. În cazul fibrelor chimice, câmpul de toleranţă pentru fineţea fibrelor se justifică prin efectul restrictiv asupra variaţiei numărului de fibre din secţiunea transversală a semifabricatelor şi firelor, conform relaţiilor:

1( )F F Fs tF tf f

f f tf f

Ttn T T

Tt T−± δ δ

= = ± δ ±± δ ± δ

(IX.5.55)

2F

s ff

Ttn

Tt∆ = ± δ (IX.5.56)

cu repercusiuni asupra proprietăţilor mecanice (forţă de aderenţă, forţă de rupere / la client).

Tabelul IX.5.54

Criterii de control prin acceptare

Abatere faţă de valoarea nominală

Limite de acceptare Condiţii de acceptare* Condiţii de respingere** Model statistic

adoptat

nomx xδ = − nom adx ± δ 2 / adp CV n= ± ⋅ σ ≤ δ 2 / adp CV n= ± ⋅ σ > δ Repartiţia normală

nomx xδ = − nom adx ± δ 2 / adp CV n s= ± ⋅ ≤ δ 2 / adp CV n s= ± ⋅ > δ Repartiţia Student

* Pentru o siguranţă statistică de S = 95%; ** Permite stabilirea volumului optim al eşantionului prelevat (n).

Tabelul IX.5.25

Abateri tolerate la fineţea fibrelor chimice

Fibra chimică/ Tipul de fibră

Valori nominale Abateri tolerate STAS Observaţii

Celofibră, tip B 1,7

± 7 cal. I

10699-77

Încadrarea în limitele de toleranţă este

criteriu de atribuire a clasei de calitate

± 8,5 cal. II ± 10 cal. III

Fibră poliesterică, 1,1; 1,32; 1,65 ± 8 STI-Terom – Iaşi Tenacitate; contracţie;


tip B culoare Fibră poliacrilică, tip B

1,7 ± 10 cal. I; II STR-MIP – 151-86

–

PES, tip L (în pale)

3,3; 4,4 ± 10 –

PAC, tip L (în pale)

3,3; 6,6 ± 13/± 15 cal. I Pale fixate

± 20/± 20 cal. II

Abateri tolerate la fineţea semifabricatelor. Câmpul de toleranţă impus pentru fineţea semifabricatelor asigură limitarea variaţiilor propagate prin laminare la nivelul produsului final; abaterea se transmite integral prin laminare:

/ ( ) / (1 ).tAtD tA tA

TT T L T L

L= = ± δ = ± δ (IX.5.57)

Dacă se admite repartiţia rectangulară a valorii abaterii (pentru orice valoare a abaterii, cuprinsă în domeniul ±δ probabilitatea este identică), atunci:

3σ = δ (IX.5.58)

Produsul alimentat: – fără dublaj, contribuie la creşterea neregularităţii, cu componenta:

3

CVx

δ∆ = (IX.5.59)

– cu dublaj, contribuie la creşterea neregularităţii, diminuat:

3

CVx D

δ∆ = (IX.5.60)

Abaterile tolerate sunt specificate prin standarde; verificarea încadrării în limitele admise este urmărită de furnizor, la controlul interfazic; de furnizor şi de către client, dacă semifabricatul este produs final.

Abateri tolerate la fineţea firelor. Verificarea încadrării fineţii firelor în limitele abaterilor tolerate constituie primul criteriu de recepţie calitativă a firelor, la nivel de lot, la furnizor, şi un criteriu de verificare, la client. Standardele specifică:

– limitele de variaţie pentru o valoare nominală standardizată (SR), abaterile procentuale faţă de valoarea nominală (SR, UNI 688-692, IWTO);

– precizia de realizare (nivel statistic de calitate, standarde statistice Uster).

Observaţii: 1. Standardele naţionale prescriu condiţiile de acceptare în funcţie de: posibilităţile

utilajelor din întreprinderile de profil; nivelul pretenţiilor utilizatorilor interni/ grad de severitate mai redus (tabelul IX.5.26).

2. Standardele statistice Uster stabilesc nivelurile de calitate pe baza limitelor de variaţie ale produselor realizate la nivelul dotărilor actuale; acest mod de abordare nu este întotdeauna favoarabil.

3. Standardele UNI 688-692; IWTO prescriu abaterile tolerate în funcţie de natura, fineţea şi tehnologia firului (tabelul IX.5.27).


Tabelul IX.5.26

Modalităţi de stabilire a toleranţelor pentru fineţea firelor

Categoria tehnologică de fir Standarde Române Statistici Uster

Bumbac Prescriu limite de încadrare în funcţie de: amestec; fineţe; tehnologie, sistem

de filare

Niveluri statistice de calitate: amestec; fineţe; tehnologie; sistem

filare /CV100 NM

Lână pieptănată Prescriu abaterea tolerată Niveluri statistice de calitate

Lână cardată Prescriu abaterea tolerată Niveluri statistice de calitate / LC, 100%

Liberiene Prescriu abaterea tolerată – Tabelul IX.5.27

Abateri tolerate pentru fineţea firelor/ conform UNI-688-692; IWTO

Bumbac Nmnom δ Lână pieptănată

Nmnom δ Lână cardată Nmnom δ Fibre liberiene

Nmnom δ

UNI 688-692 IWTO I WTO UNI 688-692 <25 ± 3,5 10... 15 ± 0,5 2...6 ± 7,5 2...... 3 ± 5

24... 50 ± 3 15... 30 ± 0,75 >6 ± 5 3.... 6 ± 4,5 50... 85 ± 2,5 >30 ± 2,75 6... 23 ± 4

>85 ± 2 >23 ± 3,5

Încadrarea în limite atestă: – conformitatea produsului final cu documentaţia tehnică; – îndeplinirea prescripţiilor de fineţe la fiecare etapă a procesului de filare; – corectitudinea reglajului la maşina de filat; confirmă abilitatea firului de a fi utilizat

conform destinaţiei.

Verificarea gravimetrică a indicilor de numerotare pe baza eşantionului organizat. Structura eşantionului reprezentativ poate fi organizată astfel încât să permită separarea factorilor care determină varianţa în ansamblul de date experimentale.

Prin prelevarea întâmplătoare a formatelor şi epruvetelor analizate, ansamblul de date se structurează ca în schema prezentată mai jos.

1 2 ... j ... n

1,000 x11 x1n 2,000

i xij

m x m1 xmn

În controlul gravimetric, varianţa poate fi determinată:


– în cadrul unei unităţi productive / în lungul produsului; – între unităţile productive/ între formate. La nivelul ansamblului de date, se determină parametrii statistici conform relaţiilor din

tabelul IX.5.28. În cazul repartiţiei normale a valorilor i e gX X X= = , existând relaţii echivalente

(IX.5.61) care exprimă faptul că neregularitatea la nivelul ansamblului de date este determinată de componente: media neregularităţilor interioare şi neregularitatea exterioară şi de neomogenitatea mediilor de sondaj:

2 2 21; gen i egen i e

g i e

V V VCV CV CV

nX nX XΣ

= + = + (IX.5.61)

Aplicarea acestui algoritm de eşantionare a permis stabilirea: – nivelurilor de calitate în ce priveşte neregularitatea generală pentru diferite categorii

tehnologice de fire / CVT = CVg; – nivelurilor de calitate în ce priveşte omogenitatea formatelor pentru diferite categorii

tehnologice de fire / CVb = CVe / test gravimetric cu lungime de secţionare 100 m fir (tabe-lul IX.5.29).

Tabelul IX.5.28

Prelucrarea statistică a datelor experimentale / control gravimetric

Valori medii Varianţe

Valoarea medie interioară

1i ij

iX x

m= ∑ Varianţa interioară 2( )ii ij

iV x X= −∑

Valoarea medie exterioară

1e i

iX x

n= ∑ Varianţa exterioară 2( )i ee

j iV X X= −∑∑

Valoarea medie generală

1g ij

j iX x

mn= ∑∑ Varianţa generală 2( )gg ij

j iV x X= −∑∑

Tabelul IX.5.29

Niveluri de calitate mondiale pentru omogenitatea formatelor cu fir

Niveluri de calitate

Uster 1997

Fire din fibre de bumbac şi tip bumbac MFI Fire din fibre de lână pieptănată şi tip L. P. (MFI)

Bbc. p. Bbc. c. PES / Bbc PES Celo PES /

Celo Lână PES/ lână

Fibre chimice

5% 1.1 1.1 1.2 1.1 1.1 0.8 1.1 0.9 50% 2.2; 1.7 2.4; 2 2.5; 2 2.2; 2 2.2; 2.25 2 1.8; 1.8 2.4; 2 2.1 95% 4.7 6 5.6 3.8 4.3 3.4 5 4.6

OE /rotor Legenda: – niveluri statistice CVT; – niveluri statistice CVB

50% – 2.4; 1.3 1.5 – 1.8 – Filare cu jet


50% – 5.2 – – – –

Verificarea indicilor de numerotare pe baza algoritmului de control Uster. Algoritmul Uster pentru controlul gravimetric (fig. IX.5.38) prescrie verificarea realizării indicilor de numerotare în următoarea succesiune a operaţiilor de control:

– verificarea intervalului de încredere al valorii medii; – verificarea încadrării valorii medii în limitele abaterii tolerate faţă de valoarea

nominală; – analiza valorilor coeficienţilor de variaţie interiori şi exteriori şi a relaţiei dintre

aceştia. Programul de control este aplicat la: schimbarea sortimentului prelucrat; schimbarea

amestecului prelucrat; verificarea unui utilaj după revizie.

Controlul gravimetric aplicat prin eşantion organizat cu prelevare succesivă, estimaţie a rezultatelor măsurării continue. Dacă determinările gravimetrice se efectuează pe un eşantion realizat cu prelevarea succesivă a epruvetelor din cadrul unui format (fir, semifabricat), la determinarea parametrilor statistici se constată îndeplinirea următoarelor condiţii (fig. IX.5.39):

– pentru determinările xi, respectiv xj, parametrii statistici sunt: 1. media mediilor de sondaj;

1 ;ix xn

= ∑ 1 1 1 ( );L j ix x x M xn n k

= = =∑ ∑ ∑

2. dispersia mediilor de sondaj;

22 1 ( )

1 is x xn

= −− ∑ ;

222 1 ( )1L i

ss x M xn n

⎡ ⎤= − =⎣ ⎦− ∑

3. coeficientul de variaţie al mediilor de sondaj;

100%lsCVx

= ; L llCV CVL

=


Fig. IX. 5.38. Algoritmul Uster pentru control gravimetric: verificarea preciziei şi reglajului.

Relaţia coeficientului de variaţie al mediilor de sondaj reflectă legea de variaţie a coeficientului de variaţie în raport cu lungimea de testare; prin logaritmare se evidenţiază dependenţa liniară:

1

1 1log log log log2 2

1 log2

LCV I CV L

c L

= + − =

= − (IX.5.62)

a b

Fig. IX.5.40. Gradientul CVL (a); funcţiile varianţă- lungime (b).

Relaţia (IX.5.62), care redă gradientul coeficientului de variaţie în raport cu lungimea

de testare, se reprezintă grafic la scara dublu logaritmică (fig. IX.5.40,a, b); relaţia este îndeplinită pentru produse din diferite categorii tehnologice, cu condiţia:

Lmin >> l + 3σ (IX.5.63)

unde: l este lungimea medie a fibrelor componente.

Observaţii: 1. La scăderea lungimii de secţionare:

2 2 2

0lim ( ) ; ( ) ( )gL

CB L CV CB L B L→

= →

2. La creşterea lungimii totale de analiză:

Fig. IX.5.39. Eşantion cu prelevare succesivă.


2 2 2 2lim ( ) ; ( ) ( ); ( ) ( )gLCV L CV CV L V L B L V L CV g

→∞= → + =

În această formă de exprimare se concentrează rezultatele folosirii de eşantioane cu prelevări organizate, succesive.

3. În metrologie şi în controlul calităţii produselor textile, relaţiile de mai sus prezintă importante aplicaţii:

Se statuează importanţa lungimii de analiză în metrologia textilă: lungimea de secţionare / testare, lungimea totală analizată:

– coeficientul de variaţie este dependent de dimensiunea epruvetei testate: concluzia este generală şi cuprinde atât mărimile gravimetrice specifice produselor liniare cât şi alte mărimi (produse); astfel, funcţia varianţă-lungime este atestată experimental pentru: torsiune, rezistenţă la tracţiune, pilozitate pentru fire şi în cazul proprietăţilor tensionale ale planelor textile (cu altă semnificaţie tehnologică); simbolul B(L) semnifică „between length” (între lungimi de testare);

– coeficientul de variaţie determinat pentru un ansamblu de date este funcţie de lungimea totală analizată /numărul total de determinări efectuat pentru o anumită lungime a epruvetelor testate; concluzia este tot generală şi se verifică prin numărul de determinări necesar pentru a obţine o anumită precizie a măsurărilor; simbolul V(L) are semnificaţia „within length” (în cadrul aceleiaşi lungimi a epruvetelor).

Determinarea teoretică a gradientului coeficientului de variaţie în raport cu lungimea de testare constituie un criteriu de standardizare pentru valorile indicilor gravimetrici pentru semifabricatele şi firele realizate în filatură, valorile CVg fiind determinate şi clasificate statistic prin standardele Uster/ Keisokki; se pot stabili prin intermediul acestora valorile lungimii de secţionare adecvate în controlul gravimetric, Ls, în funcţie de tehnologia utilizată, cât şi lungimea totală de analiză recomandată sau numărul de determinări necesar.

Ansamblul determinărilor gravimetrice pentru lungimi de secţionare diferite permite evaluarea gradientului coeficientului de variaţie în raport cu lungimea de secţionare; identificarea graficului experimental cu cel teoretic (fig. IX.5.41) atestă normalitatea procesului tehnologic, realizarea sa prin parametrii tehnologici adecvaţi (laminaje, dublaje). Orice abatere de la forma teoretică a gradientului coeficientului de variaţie în raport cu lungimea de testare se interpretează ca efect al neconcordanţei parametrilor tehnologici adoptaţi cu caracteristicile materialului prelucrat, într-o anumită fază a procesului; faza se localizează prin lungimea de percepţie a abaterii de la traseul normal (fig. IX.5.41); localizarea deficienţelor tehnologice în diferite faze de proces se realizează prin acceptarea ipotezei de propagare a neregularităţii prin laminare. Neregularitatea constatată pe lungimea de secţionare, Ls, este efectul laminării segmentului detectat ca abatere de la gradientul teoretic al coeficientului de variaţie:

( 3 ) ( 3 )t sdl l L l l L+ σ → ⋅ + σ = (IX.5.64)


Fig. IX.5.41. Localizarea surselor CB(L).

4. Metoda gravimetrică nu este operativă şi, din acest motiv, nu este utilizată în mod curent pentru detectarea neconformităţilor procesului tehnologic şi a efectelor propagării lor prin laminare; metoda a permis evidenţierea funcţiei varianţă-lungime şi a posibilităţii de utilizare a acesteia în studiul proceselor tehnologice.

5. Dezvoltarea aplicaţiilor funcţiei varianţă-lunigme a fost posibilă o dată cu introducerea metodei de măsurare continuă a variaţiilor densităţii liniare a produselor din filatură; prin această metodă, calculul precis al ordonatelor funcţiei B(L) este posibil pentru un număr practic infinit de puncte şi, în acest fel, orice anomalie de proces poate fi pusă în evidenţă.

6. Studiul gradientului coeficientului de variaţie în raport cu lungimea de testare relevă o legătură între caracterul neuniformităţii firelor şi al produselor plane realizate din acestea, ceea ce poate influenţa pozitiv redirijarea firelor în procesele tehnologice de obţinere a textilelor plane.

7. Trebuie subliniat că funcţia varianţă-lungime, evidenţiată pentru prima dată în analizele gravimetrice, îşi face simţită prezenţa şi în alte categorii de măsurări, ceea ce a impus-o ca pe o condiţie metrologică, în toate analizele asupra produselor textile; lungimea de testare (lungimea epruvetei) este o condiţie ce se menţionează (standardizează); standardizarea lungimii de testare este menită să îmbunătăţească compatibilitatea şi omogenitatea măsurărilor realizate în laboratoare diferite.

IX.5.2.2.2. Torsiunea firelor

Torsionarea constituie procedeul de consolidare mecanică a înşiruirilor de fibre, prin care rezultă torsiunea, deformaţie în limita de elasticitate, produsă de un moment care roteşte o secţiune normală, în propriul plan, în raport cu o altă secţiune, paralelă cu aceasta, fixă.

Torsiunea este o caracteristică structurală determinantă pentru proprietăţile fizico- mecanice ale firelor, precum şi pentru prelucrabilitatea acestora şi se apreciază prin:

– intensitate: numărul de spire n repartizate pe unitatea de lungime l [m], exprimată în tors /m:

T = n/l (IX.5.65)

– pasul spirelor: distanţa dintre două spire succesive, în m / răsucituri:


h = 1/T (IX.5.66)

– sens: dat de poziţia spirelor faţă da axa înşiruirii: dreapta, Z; stânga, S (fig. IX.5.42); – continuitate (torsiune reală), cu acelaşi sens pe toată lungimea; discontinuitate

(torsiune falsă), cu sens alternativ; – număr de consolidări (simplu, răsucit, cablat).

Fig. IX.5.42. Fir torsionat în sens S sau Z.

Fig. IX.5.43. Unghiul de torsiune, pasul spirelor

şi diametrul firului .

IX.5.2.2.2.1. Modelul înşiruirilor de fibre torsionate

În concordanţă cu modelul structurii tubulare, pentru înşiruirile de fibre torsionate s-au stabilit relaţii fizice, fundamentale, care exprimă:

– legătura dintre intensitatea torsiunii şi dimensiunea transversală a firului; – legătura dintre intensitatea torsiunii şi densitatea de lungime a firului. Modelul admite că: forma firului este cilindrică; numărul de fibre în secţiunea transversală

a înşiruirii este constant; fibrele sunt paralele cu axa înşiruirii şi se plasează pe suprafeţe cilindrice, concentrice, paralele cu axa înşiruirii; prin torsionare fibrele sunt dispuse pe elice cilindrice cu pas constant şi se menţin în stratul cilindric.

Efectele geometrice ale torsionării se concretizează prin: – scurtarea înşiruirilor de fibre: prin dispunerea fibrelor pe linii elicoidale; în cazul

firelor, scurtarea se determină cu relaţia:

0 100%l l

sl−

= (IX.5.67)

în care: s este scurtarea; l – lungimea iniţială a firului torsionat; l0 – lungimea firului după detorsionare/lungimea iniţială a înşiruirii de fibre;

– coeficientul de scurtare: exprimă în formă relativă efectul geometric al torsionării înşiruirii de fibre:

0

100%.slCl

= (IX.5.68)

Între valoarea coeficientului de scurtare Cs şi scurtarea s există relaţia:


100100s

sC −= (IX.5.69)

IX.5.2.2.2.2. Relaţii fizice între torsiune şi caracteristicile fizice ale înşiruirilor de fibre

Formula fundamentală a structurii firelor. Relaţiile fizice fundamentale dintre torsiunea şi caracteristicile fundamentale ale firelor se determină în ipoteza structurii tubulare a înşiruirilor de fibre (fig. IX.5.43). Prin torsionare, fibrele se dispun pe elice cilindrice concentrice, cu pas constant h şi unghi de înclinare faţă de axa înşiruirii β (unghi de torsiune) constant.

Se consideră segmentul de lungime h din stratul cilindric exterior al firului de diametru d, limitat de secţiunile normale A şi A', decupat dintr-o înşiruire torsionată; desfăşurând suprafaţa laterală a cilindrului, se obţine triunghiul AA'B, pe a cărui ipotenuză se proiectează fibra AA': rezultă OB = πd, deci:

/ .tg d h dTβ = π = π (IX.5.70)

Observaţii: – în cadrul stratului tubular, unghiul de torsiune β este constant; – la nivelul ansamblului înşiruirii, unghiul de torsiune β este dependent de raza/

/diametrul stratului; – fibra dispusă pe axa firului nu se înclină prin torsionare; – fibrele dispuse pe suprafaţa exterioară a firului au înclinare maximă.

Relaţia lui Koechlin. În relaţia fundamentală a torsiunii firului se exprimă diametrul firului în funcţie de fineţea acestuia Tt(Nm) şi se obţin relaţiile:

d = tgβ/πT = 1000

t

F

Tπρ

; (IX.5.71)

tg 1000 1 ;F

tT

Tβ ρ

= ⋅π

(IX.5.72)

d = tgβ/πT = 1 ;FNm ⋅ πρ

(IX.5.73)

tg FT Nm

β ρ=

π. (IX.5.74)

Coeficientul de torsiune α are semnificaţia torsiunii necesare unui fir cu fineţe unitară, respectiv:

tg 1000

;Ftex

β ρ= α

π (IX.5.75)

tg F

mβ ρ

= απ

. (IX.5.76)


Legătura dintre fineţea (Nm) şi torsiunea necesară a firului este cunoscută în literatura de specialitate drept relaţia lui Koechlin:

mT Nm= α (IX.5.77)

tex tT T= α (IX.5.78)

de unde rezultă că:

31,62 tex mα = α (IX.5.79)

Relaţii similare se stabilesc şi prin utilizarea unităţilor de măsură convenţionale pentru definirea indicilor de numerotare; în context, intensitatea torsiunii va fi dată de relaţiile:

T [răs/inch] = ,ec ec ew ew eL eLN N Nα = α = α (IX.5.80)

unde:

T [răs/inch] = 1000 [răs/m]; 0,59 ; 30,24 .25,4 ec m ecT N Nm= α = α (IX.5.81)

Relaţii similare:

37,04 ; 55,8 ; 50,63m ew m ewc m eLα = α α = α α = α (IX.5.82)

Relaţia Phrix. În contextul modelului structural al firului neconvenţional, se utilizează relaţia Phrix:

3 2PT Nm= α [răs/m], (IX.5.83)

în care: αP = αNm0,166. Observaţii: 1. Torsiunea necesară unui fir (semitort) obţinut prin procedeul torsionării continue

(sisteme de prefilare şi filare convenţională) se determină cu relaţiile (IX.5.77 şi IX.5.78) unde: αm, αtex, αe sunt valori necesare ale coeficientului de torsiune.

2. Coeficientul de torsiune (grad de torsionare) permite compararea firelor simple (răsucite, cablate), de fineţe diferită sub aspectul gradului de torsionare, şi determină densitatea firelor. Dependenţa dintre natura fibrei - tehnologia de prelucrare - grad de torsionare se exprimă prin relaţia:

ρF = a + b·10–4α, (IX.5.84) în care: a, b sunt coeficienţi dependenţi de natura fibrei şi de tehnologia de prelucrare adoptată.

3. Diametrul firului poate fi determinat ca funcţie de fineţe şi densitate, iar relaţia de determinare este deosebit de importantă în: teoria structurii geometrice a ţesăturilor şi tricoturilor, studiul geometriei formatelor de fir, reglarea curăţitoarelor mecanice de fir. Densitatea de împachetare a firului, µ, este determinată de gradul de torsionare şi poate fi calculată cu relaţia:

Firul a b L P/LC 0,58/0.48 25/28

LC 0,47 28 Bbc 0,55 28

Fb. ch. 0,6 27


212,5

43 123

3

4 101

Ftex

m

M T T⎛ ⎞µ π ⎜ ⎟= ⋅ ⋅⎜ ⎟⋅ ρ⎛ ⎞µ ⎝ ⎠−⎜ ⎟⎜ ⎟µ⎝ ⎠

(IX.5.85)

în care: µ este densitatea de împachetare medie a firului; µm – densitatea maximă de împachetare (uzual, 0,8); T – torsiunea firului, în răs/m; Ttex – valoarea densităţii de lungime a firului; ρ – valoarea masei specifice a firului, g/cm3; M – constantă, a cărei valoare depinde de natura fibrelor componente, de tehnologia de prelucrare şi de sistemul de filare adoptat (tabelul IX.5.30)

Tabelul IX.5.30

Valorile constantei M

Tipul de fibră Fir pieptănat Fir cardat Fir OE

Bumbac 6,3 4,2 2,7 Viscoză – 18 7,7 Poliester – 12,5 5,4 Alte fibre chimice – 13 5,6

Densitatea de împachetare se calculează dacă se cunoaşte valoarea constantei M, a cărei

valoare este invariabilă pentru o gamă largă de fineţe şi grade de torsionare, de la semitort până la cele mai fine fire.

IX.5.2.2.2.3. Utilizarea torsiunii pentru cuantificarea producţiei realizate

Torsiunea este un parametru structural folosit pentru caracterizarea produselor consolidate mecanic, care se utilizează şi la determinarea producţiei teoretice Pt a utilajelor care debitează pretorturi, semitorturi şi fire (simple, răsucite, cablate).

Torsiunea realizată pe maşină se exprimă în funcţie de turaţia organului de lucru care produce momentul de torsiune şi de viteza de debitare a înşiruirii de fibre:

f

D s

nT

C=

ν (IX.5.86)

unde: vD este exprimată în funcţie de torsiune. Producţia teoretică a utilajelor care debitează produse torsionate poate fi exprimată:

601000

ft

s m

nP

TC N= ⋅

⋅ [kg/h] (IX.5.87)

260

1000t l

ts

n TP

TC= ⋅ [kg/h] (IX.5.88)

deci, torsiunea T constituie un factor restrictiv pentru producţia teoretică a unei maşini.

IX.5.2.2.2.4. Factori determinanţi pentru alegerea valorii coeficientului de torsiune

Coeficientul de torsiune constituie caracteristica structurală prin care se pot stabili:


– compactitatea structurală şi diametrul firului; – nivelul proprietăţilor mecanice ale înşiruirilor de fibre consolidate prin torsionare,

corespunzător destinaţiei tehnologice (forţa de rupere, rigiditatea la încovoiere în cazul firelor sau forţa de laminare, în cazul semitortului / pretortului).

Valoarea coeficientului de torsiune se stabileşte în funcţie de următorii factori: – destinaţia şi tehnologia de obţinere a firului (semifabricatului); – natura, lungimea şi fineţea fibrelor din care se realizează acesta; – cantitatea şi calitatea adaosurilor tehnologice utilizate în procesul de obţinere. Valoarea adecvată a coeficientului de torsiune rezultă din: – analiza efectului variaţiei coeficientului de torsiune asupra rezistenţei mecanice a

înşiruirii de fibre (fig. IX.5.44); – analiza efectelor torsiunii asupra producţiei utilajelor care debitează produse torsionate. Alegerea coeficientului de torsiune se face în raport cu o valoare de referinţă αC

(valoare critică), reprezentând gradul de torsionare pentru care suma rezistenţelor conferite de fibrele alunecătoare şi fibrele fixate este maximă:

– fibrele alunecătoare sunt consolidate parţial în înşiruirea de fibre, se pot deplasa în sens longitudinal la aplicarea laminajului, iar numărul lor depinde de valoarea coeficientului de torsiune;

– fibrele fixate: sunt bine consolidate în înşiruirea de fibre şi nu se pot deplasa în sens longitudinal la aplicarea laminajului; numărul fibrelor fixate creşte concomitent cu creşterea gradului de torsionare.

Fig. IX.5.44. Variaţia forţei de rupere a înşiruirii de fibre în raport

cu gradul de torsionare.

Creşterea gradului de torsionare până la valoarea αs determină creşterea forţei de rupere a înşiruirii, prin creşterea gradului de compactitate structurală, creşterea numărului de fibre fixate:

∃limitele αs (semitort); αc (valoare critică) definesc domeniul de existenţă al firului din fibre, apariţia şi creşterea numărului de fibre fixate şi scăderea numărului de fibre alunecătoare.

∃depăşirea valorii critice αc semnifică, tehnologic, reducerea rezistenţei firelor, iar economic, reducerea producţiei teoretice (u. p.).

Valorile uzuale ale gradului de torsionare αtex (la diferite categorii de fire) se stabilesc în raport cu:

– tehnologia şi sistemul de filare utilizat, prin efecte calitative şi cantitative: valoarea gradului de torsionare se stabileşte în raport cu caracteristicile geometrice, de suprafaţă şi mecanice ale fibrelor din compoziţia amestecurilor prelucrate;

– destinaţia firului, limitată prin gradul de torsionare uzual, la valori inferioare torsiunii critice, care asigură compactitatea structurală şi proprietăţile fizico-mecanice impuse: rezistenţă, elasticitate (fire de urzeală, bătătură), flexibilitate, voluminozitate, moliciune (fire pentru tricotaje).


În tehnologiile clasice de producere a ţesăturilor, regimul tehnologic de solicitare a firelor de urzeală este mai sever, ceea ce impune diferenţierea prin grad de compactitate faţă de firele de bătătură.

În tehnologiile moderne, această diferenţă se atenuează, deoarece maşinile de ţesut au rosturi mici / la frecvenţe ridicate de schimbare a rostului (firele de urzeală sunt solicitate la deformaţii mici în regim de frecvenţe ridicate; înserarea firelor de bătătură cu viteze şi frecvenţe ridicate de inserare (firele de bătătură sunt solicitate la întindere şi frecare cu viteze mari) conduce la un regim de solicitări tehnologice mai echilibrat.

Observaţii: 1. La firele de bumbac, valorile coeficienţilor de torsiune se adoptă în domeniul αm < αcr,

ţinând seama de caracteristicile amestecului de fibre prelucrat (cote de participare, lungimea şi fineţea fibrelor) şi de tehnologia de obţinere a firelor (fineţea acestora).

2. În domeniul de existenţă al firelor, creşterea valorilor coeficienţilor de torsiune până la valoarea αcr determină o creştere a forţei de rupere care se justifică prin creşterea gradului de compactitate structurală determinat de forţele de compresie exercitate la depunerea fibrelor pe elice, în timpul procesului de torsionare; forţele de compresie determină creşterea numărului de fibre fixate în structura firului, creşterea forţelor de frecare dintre acestea şi reducerea numărului de fibre alunecătoare.

3. Gradul de torsionare constituie suportul transferului proprietăţilor mecanice ale fibrelor în proprietăţile mecanice ale firelor, redat prin două tipuri de reprezentări grafice (fig. IX.5.45). Reprezentarea grafică de forma: P (Nm)α = ct, evidenţiază dependenţa forţei de rupere de fineţea firelor la prelucrarea aceluiaşi amestec de fibre la acelaşi nivel al gradului de torsionare, αm.

Reprezentarea grafică de forma: P (α)Nm = ct (fig. IX.5.46) evidenţiază coeficientul de torsiune critic pentru fir şi amestec; prin intermediul acestui tip de reprezentări grafice se eficientizează procesul de filare finală al firelor clasice.

Geometria fibrelor amestecului prelucrat determină coordonatele valorilor critice: – creşterea lungimii determină o consolidare mai rapidă a fibrelor în structura firului,

echivalentă cu posibilitatea de a realiza un fir mai fin la grad de torsionare mai mic; – reciproc, la utilizarea unui amestec de fibre de lungime determinată, pentru a obţine

un fir de fineţe mai mare se impune creşterea gradului de torsionare. Voluminozitatea firelor de lână şi tip lână este reglată prin valorile coeficienţilor de

torsiune critici, care sunt mult mai mari decât valorile uzuale; în limitele tehnologice, forţa de rupere este corelată pozitiv cu valoarea coeficientului de torsiune (fig. IX.5.47).

Fig. IX.5.45. Variaţia forţei de rupere în funcţie de fineţea firelor simple, la coeficient de torsiune constant.


Fig. IX.5.46. Torsiunea critică la fire obţinute din acelaşi amestec de fibre / la diferite valori ale Nm.

Transferul proprietăţilor tensionale este reglat cu valoarea coeficientului de torsiune

sub influenţa numărului de fibre din secţiunea transversală a firului, nS, concomitent cu reducerea diametrului de fibră, a cărui creştere semnifică:

– la aceeaşi fineţe de fir, realizarea aceleiaşi rezistenţe mecanice la torsiune mai mică; – aceeaşi rezistenţă mecanică, la fineţe mai mare a firului, cu grad de torsionare constant. Această dependenţă se menţine şi la prelucrarea fibrelor chimice sau a amestecurilor

binare, fiind specifică în filatura de lână pieptănată, unde variaţia lungimii de fibră influenţează mai puţin ansamblul proprietăţilor tensionale.

IX.5.2.2.2.5. Limite de variaţie admise pentru torsiunea firelor

Pentru un fir de fineţe determinată, gradul de torsionare determină compactitatea structurală, prin care acesta corespunde destinaţiei; din acest motiv, torsiunea se supune unui riguros regim de verificări experimentale, în cadrul căruia se urmăreşte îndeplinirea egalităţii dintre torsiunea nominală /valoarea proiectată, Tnom, şi torsiunea realizată efectiv pe maşină:

Tef /Tnom = Tef.

Îndeplinirea egalităţii depinde de sistemul de filare, de reglarea şi starea mecanismului de torsionare şi înfăşurare, de geometria liniei de filare şi de neregularitatea densităţii liniare a înşiruirii de fibre prelucrate.


Fig. IX.5.47. Valori critice ale coeficienţilor de torsiune la fire de tip lână pieptănată.

Limite de variaţie ale torsiunii pentru sisteme clasice de filare. Principiul constructiv al mecanismelor de torsionare-înfăşurare de la maşinile clasice de filat implică variaţii de torsiune determinate de:

– variaţia vitezei de înfăşurare a firului/şi a turaţiei cursorului; – variaţia turaţiei fuselor, specifică sistemelor de antrenare cu benzi flexibile în cadrul

cărora sunt frecvente alunecările, tensiunile necorespunzătoare ale benzilor de antrenare, blocările de fuse prin uzura excesivă a rulmenţilor, antrenările neuniforme datorate unghiurilor de înfăşurare.

Variaţiile de torsiune se reflectă în aspectul firelor prin: diametru şi pilozitate, prin creşterea frecvenţei ruperilor şi a defectelor generate de legările incorecte. Deoarece variaţiile de torsiune au implicaţii atât asupra producţiei (randamentelor), cât şi asupra calităţii firelor, acestea se limitează prin abateri tolerate, δΤ, care se exprimă în procente faţă de valoarea torsiunii nominale Tn:

T = Tnom ± δT (IX.5.89)


Depăşirea valorilor abaterilor tolerate pentru torsiune are semnificaţii diferite la producător sau beneficiar:

– producătorul interpretează depăşirea limitelor de variaţie permisă a torsiunii în funcţie de modul în care şi-a format eşantionul reprezentativ: la nivelul unei maşini, la nivelul unui sortiment, la nivelul unui lot, decelând cauzele ce particularizează sortimentul: mecanism de torsionare-înfăşurare /maşină, triunghi de filare/maşină;

– beneficiarul interpretează depăşirea limitelor de variaţie ale torsiunii prin posibilitatea de apariţie a unor consecinţe nedorite în aspectul şi prelucrabilitatea firelor, care diminuează calitatea ţesăturilor sau tricoturilor realizate din acestea (creşterea coeficientului de variaţie al rezistenţei şi, consecutiv, creşterea frecvenţei ruperilor, creşterea neuniformităţii diametrului, variaţii ale pilozităţii/ care se observă la prelucrarea loturilor de fire).

Observaţii: 1. În cazul firelor clasice, torsiunea este factor de corecţie pentru neregularitatea

structurală, la toate înşiruirile de fire consolidate prin torsionare, deoarece accentuează amplitudinea îngroşărilor, la valori mari ale coeficientului de torsiune, şi o diminuează, la valori mici.

2. Acţiunea de egalizare se explică prin repartizarea preferenţială a torsiunii pe porţiunile subţiate/ cu rigiditate mai mică la torsionare şi cumularea cu efectele de întindere a porţiunilor îngroşate, mai rigide, sub acţiunea tensiunii de înfăşurare (semitort, fire voluminoase pentru tricotaje).

3. Accentuarea diferenţelor de diametru, la propagarea torsiunii sub acţiunea tensiunii de filare, se explică prin accentuarea porţiunilor îngroşate la valorile mari ale torsiunii. Interdependenţa torsiune- neregularitate poate fi evidenţiată prin analiza relaţiei în care se poate preciza valoarea torsiunii nominale:

112 t

nom t

texnom T t nom T T

t TT T T

Tα ⎛ ⎞= ± δ = ± δ = ± δ ± δ⎜ ⎟± δ ⎝ ⎠

(IX.5.90)

de unde rezultă că abaterea torsiunii include şi abaterea tolerată a densităţii de lungime:

12 tnom TT T ⎛ ⎞∆ = ± δ⎜ ⎟

⎝ ⎠ (IX.5.91)

La valorile coeficientului de corelaţie ρ = ± 1, se regăseşte aceeaşi interpretare fenomenologică privind dependenţa torsiune-densitate liniară. În cazul firelor OE / rotor, variaţia torsiunii se corelează cu variaţia densităţii liniare a firului şi cu neuniformitatea rigidităţii la torsiune a fibrelor din amestecul prelucrat.

Standardizarea limitelor de variaţie ale torsiunii firelor. Încadrarea torsiunii efective în limitele unor variaţii permise se constată prin controlul de rutină, care se efectuează la introducerea sortimentului de fir în procesul de prelucrare, la recepţia loturilor de fire sau cu ocazia controlului periodic; încadrarea în limitele admise constituie o necesitate tehnologică, impusă de influenţa pe care această caracteristică structurală o exercită asupra caracteristicilor geometrice, fizice şi mecanice ale firelor.

Încadrarea torsiunii în limitele prescrise se verifică prin determinări experimentale, care se efectuează pe eşantioane reprezentative, structurate în funcţie de scopul operaţiei de control;


rezultatele experimentale se supun prelucrării statistice, iar finalizarea analizei se poate realiza prin determinarea peciziei:

,SCVp t

nν= (IX.5.92)

care se exprimă în procente faţă de valoarea medie şi este dependentă de numărul de determinări efectuat (pentru S = 95%; n > 30, tS, ν = 2).

Precizia de realizare a torsiunii firelor se evaluează prin precizia determinărilor efectuate în condiţii standard; prescripţiile referitoare la torsiune particularizează categoria tehnologică de fir şi constituie obiectul standardelor, normelor sau clauzelor contractuale (tabelul IX.5.31).

Tabelul IX.5.31

Abateri tolerate la realizarea torsiunii firelor / SR

Categoria tehnologică de fire

Abateri tolerate,

% Criteriu de proiectare / T Criteriu de verificare

Bumbac, tip bumbac Asigurarea lungimii de rupere Verificare experimentală, p% – urzeală – Asigurarea filării, la calitate

corespunzătoare Nu se prescrie

– bătătură; tricot – Prescrie αmax / fineţe; amestec

Lână pieptănată/T ± 6 Torsiunea firelor se prescrie în funcţie de destinaţie, criteriu de

proiectare

Verificare experimentală a preciziei de realizare, p % Lână pieptănată/ T ±5...± 10

Lână semipieptănată ± 10

IX.5.2.2.2.6. Metode şi aparate pentru măsurarea torsiunii firelor

Determinările asupra torsiunii firelor se efectuează în conformitate cu SR EN ISO 2061 în condiţiile prezentate în tabelul IX.5.32.

Metodele pentru determinarea torsiunii firelor unice, răsucite, cablate, se bazează pe eliminarea completă a torsiunii din segmente de fir de lungime constantă, fenomen care se vizualizează prin două efecte:

– paralelizarea elementelor componente – metodă directă, standardizată: se determină torsiunea de anulare a torsiunii iniţiale; prin lungirea consecutivă eliminării torsiunii /metodă directă, standardizată, se determină torsiunea necesară pentru schimbarea sensului torsiunii iniţiale;

– studiu microscopic – metoda replicilor; indirectă, nestandardizată: se determină unghiul de înclinare al fibrelor faţă de axa firului (unghi de torsiune).

Metodele directe sunt operative; metodele indirecte sunt laborioase şi necesită un număr mare de determinări, ceea ce restrânge aria de aplicaţie la cercetare.

Metoda paralelizării elementelor componente/ fibre, filamente, fire. Metoda constă în anularea torsiunii firului, prin paralelizarea elementelor componente şi se aplică în cazul firelor:

– primare: paralelizarea fibrelor (fire din fibre sau filamente, unice, simple); – secundare: paralelizarea firelor (răsucite, cablate).


Se impune utilizarea epruvetelor de lungime standardizată, deoarece lungimea de măsurare înfluenţează valoarea dispersiei torsiunii determinate, a coeficientului de variaţie şi a preciziei determinărilor efectuate.

Tabelul IX.5.32

Metodologia determinărilor de torsiune pentru diferite categorii de fire

Felul firelor Lungime epruvete,

în mm (distanţa dintre cleme)

Metoda de determinare*

Număr epruvete

Fire simple de bumbac sau tip bumbac 10;250 P; DT; TDT (OE)

100

Fire simple de lână cardată; tip lână cardată 25; 500 P; TDT (OE) 100 Fire simple de lână pieptănată; tip lână pieptănată 25; 500 P; DT 100 Fire simple din fibre liberiene; tip liberiene 100; 250 P; DT 100 Fire simple multifilamentare 500.00 P 40 Fire răsucite / cablate din fibre naturale; amestec cu fibre chimice

250.00 P 30

Fire răsucite sau cablate din fibre/ fire chimice 500.00 P 30 Fire din ţesături sau tricoturi – P 20

* P = paralelizare; DT = detorsionare /torsionare; TDT = triplă DT.

Fig. IX.5.48. Determinarea tordiunii firelor cu ajutorul torsiometrului automatizat Zweigle.

Segmentul de fir analizat este prins de clema mobilă şi, după pretensionare, prins în

clema fixă; anularea torsiunii iniţiale (T) se asigură prin aplicarea torsiunii egale şi de sens contrar cu aceasta ( – T); prin intermediul contorului, care indică numărul de rotaţii ale clemei mobile, se obţine valoarea torsiunii de anulare, T* = – T. Momentul paralelizării este observat cu ajutorul unei lupe sau prin intermediul unui ac, liber să gliseze între elementele componente ale firului; metoda nu se pretează la automatizare (fig. IX.5.48).


Domenii de utilizare: – studiul torsiunii şi a neuniformităţii torsiunii firelor simple, răsucite, cablate; – studiul variaţiei torsiunii în funcţie de locul de prelevare de pe format/ relevant pentru

neuniformitatea torsiunii la formarea copsului şi pentru verificarea funcţionării mecanismului de torsionare-înfăşurare;

– studiul variaţiei torsiunii în funcţie de neregularitatea densităţii liniare.

Metoda determinării unghiului de torsiune. Metoda se aplică direct asupra firului sau replicii acestuia (fig. IX.5.49, IX.5.51).

Fig. IX.5.49. Determinarea unghiului

de torsiune cu microscopul de măsurare.

Fig. IX.5.50. Determinarea torsiunii în funcţie de valoarea măsurată a diametrului şi a unghiului de

torsiune.

Unghiul de torsiune se determină concomitent cu diametrul firului, iar torsiunea firului se calculează conform relaţiei IX.5.93 sau se determină cu ajutorul nomogramelor. O variantă a metodei se aplică la determinarea torsiunii firelor filamentare. Metoda presupune:

– secţionarea firului şi numărarea filamentelor de pe circumferinţa acestuia; – determinarea numărului de filamente pe o lungime determinată de fir.

Fig. IX.5.51. Principiul determinării torsiunii firelor filamentare.


Torsiunea firului se determină conform relaţiei:

T = nl/nc·l (IX.5.93)

Metoda detorsionare-torsionare. Metoda se bazează pe ipoteza că efectele torsionării alternative sunt identice. Determinarea cuprinde două faze succesive (fig. IX.5.52):

– anularea torsiunii iniţiale, T0, cu creşterea lungimii epruvetei: l0 > ld; – retorsionarea în sens opus, – T0, cu scurtarea lungimii epruvetei şi revenirea ei la valoarea

lungimii iniţiale: ls = ld; indicatorul lungimii de fibră se află în poziţia de echilibru şi se citeşte valoarea înregistrată, T* = 2T0; calculul torsiunii se realizează conform relaţiilor din tabelul IX.5.33.

Fig. IX.5.52. Principiul metodei D-T.

Tabelul IX.5.33

Metoda D-T / condiţii metrologice

Indicaţie Lungimea probei, în mm Torsiune, în răs / m T* 250 mm 250(T*/ 1000) = T*/4 T* 500 cm 500(T*/1000) = T*/2

Conform acestui principiu, determinarea se efectuează cu torsiometrul mecanic; procesul

de măsurare poate fi automatizat. Metoda detorsionare-torsionare impune respectarea condiţiilor metrologice: pretensiona-

rea epruvetei; evitarea laminajelor false în înşiruirea detorsionată; specificarea lungimii epruvetei; respectarea standardului (neuniformitatea torsiunii este în funcţie de lungimea de testare), indiferent de metoda utilizată (aspect evident în cazul aplicării metodei D-T).

Automatizarea determinării torsiunii prin metoda detorsionare-torsionare/ Automatic Twist Tester – Zweigle. Automatizarea determinării torsiunii firelor se bazează pe detectarea variaţiei lungimii firului prin detorsionare (lungire şi torsionare), scurtare, la torsionarea alternativă S – Z, cu aceeaşi amplitudine, a unui segment de fir de lungime determinată. Detectorul variaţiei de lungime comandă schimbarea sensului de antrenare a clemei mobile a torsiometrului la poziţiile limită ale dispozitivului de pretensionare şi permite aplicarea eficientă a metodelor: detorsionare-torsionare; detorsionare-torsioare cu contraprobă; detorsionare-torsionare cu dublă contraprobă, la un număr prestabilit de formate (n = 1-20; m = 6-10 determinări pe format).

Metoda D-T cu contraprobă; cu dublă contraprobă. Ipoteza identităţii efectelor torsionării alternative cu amplitudini egale determină erori dependente de fineţea firelor analizate, de natura fibrelor componente şi de caracteristicile mecanice ale fibrelor componente: rigiditatea la torsionare; finisarea prin procedee fizico-chimice a firelor, tehnologia, sistemul de filare şi destinaţia firului; categoria structurală de fir.

Erorile de măsurare (la metoda detorsionare-torsionare) sunt mai mari în cazul firelor de lână cardată, mai ales la firele fixate prin aburire sau sub acţiunea umidităţii atmosferice, în cazul firelor OE rotor. Reducerea erorilor la determinarea torsiunii firelor impune:

– alegerea forţei de pretensionare în funcţie de deformabilitatea firului testat; condiţia este importantă mai ales în cazul firelor de lână (Fir Nm 34: 1. lână 100%; 2.70 % lână + 30% celo; 3.50% lână + 50% celo; 100% celo) conform reprezentărilor din figurile IX.5.53, IX.5.54;


– alegerea vitezei de determinare /de detorsionare, care determină creşterea tensiunii în fir şi influenţează alunecarea fibrelor în timpul detorsionării; restricţiile sunt mai severe pentru firele realizate din fibre cu deformabilitate pronunţată (standard IWTO);

– alegerea lungimii libere de prindere la efectuarea determinărilor de torsiune; conform figurii IX.5.55, există două tendinţe:

1. reducerea lungimii libere de prindere determină scăderea [%] valorilor de torsiune determinate;

2. creşterea lungimii libere de prindere determină reducerea valorii torsiunii şi a coeficientului de variaţie.

Fig. IX.5.53. Alungirea epruvetelor de fir la aplicarea forţei de pretensionare.

Fig. IX.5.54. Variaţia relativă a torsiunii determinate (%) la creşterea pretensionării.

Fig. IX.5.55. Variaţia torsiunii şi a coeficientului de variaţie cu lungimea liberă de prindere a epruvetei.

Metoda cu dublă contraprobă aplică principiul D-T epruvetei pretensionate, de lungime

determinată – 50 cm, prin alternarea sensului de rotaţie al clemei mobile. Determinarea torsiunii se realizează conform relaţiei:

T = (A –2B + C) /4 (IX.5.94)

în care: A, B, C sunt indicaţii absolute la sfârşit de ciclu D-T; ∆ – eroarea la schimbarea sensului torsiunii/pe ciclu; 4T – torsiunea [răs /m] la epruvete de 50 cm;

A = –2T – ∆; B = ∆ + ∆'; C = –2T – ∆ – ∆' – ∆"; A – 2B + C = 4T – ∆' + ∆".


Fig. IX.5.56. Principiul metodei cu dublă contraprobă.

Eroarea de măsurare se reduce prin compensare, la schimbarea sensului de torsionare, iar diferenţa ∆' – ∆" devine neglijabilă, ceea ce justifică relaţia de calcul; metoda propusă de Schutz are ca alternativă determinarea cu contraprobă multiplă, care devine operantă prin automatizare (torsiometrele Zweigle; Mesdan; Superba / robot).

Metoda alunecării. Determinarea momentului de rupere a firului prin alunecare este dificilă, deoarece depinde de alegerea unei greutăţi de pretensionare adecvate. Torsiunea se determină pe două epruvete distincte, desfăşurate succesiv de pe format:

– prima epruvetă se detorsionează sub o sarcină de pretensionare egală cu greutatea a 500m de fir, până la alunecarea fibrelor / ruperea firului (consemnată prin valoarea indicată, T);

– a doua epruvetă se supune la detorsionare-torsionare-detorsionare, când, prin alunecarea fibrelor, se produce ruperea firului (valoarea T1).

Dacă cele două epruvete au aceeaşi torsiune şi scurtarea / lungirea nu depinde de sensul de torsionare /detorsionare (S /Z), suma celor două valori, T şi T1, indică dublul torsiunii epruvetelor analizate:

2T* = T + T1

unde: T* este torsiunea căutată.

Metoda dublei determinări. Metoda prezintă avantajul că valorile de torsiune obţinute nu sunt influenţate de greutatea de pretensionare a firului. Metoda se aplică tot prin determinarea numărului de torsiuni, pe două epruvete distincte, desfăşurate succesiv de pe format:

– prima epruvetă se pretensionează cu o greutate corespunzătoare lungimii de 500 mm de fir şi se detorsionează până la alungire de 5 mm; din acest moment se continuă detorsionarea fără pretensionare, urmată de torsionarea în sens invers sensului iniţial, până la anularea alungirii (se înregistrează pe contor valoarea T, corespunzătoare anulării);

– a doua epruvetă, ca şi prima, se detorsionează până în momentul paralelizării, apoi se retorsionează; indicaţia contorului va reprezenta eroarea determinării pe prima epruvetă.

Determinarea gradului de echilibru al torsiunii. Stabilitatea torsiunii firelor caracteri-zează atât comportarea la prelucrare a firelor cât şi modul de dispunere a acestuia în ţesătură sau tricot, deoarece torsiunea firelor este o caracteristică structurală importantă a firelor simple, determinantă pentru comportarea tehnologică.

Stabilitatea torsiunii firelor este direct proporţională cu valoarea momentului de torsiune al firului analizat şi se exprimă, convenţional, prin numărul de rotaţii al unei bucle de fir, de lungime determinată, sub controlul unei forţe de pretensionare, până la schimbarea sensului.


Determinarea prin măsurare obiectivă a gradului de echilibru al torsiunii se bazează pe utilizarea unor stative cu dispozitive de rotaţie sau cu pendul giroscopic, al căror principiu de determinare este bazat pe aprecierea momentului de detorsionare (fig. IX.5.57). Pentru precizia determinărilor prezintă importanţă:

– pretensionarea corectă a buclei de fir; – tensionarea corectă în timpul răsucirii; – manevrarea atentă a epruvetei, fără pierderi de torsiune.

Fig. IX.5.57. Principiul şi condiţiile determinării echilibrului torsiunii.

Măsurarea continuă a torsiunii firelor texturate. În con-trolul procesului de texturare, torsiunea constituie un parametru prin care se poate verifica uniformitatea contracţiei; deoarece contracţia determină toate caracteristicile firelor texturate, iar determinarea directă a acesteia reduce eficienţa analizei prin durată, controlul on-line asupra torsiunii aduce avantajul fundamentării şi opera-tivităţii deciziilor prin volumul informaţiilor şi prin modul de prelucrare al acestora (fig. IX.5.58).

Măsurarea se bazează pe convertirea vibraţiilor unei lame elastice, care palpează suprafaţa firului ce se deplasează cu viteză constantă într-o succesiune de impulsuri care au amplitudine şi durată determinate de denivelările cauzate de torsiune.

Telemăsurarea torsiunii. În filarea OE, firul primeşte o torsiune adiţională temporară datorită frecării la trecerea peste suprafaţa tubului de extracţie, în zona dintre canelura rotorului şi acesta. Torsiunea falsă se adaugă la torsiunea nominală a firului, determinată de viteza de rotaţie (R) şi viteza liniară de debitare. Nivelul ridicat al torsiunii false are un efect de creştere a stabilităţii filării, datorat lungirii zonei de legare în canelura rotorului şi constituie un potenţial de creştere al producţiei pentru firele cu torsiune redusă. Variaţia intensităţii torsiunii false modifică aspectul şi proprietăţile firului, diversificându-i întrebuinţările.

Torsiunea falsă excesivă este în detrimentul proprietăţilor firelor şi valoarea optimă se obţine prin reglarea elementelor filării; se impune astfel cunoaşterea nivelului torsiunii false.

Metodele utilizate pentru caracterizarea torsiunii false sunt: determinarea lungimii zonei de consolidare prin fotografiere sau prin măsurarea reflexiei IR; determinarea indicelui de torsiune minim practicabil; determinarea momentului de torsiune la tubul de livrare; analiza proprietăţilor firului (torsiune diferenţială, forţa de legătură).

Ttex GP (cN)

0,1-500 1 ∀ 0,1 50-100 2 ∀ 0,2 100-140 3 ∀ 0,3

140 6 ∀ 0,6

Fig. IX.5.58. Principiul de măsurare continuă a

torsiunii.


Observaţii: 1. Metodele indirecte fac dificilă interpretarea nivelului absolut al torsiunii false. 2. Măsurarea directă a valorii absolute a torsiunii false se impune pentru rapiditatea

analizei şi decelarea efectelor parametrilor filării (tubul de extracţie şi turaţia rotorului). 3. Noua metodă de măsurare descrisă (fig. IX.5.59) este prima care permite determinarea

on line a valorii instantanee a torsiunii porţiunii de fir dintre canelură şi tub. Metoda se bazează pe măsurarea la distanţă a raportului de viteză a firului 6 în rotaţie, în rotor 7, utilizând anemometrul Laser-Doppler.

4. Principiul anemometrului Laser-Doppler permite telemăsurarea vitezei particulelor mici care se mişcă în spaţiul 8 format de două raze laser (despicate). Două raze laser coerente, de aceeaşi intensitate – sursa 1 se intersectează (elipsoid de rotaţie în punctul de intersecţie); datorită unghiului de incidenţă diferit se produce defazajul celor două raze şi variaţia frecvenţei (efect Doppler), care reprezintă un indice al vitezei; lumina dispersată este captată de un sistem de lentile 5 şi este convertită, într-un fotomultiplicator 3, în semnale electrice ce se procesează electronic, on-line 10.

Fig. IX.5.59. Principiul Laser-Doppler pentru telemăsurarea torsiunii false la filarea OE-rotor.

IX.5.2.2.3. Pilozitatea firelor

Pilozitatea este o caracteristică structurală a firelor din fibre, care se manifestă prin prezenţa unui strat exterior, adiacent, de compactitate redusă, format din trei categorii de fibre protuberante (conform fig. IX.5.60):

– capete exterioare: fibre cu un capăt fixat în structura de bază; – bucle exterioare, cu ambele capete fixate în structura de bază; – fibre marginale /sălbatice, fixate foarte puţin, la un capăt.

Fig. IX.5.60. Forme tipice de fibre protuberante ce definesc pilozitatea firelor.

Pilozitatea (compoziţia şi structura stratului adiacent) este determinată de: – natura şi proprietăţile fibrelor (fineţe, rigiditate la încovoiere şi torsionare) din fire; – procesul tehnologic de obţinere a firelor (cardat, pieptănat, semipieptănat);


– sistemul de filare utilizat (clasic, cu capăt liber); – procesul tehnologic de pregătire a firelor pentru ţesere (tricotare); – tehnologia de finisare adoptată

şi se transferă în ţesătură sau în tricot. Pilozitatea se conturează la consolidarea firului prin torsionarea înşiruirii, când are loc

migrarea capetelor de fibră spre exterior. Pilozitatea constituie o caracteristică: – negativă: la firele destinate prelucrării articolelor cu desenul de legătură evident,

pentru care se specifică un grad de netezime pronunţat, ce justifică operaţia de gazare a produselor (fire şi ţesături din fibre celulozice);

– pozitivă: pentru firele destinate articolelor cu desen de legătură estompat, voluminoase şi pufoase, care influenţează:

prelucrabilitatea firelor (proprietăţi tensionale, comportare la frecare, pilling); aspectul şi tuşeul ţesăturilor şi tricoturilor (pilozitate; coeficient de frecare;

moliciune; pilling); proprietăţile fizice ale ţesăturilor şi tricoturilor (permeabilitate la aer; la vapori;

capacitatea de izolare termică; coeficientul de conductivitate termică).

IX.5.2.2.3.1. Parametri pentru aprecierea pilozităţii firelor

Pilozitatea se apreciază subiectiv sau se măsoară obiectiv prin indici care se raportează la unitatea de lungime a firului, definiţi prin:

– numărul fibrelor exterioare N; – lungimea fibrelor exterioare L; – suma lungimilor segmentelor de fibre exterioare structurii NL; – pierderea de masă raportată la 100 m fir; – raportul dintre diametrul fotometric şi de proiecţie.

Observaţii: 1. Indicii N; L; NL prezintă cele mai bune corelaţii cu indicii de apreciere subiectivă/

metoda experţilor, ceea ce motivează generalizarea lor (pilozitatea firelor se percepe în primul rând vizual).

2. Din analiza corelaţiei dintre rezultatele metodelor obiective cu cele ale metodelor vizuale/ metoda experţilor, rezultă:

– numărul capetelor de fibre din unitatea de lungime a firului, N, este dat de relaţia:

N = n = 2k·Ttex/ρ·d2·l [fibre/m], (IX.5.95)

în care: Ttex este densitatea de lungime a firului analizat; ρ, d – densitatea şi diametrul fibrelor componente; k – coeficient dependent de unităţile de măsură folosite; N se corelează pozitiv cu densitatea de lungime a firului; această legătură se regăseşte în coeficienţii de corelaţie mari (la fire pieptănate, cardate de fineţe diferită).

3. În condiţii identice de prelucrare, pilozitatea firelor este cu atât mai mare cu cât fineţea fibrelor este mai mare (pentru aceeaşi fineţe de fir, un număr mai mare de fibre în secţiunea transversală a firului este echivalent cu un număr mai mare de fibre protuberante; apare şi efectul de diminuare prin reducerea migrării fibrelor cu fineţe mai mare; scăderea rigidităţii la încovoiere şi torsionare).

4. Lungimea medie a fibrelor protuberante, L, este un parametru valid pentru firele cardate, a căror pilozitate este generată de fibrele scurte; constituie un parametru invalid pentru firele pieptănate, a căror pilozitate este caracterizată prin repartiţia exponenţială a lungimii fibrelor protuberante /ceea ce impune alegerea raţională a metodei de măsurare.


5. Suma capetelor de fibre exterioare structurii firului, NL, reprezintă parametrul cel mai important pentru aprecierea pilozităţii, care furnizează informaţii suplimentare faţă de situaţia determinării separate, N, L.

Determinarea pilozităţii firelor se realizează prin metode subiective, de apreciere vizuală, şi prin metode obiective, de măsurare, bazate pe principiile opticii geometrice (măsurare statică) şi ale opticii fizice (măsurare dinamică).

IX.5.2.2.3.2. Metode statice de măsurare a pilozităţii firelor

Metodele statice de măsurare a pilozităţii firelor constituie elementul de referinţă al determinărilor dinamice; deşi se caracterizează prin precizie mare, aceste metode au o utilizare limitată, fiind considerate neproductive.

Metoda mostrelor etalon. Este o metodă subiectivă, bazată pe percepţia vizuală, şi presupune:

– înfăşurarea firelor cu pas şi tensiune determinate, pe suport plan contrastant; – compararea cu etaloane fotografice adecvate; rezultatele comparaţiei asigură un sistem

de referinţă pentru rezultatele obţinute prin măsurări obiective, deoarece pilozitatea firelor este percepută în primul rând vizual.

Aplicarea metodei experţilor creează baza de date (subiective) necesară determinării corelaţiei dintre rezultatele măsurării obiective şi percepţia vizuală.

Metoda optică pentru determinarea pilozităţii. Determinarea este caracterizată prin precizie mare, dar este lentă şi presupune:

– numărarea capetelor de fibră exterioare structurii firelor; – măsurarea capetelor de fibră exterioare structurii firelor (determinarea dimensiunilor

longitudinale şi transversale, mărite de 100 de ori).

Metoda fotometrică. Presupune determinarea coeficientului de pilozitate, K, definit prin relaţiile:

K = d'/d (IX.5.96) K' = d"/d' (IX.5.97)

în care: d', d" reprezintă diametrul fotometric al firului investigat, la dimensiuni diferite ale fantei; d – diametrul de proiecţie al firului, determinat la acelaşi grad de mărire.

Diametrul fotometric este dependent de pilozitatea firului, dar şi de dimensiunea fantei utilizate în instalaţia de măsură; din acest motiv se sugerează determinarea coeficientului modificat al pilozităţii, K'; realizarea practică a determinării este posibilă prin două traiectorii optice conjugate, care permit atât măsurarea diametrului optic cât şi al celui fotometric.

Metoda gravimetrică de determinare a pilozităţii firelor. Permite obţinerea evaluării orientative a pilozităţii medii a firelor de bumbac, exprimată prin pierderea [%] de masă din cadrul operaţiei de gazare. Metoda nu se aplică firelor care conţin fibre sintetice, deoarece generează erori de măsurare prin acumularea pe suprafaţa firului gazat a punctelor/ globulelor de topire. Rezultatul măsurării poate fi influenţat de viteza de deplasare prin flacără şi tensiunea firului / ardere superficială sau în profunzime.

Pilozitatea firelor poate fi apreciată şi prin metode de măsurare indirectă, aplicate asupra mărimilor fizice cu care se corelează: permeabilitatea la aer a produselor ţesute sau tricotate (corelaţie inversă); coeficientul de frecare (în cuple mixte), determinant pentru pilozitate.


IX.5.2.2.3.3. Metode dinamice de măsurare a pilozităţii firelor

Determinarea pilozităţii prin metode de măsurare dinamică se impune prin: – corelarea condiţiilor metrologice de determinare a pilozităţii cu condiţiile de manifestare

efectivă a acestei caracteristici în procesul de prelucrare a firelor; – posibilitatea de analiză a parametrilor statistici, pe baza unui volum mare de determinări

(neuniformitatea gradului de pilozitate al firelor este perceptibilă la nivelul ţesăturii sau tricotului şi accentuată prin finisarea chimică).

Principiul metodei Zellwegger-UT3. Metoda UT3 utilizează principiul optoelectronic şi determină pilozitatea în regim dinamic: firul testat se deplasează cu viteză constantă în câmpul de măsurare, fiind iluminat uniform; stratul exterior al firului produce difuzia luminii (prin reflexie, refracţie) la nivelul fibrelor protuberante. Lumina difuză este separată de lumina directă şi convertită, prin intermediul unui element fotosensibil, în semnal electric, proporţional cu pilozitatea firului testat; în câmpul de măsurare, corpul firului (opac) rămâne întunecat, iar stratul exterior (transparent) este luminos (fig. IX.5.61).

Semnalul electric se prelucrează numeric prin algoritmii pentru determinarea indicilor şi funcţiilor specifice analizei neregularităţii firului. Celula de măsură pentru pilozitate (fig. IX.5.62) este compusă dintr-o cameră obscură, în care, pe axa optică, sunt aliniate sursa de radiaţii (emitor), lentila pentru formarea şi dirijarea spotului luminos incident (fascicul de raze directe, raze difuze); lentilele pentru dirijarea razelor difuzate, prin reflexie sau refracţie, la nivelul fibrelor stratului exterior; obturatorul pentru radiaţia directă şi elementul fotosensibil / receptor, care converteşte radiaţia difuză în semnal electric.

Conversia se realizează la nivelul segmentului de fir baleiat instantaneu, cu lungimea de referinţă, Lr = 1 cm (diametrul fantei); semnalul optic este convertit în semnal electric, cu posibilitatea prelucrării acestuia în conformitate cu algoritmul Uster.

Fig. IX.5.61. Percepţia optoelectronică a pilozităţii.

Fig. IX.5.62. Principiul Zellweger

de măsurare a pilozităţii firelor.

Avantajele sistemului Zellweger de măsurare a pilozităţii sunt: – reproductibilitatea măsurărilor şi posibilitatea comparaţiei valorilor de măsurare cu

prescripţiile standardelor statistice; – ilustrarea grafică a variaţiei pilozităţii H în lungul firului, sub forma diagramei; – analiza frecvenţială a pilozităţii sub forma spectrului lungimilor de undă; – analiza variaţiei pilozităţii în raport cu lungimea testată, în scopul predicţiei aspectului

ţesăturilor şi tricoturilor produse din firele analizate prin funcţia varianţă-lungime; – determinarea simultană a pilozităţii şi a variaţiilor de masă; – măsurarea pilozităţii cu viteze mari, ceea ce asigură operativitatea determinării; – automatizarea procesului de măsurare, care înlătură erorile subiective.


Indicii şi funcţiile pentru aprecierea pilozităţii firelor, specifice metodei, sunt: – distribuţia valorilor H în diagrama de pilozitate (fig. IX.5.63), unde se reprezintă

raportul dintre lungimea protuberanţelor şi lungimea de baleiere. Pilozitatea („hairness”) H se defineşte ca lungimea totală a fibrelor exterioare firului, raportată la lungimea de referinţă de 1 cm; este un număr adimensional, direct proporţional cu ΣNL;

– coeficientul de variaţie CVH [%]; – spectrul lungimilor de undă, SH (fig. IX.64); este posibilă imprimarea simultană a mai

multor spectrograme pentru identificarea variaţiilor de masă periodice comune eşantioanelor; spectrograma pilozităţii firului redă efectele de periodicitate ale valorii H; reprezentarea este deosebit de utilă tehnologului, pentru elucidarea cauzelor creşterii pilozităţii;

– funcţia varianţă- lungime (CVH)L (fig. IX.65); este posibilă imprimarea simultană a unui număr de 10-12 grafice; valorile de referinţă (CVH de 1; 3; 10; 100 m) sunt consemnate în protocoale de analiză. Funcţia varianţă-lungime evidenţiază efectele aleatoare de variaţie ale pilozităţii firelor, în funcţie de parametrii de reglaj din ansamblul procesului de prelucrare tehnologică a firului.

Fig. IX.5.63. Diagrama pilozităţii firului.

Fig. IX.5.64. Spectrograma pilozităţii firului.

Fig. IX.5.65. Funcţia varianţă-lungime a pilozităţii firului.


Sistemul de măsurare Zellweger UT 3 prezintă următoarele facilităţi: – prin capacitatea sistemului de calcul de a prelua un volum mare de informaţii se

asigură posibilitatea prezentării simultane a spectrelor calculate pentru 10 formate analizate simultan/ la nivelul unui lot de fir; se evidenţiază limitele de variaţie ale amplitudinii defectelor periodice constatate (fig. IX.5.66);

– funcţia varianţă-lungime a pilozităţii firelor se poate realiza pănă la lungimi de secţionare de 400m; prin intermediul sistemului de calcul se asigură efectuarea observaţiilor prin comparaţie şi o evaluare a neuniformităţii între formatele prelevate din cadrul aceluiaşi lot (fig. IX.5.67);

– raportul de analiză consemnează valorile experimentale, permiţând evaluarea limitelor de variaţie ale indicelui de pilozitate şi depistarea neîncadrărilor (fig. IX.5.68).

Controlul dinamic al pilozităţii permite cercetarea următoarelor obiective: reducerea pilozităţii pentru îmbunătăţirea prelucrabilităţii; uniformizarea pilozităţii în cadrul formatelor; reducerea diferenţelor de pilozitate între momente diferite ale filării; eliminarea variaţiilor periodice ale pilozităţii în interiorul şi între formate; ameliorarea factorilor de influenţă ai pilozităţii; optimizarea vitezei de prelucrare pentru încadrarea pilozităţii în limite impuse. Se pot realiza prognoze asupra prelucrabilităţii firelor şi aspectului produselor ţesute sau tricotate, mai ales pentru produsele obţinute din fire fine şi uniforme, cu variaţii mari de pilozitate/ variaţiile periodice ale pilozităţii se reflectă în absorbţia de colorant.

Fig. IX.5.66. Spectrograma pilozităţii firelor la nivelul lotului (fir bumbac cardat, 100%, 20 tex).

Fig. IX.5.67. Funcţia varianţă- lungime a pilozităţii firelor în cadrul lotului (fir bumbac cardat, 100%, 20 tex).


Fig. IX.5.68. Protocolul de analiză a pilozităţii firelor.

Fig. IX.5.69. Influenţa mişcării băncii inelelor asupra pilozităţii firelor.

Studiile efectuate au dovedit influenţa cursei băncii inelelor asupra pilozităţii firelor/cu diferenţe semnificative între partea superioară şi partea inferioară a copsului, care se manifestă atât în ceea ce priveşte valoarea indicelui de pilozitate cât şi în ceea ce priveşte valoarea coeficientului de variaţie al acestuia (fig. IX.5.69); din graficul variaţiei celor doi parametri se poate stabili o valoare optimă a cursei băncii inelelor.

Analiza simultană a neuniformităţii şi pilozităţii firelor reliefează abilitatea sistemului UT3 de a separa efectele de neuniformitate de cele de pilozitate (fig. IX.5.70).

Pilozimetrul Zweigle G 5. Principiul de măsurare utilizat de firma Zweigle în construcţia pilozimetrului G 565 este optoelectronic (fig. IX.5.71).

Sistemul de măsurare detectează, numără şi clasifică fibrele protuberante în 12 clase de lungime, prin intermediul unei baterii de fototranzistoare care generează un impuls şi clasifică


după lungime fiecare fibră exterioară detectată (fig. IX.5.71). Rezultatul procesului de detectare, măsurare şi clasificare a fibrelor protuberante este reprezentat grafic sub forma histogramei, cu ajutorul căreia se calculează indicele de pilozitate, H.

Fig. IX.5.70. Analiza comparativă a neuniformităţii densităţii liniare şi pilozităţii unui fir / algoritmul UT3.

Fig. IX. 5.71. Pilozimetrul Zweigle 565. Fig. IX. 5.72. Repartiţia lungimii fibrelor protuberante la fire din fibre.

Prin utilizarea sistemului de măsurare Zweigle s-a stabilit că repartiţia lungimii fibrelor

protuberante L este de tip exponenţial, iar numărul acestor fibre, N, este dat de relaţia:

ln N(L) = a – bL (IX.5.98)

în care: a, b sunt parametrii ecuaţiei de regresie, determinaţi grafic. Rezultatul procesului de măsurare este redat grafic prin histograma fibrelor protuberante

(fig. IX.5.72), cu ajutorul căreia se calculează indicele de pilozitate H:

( )L NH

r R mΣ Σ

=⋅

(IX.5.99)


unde: R este lungimea maximă detectată:

R = a / b [mm] (IX.5.100)

m – unitatea de referinţă pentru frecvenţă:

m = Nl min/Nl max (IX.5.101)

Conform acestei definiţii a indicelui de pilozitate, N este numărul mediu de fibre exterioare structurii firului; L NΣ Σ – lungimea totală a fibrelor exterioare; r (Rm) – lungimea medie a fibrelor detectate, corectată prin valoarea coeficientului de corelaţie, r.

Algoritmul de interpretare al histogramei este următorul: – determinarea ecuaţiei de regresie, conform relaţiei (IX.5.98); – determinarea coeficientului de corelaţie; – determinarea lungimii maxime a fibrelor protuberante, conform relaţiei (IX.5.100); – determinarea unităţii m, relaţia (IX.5.101); – calculul indicelui de pilozitate, H. Barella propune calculul indicelui de pilozitate conform relaţiei:

H = 0,82Lmax·NL (IX.5.102)

în care: Lmax este lungimea ultimei clase detectate; NL – numărul fibrelor protuberante cu lungime mai mare decât Lmax.

Informaţia furnizată în acest mod este mult mai completă decât cea obţinută prin intermediul sistemului de măsurare Zellweger (care nu clasifică după lungime fibrele protuberante).

Alte tipuri de pilozimetre. Se prezintă pilozimetrele (Shirley Yarn Hairiness Tester şi Staff Tester-Zweigle).

Shirley Yarn Hairiness Tester SDL 096 permite măsurarea porţiunilor de fibre (bucle, capete) care depăşesc axa firului cu 3-10 mm, cu o celulă de măsură, realizată ca baterie de fototranzistoare, încorporată în ecranul pe care se proiectează firul testat. Semnalele electrice obţinute sunt amplificate şi prelucrate în sensul determinării indicelui de pilozitate şi a înregistrării diagramei de variaţie a acesteia (prelucrare automată prin conectare la un sistem de calcul). Utilizat pentru: testarea pilozităţii; testarea coeficientului de frecare; testarea ambelor mărimi, succesiv.

Staff Tester-Zweigle G556 simulează solicitări mecanice specifice prelucrării firelor, prin cuple de frecare simple şi mixte; permite analiza efectelor: pilozitate şi efect pilling (fig. IX.5.74).

Fig. IX. 5.73. Diagrama pilozităţii (Shirley).

Fig. IX. 5.74. Staff-Tester Zweigle G556.


IX.5.2.2.3.4. Condiţii metrologice pentru determinarea pilozităţii firelor

Cercetările efectuate pe sisteme de măsură optoelectronice au confirmat legături cauzale ale indicilor pilozităţii cu condiţiile metrologice specificate de firma constructoare, asigurând repetabilitatea şi reproductibilitatea (tabelul IX.5.34).

Tabelul IX.5.34

Condiţii metrologice pentru pilozimetre / specificaţii firme

Pilozimetrul Lungime de măsurare,

mm

Viteza de efectuare a testului,

m/min

Limite de detectare/ clasificare,

mm

Algoritmul determinării

Zellweger 10 25; 50; 100; 200; 400 l l > 1 Indici;funcţii statistice

Zweigle G565 10 50 / adaptat, max. 100 1; 2; 3; 4; 6; 8; 10; 12; 15; 18; 21; 25

Histograma

Zweigle G566 10 50 / adaptat, max. 100 Histograma Shirley 10 50-300 clasificare până la 10 Histograma

IX.5.2.2.4. Neuniformitatea densităţii de lungime a produselor liniare

IX.5.2.2.4.1. Definiţia şi evaluarea neregularităţii

Neuniformitatea densităţii de lungime (neregularitate) este o caracteristică structurală determinantă pentru prelucrabilitatea produselor liniare şi pentru aspectul produselor obţinute din acestea. Proprietatea se caracterizează prin complexitatea şi diversitatea formelor de manifestare, a căror analiză teoretică impune utilizarea unor mijloace de măsurare capabile să le deceleze.

Neregularitatea se manifestă la nivelul dimensiunilor: diametru; aria secţiunii transversale; număr de fibre/ filamente din secţiune, precum şi la nivelul compoziţiei; variaţia cotelor de participare este determinată de:

– dispunerea întâmplătoare a fibrelor în secţiunea transversală a produsului; – neuniformitatea caracteristicilor fizico-mecanice ale fibrelor componente; – imperfecţiunile procesului tehnologic de prelucrare, determinate de concepţia, starea

şi reglarea utilajelor aferente. Neregularitatea se manifestă ca: – neregularitate generală, determinată de abaterile densităţii liniare locale faţă de

valoarea nominală a acesteia, cu forme aleatoare, periodice şi semiperiodice; – neregularitate locală, evidentă la fire, determinată de abateri repartizate pe o lungime

dată de produs, cu forme tipice de imperfecţiuni – repartiţie Poisson – şi defecte – repartiţie exponenţială.

Neregularitatea se exprimă prin: – indici / parametri statistici, relevanţi pentru nivel;


– reprezentări grafice temporale; – funcţii statistice, relevante pentru conţinutul acesteia; – reprezentări grafice frecvenţiale. Indicii şi funcţiile pentru aprecierea neregularităţii (tabelul IX.5.35) reflectă atât

calitatea produselor cât şi a procesului tehnologic de obţinere a acestora, iar aspectele relevate şi consistenţa informaţiilor sunt dependente de regimul de măsurare/static sau dinamic.

Observaţii: 1. Indicii neregularităţii (liniar, pătratic) reprezintă parametrii statistici de împrăştiere şi

se utilizează atât în cazul metodelor de control gravimetric, aplicate pe eşantion aleatoriu, simplu sau organizat, cât şi în cazul metodelor de măsurare continuă; se utilizează pentru ierarhizarea produselor, în funcţie de nivelul neregularităţii.

2. Funcţiile statistice relevante pentru dinamica densităţii liniare a produselor testate redau caracterul general (local, aleatoriu) periodic al neregularităţii; funcţiile permit identificarea şi localizarea surselor neregularităţii, pentru care sunt selective.

3. Indicii şi funcţiile pentru aprecierea neregularităţii se valorifică tehnologic prin aplicarea unor algoritmi de interpretare directă bazaţi pe:

∃comparaţia valorilor / reprezentărilor grafice obţinute cu cele ale modelului statistic corespunzător produsului analizat;

∃comparaţia valorilor experimentale cu un ansamblu de date analizat statistic, din aceeaşi categorie tehnologică, ceea ce permite elaborarea operativă a deciziilor în control.

4. Indicii şi funcţiile pentru aprecierea nivelului şi conţinutului neregularităţii au fost definiţi iniţial prin control gravimetric, care nu a corespuns necesităţilor tehnologice; creşterea producţiei şi productivităţii utilajelor a impus introducerea controlului continuu al neregularităţii densităţii liniare a produselor din filatură.

5. Controlul continuu al neregularităţii densităţii liniare prin măsurare capacitivă se identifică în formă şi conţinut cu controlul gravimetric, prezentând avantajele nete ale prelucrării unui volum de informaţii superior, la precizie şi reproductibilitate corespunzătoare.

6. Utilizarea metodei de măsurare continuă permite determinarea funcţiei varianţă- lungime, prin care se identifică valoarea limită maximă a neregularităţii unui produs liniar, B(0) = CV2(0), cunoscută ca neregularitate structurală.

7. Indicii şi funcţiile pentru aprecierea neregularităţii densităţii liniare a produselor din filatură, determinaţi prin cele două metodologii de analiză, se interpretează pe baza aceloraşi principii:

– algoritmii de control gravimetric se pot aplica în controlul continuu (aplicaţiile de control statistic, aplicaţiile de analiză dispersională uni şi bifactorială) şi au servit ca model pentru elaborarea programelor de prelucrare a datelor în controlul continuu;

– controlul gravimetric poate constitui încă un mijloc de verificare/ confirmare şi verificare a informaţiilor controlului continuu, aplicat atât on line cât şi în off line.

8. Creşterea valorii coeficientului de variaţie exprimă creşterea neuniformităţii numărului de fibre din secţiunea transversală a produsului testat; valoarea efectivă a coeficientului de variaţie se compară cu valoarea corespunzătoare modelului produsului testat, definită tot în funcţie de numărul de fibre din secţiune.

9. Metodologia de control electronocapacitiv împreună cu metodologia de control gravimetric formează un „sistem unitar de evaluare a neregularităţii”, de utilitate tehnologică


incontestabilă, verificată în decursul anilor; algoritmii de control gravimetric îşi găsesc replica operativă şi consistentă în algoritmii de interpretare ai semnalului în cadrul instalaţiilor şi sistemelor de control electronocapacitiv.

Neregularitatea produselor liniare constituie o caracteristică determinantă a produselor liniare prin corelaţiile cu caracteristicile fizice şi mecanice ale firului, prin transferul integral în produsul final/ textilul plan, prin posibilitatea de aplicare a testului continuu, fără ca metoda să fie destructivă.

Aceste atribute au determinat aplicarea metodelor de testare continuă a neregularităţii (metoda electronocapacitivă şi metoda electronooptică) în control on-line şi au permis asigurarea calităţii firelor şi garantarea prelucrării eficiente în procesele ulterioare.

Evaluarea neregularităţii se realizează prin indici specifici metodelor de testare, a căror utilitate se diferenţiază de la producător la consumator.

Producătorul este interesat mai mult de eficienţa măsurării, prin ritmul şi prin consistenţa interpretărilor/ metoda electronocapacitivă.

Consumatorul îşi pune problema caracterizării firului astfel încât acesta să fie preluat direct prin caracteristici în proiectarea produselor sau a impactului formelor de neregularitate asupra aspectului produselor plane realizate din fire (metoda electronooptică); relevanţa celor două metode de testare este diferită (tabelele IX.5.36 şi IX.5.37)

Tabelul IX.5.35

Indici şi funcţii pentru aprecierea nivelului şi conţinutului neregularităţii

Eşantion aleatoriu /metode gravimetrice

Măsurare continuă / metode electronocapacitive

1 2

Neregularitate liniară, U%

1

100 1 n

ii

x xnx =

−∑

0

100 1 dL

ix x lLx

−∫

xi – valoare individuală de sondaj;

x – valoarea medie;

ix x− – abaterea absolută;

n – număr de determinări

xi – valoare instantanee, corespunzătoare Ls;

x – valoarea medie;

ix x− – abaterea absolută;

L – lungime totală de măsurare

Neregularitate pătratică, CV%


2

1

2 2

12

100 1 ( )1

1 ( )1

dispersia

n

iin

x ij

x

X XnX

s X Xn

s

=

=

−−

= −−

−

∑

∑

2

0

2 2

02

100 1 ( ) d

1 ( ) d

dispersia

L

i

L

x i

x

X X lLX

s X X lL

s

−

= −

−

∫

∫


1 2

Spectrul lungimilor de undă, Al Numai în cazul prelevării succesive;

Calculul se realizează cu relaţiile tabelate;

Rezultatele sunt aproximative, deoarece numărul de puncte de

măsurare este mai redus în controlul gravimetric faţă de cel continuu

xt se aproximează ca x(θ)

01

( ) cos sink kk

x A b k t c k t∞

=

θ = + ω + ω∑

A0 – valoarea medie a semnalului; ak; bk – coeficienţii termenilor seriei;

k = 1,2,... T/2 (rangul armonicei) Funcţiile varianţă - lungime: V(L); B(L)

Dependenţa dintre coeficientul de variaţie şi lungimea de analiză a fost stabilită prin control gravimetric, dar insuficient asigurat statistic; pentru porţiuni scurte se impune un număr

mare de determinări, asigurat de controlul continuu

1. 2( ) ( )Ls LsV L CV L=

pentru 20; , ( ) genLs L V L CV→ → ∞ =

2. 2Ls LsB CV=

pentru 20; ( ) genLs B L CV→ = *2. utilizată în metrologie; tehnologie

Funcţia de frecvenţă a depăşirilor Detectarea imperfecţiunilor şi

defectelor de fir se poate realiza prin analize vizuale (seriplan), fără a putea fi încadrate în categorii dimensionale;

prin selectare pentru analize microscopice se clarifică structura şi

originea lor

M(xi)(l) > xlim, îngroşare M(xi)(l) < xlim, subţiere pentru: – imperfecţiuni, l – lungime medie fibră – defecte, l – depinde de originea defectului

Tabelul IX.5.36

Parametrii de apreciere ai neregularităţii firelor / testare electronocapacitivă şi electronooptică / percepţia la producător şi consumator

Caracteristici de calitate Percepute la producător Percepute în produsul final 1 2 3 4

GGP UT1 UT2 CS*

Variaţia masei unităţii de lungime; diagrama / 1948

Detectarea obiectivă a neregularităţii tuturor produselor liniare

Interpretarea corectă a aspectului textilelor plane

U%; CV% /1953 Parametri statistici; neregularitatea devine mărime de comparaţie

Stabilirea de specificaţii şi standarde pentru nivel

Variaţii periodice de masă; spectrograma 1955

Detectarea defectelor produselor permite: – detectare defecţiuni mecanice;

Defectele periodice alterează calitatea de aspect a textilelor plane; se


UT3

– detectare defecţiuni tehnologice în procesul de realizare

propagă în flux, în filatură

Imperfecţiuni /1965 Detectarea neconformităţii: – materiei prime; – proceselor preliminare; – reglajelor şi stării utilajelor

Influenţează calitatea de aspect a textilelor plane realizate din fire

U T3 OH*

Pilozitatea firelor /1988 (algoritm de prelucrare identic neregularităţii)

Interpretarea cauzelor tehnologice şi încercarea de a stabiliza nivelul pilozităţii

Influenţează aspectul supra-feţei produselor plane/ dungi şi neuniformitate de finisare Tabelul IX.5.36 (continuare)

1 2 3 4 FA* Numărul; variaţia

numărului/ 1989 Detectarea variaţiei excesive a numărului: ineficienţa compensării prin dublare; tehnologie neadecvată;

Variaţia masei pe unitatea de suprafaţă la produsele din fire

UT4 OM*

Diametrul firului / 1998 Detectarea valorii şi variaţiei în cadrul lotului de fire

Util în proiectarea produselor plane

CV %; diametrul optic; prelucrare standard (D; S)

Informează asupra variaţiei volumului în diferite poziţii de filare

Percepţia vizuală a neregularităţii firelor la nivelul produselor plane

Rotunjime / formă Prin măsurare în două dimensiuni se determină abaterea de la forma circulară

Influenţează luciul produselor plane realizate din fire

Densitate /fineţe; diametru

Detectarea indirectă a variaţiilor de torsiune

Comportare neuniformă la vopsire

OI* Impurităţi/ variaţia dimensiunilor

Diferenţiere a formei reale a nopeurilor şi a impurităţilor în fir

Influenţează comportarea la vopsire

* CS, OH, OM şi OI reprezintă senzorii utilizaţi în detectarea mărimilor prezentate în tabel.

Tabelul IX.5.37

Parametrii de apreciere ai neregularităţii firelor/ testarea prin procedee electronocapacitive şi electronooptice. Avantaje şi dezavantaje

Defectul firului Senzor capacitiv Senzor optic unidimensional

Senzor optic bidimensional

1 2 3 4 Defecte periodice/ mecanice Unde de laminare/ defecte semi-periodice, tehnologice

Variaţii periodice/ semiperiodice a numărului de fibre din secţiunea produsului Se reflectă în variaţia masei unităţii de lungimeDetectare uzuală

Variaţia numărului de fibre din secţiunea transversală a produsului Nu se regăseşte întotdeauna în variaţia diametrului acestuia Detectare întâmplătoare

Rotunjimea firului Nu se poate determina Distorsionează CV Percepţie eronată a frecvenţei depăşirilor

Se apreciază corect forma cilindrică; frecvenţa depăşirilor


Neregularitatea întâmplătoare

Percepe corect variaţia densităţii de lungime

Senzorii optici percep variaţia de diametru datorată atât variaţiei numărului de fibre din secţiunea transversală a firului testat, cât şi variaţiei torsiunii acestuia

Îngroşări Percepe îngroşarea ca variaţie de masă; cu neconcordanţe de percepţie a dimensiunilor acesteia

Senzorul optic percepe defectele vizual; măsurarea unidimensională induce erori

Creştere număr de fibre din secţiune, fără variaţii de diametru

Detectează defecte invizi-bile/ relevate prin finisare / vopsiri neuniforme

Nu percepe această categorie


1 2 3 4 Subţieri Subţierea/ scăderea

numărului de fibre din secţiunea firelor este detectată uzual

Scăderea diametrului nu are corespondenţă biunivocă cu numărul de fibre din secţiunea firului; semnalul de măsurare a diametrului este distorsionat de variaţiile de torsiune

Nopeuri Detectarea creşterilor de masă pe lungimi mici; se confundă şi cu scamele adiacente

Percepe variaţiile de diametru cu perioadă scurtă; senzorul unidimensional poate induce erori de evaluare

Evaluarea indicilor determinaţi în cazul firelor Indicele de neregula-ritate relativă

Cu calculul numărului de fibre din secţiunea produsului testat se stabileşte valoarea CVlim

Nu se poate determina

Determinare diametru

Nu se poate determina Valoarea este distorsionată la măsurarea unidimensională

Determinare densitate

Nu se poate determina Rezultă din relaţia număr-diametru

Influenţa condiţiilor metrologice de măsurare Parametrii de climat (umiditatea relativă a aerului, tempera-tura)

Impune respectaea parametrilor climei standard; Compararea rezultatelor este permisă numai în această condiţie

Rezultatele obţinute prin procedeele de măsurare optoelectronică sunt relativ independente de parametrii de climat

Aplicarea în controlul proceselor a tehno-logiilor de filatură

Optim în monitorizarea proceselor

Se restrânge la testarea firelor deoarece semifabricatele nu au forma geometrică stabilă

Standardizare Standarde internaţionale recunoscute în întreaga lume

Standardizat, 2001

IX.5.2.2.4.2. Instalaţii pentru determinarea neregularităţii produselor liniare

Instalaţiile electronocapacitive reprezintă mijloace de măsurare de laborator destinate evaluării nivelului şi conţinutului neregularităţii densităţii liniare a produselor liniare (din fibre: semifabricate şi fire, din filamente: fire filamentare).


Structura instalaţiilor electronocapacitive. Structura instalaţiilor electronocapacitive este adecvată la:

– măsurarea continuă, prin formarea şi prelucrarea semnalului metrologic f(t), care reflectă variaţia densităţii liniare a produsului testat;

– complexitatea mărimii de măsurat, care se apreciază prin indici şi funcţii. Instalaţiile electronocapacitive pentru determinarea neregularităţii conţin blocuri pentru: – formarea semnalului metrologic f(t)/ regularimetru, unitate de comandă, monitor /

pentru convertirea prin intermediul traductorului capacitiv a densităţii liniare în semnal electric şi prin comparaţie, raportarea ei ca abatere faţă de valoare medie;

– prelucrarea semnalului metrologic f(t), denumit după funcţie: integrator: calculează indicii de neregularitate, U%, CV%; indicator de imperfecţiuni: detectează depăşirea şi determină frecvenţa depăşirii

limitelor de control impuse prin standarde (folosit în exclusivitate pentru fire); analizor spectral: calculează amplitudinile spectrului lungimilor de undă; înregistrator: înregistrează graficul temporal al variaţiilor densităţii liniare a

produsului testat / diagrama; înregistrator: înregistrează graficul frecvenţial, spectrul lungimilor de undă

(spectrogramă). Perfecţionarea instalaţiilor electronocapacitive constă în: – compactizare structurală, bazată pe formarea şi prelucrarea semnalului metrologic

analogic: menţinerea şi extinderea funcţiilor de bază, perfecţionarea algoritmilor de prelucrare ai semnalului metrologic, mărirea vitezelor de testare (generaţiile 1; 2);

– realizarea sistemelor de măsurare prin compactizare structurală, bazată pe formarea semnalului metrologic numeric (în blocul denumit convertor de neregularitate), mărirea vitezelor de testare; prelucrarea semnalului numeric prin sistem de calcul (generaţia 3);

– implementarea sistemelor de măsurare în procesul tehnologic, bazată pe utilizarea sistemelor de măsurare şi perfecţionarea traductoarelor, prin adaptarea acestora la condiţiile de măsurare în proces (prin adoptarea unor principii constructive adecvate la noile condiţii de măsurare);

– utilizarea sistemelor de măsurare în monitorizarea neregularităţii produselor liniare (sistemele Uster Sliver – Data; Uster Cone- Data; Uster Rotor- Data);

– realizarea funcţiei de control şi reglare automată a densităţii liniare a semi-fabricatelor (benzilor);

– implementarea sistemelor Uster-Expert pentru creşterea operativităţii şi preciziei interpretării.

IX.5.2.2.4.2.1. Principiul de măsurare electronocapacitiv

Măsurarea variaţiei densităţii de lungime a produselor din fibre se realizează pe baza principiului capacitiv, în regim dinamic, şi presupune deplasarea produsului testat printre electrozii condensatorului de măsură, cu viteza constantă, v.

Prezenţa produsului liniar în fanta condensatorului de măsură (capacitate C0 în gol) este echivalentă cu a unui dielectric stratificat (material textil-aer, fig. IX.5.75), iar capacitatea acestuia constituie o variabilă dependentă de gradul de umplere, λ, definit prin raportul grosimii straturilor d, D, aflate la un moment dat între electrozii săi, conform relaţiei (IX.5.103).

Fig. IX.5.75. Principiul capacitiv.


Variaţia densităţii liniare a produsului testat este percepută în măsurarea capacitivă ca variaţie a gradului de umplere, λ, iar capacitatea condensatorului de măsură este dată de relaţia (IX. 5.104), din care rezultă condiţiile metrologice ale determinării.

0 0 0

0

0

;1 (1 )x

C CC

ε ⋅ε ⋅= =

λ − λ ε ⋅λ + ε ⋅ − λ+ε ε

(IX. 5.103)

1 .1 1

xCC

∆ λ λ= − ⋅

− λ ε − λ (IX. 5.104)

Condiţiile metrologice ale determinării 1. Sensibilitatea condensatorului de măsură este dependentă de valoarea raportului de

umplere λ şi, într-o mai mică măsură, de permitivitatea dielectrică a produsului liniar testat ε; pentru a elimina această dependenţă, raportul de umplere λ se limitează la valori foarte mici, care se obţin prin adoptarea fantei condensatorului de măsură în funcţie de fineţea produsului liniar testat (tabelul IX.5.38), astfel ca: λ = 0,05; 0,1 pentru care sensibilitatea devine constantă (fig. IX.5.76).

Tabelul IX.5.38

Alegerea condensatorului în funcţie de fineţe

Fanta 1 2 3 4 Nm 0,01-0,025 0,33-0,08 1,1-0,3 6,3-0,9

Tktex 10-40 3-12 0.9-3.3 0.16-1.1 Fanta 5 6 7 8 Nm 15-6,3 47-15 123-47 250-123 Ttex 66-160 21-66 8.1-21 4-8.1

Fig. IX.5.76. Sensibilitatea traductorului în funcţie de gradul de umplere λ.

2. Precizia de determinare este influenţată de uniformitatea vitezei de deplasare; staţionarea în fantă şi alunecările determină variaţii suplimentare ale capacităţii con-densatorului de măsură; deformarea produsului liniar testat prin tensiuni mari sau variabile în timpul desfăşurării determină variaţii ale gradului de umplere şi induce erori de măsurare.


3. Lungimea electrozilor lE (8; 16; 20 mm) limitează lungimea de undă minimă a variaţiilor periodice detectate în lungul produsului liniar şi asigură redarea în proporţie de 95% a componentelor periodice cu λ = 5 cm:

( ) (0) 13

EE

ICB I CB

l= ⋅ −

⋅ (IX.5.105)

IX.5.2.2.4.2.2. Componentele instalaţiei şi funcţiile acestora

Regularimetrul. Este blocul electronic care asigură formarea semnalului metrologic f(t) prin:

– dispozitivul de antrenare a materialului testat cu viteză şi tensiune constante; – lanţul metrologic de măsurare în cadrul căruia se asigură transformarea variaţiilor

densităţii liniare ale produsului testat în semnal proporţional / curent electric de intensitate variabilă, în următoarea succesiune:

∃conversia densităţii liniare/ grad de umplere în variaţie de capacitate, prin intermediul traductorului CX;

∃conversia variaţiei de capacitate în semnal de pulsaţie variabilă, prin compunerea oscilaţiilor generate de circuitele oscilante (de pulsaţie constantă ω şi respectiv, pulsaţie variabilă, ωx – fig. IX.5.77), conform relaţiei:

02 cos cos ,2 2

x xu u tω + ω ω + ω

= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (IX.5.106)

caracterizată de pulsaţia variabilă:

1 1 1 1 11 ;( ) 21

xC

CL C L C C L C C L CC

⎛ ⎞⎜ ⎟ ∆⎜ ⎟∆ω = − = − = ⋅⎜ ⎟⋅ ⋅ + ∆ ⋅ ∆ ⋅ ⋅

+⎜ ⎟⎝ ⎠

(IX.5.107)

∃conversia semnalului de pulsaţie variabilă în semnal tensiune variabilă, în fază cu variaţia densităţii liniare a produsului testat prin transformarea fază- tensiune (fig. IX.5.78) care se realizează în discriminatorul de frecvenţă; faţă de pulsaţia de acord, sunt posibile situaţiile:

*iω = ω , unde C Li i= şi în circuit rezultă: 0; 0;ei u= = (IX.5.108)

*iω ≠ ω , unde C Li i≠ şi în circuit rezultă: , ei u defazate cu φ. (IX.5.109)


Fig. IX. 5.77. Obţinerea semnalului de pulsaţie variabilă, u.

Fig. IX. 5.78. Principiul discriminatorului

de frecvenţă.

Transformarea fază - tensiune se obţine prin compunerea semnalelor (ui, uc, uL), a căror rezultantă reprezintă abaterile densităţii liniare faţă de valoarea medie sub forma unei tensiuni variabile, în fază cu acestea (fig. IX.5.79):

2 2 21 2 cos(90 )i C i Cu u u u u= + − ⋅ ⋅ ⋅ + ϕ

2 2 22 2 cos(90 )i L i Lu u u u u= + − ⋅ ⋅ ⋅ − ϕ

unde ( 90 ; 90 ).ϕ∈ − +o o

Pentru 90ϕ = − o se obţine:

1 2 ; min i C max i Lu u u u u u= − = +

Pentru 90ϕ = + o se obţine:

1 2 ; max i C min i Cu u u u u u= + = −

Fig. IX. 5.79. Compunerea semnalelor.

Fig. IX. 5.80. Semnalul metrologic f(t) = u1 + u2..

Cele două tensiuni variază între limitele determinate, după o lege cosinusoidală şi sunt

defazate cu 180o; egalitatea lor este posibilă doar în condiţia ωi = ω* (fig. IX.5.80) – reglajul valorii medii. După conversia tensiune- curent, semnalul poate fi vizualizat şi prelucrat după algoritmi de determinare ai indicilor şi funcţiilor pentru aprecierea nivelului şi conţinutului neregularităţii.


Formele de livrare ale semnalului metrologic f(t). Se menţionează Semnal Normal Test (NT) şi Semnal Inert Test (IT).

Semnal Normal Test. Semnalul NT, utilizat curent în controlul neregularităţii, reprezintă abaterea instantanee a densităţii liniare faţă de valoarea medie corespunzătoare produsului testat.

Observaţii: 1. Diagrama NT redă grafic semnalul, prin puncte de măsurare care reprezintă

segmente de produs de lungime l E şi indică limitele sale de variaţie. 2. Diagrama NT este standard de analiză, utilizat în instalaţiile (sistemele) de măsurare

(fig. IX.5.81 şi IX.5.82).

Fig. IX.5.81. Diagrama NT /în instalaţiile de măsurare.

Fig. IX.5.82. Diagrama NT /în sistemele de măsurare.

Fig. IX.5.83. Diagrama Uster – produs cu neregularitate întâmplătoare.


Fig. IX.5.84. Diagrama Uster – fir cu defecte.

Fig. IX.5.85. Diagrama Uster – fir cu imperfecţiuni.

Fig. IX.5.86. Diagrama Uster – fir cu defecte periodice. 3. În cadrul sistemelor / UT3, prin memorarea ordonatelor punctelor de măsurare

succesive se obţine funcţia de frecvenţă a abaterilor faţă de valoarea medie a densităţii liniare a produsului testat şi graficul acesteia, care evidenţiază: simetria, normalitatea (fig. IX.5.83), asimetrii generate de exces de imperfecţiuni (defecte) (fig. IX.5.84 şi IX.5.85), defecte periodice (fig. IX.5.86).

4. Funcţia de frecvenţă permite încadrarea produsului testat într-o formă tipică de neregularitate şi oferă posibilitatea unei transformări corecte U/ CV: CV = 1,253U (fig. IX.5.83); CV > 1,253U (fig. IX.5.84 şi IX.5.85); CV = 1,11U (fig. IX.5.86).

Semnal Inert Test. Semnalul IT este utilizat pentru protecţie şi reglare, pentru înregistrări grafice (diagrama IT) şi calculul ordonatelor funcţiei varianţă-lungime, CB (LS).


Semnalul IT/ f(t)* se obţine prin filtrarea f(t) şi redă variaţiile lente ale densităţii liniare/ componente cu lungime de undă medie şi mare (fig. IX.5.87):

1RC ⋅ω

– condiţia de filtrare

R·C = τ = 0,056 – constantă de timp

22 21

iu R iC

= + ⋅⋅ω

– semnal de intrare

iC

ue ⋅ω⋅

= 221 – semnal de ieşire

2 2

1e

i

uu

=τ ⋅ω

– caracteristica de filtrare

Observaţii: 1. Caracteristica de filtrare (fig. IX.5.88) evidenţiază lungimea aparentă a electrodului

Lae = Ls (lungime de undă maximă filtrată sau de secţionare) şi domeniile de atenuare (redare) a componentelor periodice:

Lae = Ls = t ⋅ v. (IX.5.110)

2. Filtrul reţine componentele de pulsaţie ridicată ale f(t)/ dependente de viteza de testare, v; creşterea pulsaţiei semnalului de intrare la creşterea vitezei de testare determină creşterea lungimii de undă a componentelor filtrate. Filtrarea este echivalentă cu creşterea lungimii electrodului de măsură, lungime aparentă (fig. IX.5.88).

Studiul diagramelor NT şi IT este relevant prin elementele specificate în tabelul IX.5.39.

Fig. IX.5.87. Filtru RC.


Fig. IX.5.88. Caracteristica de filtrare; domenii de atenuare/ redare.

Fig. IX.5.89. Diagrama IT.

Tabelul IX.5.39

Argumentele utilizării diagramelor NT/IT

Diagrame NT Diagrame IT

Determinarea limitelor de variaţie ale semnalului NT, proporţionale cu U%; CV%

Determinarea limitelor amplitudinii de variaţie ale semnalului de măsurare

Caracterul variaţiei amplitudinii în lungul materialului testat

Evidenţierea unor defecte periodice, cu perioadă mare

Simetria/asimetria semnalului Stabilirea regimului de analiză spectrală(viteza testului)

Repartiţia punctelor de măsurare în jurul valorii medii a semnalului/ împrăştierea

Calculul amplitudinilor funcţiei CB(L)

Integratorul. Este un calculator analogic, adaptat la: – algoritmul de calcul al neregularităţii liniare (U); – algoritmul de calcul al neregularităţii pătratice (CV); Integrarea se efectuează cu filtrul RC, care mediază semnalul f(t) şi f(t)* redresat

(fig. IX.5.90), de unde rezultă δ(t); principiul de calcul este conform relaţiilor:


0

100% dL

iU x X lX L

= ⋅ −⋅ ∫ , (IX.5.111)

2

0

100 1 ( ) dT

tCV x X tLX

= −∫ , (IX.5.112)

2

21iu R i

C⎛ ⎞= + ⋅⎜ ⎟ω⋅⎝ ⎠

, (IX.5.113)

1e iu i K u

C= ⋅ = ⋅

ω⋅, (IX.5.114)

.iui

R= (IX.5.115)

Integrarea se aplică: – semnalelor NT: calculul U%, CV% (redă nivelul neregularităţii); – semnalelor IT: calculul CVLs % (reprezintă ordonata CB(Ls)).

Observaţii: 1. Prin integrarea semnalelor NT, IT se obţin valorile indicilor pentru aprecierea

nivelului neregularităţii, U, CV% şi, respectiv, CV(Ls), ale căror valori se raportează la lungimea electrodului de măsură/ neregularitate structurală şi, respectiv, la lungimea aparentă a electrodului de măsură (ordonatele funcţiei varianţă-lungime).

2. Nivelul neregularităţii structurale se apreciază prin comparaţie cu neregularitatea limită, ce corespunde modelului structural al înşiruirilor de fibre (CVlim) (modelul Martindale), caracterizat de repartiţia întâmplătoare a fibrelor în secţiunea transversală a înşiruirii (rela-ţia IX.5.116); comparaţia se realizează prin indicele de neregularitate relativă (relaţia IX.5.117) şi ale cărui valori sunt cuprinse în standardele statistice Uster, pentru diferite categorii tehnologice de produse (Uster Statistics 1989, 1997):

( )( , )!

sm

sns

nP n m em

−= ⋅ (IX.5.116)

ef

lim

CVI

CV= (IX.5.117)

3. Nivelul neregularităţii structurale se încadrează în niveluri de neregularitate, prin standarde statistice Uster – corespunzătoare unei categorii tehnologice de produse (compoziţie fibroasă, parametri nominali, tehnologie de prelucrare şi sisteme de filare identice).

4. Valorile CB (Ls) se încadrează în standarde statistice (Uster Statistics 1989, 1997, 2001).

5. Nivelul de neregularitate se regăseşte în proprietăţile mecanice, care afectează prelucrabilitatea produselor, în frecvenţa ruperilor, în aspectul produselor prelucrate din acestea (exemplu: excesul de: neregularitate structurală, aspect neliniştit; neregularitate pe porţiuni medii, dungi, bare; neregularitate pe porţiuni lungi, variaţia masei pe unitatea de suprafaţă).

Fig. IX.5.90. Filtrul RC – trece-sus (calculul Uef).


6. La instalaţiile capacitive, funcţia varianţă-lungime este reprezentată prin puncte; numărul punctelor este determinat de numărul de valori selectate pentru viteza de testare; aceasta determină, la aceeaşi caracteristică de filtrare, lungimea de secţionare Ls (tabelul IX.5.40), lungimea aparentă a electrodului, Lae (Ls = k·τ·v/100 pentru UC; Ls = τ·v/100 pentru UT1, iar τ, constanta de timp, este 0,056).

Tabelul IX.5.40

Valorile lungimii de secţionare / IT, în funcţie de viteza de testare

UC, UT 1 v, m/ min 2 4 8 25 5o 100 200 400*

Ls, cm 14 26 50 150 285 550 1050 2000*

7. Instalaţia UT2 este prevăzută cu o baterie de filtre (τ = LF) cu 7 valori, care permite alegerea condiţiei optime de filtrare a semnalului şi evidenţierea componentelor cu lungime de undă determinată; în figura IX.5.91 se determină valoarea factorului LF în funcţie de lungimea de undă semnificativă.

8. În sisteme / UT3, CB(Ls) se calculează numeric pentru un număr practic nelimitat de puncte.

9. Funcţia CB(L) permite analiza şi localizarea surselor neregularităţii pe faze de proces productiv. Ordonatele traseului efectiv al CB(L) se compară cu ordonatele teoretice; abaterile sunt interpretate ca surse tehnologice de neregularitate generate de o anumită fază de proces. Analiza CB(L) (fig. IX.5.92) se bazează pe:

– propagarea neregularităţii în procesul de laminare ideală: neregularitatea generată la faza i pe lungimea lf, se transmite pe lungimea Π(L)·L după laminarea Π(L);

– sursele de neregularitate sunt independente. Localizarea fazei se realizează prin valoarea Ls: Ls = lf ·Π(Li·Li + 1·Li + 2·..... ) unde Li

reprezintă laminajul în fazele succesive ale procesului tehnologic de prelucrare. În reprezentarea din figura IX.5.92 se deduce că flaierul este „responsabil” de anomalia evidenţiată în realizarea firului.


Fig. IX.5.91. Determinarea valorii optime a factorului LF.

Fig. IX.5.92. Localizarea pasajului defectuos pe baza curbei B(L) a firului din bumbac.


Analizorul spectral. Analizorul spectral (blocul destinat determinării amplitudinii variaţiilor periodice în funcţie de lungimea de undă) este un calculator analogic destinat aproximării printr-o serie Fourier, cu un număr finit de termeni, a semnalului f(t):

2

00

( ) sin cosk kf t a b k t c k tπ

= + ⋅ ω + ⋅ ω∑ (IX.5.118)

unde: ao este valoarea medie a semnalului; bk; ck – coeficienţii termenilor dezvoltării;

2

0

1 ( )sin dkb f t k t tπ

= ωπ ∫ (IX.5.119)

2

0

1 ( )cos dkc f t k t tπ

= ωπ ∫ (IX.5.120)

2 2 ;k k kA b c= + arctg /k k kb cϕ = (IX.5.121)

Blocul operează conform algoritmul din figura IX.5.93, fiind prevăzut cu un număr de filtre RC, de bandă de frecvenţă determinată (35 /UC; 55 /UT2). În sisteme (UT3, Keisokki), transformata Fourier este obţinută prin calcul numeric.

Fig. IX.5.93. Algoritmul de calcul analogic al amplitudinii (SPG) în blocul de analiză spectrală.

Prin aplicarea algoritmului de calcul analogic/instalaţii; numeric/ sisteme se obţine

spectrul lungimilor de undă, a cărui reprezentare grafică de tip frecvenţial, A k (λ) se numeşte spectrogramă. Deoarece filtrele RC lucrează pe anumite benzi de frecvenţă, testarea cu viteze diferite plasează spectrul într-un domeniu determinat al lungimilor de undă (tabelul IX.5.41).

Tabelul IX.5.41

Domeniul de redare al lungimilor de undă în funcţie de viteza de testare

Condiţii de testare 1 2 3 4 5 6

Viteza materialului (m/min) 8 25 50 100 200 400 Lungimea de undă (m) 0.80 2,5 5 10 20 40

Spectrograma rezultată prin calcul/aproximarea Fourier este prezentată în figura IX.5.94: – se standardizează/prin multiplicarea ordonatei cu 1/ CVef; – se compactizează în abscisă, prin utilizarea scării logaritmice; – se înregistrează automat.


Spectrograma indică, prin demarcarea semnificativă a amplitudinii, componentele neregularităţii: aleatoare (creştere uniformă), periodice (creştere selectivă) şi semiperiodice (creştere grupată).

Spectrogramele permit detectarea şi localizarea surselor componentelor periodice şi semiperiodice ale neregularităţii; amplitudinea reflectă nivelul de semnificaţie al componentei, iar lungimea de undă permite localizarea, care presupune comparaţia spectrogramei cu:

– spectrul ideal / în analizele de fir; – spectrul normal / în analizele de semifabricat.

Spectrul ideal corespunde produsului ideal (model Martindale), redă conţinutul neregularităţii limită şi se calculează conform relaţiei Felix (IX.5.122):

*log

sin llA

n lλ

π ⋅λ= ⋅

π ⋅ π ⋅λ

(IX.5.122)

în care: n este numărul de fibre din secţiunea transversală; l – lungimea medie a fibrelor componente; λ – lungimea de undă.

Amplitudinea maximă din spectrul ideal se obţine pentru:

λ0 = (2,7-3)·lf (IX.5.123)

şi identifică produsul în funcţie de tipul de fibră prelucrat. Spectrul ideal se utilizează în forma standardizată, obţinută prin amplificarea

amplitudinilor cu 1/Ulim; 1/CVlim; standardizarea are ca efect încadrarea tuturor spectrogramelor în aceleaşi ordonate (fig. IX.95); spectrele ideale se identifică prin abscisa corespunzătoare amplitudinii maxime: λ = (2,7-3)·lf.

Datorită standardizării toate spectrele ideale au aceeaşi ordonată maximă.

Fig. IX.5.94. Spectrograma relevând componente

aleatoare, periodice şi semi-periodice ale neregularităţii.

Fig. IX.5.95. Spectrograme ideale standardizate, produse din fibre de: bumbac; chimice; lână.


Spectrograma corespunde produsului testat, reprezintă rezultatul transformării Fourier a semnalului metrologic f(t) şi reflectă conţinutul spectral al neregularităţii materialului testat; amplitudinile spectrogramei / produs testat depăşesc amplitudinile spectrului ideal / model statistic; aria delimitată de acestea este proporţională cu neregularitatea suplimentară, introdusă prin procesul tehnologic de prelucrare (fig. IX.5.94).

Spectrul normal se obţine unind ordonatele minime ale spectrogramei reprezentând un produs fără defecte; acesta se utilizează în interpretarea spectrogramelor obţinute la testarea semifabricatelor, care, din cauza neconcordanţei maximelor, nu se pot compara cu spectrele ideale (fig. IX.5.95).

Analiza calitativă a spectrogramelor reale. Spectrograma redă neregularitatea unui produs real, care conţine:

– componenta aleatoare, corespunzătoare modelului statistic, CV lim, datorată aşezării întâmplătoare a fibrelor (conţinută de orice produs din fibre) – spectru continuu;

– componenta aleatoare suplimentară, datorate realizării produsului în condiţiile unui proces tehnologic real (creştere uniformă a ordonatelor spectrului limită) – spectru continuu;

– componente periodice (defecte mecanice, datorate surselor de perturbaţii ce intervin periodic asupra fluxului de material fibros – determină creşterea anumitor amplitudini) –spectru de linie, defecte mecanice;

– componente semiperiodice (defecte tehnologice datorate controlului insuficient asupra deplasării fibrelor flotante în câmpurile de laminare) – spectru continuu, undă de laminare.

Spectrograma constituie rezultatul superpoziţiei acestor componente, cu repezentări grafice tipice.

Defectele mecanice rezultă în interacţiunea dintre organele lucrătoare, elementele constructive şi materialul prelucrat şi se manifestă ca perturbaţii de formă determinată ale repartiţiei întâmplătoare a fibrelor, caracterizată frecvenţial, prin lungime de undă – de repetiţie, în lungimea produsului debitat în unitatea de timp:

DVn

λ = (IX.5.124)

Perturbaţiile pot fi generate constructiv, principial şi funcţional / geometrie; geometrie de montaj; stare. La controlul prin spectrogramă au fost identificate semnale perturbatoare de tip: sinusoidal, tringhiular simetric, dreptunghiular, impuls unilateral, impuls bilateral, dinte de ferăstrău, a căror apariţie este determinată de forma şi funcţionarea organului de lucru cu care se asociază (tabelul IX.5.42).

Defectele tehnologice (unde de laminare) sunt cauzate de controlul insuficient asupra fibrelor flotante şi se localizează prin lungimea de undă, a cărei valoare identifică forma primară pentru câmpul de laminare principal:

0λ = (2,7-4)·If (IX.5.125) şi forma propagată/ prin laminare:

λ = L·λ0, (IX.5.126)

unde: L este laminajul aplicat după câmpul cu funcţionare defectuoasă. Lungimile de undă 0λ şi λ se identifică cu valorile lungimilor de undă corespunzătoare

debitării din câmpul de laminare, respectiv a defectului primar /cauzat de câmpul de laminare principal şi a defectului propagat, generat în câmpul de laminare preliminar; această identitate reflectă controlul insuficient asupra grupărilor de fibre flotante, repartizate aleatoriu în lungul produsului alimentat, dar în funcţie de frecvenţa debitorului câmpului de laminare, în lungul produsului testat.


Tabelul IX.5.42

Clasificarea defectelor periodice în funcţie de forma semnalului perturbator

Forma semnalului Spectrograma produsului

Organul de lucru

Localizarea defectului

1. Sinusoidal, fără armonice

Cilindru debitor excentric în trenul de laminat

2. Triunghiular, simetic cu componentele: fundamentală, armonice pare şi impare

Variaţii ale tensiunii de înfăşurare la inversarea sensului de depunere

3. Impuls bilateral cu componentele: fundamentală

Defect introdus de aparatul divizor al cardei de lână

4. Impuls bilateral cu armonice pare şi impare

Acumularea impurităţilor şi prafului în rotor la maşina OE

5. Impuls unilateral cu armonice impare

Sudură rigidă la cureluşa superioară TL la MFI.

Metodologia de control defectoscopic prin spectrogramă. Prin analiza cantitativă a

spectrogramelor reale se stabileşte semnificaţia şi se localizează sursele defectelor detectate (control defectoscopic); acestea se caracterizează prin:

– amplitudine (ordonată), reflectă neregularitatea produsului (gravitatea defectului); – lungime de undă (abscisă), localizează sursa. Defectele mecanice şi tehnologice induse de faza de prelucrare curentă se identifică

direct prin studiul spectrogramei produselor: forma primară, forma propagată; identificarea


poate fi îngreunată de coincidenţe, în cazul defectelor mecanice (a căror existenţă se evidenţiază prin relaţii de calcul).

Tabelul IX.5.43

Metodologia de aplicare a controlului defectoscopic

1. Nivelul de semnificaţie al defectelor detectate

Neregularitatea suplimentară introdusă prin defect Amplitudine b > a/2 2. Localizarea surselor de neregularitate

Metoda tahometrică

Lungimea de undă a defectului/ funcţie de frecvenţa de repetiţie în unitatea de lungime a produsului debitat: – defecte mecanice: primare; propagate; – surse: organe lucrătoare; elemente constructive*

Frecvenţa sursei

DVn =λ

* DVnz

=⋅ λ

Metoda analitică Lungimea de undă a defectului/ funcţie de dimensiunile organelor lucrătoare şi de parametrii tehnologici de prelucrare: – defecte mecanice: primare; propagate**; – surse: organe lucrătoare; – defecte tehnologice: primare; propagate**; – surse: câmpuri de laminare***

Geometria sursei d λ

=π

**dL

λ=

π ⋅

0 3 fIλ ≅ ⋅

0L λ

=λ

* z – numărul de dinţi /element constructiv: roata dinţată; **

0Lλ = ⋅ λ – lungimea de undă a defectului tehnologic propagat, prin laminare; *** L – laminajul aplicat după generarea defectului/ defect propagat.

Defectele mecanice şi tehnologice induse de fazele de prelucrare anterioare se

identifică în spectrogramele realizate la viteze mari de efectuare a analizei (fig. IX.5.96), fiind caracterizate de limite largi de variaţie ale lungimilor de undă (rezultate prin propagare), de coincidenţe (sursele din câmpul de laminare generează acelaşi efect).

Fig. IX.5.96. Relevarea defectelor propagate la creşterea vitezei de testare/ spectre lungi.


IX.5.2.2.4.2.3. Aplicaţii ale controlului defectoscopic prin spectrogramă în filatura de bumbac

Controlul prin spectrogramă la cardă Consideraţii asupra incidenţei defectelor în spectrograma benzii cardate. Interpretarea

şi localizarea defectelor din spectrograma benzii cardate sunt îngreunate de defecţiuni mecanice şi tehnologice care produc perturbări ale densităţii de lungime, nedetectabile la utilizarea instalaţiilor clasice, datorită valorii mari a laminajelor (exemplu: defectele cores-punzătoare zonei de alimentare pot fi redate doar la lungimi de undă foarte mari), cât şi efectului de uniformizare realizat prin cardare.

Defecţiunile din zona de alimentare se reflectă în variaţii întâmplătoare ale densităţii de lungime pe porţiuni lungi sau medii şi în valoarea mare a neregularităţii U % (CV %), deci, în calitatea necorespunzătoare a cardării.

Defecţiunile din zona de debitare şi cele din lanţul cinematic al cardei determină variaţii periodice ale densităţii de lungime ale benzilor cardate, relevate la controlul prin spectrogramă.

Defecţiunile mecanice şi tehnologice ale cardei se regăsesc în calitatea benzii cardate prin forme tipice de neregularitate: întâmplătoare, periodică şi semiperiodică, ale căror cauze sunt prezentate succint în figura IX. 5.97.

Defecte Cauze Spectrograma

Neperiodice (aleatoare)

– sul de pătură defect – derulare defectuoasă a păturii

– fără reprezentare specifică cu ampli-tudine variabilă

Tehnologice (semiperiodice)

– garnituri deterioarate – ecartamente necorespunzătoare – laminaje necorespunzătoare

– unde de laminare

Periodice (mecanice)

– deficienţe ale sistemului de antrenare – funcţionare cu şocuri – lagăre uzate; garnituri deterioarate, accidental, lângă

debitare –deformări ale axelor

– spectru de linie cu lungimi de undă identificabile

Fig. IX.5.97. Sursele variaţiilor aleatoare şi periodice ale benzilor cardate.

Sistemele moderne de testare a neregularităţii permit extinderea domeniului de redare a

lungimilor de undă, relevarea defectelor periodice cu lungime de undă mare fiind rezolvată atât prin sistemul de măsurare UT3 cât şi prin sistemele de control şi reglare automată a titlului benzilor debitate.

Particularităţi în controlul defectoscopic aplicat la cardă.Spectrograme obţinute în condiţii optime de cardare. Controlul defectoscopic prin spectrogramă se bazează pe utilizarea metodei analitice şi a metodei tahometrice. Simularea individuală a perturbaţiilor pentru câte un element constructiv, în ansamblul funcţionării corecte a tuturor celorlalte (la cardele Unirea 3C, Unirea 4 C), înlesneşte interpretarea tehnologică corectă şi completă, permiţând vizualizarea defectelor.

Banda cardată poate fi realizată ca produs fără defecte mecanice sau tehnologice, în situaţia în care sunt respectate prescripţiile pentru parametrii tehnologici de funcţionare optimă (tabelul IX. 5.44), iar starea organelor de lucru este corespunzătoare.

Spectrograma produsului fără defecte (fig. IX. 5.98 – spectrul normal) se caracterizează prin amplitudini reduse pentru toate lungimile de undă redate prin analiză.


Amplitudinea maximă se localizează la o lungime de undă medie, în funcţie de lungimea medie a fibrelor prelucrate l = 4lf.

Fig. IX. 5.98. Spectrograma unei benzi cardate fără defecte.

Tabelul IX.5.44

Principalii parametri tehnologici recomandaţi la cardare

Parametrul Carda „Unirea 3 C” Carda „Unirea 4 C”

Laminaj total 90-110 90-110 Roata de laminaj 22-27 22-27 Roata de producţie 15-30 15-42 Producţia, kg/h 10-20 20-30

Observaţii: Calculul efectiv al lungimilor de undă probabile pentru schemele cinematice şi elementele

caracteristice ale cardelor a permis stabilirea domeniilor de variaţie ale lungimilor de undă, constatându-se:

– existenţa unor frecvente superpoziţii: pentru lungimile de undă cuprinse între 15 şi 20 cm sunt opt posibilităţi de interpretare ale aceluiaşi defect, iar localizarea corectă presupune eliminarea succesivă a tuturor cauzelor probabile;

– lungimile de undă ale defectelor constatate variază în limite foarte largi: in-diferent de varianta constructivă a maşinii, în spectrul benzii cardate pot fi găsite defecte cu lungime de undă mică (cm), lungime de undă medie (1 m) şi lungime de undă mai mare de 10 m;

– lungimile de undă corespunzătoare organelor de lucru nu se prezintă în ordine crescătoare de la alimentare la debitare, deoarece turaţiile organelor de lucru sunt stabilite astfel încât să realizeze efectele de condensare ale stratului de material fibros (rupător-tambur; tambur-perietor); astfel se motivează faptul că lungimile de undă proprii rupătorului sunt apropiate de cele ale cilindrilor debitori.

Localizarea defectelor prin controlul spectrogramelor benzilor cardate. Controlul benzilor cardate s-a realizat prin simularea defecţiunilor mecanice şi tehnologice de maximă frecvenţă (tabelul IX. 5.45), constând din:

– neconformităţi ale ecartamentelor; – starea neconformă a garniturilor; – starea neconformă şi funcţionarea necorespunzătoare a elementelor constructive.


Tabelul IX.5.45

Defecte tipice în spectrograma benzii cardate

1. Ecartamente neconforme 1. Ecartamentul Profil

masă alimentare-Rupător – funcţie: desfacerea

ghemotoacelor (80-90%) – valori neconforme:

insuficienta desfacere a ghemotoacelor, pierderi de fibră necontrolate

2. Ecartamentul Rupător – Cuţit

– funcţie: eliminare impurităţi, defecte fibră; menţinerea fibrelor lungi pe garnitura R

– valori neconforme: pier-deri de fibră necontrolate

3. Ecartamentul Rupător-Tambur

– funcţie: asigură transferul masei fibroase R-T (cooperând cu alţi factori tehnologici)

– valori neconforme: transfer defectuos; creşte procentul de fibre reveni-te în zona de alimentare, rulate, ca nopeuri

4. Ecartamentul Tambur-Lineale

– funcţie: cardare propriu-zisă – individualizarea fibrelor, uniformizarea stratului fibros prin efect pulsator şi dublaj pe tambur

– valori neconforme: reducerea procentului de extracţie; creşterea frec-venţei nopeurilor în văl

5. Ecartamentul Tambur- Perietor

– funcţie: asigură transferul fibrelor de la T la P, prin acţiunea forţei centrifuge şi a curenţilor de aer creaţi în zona de transfer

– valori neconforme: determină reducerea coeficientului de transfer şi creşterea frecvenţei nopeurilor în văl



Ecartamentele neconforme determină variaţii aleatoare ale titlului benzii cardate, deci creşterea componentei aleatoare a neregularităţii, şi se reflectă în spectrogramă prin creşterea uniformă a amplitudinii pe toată gama lungimilor de undă relevate

2. Starea neconformă a garniturilor 1. Garnitura

Rupătorului – funcţie: dislocă

ghemotoacele din stratul alimentat, pe toată lăţimea de lucru şi le transportă spre T

– starea neconformă: orice deteriorare accidentală a suprafeţei active a R determină disconti-nuităţi în transferul materialului fibros pe T; reducerea efi-cienţei destrămării şi curăţirii

2. Garnitura Tamburului

– funcţie: asigură grad de cardare T-L co-respunzător; asigură grosimea stratului fibros transferat pe perietor

– starea neconformă: deteriorarea acci-dentală influenţează negativ gradul de cardare

3. Garnitura Perietorului

– funcţie: asigură uniformizarea şi amestecarea stra-tului fibros preluat de pe T

– starea neconformă: deteriorarea acci-dentală influenţează negativ transferul fi-brelor de pe T pe P

Starea neconformă a garniturilor organelor de lucru ale cardei determină variaţii periodice ale titlului benzii cardate care sunt redate în spectrogramă prin defecte mecanice, a căror lungime de undă este determinată de turaţia corespunză toare acestora; amplitudinea defectului este relevantă pentru gravitatea defectului



3. Starea şi funcţionarea neconformă a elementelor constructive 1. Roata de laminaj

total – funcţie: în lanţul

cinematic de transmisie P-CA, asigură continuitatea şi uniformitatea alimentării cardei

– starea neconformă: uzura avansată sau deteriorarea accidentală creează alimentare discon-tinuă a cardei

2. Roata de producţie – funcţie: în lanţul

cinematic de transmisie spre P, asigură continuitatea şi uniformitatea preluării fibrelor de pe tambur cât şi a detaşării vălului

Deteriorarea sau uzura garniturilor sau roţilor determină diminuarea modului de îndeplinire a funcţiilor şi, în consecinţă, apariţia în spectrogramă a defectelor periodice, cu lungimea de undă VD/n, unde n este turaţia organului sau elementului constructiv cu funcţionare defectuoasă; amplitudinea defectului este determinată de nivelul uzurii sau deteriorării. Organele de lucru sau elementele constructive plasate pe acelaşi ax generează defecte cu aceeaşi lungime de undă; identificarea lor se face prin verificare individuală, în ordinea accesibilităţii.

Controlul prin spectrogramă la laminor Consideraţii asupra incidenţei defectelor în spectrograma benzii laminate. Faza

tehnologică de laminare constituie locul cel mai propice de apariţie a defectelor şi de creştere a neregularităţii densităţii de lungime a benzii debitate.

Această particularitate se justifică prin următoarele: – operaţia de laminare presupune creşterea neuniformităţii densităţii liniare a benzilor,

în funcţie de eficienţa controlului deplasării fibrelor în câmpul de laminare; – creşterea este mai accentuată la prelucrarea fibrelor din bumbac 100 % sau în amestec

cu fibre chimice, pentru care stabilirea ecartamentelor optime poate fi dificilă; – turaţiile organelor de lucru sunt relativ mari; – fiabilitatea mecanică şi tehnologică a trenului de laminare este redusă. Banda laminată prezintă defecte aleatoare, periodice şi semiperiodice evidente în

spectrul lungimilor de undă (figura IX. 5.98. ); cauzele acestora sunt prezentate în figură. Spectrograme obţinute în condiţii optime de laminare. Particularităţi în controlul

defectoscopic aplicat la laminor. Controlul defectoscopic prin spectrogramă (bazat pe metoda analitică şi respectiv metoda tahometrică) s-a aplicat la laminorul „Unirea LB” – dublaj 6; 8, pasajele I; II.

Banda laminată, fără defecte mecanice sau tehnologice, se obţine în situaţia respectării prescripţiilor pentru parametrii tehnologici de funcţionare optimă ai trenului de laminare 3/4


(tabelul IX. 5.46), la starea corespunzătoare a organelor de lucru. Simularea individuală a perturbaţiilor pe elemente constructive, în ansamblul funcţionând corect, a permis identificarea defectelor prin lungimea de undă.

Spectrograma produsului fără defecte (spectrul normal) se caracterizează prin ordonate minime pentru toate lungimile de undă în domeniul de redare. Amplitudinea maximă se plasează în abscisă în funcţie de lungimea medie a fibrelor prelucrate: lmax = 3lf, deci, spectrogramele normale se vor particulariza în funcţie de sistemul de filare adoptat: cardat (fig. IX. 5.100) şi, respectiv, pieptănat (fig. IX. 5.101).

Defecte Cauze Spectrograma Defecte aleatoare: din alimentare

– funcţionarea incorectă a aspiraţiei şi curăţitorilor din zona trenului de laminare

– laminaje false la alimentare, frânări, agăţări

– fără reprezentare specifică

– valoare mărită de neregularitate

Defecte aleatoare: din prelucrare

– laminaj neîncadrat în limite tehnologice – ecartament necorespunzător şi nerespectarea

paralelismului cilindrilor; – presiune necorespunzătoare; neuniformă – laminaje false – frânări periodice în jgheabul conducătorilor de

bandă

– unde de laminare

Defecte periodice: mecanice

– organele trenului de laminare deteriorate, cu excentricităţi – angrenaje defectuoase

– depunere în cană defectuoasă prin deficienţe în transmisia cinematică

– spectru de linie identificat pe 1-2 benzi de frecvenţă

Fig. IX.5.99. Defecte tipice pentru banda laminată.

Tabelul IX.5.46

Parametrii tehnologici recomandaţi la laminor

Materia primă Zona de laminare

Fineţea benzii Nm

Laminaj Ecartament, mm Pasaj I Pasaj II Pasaj I Pasaj II

Bumbac cardat; Fibre chimice

E2 0,18-0,24 0,24-0,30

1,4 1,03 lf + (12 – 10)lf + + (10 – 8)

lf + (16 – 14)

E1 0,18-0,240, 0,24-0,30

4,3-5,7 5,8 – 7,7 lf – (1 – 3)lf – – (2 – 4)

lf – (1 – 2)lf – – (2 – 4)

Bumbac pieptănat E2 0,18-0,30 1,03 1,03 lf + (16 – 14) lf + (16 –14) E1 0,18-0,240,

0,24-0,3 5,8-7,7 5,8-7,7 lf – (1-3)lf –

– (2 – 4) lf – (1-3)

Fig. IX.5.100. Spectrograma benzii de laminor fără defecte (bumbac 100%, cardat).


Fig. IX.5.101. Spectrograma benzii de laminor fără defecte (bumbac 100%, pieptănat).

Observaţii: Domeniul de variaţie al lungimilor de undă, stabilit prin calcul (aplicaţie laminorul

„Unirea LB”), relevă următoarele: – spectrograma benzii laminate are selectivitate mai bună faţă de cea obţinută pentru

banda cardată, cu suprapuneri în limitele lungimilor de undă de 30-40 cm şi respectiv 70 cm-1 m; – în cazul propagării defectelor din banda cardată, se utilizează viteze de testare mari ce

permit extinderea domeniului de redare a lungimilor de undă/probe testate la viteza curentă (v = 25m /min).

Localizarea defectelor prin controlul spectrogramelor benzilor laminate. Controlul prin spectrogramă al benzilor laminate s-a realizat prin simularea unor defecţiuni mecanice şi tehnologice (tabelul IX. 5.47), care s-au grupat în patru mari categorii:

– alimentarea; – parametrii de reglaj ai trenului de laminare; – organele de lucru ale trenului de laminare; – starea şi funcţionarea angrenajelor.

Tabelul IX.5.47

Defecte tipice în spectrograma benzii laminate

1. Parametri de reglaj neconformi în trenul de laminare 1. Modul de alimentare – funcţie: alimentarea

corectă creează premisele obţinerii benzii laminate de calitate

– neconformităţi la alimentare: neres-pectarea dublajului impus, laminajele false şi defectele benzilor alimentate (cu neregularitate crescută; cu defecte periodice) deter-mină defecte propa-gate cu lungimi de undă mari



2. Laminajele Lt, Lp – funcţie: condiţie a

laminării corecte – neconformităţile

parametrilor de reglaj: determină creşterea neregula-rităţii benzii prin apariţia undelor de laminare cu lungimea de undă: λ = λ0, în exemplu, sau λ = L· λ0

3. Ecartamentele A-I; I-D

– funcţie: condiţie a laminării corecte

– neconformităţile parametri lor de reglaj: determină creşterea neregula-rităţii benzii debitate, prin unde de laminare cu λ = λ0, λ = L· λ0 (ultimul defect este ilustrat grafic)

4. Forţa de presare – funcţie: condiţie a

laminării corecte – neconformităţile

parametrului de reglaj determină diminuarea controlului exercitat asupra fibrelor în câmpul de laminare (abaterea forţelor de presare faţă de valoarea de referinţă determină creşterea neregularităţii benzilor debitate)

2. Starea neconformă a oganelor de lucru ale trenului de laminare 5. Starea

cilindrilor şi manşoanelor

– funcţie: condiţie a laminării corecte



– neconformităţile de stare influ-enţează negativ fiabilitatea mecanică şi tehnologică (ca-neluri cilindri inferiori, man-şoane cilindri superiori) şi determină creşterea neregularităţii benzilor debitate prin defecte periodice a căror lungime de undă este determinată de turaţia organului neconform, λ = VD/n

3. Starea şi funcţionarea neconformă a angrenajelor 6. Starea şi

funcţionarea angrenajelor

– funcţie: condiţie a laminării corecte prin asigurarea vitezelor/ laminajelor impuse

– neconformităţile de stare: geometrie de montaj, uzura rulmenţilor, apariţia jocurilor în lagărele cilindrilor inferiori determină creşterea neregularităţii benzilor debitate prin defecte peri-odice cu lungimea de undă λ = VD/n

Neconformităţile de alimentare, de adoptare a parametrilor tehnologici şi de stare sau funcţionare a organelor lucrătoare şi a elementelor constructive determină creşterea neregularităţii benzilor laminate prin componente aleatoare, semiperiodice(defecte tehnologice) şi periodice (defecte mecanice).


Controlul prin spectrogramă la maşina de pieptănat Consideraţii asupra incidenţei defectelor în spectrograma benzii pieptănate. Operaţia

de pieptănare a fibrelor de bumbac are ca scop principal eliminarea unui procent important de fibre scurte (rămase în semifabricat în urma operaţiilor anterioare), asigurând totodată eliminarea nopeurilor şi a impurităţilor rămase de la fazele anterioare. Extragerea fibrelor scurte determină creşterea uniformităţii densităţii de lungime a benzii pieptănate. Maşinile de pieptănat pot extrage un procent de 5-30% fibre scurte (recomandabil, maxim 18 %), adoptat corespunzător destinaţiei firelor. Pieptănarea corespunzătoare presupune asigurarea reglajelor corecte la mecanismele fiecărui cap de pieptănare, dar şi omogenitatea efectuării reglajelor pe întreaga maşină.

Operaţia de pieptănare se realizează ciclic, prin fazele de: scindarea păturii alimentate, separarea fibrelor lungi de cele scurte şi lipirea fasciculelor de fibre pieptănate. Chiar în cazul funcţionării corecte a maşinii de pieptănat, se modifică structura iniţială a benzii, ajungându-se de la o distribuţie aleatoare a fibrelor în lungul înşiruirii la distribuţia fibrelor în fascicule paralelizate şi suprapuse parţial. Modul de ordonare se reflectă într-o variaţie periodică a numărului de fibre în secţiunea transversală a vălului debitat, deci creşterea neregularităţii benzii pieptănate chiar în condiţii de debitare asimetrică a vălului şi de realizare a dublajului pe masa de reunire a benzilor pieptănate. Defectele tipice ale benzilor pieptănate sunt prezentate în figura IX.5.102.

Defecte Cauze Spectrograma Defecte aleatoare:

– imperfecţiuni ale lanţului cinematic care transmite mişcarea spre mecanismele capului de pieptănare

– fără reprezentare specifică – valoare mărită de

neregularitate Defecte semiperiodice: tehnologice

– parametri de reglaj ai trenului de laminare – utilizarea la capetele de pieptănare a cilindrilor

detaşori cu manşoane defecte

– unde de laminare: λ = 3lf – creşterea neregularităţii

Defecte periodice: mecanice

– reglajul cleştilor şi mişcarea cilindrilor detaşori – starea cilindrilor detaşori – starea cilindrilor trenului de laminare – lanţul cinematic de antrenare a cilindrilor trenului

de laminare şi a mecanismului de depunere în cană

– spectru de linie identificat pe 1-2 benzi de frecvenţă

Fig. IX. 5.102. Defectele tipice pentru banda pieptănată.

Spectrograme obţinute în condiţii optime de pieptănare. Particularităţi în controlul

defectoscopic aplicat la maşina de pieptănat. Controlul defectoscopic al benzii pieptănate s-a realizat prin simularea individuală a defectelor pe o maşină de pieptănat Textima 1531/1.

Banda pieptănată poate fi produsă fără defecte mecanice sau tehnologice, cu excepţia defectului tipic de sudură (lipire), determinat de suprapunerea fasciculelor de fibre, chiar şi în condiţiile respectării prescripţiilor tehnologice pentru funcţionare optimă (tabelul IX. 5.48), la starea corespunzătoare a organelor de lucru.

Spectrograma produsului corespunzător (cu defectul tipic de sudură) (tabelul IX. 5.49) se caracterizează prin amplitudini minime, pentru toată gama lungimilor de undă redate prin analiză. Amplitudinea maximă se localizează la o lungime de undă, în funcţie de lungimea medie a fibrelor prelucrate: λ = 3lf

Localizarea defectelor prin controlul spectrogramelor benzilor pieptănate. Controlul prin simularea defectelor de maximă frecvenţă (tabelul IX. 5.49) relevă trei categorii:

– reglajul cleştelui şi mişcarea cilindrilor detaşori; – starea cilindrilor detaşori; – trenul de laminare.


Tabelul IX.5.48

Parametrii tehnologici recomandaţi la maşina de pieptănat Textima 1531/1

Parametrul Limite constructive

Laminajul în trenul de laminare 6-13,6 Laminaj total 40-90 Densitatea de lungime a păturii alimentate 50-80 ktex Densitatea de lungime a benzii debitate 3,33-5 ktex

Procentul de pieptănătură Semipieptănat 8-12%

Pieptănat 16-20 % Pieptănat superior 20-25 %

Lungime de alimentare 5,4; 5,9; 6,5 mm

Tabelul IX.5.49

Defecţiuni frecvente la maşina de pieptănat /pe cauze

1. Reglajul cleştelui şi mişcarea cilindrilor detaşori Reglajul poziţiei bolţului mecanismului de mişcare a cleştelui (valoare optimă: 15,5) – funcţie: asigură

suprapunerea corectă a fasciculelor de fibre, se efectuează în funcţie de: tipul bumbacului prelucrat; modul de pieptănare

– neconformitatea reglajului deter-mină creşterea amplitudinii de-fectului mecanic de sudură în spectrogramă (λ = 40 mm), prezent şi în cazul unui reglaj corect; dublajul D diminuează defectul



2. Starea cilindrilor detaşori – funcţie: asigură

sudura corectă a fasciculelor de fibre;

– neconformitatea de stare:

1. Deteriorarea stării suprafeţei unui cilindru detaşor influenţează negativ modul de suprapunere a fasciculelor de fibre pieptănate, vizualizat prin DM cu λ = 90 cm (defect propagat);

2. Deteriorarea stării suprafeţei unui cilindru deta-şor la trei capete de pieptănare simultan are efecte similare, dar defazajul debitării transformă DM cu λ = 90 cm în de-fect tehnologic cu lungime de undă medie λ0 = 90 cm

3. Trenul de laminare – funcţie: asigură

uniformizarea benzilor pieptă-nate prin dublare

– neconformităţi tipice pentru TL:

1. Deteriorarea suprafeţei (denivelarea) manşoanelor de-termină defecte mecanice tipice a căror lungime de undă depinde de poziţia manşo-nului în trenul de laminare



2. Forţele de presare pe cilindrii trenului de laminare: neconformităţile determină apariţia defectului tehno-logic tipic cauzat de diminuarea controlului asupra înşiruirilor de fibre prin repartiţia şi intensitatea necorespunzătoare a forţelor de frecare

3. Ecartamentul: se impune corela-rea E cu lungimea filatorului, λf de-oarece fibrele, în banda pieptănată, sunt descreţite şi paralelizate; trenul de laminare al maşinii de pieptă-nat este prevăzut cu un singur câmp de laminare, iar lungimea de undă este selectivă pentru defectul tehnologic provocat (undă de laminare) cu lungimea de undă medie λ = 3·λf

Observaţii: Prin calcul efectiv pe schema cinematică şi elementele constructive ale maşinii de

pieptănat Textima1531/1, s-au stabilit domeniile de variaţie ale lungimilor de undă şi s-au constatat următoarele:

– variaţia periodică care se reflectă în spectrograma benzii pieptănate ca defect tipic lipirii fasciculelor de fibre apare la lungimi de undă 35-45 mm;

– defectele periodice introduse de fazele anterioare pieptănării nu apar în spectrogramă datorită dublajului mare asigurat la reunitorul de benzi;

– pentru anumite elemente constructive, lungimea de undă este o mărime constantă, iar pentru altele este mărime variabilă în funcţie de elementul cinematic de reglaj;

– domeniile de variaţie ale lungimilor de undă prezintă suprapuneri, îngreunând localizarea strictă a defectului.


Controlul prin spectrogramă la flaier Consideraţii asupra incidenţei defectelor în spectrograma semitortului Semitortul

constituie un semifabricat care conţine fibre cu grad avansat de îndreptare şi paralelizare, dar, datorită numărului redus de fibre din secţiunea transversală, se caracterizează prin valori mari ale neregularităţii densităţii de lungime pe porţiuni scurte. Defectele tehnologice şi mecanice care afectează calitatea semitortului, precum şi cauzele acestora sunt prezentate centralizat (fig. IX. 5.103).

Tehnologice şi neperiodice Cauze: Efect în spectrogramă:

Faze anterioare

– dereglări tehnologice ale trenului de laminare la ultimul pasaj de laminor jgheaburi, condensatoare nereglate

– undă de laminare (spectru continuu) cu lungime de undă medie foarte mare; U % creşte foarte mult

Flaier – laminaje (total; parţial) depăşind limitele admise

– ecartamente şi forţe de apăsare necorespunzătoare – laminaje false la alimentare

– tensiune necorespunzătoare la înfăşurare

– unde de laminare pronunţate şi valori mari ale U%

Mecanice, periodice Faze anterioare

– cilindrii trenului de laminare ai ultimului pasaj de laminor

– calandri – jgheaburi de conducere

– spectru de linie, la lungimi de undă foarte mari, datorită amplificării prin laminajul de la flaier

Flaier – cilindrii trenului de laminare– întinzător de cureluşe

– cureluşe (superioare; inferioare) – organe de lucru din lanţul cinematic

– spectru de linie la lungimi de undă fixe

Fig. IX.5.103. Defecte care apar în spectrogramele semitortului.

Spectrograme obţinute în condiţii optime de filare preliminară. Particularităţi în

controlul defectoscopic aplicat la flaier. Spectrograma semitortului fără defecte se diferenţiază în funcţie de sistemul de filare adoptat: cardat (fig. IX. 5.104) şi, respectiv, pieptănat (fig. IX. 5.105).

Fig. IX. 5.104. Spectrograma semitortului fără defecte (bumbac 100%, cardat).


Fig. IX. 5.105. Spectrograma semitortului fără defecte (bumbac 100%, pieptănat).

Diferenţa între cele două spectrograme normale constă atât în amplitudine, cât şi în

valoarea lungimii de undă corespunzătoare amplitudinii maxime, dependentă de lungimea medie a fibrelor prelucrate.

Parametrii tehnologici care asigură funcţionare optimă a flaierelor Textima 1502/1; Textima 1502/3 sunt prezentaţi în tabelul IX.5.50, starea organelor de lucru considerându-se corespunzătoare.

Tabelul IX.5.50

Principalii parametri tehnologici recomandaţi

la flaierul Textima1502/1; 1502/3


Laminajul total 7-10 Laminaj parţial (preliminar) 1,2 – 1,35

Localizarea defectelor prin controlul spectrogramelor semitortului. La controlul

semitortului realizat cu simulări de defecţiuni au fost identificate prin spectrogramă defecte mecanice şi tehnologice (tabelul IX.5.51), determinate de:

– parametrii de reglaj ai trenului de laminare; – starea şi funcţionarea cilindrilor trenului de laminare; – faze tehnologice anterioare.

Tabelul IX.5.51

Controlul defectoscopic la flaier /pe cauze

1. Defecte propagate din faze anterioare 1. Neregularitatea benzilor alimentate neîncadrarea în limite-le prescrise se propagă şi se amplifică (D = 1) Exemplu: Defectul λ = 75 cm provine din faza anterioară: lami-nare, DM, λ = 8 cm.



2. Neconformităţi ale parametrilor de reglaj – laminaje: preli-

minar, principal – funcţie: asigură

controlul eficient al înşiruirii de fi-bre; , în câmpul de laminare

– neconformitatea valorilor: deter-mină apariţia undelor de laminare, care localizează zona cu parametrul stabilit defectuos:

– câmpul de lami-nare principal: lungimea de undă λ = λ0 (exemplul 1)

– câmpul de lami-nare preliminar: lungimea de undă λ = λ0L (exemplul 2)

Observaţie: undele de laminare se produc şi în cazul neconformităţii forţelor de presare, a poziţiei conden-satoarelor etc.

3. Neconformităţi de stare şi funcţionare ale organelor lucrătoare şi elementelor constructive şi de reglaj ale TL

– funcţie: asigură fiabilitatea mecanică şi tehnologică a TL

– neconformităţile de stare şi func-ţionare: produc defecte meca-nice de undă.

Exemplul 1: defect mecanic la cilin-drul debitor, excentric, λ = πd



Exemplul 2: defect mecanic la cilin-drul debitor, deteriorare locală, λ = πd

Exemplul 3: defect mecanic la cilin-drii alimentatori (inferior, superior) λ = (πd)·Lt

Observaţii: Prin calculul efectiv al lungimilor de undă probabile pentru schemele cinematice şi

elementele caracteristice ale flaierelor Textima 1502 şi Tehnometal, s-au stabilit următoarele: – decelarea defectelor propagate este posibilă dacă se acordă atenţie deosebită condiţiilor

metrologice de testare a semitortului, respectiv: vitezei materialului VM [m/min] şi vitezei de redare VH [cm/min];

– valoarea lungimii de undă la care apar defectele tehnologice depinde de lungimea de fibră utilizată, de gradul de paralelizare al fibrelor, valoarea laminajului utilizat în câmpul de laminare şi zona în care persistă defecţiunea respectivă;

– defecţiunile datorate mecanismului de alimentare de la flaier afectează calitatea firului, manifestându-se ca neregularitate a densităţii de lungime pe porţiuni lungi, fiind greu de depistat în faza de filare preliminară.

Controlul prin spectrogramă la maşina de filat cu inele Consideraţii asupra incidenţei defectelor în spectrograma firului. Transformarea

semitortului în fir se realizează printr-un proces continuu care cuprinde: laminarea semitortului alimentat; torsionarea înşiruirii debitate de trenul de laminare şi înfăşurarea firului pe copsuri. Perturbaţiile mecanice şi tehnologice ale mecanismelor aferente maşinii de filat generează defecte periodice sau întâmplătoare în fir, cu forme de manifestare similare cu a defectelor semitortului.

Deoarece trenul de laminare al maşinii de filat cu inele constituie locul de formare a structurii firului, orice imperfecţiune de ordin tehnologic va influenţa hotărâtor caracteristicile fizico-mecanice şi de aspect ale firelor. În figura IX.5.106 sunt prezentate categoriile de defecte tipice spectrogramelor firului.

Spectrograme obţinute în condiţii optime de filare. Particularităţi în controlul defectoscopic aplicat la maşina de filat cu inele. Spectrogramele firelor se interpretează prin suprapunere cu spectrul ideal, obţinut prin calcul, standardizat, corespunzător sistemului de filare, amestecului prelucrat şi valorii indicelui de neregularitate relativă, I. Spectrele normale şi ideale obţinute pentru fire din bumbac pieptănat 100 % şi, respectiv, pentru fire tip bumbac cardat sunt prezentate în figurile IX.5.107 şi IX.5.108.


Cauze Efect în spectrogramă

Neperiodice (aleatoare)

Faza anterioară – defect propagat de la orice fază anterioară; – mărimea este proporţională cu laminajul de la

faza de producere până la debitarea MFI

Defectele aleatoare nu sunt relevate prin spectrogramă, care se particularizează însă prin creşterea amplitudinilor, pentru gama lungimilor de undă redate. Creşterea neregularităţii este relevată prin diagramă, prin variaţii aleatoare ale densităţii liniare

MF – scame preluate din mediul ambiant sau de

pe organele de lucru ale MFI; – agăţări, frânări neperiodice de la

portbobină, – conducător de fir defect, traseu

necorespunzător al semitortului Semiperiodice (tehnologice)

Faze anterioare Defecte tehnologice propagate; parametri tehnologici ai trenului de laminare de la cardă, laminor sau flaier, neîncadraţi în limitele tehnologice admise

– lungimea de undă medie foarte mare;

– se încadrează în limita lungimilor de undă cuprinse de spectrul firului prin creşterea vitezei de efectuare a testului

MF – parametri de reglaj; – scămoşări, agăţări, frânări periodice de la

portbobină; – traseu necorespunzător al semitortului

– unde de laminare cu lungime medie de undă dependentă de zona de formare

Periodice (mecanice)

Faze anterioare – defecte mecanice propagate – amplitudine mărită la lungimea de

undă λD·LD–Deb / laminajul total până la debitarea pe maşina de filat

starea necorespunzătoare:– cureluşe , întinzătoare de cureluşe defecte; – defecţiuni în lanţul cinematic al MFI; – fuse descentrate; – inele defecte;

– spectru de linie cu lungimea de undă λ0·Li–D (amplificarea se realizează cu laminajul aplicat după câmpul de laminare reglat defectuos)

Fig. IX.5.106. Defecte care produc perturbaţii ale densităţii liniare a firelor.

Fig. IX. 5.107. Spectrul normal şi ideal – fire din bumbac 100%, cardat.


Fig. IX. 5.108. Spectrul normal şi ideal – fire din bumbac 100%, pieptănat.

Parametrii tehnologici care asigură funcţionarea optimă a maşinilor de filat cu inele „Unirea FBC” şi „Unimat” sunt prezentaţi în tabelul IX. 5.52.

Tabelul IX.5.52

Principalii parametri tehnologici recomandaţi la maşinile de filat cu inele şi în trenurile lor de laminare


Laminajul total 25-35 Laminaj parţial (preliminar) 1,15-1,6 Lungime de fibră prelucrată (în funcţie de caseta de presiune)

PK 220 PK22 5 max 40 mm max 50 mm

Ecartament cilindri superiori (mm) zona II (A-I) 49 zona II (A-I) 49 zona I (I-D) 48 zona I (I – D) 57

Portcureluşe O H62 OH132

Ecartament cilindri inferiori (mm) zona II (A-I) 51 zona II (A-I) 51 zona I (I-D) 44 zona I (I – D) 53

Localizarea defectelor prin controlul spectrogramelor firului. Simularea defecţiunilor

mecanice şi tehnologice este relevantă pentru trei categorii de defecte, frecvent regăsite în spectrograma firului; acestea sunt determinate de:

– neconformităţile adoptării parametrilor de reglaj ai trenului de laminare; – starea şi funcţionarea neconformă a cilindrilor trenului de laminare; – alimentarea cu produse neconforme criteriilor de calitate (produse cu defecte mecanice

sau tehnologice din faze tehnologice anterioare) (tabelul IX. 5.53). Observaţii: Utilizând schemele cinematice şi elementele constructive ale maşinilor de filat

„Unirea FBC” şi „Unimat”, lungimile de undă probabile şi limitele de variaţie aferente au fost predeterminate prin calculul, ceea ce a permis următoarele observaţii generale:

– indiferent de schema cinematică utilizată, prin calcul se evidenţiază suprapuneri sau coincidenţe ale intervalelor de variaţie ale lungimilor de undă; cele mai multe defecte mecanice sunt cauzate de defecţiunile cilindrilor trenului de laminare, dar lungimea de undă a acestora este identică cu cea corespunzătoare roţilor dinţate din lanţul cinematic de antrenare;

– spectrograma firului se caracterizează prin defecte generate în procesul de filare şi defecte propagate din faze anterioare, care se încadrează în limite largi de variaţie ale


lungimilor de undă; decelarea defectelor propagate, caracterizate prin lungimi de undă mari, impune folosirea vitezelor mari de testare(100; 200; 400 m/min);

– defectele aperiodice anterioare, propagate în fir, se prezintă sub forma defectelor rare (subţieri şi îngroşări lungi), cu reprezentări tipice în diagrame şi mai puţin în spectrograme;

– frecvenţa defectelor periodice şi tehnologice generate în faza tehnologică de filare sau propagate de la nivelul fazelor tehnologice anterioare influenţează frecvenţa ruperilor de fire, randamentul posturilor de lucru şi, în final, calitatea de aspect a firelor.

Tabelul IX.5.53

Defecţiuni frecvente la maşina de filat cu inele / pe cauze

1. Parametrii de reglaj ai trenului de laminare

– funcţie: asigurăcontrolul eficient al înşiruirilor de fibre în cele două zone de laminare. Laminajele parţiale se stabilesc în func-ţie de: amestecul prelucrat, densi-tatea de lungime şi gradul de torsiona-re al semitortului.

– valorile neconforme ale laminajelor parţiale generează unde de laminare (verifi-carea valorilor adoptate în funcţie de amestecul pre-lucrat, densitatea de lungime şi gra-dul de torsionare al semitortului)

2. Starea şi funcţionarea cilindrilor trenului de laminare – neconformitatea

organelor de lucru ale trenului de laminare provoacă defecte cu ampli-tudine dependentă de densitatea de lungime a firului; de valoarea lamina-jului principal.

Defectul mecanic ilustrat este determinat de excentricitatea cilindrului debitor superior (1/10 mm).



3. Faze tehnologice anterioare cu defecte mecanice propagate – Propagarea

defectelor mecanice şi tehnologice nu este controlată prin dublaj (D = 1); se motivează astfel apariţia în spectrograma firelor a unor defecte generate în faze tehnologice anterioare.

Defectele se propagă cu: – păstrarea formei, amplitudinii şi nivelului de semnificaţie; – creşterea lungimii de undă, funcţie de laminajul total aplicat după

generare. Defectele mecanice se propagă şi prin transformare în defecte tehnologice.

Defect tehnologic propagat de la flaier

Defect tehnologic propagat de la laminor (ultimul pasaj) / cilindrul debitor

IX.5.2.2.4.3. Sisteme pentru determinarea şi analiza neregularităţii firelor

Structura sistemului Uster Tester 3. Uster Tester 3 reprezintă un sistem de măsurare complex, cu structură modulară (fig. IX.5.109). Sistemul care reprezintă cea de-a treia generaţie păstrează principiul de formare al semnalului metrologic de la instalaţiile (anterioare) electronocapacitive pentru măsurarea neregularităţii produselor filate, asigurând prelucrarea numerică şi analiza informaţiilor prin intermediul unui procesor de semnal.

Sistemul este prevăzut cu: 1 – dispozitiv de alimentare (UT3 B/A şi UT3 C/A); 2 – dispozitiv pentru schimbarea automată a formatelor; 3 – convertor de semnal; 4 – procesor de semnal; 5 – imprimantă; 6 – balanţă Autosorter; 7 – modul pentru testarea pilozităţii firelor.


Fig. IX. 5.108. Sistemul Uster Tester 3: 1 – dispozitiv de alimentare (UT3 B/A şi UT3 C/A); 2 – dispozitiv pentru schimbarea automată a formatelor; 3 – convertor de semnal;

4 – procesor de semnal; 5 – imprimantă; 6 – balanţă Autosorter; 7 – modul pentru testarea pilozităţii firelor.

Tabelul IX.5.54

Componente modulare ale convertorului de semnal UT3

Senzor tip B: ∃ unitate de măsurare fire şi semifabricate din

fibre ∃ limite de măsurare 1 tex – 12 ktex, în funcţie de

tipul de fibră; pentru12 tex – 80 ktex se livreză senzori speciali

Senzor tip C: ∃ unitate de măsurare pentru fire filamentare ∃ limite de măsurare: 10 dtex-1670 dtex;

max. 3000 dtex(în funcţie de structura firelor

Sistem de transport (tip B), pentru fire şi semitorturi ∃ viteze de lucru: 25; 50; 100; 200; 400 m/min

(yd/min)

Sistem de transport (tip C), pentru fire filamentare ∃ viteze de lucru: 25; 50; 100; 20; 400; 800

m/min (yd/min); Sistem de absorbţie (tip B), pentru fire, benzi şi semitorturi din fibre tăiate.

Sistem de absorbţie (tip C), şi unitate de torsionare pentru fire filamentare.

Tensiune (tip D) fir tensionat cu discuri de fricţiune. Dispozitiv de alimentare cu fir (pentru versiunea automată): cu braţ mobil

Convertorul de semnal UT3, unitate principală, prevăzut cu module conform tabe-

lului IX.5.54, îndeplineşte următoarele funcţii: – transportul materialului testat prin unităţile de măsurare; – conversia masei şi pilozităţii în semnale electrice; – îndepărtarea materialului testat prin absorbţie. Procesorul de semnal asigură funcţia de control a instalaţiei prin procesarea datelor şi

semnalelor. Variabilele, condiţiile de măsurare şi forma de prezentare a rezultatelor se introduc prin tastatura de comandă şi butoanele de control ale procesorului de semnal (tabelele IX.5.55-


IX.5.59). Rezultatele procesului de măsurare se urmăresc sub formă numerică şi grafică, pe monitor.

Sistemul facilitează deservirea instalaţiei, prin instrucţiuni referitoare la condiţiile corecte de testare şi forma de prezentare a rezultatelor.

Tabelul IX.5.55

Caracteristici tehnice ale procesorului de semnal UT3

1. Procesorul de semnal Ecranul video: display video cu rezoluţie grafică mare, monocolor Butoane de control: pe partea laterală sunt dispuse mai multe butoane de reglaj Butoane de comandă: pentru accesul direct la introducerea meniurilor: apelarea programelor de măsurare; parametrii de testare; variante de raport; afişarea rezultatelor pe ecran; tipărirea la imprimantă a raportului; serii de măsurare; pornirea / oprirea măsurării. Comutatoare: protecţia intrărilor de bază: unităţi de măsură; fineţe; data; ora Tastatura: engleză 2. Imprimanta – imprimantă matriceală cu 9 ace; hârtie continuă, cu perforaţii de transport

– interfaţa Centronics 3. Stabilizator tensiune: alimentarea întregii instalaţii de testare

Tabelul IX.5.56

Module opţionale pentru cuplarea la instalaţia de bază

1. Unitate de măsurare adiţională pentru neregularitate- senzor MS 120 Principiul de măsură: capacitiv Domeniul de aplicare: pale de lână, cablu de la converter Domeniul de măsurare: 12-80 ktex, în funcţie de tipul de fibră Accesorii: – suporţi şi cabluri de conectare pentru unitatea de măsurare – role derulare benzi; sistem pentru transportul materialului la convertor

2. Unitate de măsurare adiţională a pilozităţii – senzor tip H Gamă de aplicaţii: determinare simultană a pilozităţii şi variaţiilor de masă a firelor din fibre Echipament pentru extinderea instalaţiei: sistem electronic de evaluare adiţional, pentru procesare simultană a semnalelor corespunzătoare masei şi pilozităţii

3. Sistem manual de măsurare a fineţii / principiul Mettler Traductorul de masă: până la maximum 410 g Domeniul de măsură / Tara: 0-410 g / 0-410 g Rezoluţie: 0,001 g pentru gama 0-80 g; 0,01 g pentru gama 80-410 g Timp de echilibrare: 0,2 s Software: procesarea datelor furnizate de traductorul de masă, extensie

4. Sistemul automat de măsurare a fineţii Traductorul de masă: până la maximum 410 g Domenii de măsurare: în regim manual; în regim automat: 0-200 g Rezoluţie:0,001 g pentru gama 0-80 g; 0,01 g pentru gama 80-410 g Alimentarea probei: sistem electronic şi mecanic pentru transportul probelor la balanţă şi determinarea automată a lungimii



Lungimea probei: – după opţiune 50; 100; 200; 450 m (60; 120 yd) – pentru măsurarea lungimilor mici: Ls = v ⋅ t Software: procesarea datelor furnizate de traductorul de masă, extensie

5. Schimbător de formate (doar pentru varianta automată) Capacitate: – maximum 24 de formate Gama de fineţe: 1-1000 tex * posibilitate de operare manuală pentru probe individuale

6. Fus vertical pentru desfăşurare de pe bobină (pentru versiunea semiautomată) Se utilizează pentru formate individuale

Observaţii: 1. Testul de neregularitate se leagă de determinarea fineţii; probele de lungime deter-

minată sunt cântărite, iar valorile măsurate sunt transmise la procesor şi apar în raportul tipărit. 2. Sistemul UT 3: – semiautomat – permite utilizarea manuală a balanţei; – automat – serveşte la sisteme de determinare automată a lungimii şi la sisteme

mecanice sau electronice de transport. 3. Interfaţa RS 232 C asigură transmiterea datelor de la sistemul de măsurare la

sistemul central de procesare (USTER UTLINK).

Tabelul IX.5.57

Accesorii speciale pentru Sistemul UT 3

1. Rastel mobil pentru bobine Utilizare: depozitare şi transport până la 40 bobine cu fir Diametrul formatului: max. 125 mm (24 de formate); max. 60 mm (40 de formate) Lungimea formatului: max. 450 mm

2. Dispozitiv de desfăşurare pentru formate mici Domenii de aplicaţie: bobine semitort cu diametrul interior al tubului de max 20 mm Diametrul bobinei/ tub: pentru fire nedesfăşurabile axial de pe format; max, exterior 200 mm / / interior, min 6 mm Lungimea bobinei: max. 400 mm

3. Dispozitiv de desfăşurare de pe formate mari Gama de aplicaţii: – semitorturi şi benzi, în gama de fineţe medie, având rezistenţă adecvată – benzi duble şi semitorturi de la flaierul gros Viteza de desfăşurare: max. 50 m/min, în funcţie de simetria bobinei Diametre formate: max., exterior, 600 mm /min., interior, 20 mm Lungimea bobinei: max. 500 mm Accesorii: dipozitiv de ghidare tip „deget de presare” pentru semitort şi bandă; conducător pentru semitort şi bandă pentru regularimetru; cărucior de transport pentru dispozitivul de desfăşurare;dispozitive de ghidare pentru benzi şi semitorturi



4. Dispozitiv de desfăşurare Gama de aplicaţii: benzi şi semitorturi în gama de fineţe 0,2-80 ktex; semitorturi duble şi de la flaierul gros; măsurări la viteze mari de lucru; tăierea automată a lungimilor de benzi şi semitorturi pentru determinarea gravimetrică a fineţii Antrenarea: motor electric; pornirea automată Viteze de lucru: – 25; 50; 100 m/min (coresp. în yd/min); – controlul prin senzor optic al materialului alimentat, reglabil pentru bobinare în cruce (mai încet)

sau paralelă (mai repede) Dimensiunile formatului: diametru min. 70 mm (cilindric); lungimea max. 580 mm; masa max. 10 kg Accesorii: dispozitiv de tensionare (tip deget); conducători de bandă şi semitort de la regularimetru; cărucior de transport; conducători speciali şi dispozitive de schimbare a direcţiei pentru benzi şi semitorturi

5. Dispozitiv de tensionare cu 24 de unităţi Gama de aplicaţii: pentru determinările efectuate de pe formate dispuse pe cărucioare de transport fără dispozitive de tensionare

Tabelul IX.5.58

Performanţe de interpretare statistică realizate în sistemul UT3

Parametrii determinaţi Limite de variaţie

Neuniformitate a U U = 0,15-40 % Coeficientul de variaţie CV = 0,5-40 % Coeficientul de variaţie CB(L):

Determinat de neuniformitatea pentru lungimi de tăiere de 1, 3, 10, 50 sau 100 m, în modurile Inert Test sau 1/2 Inert Test

Variaţia maximă a masei ∆mmax (min) – valoarea maximă (minimă) a creşterii masei Lungimi posibile de tăiere necesare penru calcul: 1, 3, 10 m; 1/2 Inert

Indice de neregularitate I Raportul dintre neregularitatea reală şi ideală Imperfecţiuni Subţieri; Îngroşări; Nopeuri Fineţea relativă Variaţia procentuală a fineţii materialelor testate în seria de măsurători

Conversia valorii medii de reglaj, în %; Fineţea absolută Determinarea valorii masei, în funcţie de lungime. Parametrii statistici Medie; abaterea standard S; coeficient de variaţie CV; interval de

încredere 95%; raportarea numărului de defecte la 1000 m.


Tabelul IX.5.59

Performanţe de prelucrare statistică; reprezentări grafice realizate în sistemul UT3

Reprezentări grafice (ecran video/imprimantă) pentru măsurătorile de fineţe/ pilozitate Diagrame (niveluri selectabile: + 400/- 100 %; ∀100%; ∀50 %; ∀25 %; ∀12,5 %; ∀6,25 %) – scara longitudinală: 0,2 (m/div) - 200 (m/div); pentru fire filamentare până la 500 m/div – lungimi de tăiere: 1, 3, 10, 100 m, Inert şi 1/2 Inert Test Spectrograme amplitudine pentru lungimea de undă: – fire din fibre: l min = 1-2,5cm... l max = 1/5Lt (1280 m) – fire filamentare: l min = 1-2,5cm...l max = 1/5Lt (2560 m) Posibilitatea reprezentării simultane a 12 spectrograme (tridimensionale) Curba varianţă-lungime: Ls = 1 cm- 400 m; Lsmax = 1/15 Lt Posibilitatea reprezentării simultane a 12 curbe (tridimensional) Repartiţia punctelor de măsurare: curba de frecvenţă a abaterilor de la valoarea medie / densitate liniară Procesarea datelor se face pentru 100 000 puncte de măsurare /minut

Performanţe de utilizare şi analiză a sistemului UT 3. Sistemul UT3 pentru

determinarea şi analiza neregularităţii firelor, semitorturilor şi benzilor poate fi utilizat de sine stătător sau integrat în sistemul informatic Uster Labdata. Performanţele constructive ale sistemului se reflectă în performanţele tehnice de măsurare, prelucrare şi prezentare a rezultatelor sub formă de indici, parametri, funcţii statistice şi reprezentări grafice.

Determinarea şi analiza variaţiei densităţii liniare se realizează prin intermediul indicilor şi funcţiilor specifice aprecierii neregularităţii, care se obţin prin aplicarea algoritmilor de prelucrare ai semnalelor numerice.

Procesarea semnalului de măsurare prin intermediul unui soft standardizat particularizează prin performanţe determinarea fiecărui indice, funcţie sau reprezentare grafică:

Neregularitatea secţională (exprimată prin CV%) redă variaţia densităţii liniare a produsului testat, pe porţiuni de 10 mm, egale cu lungimea electrozilor de măsură; valoarea CV% se consemnează în protocolul de analiză redactat cu ocazia fiecărui buletin (fig. IX.5.110).

Neregularitate relativă, I: procesorul de semnal UT3 calculează valoarea indicelui I concomitent cu valoarea CV%, în funcţie de densitatea liniară a firului testat şi a fibrelor din care este realizat. În ambele cazuri, interpretarea tehnologică a rezultatelor se realizează prin intermediul standardelor statistice Uster (fig. IX.5.111).

Diagrama de frecvenţă a variaţiilor de masă: prin algoritmul de calcul se determină CV% concomitent cu memorarea valorilor de măsurare, ceea ce permite reprezentarea grafică a diagramei de frecvenţă a densităţii liniare pentru punctele de măsurare în testul efectuat, deci aprecierea caracterului neregularităţii produsului testat sub aspectul normalităţii, asimetriei, formei unimodale sau bimodale (fig. IX.5.112).

Diagrama variaţiei densităţii liniare este redată pentru: – diagrama NT, lungime de secţionare egală cu a electrozilor condensatorului de măsură

(fig. IX.5.113); – diagrama IT (corespunzătoare unei filtrări numerice) constituie baza determinării

amplitudinii de variaţie a mărimii testate (diferenţa dintre valoarea maximă şi minimă a semnalului, care se utilizează pentru stabilirea limitelor de variaţie ale abaterii de la valoarea medie a densităţii liniare) (fig. IX.5.114);

– amplitudinea maximă de variaţie a semnalului de măsurare permite compararea produselor testate; compararea abaterilor maxime (pozitive; negative) informează în mod obiectiv asupra simetriei semnalelor.


Fig. IX.5.110. Protocol Uster redactat la testarea producţiei de fire.

Fig. IX.5.111. Statistici Uster pentru indicele de neregularitate, I.


Fig. IX.5.112. Reprezentarea diagramei de frecvenţă a variaţiilor densităţii liniare.

Fig. IX.5.113. Diagrama NT .

Fig. IX.5.114. Diagrama IT.

În determinările curente se aleg valorile L semnificative din punct de vedere tehnologic (L = 1; 3; 10; 100 m), pentru care se efectuează obligatoriu şi calculul CB(L), consemnat tot în protocol. Semnificaţia tehnologică a valorilor lungimii de secţionare (selectate în protocol) rezultă în mod evident la analiza ţesăturilor sau tricoturilor (fig. IX.5.115) produse din fire caracterizate la testarea cu UT3 prin:

– abateri mari ale valorilor densităţii liniare faţă de valoarea nominală; – valori mari ale CB(L) pentru lungimile de secţionare consemnate în protocol. Variaţiile cu perioadă medie şi lungă ale densităţii liniare sunt evidente la analiza

vizuală a unei ţesături de pânză, cu Pu = Pb = 17 fire/cm; B/fir bumbac cardat, 20 tex; cu U/fir PES, 167 dtex /30 f care este comparată cu o ţesătură identică, din fir de bumbac pieptănat, fără defecte (IX.5.115,b).

Curba varianţă-lungime CB(L) poate fi calculată prin 16 puncte, până la lungimea de secţionare L = 400 m; reprezentarea grafică conţine valorile corespunzătoare testului, precum şi valorile optime, care furnizează termenul de comparaţie, permiţând valorificarea tehnologică imediată (fig. IX.5.116).


a. porţiuni scurte b. porţiuni medii c. porţiuni lungi

Fig. IX.5.115. Influenţa formelor de manifestare ale neregularităţii firelor în aspectul ţesăturii.

Fig. IX.5.116. Curba varianţă-lungime: ordonate efective şi optime.

Fig. IX.117. Spectrograma unui fir relevând defecte periodice: mecanice şi tehnologice.


Spectrograma este utilizată în scopul detectării componentelor periodice ale neregularităţii; domeniul de redare al variaţiilor cu caracter periodic este de 2 cm - 1280 m, în cazul testării produselor din fibre, şi de 2 cm - 2560 m, în cazul testării firelor filamentare. Controlul prin spectrogramă se realizează pe baza algoritmului clasic, cu următoarele facilităţi:

– domeniul de redare al lungimilor de undă este extins/datorită creşterii vitezei de testare şi capacităţii sistemului de calcul;

– permite evidenţierea fenomenelor de propagare a defectelor periodice şi elucidează condiţiile de diminuare prin intermediul dublajului componentelor periodice ale neregularităţii (fig. IX.5.117);

– domeniul de redare al amplitudinilor lungimilor de undă asigurate statistic se haşurează.

Fig. IX.5.118. Analiza comparativă a curbelor varianţă – lungime cu UT 3.

Fig. IX.5.119. Reprezentarea spectrogramelor în grafic tridimensional.

Controlul prin curbele varianţă-lungime şi, respectiv, prin spectrogramă se poate finaliza prin reprezentări grafice individuale sau simultane, când, în vederea efectuării unor comparaţii între eşantioane sau în cadrul unui eşantion, se recurge la graficul tridimensional (reprezentarea a 12 grafice simultan (fig. IX.5.118 - IX.5.119).


Număr relativ [%]: pentru determinarea variaţiei de titlu în cadrul unui eşantion reprezentativ pentru un lot de fire, algoritmul UT 3 permite raportarea valorilor medii ale semnalului la valoarea nominală, de reglaj; abaterea standard calculată pentru aceste valori este identic egală cu coeficientul de variaţie între eşantioane.

Integrarea UT 3 în sistemul UsterLabdata conduce la utilizarea informaţiilor obţinute într-un program de analize pe temen lung, asigurându-se o valorificare superioară a datelor semnificative. Prin capacitatea de memorare a unui volum foarte mare de date se pot înregistra: deviaţiile neobişnuite de la valoarea nominală, într-un anumit interval de timp; tendinţe de deplasare a valorilor limită; factori de influenţă; prognoze; corelaţia între valorile caracteristice; influenţa caracteristicilor materiei prime asupra caracteristicilor de calitate.

IX.5.2.3. Metode de determinare a caracteristicilor geometrice şi fizice ale textilelor plane

IX.5.2.3.1. Valoarea de întrebuinţare a textilelor plane

Aprecierea valorii de întrebuinţare a materialelor textile plane se realizează prin determinarea şi analiza a trei categorii de proprietăţi şi caracteristici (tabelul IX.5.60).

Tabelul IX.5.60

Caracteristicile şi proprietăţile textilelor plane

Caracteristici

geometrice/tehnice

1. Legătura 2. Desimile tehnologice 3. Compoziţia şi caracteristicile

geometrice ale firelor Caracteristici derivate

1. Grosimea 2. Masa; densitatea (de

suprafaţă, de volum) 3. Voluminozitatea 4. Porozitatea

Durabilitate Proprietăţi fiziologice Valoare de prezentare Indicii comportării la solicitări mecanice/ tracţiune, compresie, încovoiere, forfecare, îndoire, frecare, oboseală: – în condiţii statice; dinamice – uni şi multidirecţionale – unice şi repetate (rezistenţe, deformaţii, module de elasticitate, rigidităţi, rezilienţă, histereză, grad de elasticitate, grad de plasticitate)

1. Hidrofilie 2. Higroscopicitate 3. Permeabilitate la vapori/

aerosoli 4. Permeabilitate la apă 5. Impermeabilitate la apă 6. Conductivitate termică;

capacitate de izolare termică 7. Capacitate de acumulare a

sarcinilor statice

1. Stabilitate dimensională/ contracţii la tratamente termice uscate, umede, umidotermice

2. Şifonabilitate / capacitate de revenire din şifonare/ păstrarea pliurilor, dungilor; flexibilitate şi tuşeu

3. Efectul pilling 4. Rezistenţa vopsirii


Analiza caracteristicilor produselor textile plane se realizează prin: – metode de măsurare obiective, care oferă beneficiarului asigurarea asupra confor-

mităţii caracteristicilor cu specificaţiile din proiectul tehnic; contribuie la fundamentarea teoretică a principiilor de proiectare; verifică principiile de proiectare şi execuţie ale produselor;

– metode de evaluare prin probe de purtare, care, prin argumente statistice obţinute printr-o eşantionare corespunzătoare, conduc la concluzii complementare celor obţinute prin metode de măsurare obiectivă;

– metode de evaluare prin simularea utilizării. Prin corelarea rezultatelor şi prin completarea cu aspectele economice / costul

articolelor testate se orientează, raţionalizează şi fundamentează tehnico-economic producţia de materiale textile plane sub aspectul compoziţiei, structurii geometrice, tehnologiilor de fabricaţie şi al parametrilor tehnologici de prelucrare.

Evaluarea complexă a textilelor plane impune diferenţierea nivelului de semnificaţie al caracteristicilor în funcţie de domeniul de utilizare şi centrarea analizelor de laborator pe proprietăţile cele mai semnificative.

Realizarea unui textil plan impune tehnologului: cunoaşterea caracteristicilor materiilor prime şi a modului în care acestea corespund unei anumite utilizări, ceea ce permite optimizarea sub aspectul compoziţiei şi al cotelor de participare; stabilirea şi optimizarea structurii tehnice şi a condiţiilor de prelucrare şi finisare, prin studiul corelaţiilor dintre caracteristicile definitorii, determinate prin analizele obiective şi rezultatele probelor de purtare, aceste două metode completându-se reciproc.

Prin compoziţia fibroasă şi structura geometrică, un produs textil este determinat sub aspectul proprietăţilor fizice, fizico-chimice şi mecanice; acestea pot fi estimate prin proiectare, iar diferenţele dintre valorile calculate şi cele efective pot fi în măsură să justifice neconformităţile procesului tehnologic de realizare faţă de proiectul tehnic adoptat.

IX.5.2.3.2. Determinarea caracteristicilor geometrice / tehnice ale materialelor textile plane

Caracteristicile geometrice (tehnice) ale materialelor textile plane (legătura; desimile tehnologice; compoziţia şi caracteristicile geometrice ale firelor sau fibrelor componente) şi caracteristicile derivate din acestea (grosime; masă şi densitate aparentă; voluminozitate; porozitate) determină proprietăţile fiziologice (hidrofilie; higroscopicitate; permeabilitate la apă; permeabilitate la aer şi la vapori sau aerosoli; conductivitate termică; capacitate de izolare termică; capacitate de acumulare a sarcinilor statice şi impermeabilitate la apă) care sunt definitorii pentru materialele destinate confecţiilor de îmbrăcăminte, conferindu-le funcţii specifice în raport cu utilizarea.

Caracteristicile geometrice ale materialelor textile plane se regăsesc şi în: – calitatea de aspect, dar şi în capacitatea de menţinere a acesteia pe durata procesului

de întrebuinţare: stabilitatea formei geometrice, menţinerea acesteia în procesul de întreţinere; – proprietăţile mecanice ale produselor textile, deoarece compoziţia şi compactitatea

structurală generează direct sau indirect un anumit mod de preluare a solicitărilor mecanice, care se reflectă direct în durabilitatea produselor.

Dependenţa proprietăţilor textilelor plane de caracteristicile de compoziţie se asigură prin intermediul caracteristicilor geometrice, care devin un criteriu de apreciere absolut al calităţii produselor /standardizare.


Observaţii: 1. Caracteristicile geometrice ale produselor textile plane constituie: – un criteriu de verificare a conformităţii produsului cu proiectul tehnic; – un mod de abordare a proiectării /după mostră. 2. Determinarea caracteristicilor geometrice ale produselor textile plane se efectuează

pe epruvete dimensionate, cu axele tehnologice precizate (sisteme de fire/cazul ţesăturilor; rânduri, şiruri de ochiuri/cazul tricoturilor; orientatrea fibrelor în stratul fibros, în cazul materialelor textile neţesute).

3. Epruvetele sunt astfel orientate încât să cuprindă un număr cât mai mare de elemente structurale componente, spre a surprinde varianţa.

4. Volumul eşantionului este redus, fiind suficiente 5-10 determinări, deoarece dimensiunilor standardizate ale epruvetelor le corespunde un număr suficient de mare de elemente structurale.

IX.5.2.3.2.1. Determinarea desimilor tehnologice

Determinarea desimilor tehnologice se realizează prin: ∃ metoda numărării elemetelor componente /unitatea de lungime a textilului plan:

– în cazul ţesăturilor se aplică metoda franjelor – determinarea se realizează prin destrămare şi se aplică la ţesături duble, complexe, împâslit, în care firele individuale nu sunt distincte, în limitele desimii proiectate de 100-500 fire/100 mm;

– alegerea lungimii de referinţă pentru această determinare se face în funcţie de fineţea firelor utilizate în structura textilului plan;

∃ metode optice fizice – cu rigla de desime; determinarea se aplică la ţesături cu desime nominală până la 100 fire/100 mm şi legătură evidentă;

∃ metode optice geometrice – numărare cu lupa textilă, cu microscopul de măsurare, cu stereomicroscopul (ţesături, tricoturi).

Principiul riglei de desime. Măsurarea se bazează pe obţinerea figurilor Moiré (fig. IX.5.120); acestea sunt definite ca locul geometric al punctelor de intersecţie a două figuri suprapuse, reprezentând fiecare o familie de drepte – radiale (rigla); paralele (unul din sistemele de fire ale ţesăturii). Dreptele radiale divizează rigla de desime – numărul de drepte suprapus pe unitatea de lungime; intersecţiile celor două familii de drepte formează o familie de hiperbole, care se plasează simetric faţă de axa sistemului radial şi, datorită interferenţei, faţă de locul unde distanţa dintre fire coincide cu distanţa dintre raze, indică desimea (fig. IX.5.121).


Fig. IX.5.120. Principiul obţinerii figurilor Moire. Fig. IX.5.121. Rigla de desime.

IX.5.2.3.2.2. Grosimea, masa şi densitatea aparentă ale ţesăturii – caracteristici derivate

Grosimea ţesăturii este o caracteristică semnificativă pentru anumite categorii de produse şi este necesară la calculul densităţii aparente (caracteristică fiziologică principală a ţesăturii).

Micrometrul textil. Se utilizează pentru determinarea grosimii medii a produselor textile (fig. IX.5.122).

Epruveta se plasează între două discuri metalice: unul fix, nivel de referinţă, şi al doilea mobil, având cota proporţională cu grosimea măsurată. Măsurarea se realizează sub acţiunea unei forţe de compresie standardizate, stabilită în funcţie de masa ţesăturii M [g/m2] şi aplicată sub forma unei greutăţi pe discul mobil, de suprafaţă determinată.

Lanţul de măsurare este constituit ca un traductor mecanic de deplasare şi este format din discul palpator solidar cu cremaliera mobilă care transmite semnalul prin angrenajul cremalieră- pinion, solidar cu indicatorul mobil. Factorul de amplificare R este dat de raportul dintre deplasarea palpatorului (disc mobil) şi, respectiv, a indicatorului pe cadran; arcul spiral reduce influenţa jocului angrenajului.

a b

Fig. IX.5.122. Micrometrul textil – principiul de funcţionare: a – mecanic; b – electromecanic.

Determinarea dimensiunilor geometrice este deosebit de importantă în contextul

determinării caracteristicilor derivate, definite în raport cu masa unităţii de suprafaţă:


– masa unităţii pe suprafaţă [m2] se determină prin calcul, la proiectare, pentru a stabili consumul de materie primă şi pentru a compara articolul proiectat cu prescripţiile standardelor pentru articole similare;

– valoarea grosimii medii δ este utilizată în determinarea densităţii aparente şi a volumului specific al produselor textile plane:

1( )a L l M−ρ = ⋅ ⋅δ ⋅ [kg/m–3], (IX.5.127)

1 ( )sV M L l−= ⋅ ⋅ ⋅ δ [m3·kg–1], (IX.5.128)

între care există relaţia:

1( ) ;s aV −= ρ (IX.5.129)

– densitatea aparentă este importantă pentru caracterizarea capacităţii de izolare termică a ţesăturii, cu care este în dependenţă inversă (aerul cuprins în porii ţesăturii este rău conducător de căldură). Determinarea densităţii aparente (voluminozităţii) este importantă pentru o serie de ţesături scămoşate sau produse din fire voluminoase (texturate), cu structură modificată;

– indicele de porozitate al textilelor plane:

1( ) 100 [%]p aI −= ρ − ρ ⋅ρ ⋅ (IX.5.130)

mărime adimensională, cu repercusiuni asupra proprietăţilor fizice şi mecanice; se defineşte în aceiaşi termeni pentru toate produsele. În toate cazurile, ρ este densitatea reală a amestecului de fibre din care s-a realizat produsul investigat; în cazul amestecurilor realizate din componenţi diferiţi:

;am i ii

aρ = ρ∑ (IX.5.131)

– porozitatea ţesăturii, reflectată prin volumul de aer cuprins în porii ţesăturii, caracterizează produsul în ceea ce priveşte penetrabilitatea aerului şi termoconductivitatea ţesăturii; aceştia sunt indici deosebit de importanţi din punct de vedere al proprietăţilor igienice ale ţesăturii (de exemplu, ţesăturile din lână pură au cea mai mare porozitate, iar cele din in au porozitatea minimă);

– masa unităţii de lungime a produsului textil plan se determină cunoscând masa unităţii de suprafaţă:

2 1 21[g m ]; ( ) [g m ].tM M M L Ml− − −⋅ = = ⋅ (IX.5.132)

Micrometrul inductiv /senzor inductiv TDLV. Măsurarea se efectuează în momentul în care palpatorul se află în echilibru pe suprafaţa de referinţă (fig. IX.5.123).

Elementul sensibil este compus dintr-o bobină primară şi două bobine secundare, simetrice într-o carcasă cilindrică, şi un miez magnetic mobil (amplitudinea deplasării x).

Alimentarea bobinei primare de la o sursă externă determină la bornele bobinelor secundare o tensiune proporţională cu deplasarea miezului x.

La cota 0, miezul este la mijlocul distanţei dintre bobinele secundare, iar semnalul, Ue = 0.


Performanţele tehnice ale micrometrului inductiv sunt:

– rezoluţie şi reproductibilitate /absenţa forţelor de frecare şi inerţie; senzorul este insensibil la deplasările radiale, iar instrumentul de măsură este robust şi fiabil;

– erorile de măsurare sunt determinate de dimensiunea palpatorului şi de presiunea de contact: creşterea razei palpatorului determină reducerea sensibilităţii la variaţia grosimii / efect de mediere la creşterea suprafeţei de contact; creşterea presiunii de contact conduce la variaţii ale deformaţiei locale ale epruvetei, cu acelaşi efect.

Metoda triangulaţiei laser. Este utilizată la determinarea grosimii textilelor plane şi analiza reliefului de suprafaţă. Principiul de măsurare (fig. IX.5.124) constă în devierea sub unghi pro-porţional cu distanţa a fasciculului laser proiectat pe suprafaţa de analiză, prin reflexie difuză.

Performanţe tehnice: – la cota de referinţă de 30 mm se sesizează abaterile de grosime prin semnalul de

10 V/mm; – senzorul necesită adaptări pentru analiza suprafeţelor netede sau lucioase; limitarea

spotului prin diafragme determină creşterea rezoluţiei; – se aplică şi la analiza texturii, defectelor de ţesătură/cu aplicaţii în control on- line;

analiza drapajului; revenirii din şifonare; evaluarea dimensiunilor prin telemăsurare. Mostra este iluminată vertical, de un spot laser focalizat cu d < 100 mm, pe axa optică

a acestuia; reflexia se produce la un unghi mic, ce defineşte cota unităţii de suprafaţă incidentate, triunghiul de observaţie. Variaţia cotei determină deplasarea pe receptorul sensibil la poziţie, (bateria de diode laterale, segmentale), care emite un semnal electric proporţional. Semnalul emis este corectat de variaţiile de intensitate determinate de culoarea produsului analizat prin compensare electronică, permiţând extinderea analizei şi asupra materialelor vopsite sau imprimate.

Fig. IX.5.124. Principiul de triangulaţie laser.

În controlul on-line al produselor textile plane apar particularităţile:

Fig. IX.5.123. Micrometrul inductiv.


– diagramele de textură servesc la controlul îndeplinirii parametrilor geometrici ai unei ţesături (îndeplinirea condiţiei de desime tehnologică pe maşina de ţesut);

– figurile specifice texturii servesc la identificarea categoriilor de defecte, pe rampa de control.

Principiul metodei este adoptat de firma Uster, care a realizat clasificarea tipodimensio-nală a defectelor ţesăturilor, cu urmărirea acestora prin sistem de control obiectiv, automatizat.

IX.5.2.3.3. Determinarea proprietăţilor fizice ale textilelor plane

IX.5.2.3.3.1. Hidrofilia

Hidrofilia reprezintă capacitatea materialelor textile plane de a absorbi apa, prin fenomene de capilaritate. Metodele de determinare ale hidrofiliei sunt:

– determinarea duratei de plutire a epruvetelor până la cufundarea acestora într-un vas cu apă;

– determinarea creşterii masei materialului cufundat în apă într-un anumit interval de timp; – determinarea vitezei de ascensiune capilară; – determinarea duratei de absorbţie a picăturilor de apă; – determinarea puterii de absorbţie. Determinarea vitezei de ascensiune capilară (fig. IX.5.125). Se realizează pe epruveta

cufundată parţial într-un vas cu apă; relaţia de definire a vitezei de ascensiune capilară va (mm; cm/s) este:

va = hm/t m (IX.5.133)

unde: hm este înălţimea medie de ridicare a apei, prin capilaritate; t m – durata de observare a ascensiunii capilare.

Fig. IX.5.125. Dispozitiv pentru determinarea vitezei de ascensiune capilară.

Fig. IX.5.126. Curba de ascensiune

capilară.

Particularităţile metodei: – se pot efectua determinări paralele ale înălţimii de ridicare a apei, la intervale de timp

de 5, 10, 30, 60, 120 minute pe epruvete standard /350×50 mm; epruvetele standard se orientează pe axele tehnologice /3 determinări;

– fenomenul de ascensiune capilară se urmăreşte într-un interval de timp determinat, iar caracterizarea epruvetelor se realizează prin curba de ascensiune capilară (fig. IX.5.126); se evidenţiază astfel că absorbţia capilară se realizează cu viteze diferite în intervalul de timp studiat / tendinţa de staţionare, palierul final.


Determinarea puterii de absorbţie aparente a ţesăturii (fig. IX.5.127). Constă în determinarea capacităţii de absorbţie prin capilaritate şi a capacităţii de umezire; principiul constă în măsurarea timpului pentru extragerea coloanei de apă aflată în echilibru, din interiorul unui tub capilar de volum: V = π r2h.

Puterea aparentă de absorbţie a unei ţesături este dată de relaţia:

N = π·r2· h 2·ρ·g) / t [W] ( IX.5.134)

în care: r este raza tubului capilar, în m; h – înălţimea coloanei de lichid din tub, în m; ρ – densitatea apei distilate: ρ = 998,2 kg/m3; g – acceleraţia gravitaţională: g = 9,81 m/s2.

Observaţii: 1. Precizia metodei este determinată de: raza, lungimea şi

înclinarea tubului capilar faţă de suprafaţa produsului analizat; structura materialului; umiditatea relativă a materialului analizat.

2. În funcţie de capacitatea de absorbţie, materialele textile au capacitate de absorbţie: – foarte slabă: t > 7 s, N = 4·10–7 W; – bună: t = 7 s, N = 4·10–7 W; – foarte bună: t < 10 s; N > 5 erg·s–1. Determinarea hidrofiliei de contact. Este deosebit de importantă pentru materialele

textile destinate confecţiilor de lenjerie; apreciază capacitatea stratului vestimentar de a asigura preluarea secreţiilor active, în condiţiile unor eforturi intense. Hidrofilia de contact se apreciază prin variaţia de masă a epruvetei de dimensiuni standardizate, menţinută un interval de timp standardizat în instalaţia din figura IX.5.128:

0

0,c

m mh

m−

= (IX.5.135)

unde: m0 este masa iniţială a epruvetei; m – masa epruvetei după menţinerea în instalaţie. Instalaţia de măsură simulează un proces de transpiraţie intensă, în contextul utilizării

unui anumit produs vestimentar prin subsituirea cu un model. Preluarea umidităţii (vas cu apă la temperatura de maximum 33oC) de către materialul

textil se realizează prin membrana de celofan plasată pe un suport de cupru poros.

Fig. IX.5.128. Principiul instalaţiei pentru determinarea hidrofiliei de contact.

Determinarea hidrofiliei de imersie. Metoda presupune scufundarea epruvetelor (de

suprafaţă şi masă determinată) în apă distilată la temperatura de 20oC, pentru un interval de

Fig. IX.5.127. Principiul determinării puterii de

absorbţie.


timp de 10 min; hidrofilia de imersie se apreciază, conform relaţiei IX.5.135, după presarea între două straturi de material absorbant (hârtie de filtru).

IX.5.2.3.3.2. Higroscopicitatea textilelor plane

Higroscopicitatea reprezintă proprietatea materialelor textile plane de a absorbi şi menţine umiditatea sub formă de vapori de apă. Această proprietate depinde de materia primă din care sunt realizate produsele, de parametrii structurii geometrice şi de porozitatea materialului testat.

Fenomenul de sorbţie /desorbţie nu se realizează instantaneu, ci într-un interval de timp necesar stabilirii echilibrului dintre cele două stări; acest echilibru se atinge într-un interval t0, care depinde de compoziţia fibroasă şi de parametrii de structură geometrică. Materialele textile manifestă histereza la sorbţie, care este determinată de compoziţia fibroasă şi este influenţată de parametrii de structură geometrică. Compactitatea structurală influenţează higroscopicitatea, iar interdependenţa justifică diversitatea duratelor de climatizare a materialelor în procesele tehnologice.

Fenomenul de sorbţie / desorbţie este influenţat de fiecare componentă structurală (fig. IX.5.129): fire (fineţe, torsiune, tehnologie de realizare; tratamente de finisare); fibre (proprietate primară, care se transmite produsului).

Observaţii: 1. La starea de echilibru, un material conţine mai multă apă, dacă a atins această stare

prin desorbţie (uscare), decât dacă a ajuns în această stare prin sorbţie. 2. Determinarea higroscopicităţii materialelor textile presupune: – uscarea epruvetelor (la masă constantă), în etuvă (în limitele 105.. 110 oC); – condiţionarea epruvetelor în termohigrostat sau exicator (cu soluţie suprasaturată de

azotat de amoniu, pentru o umiditate relativă de 65 %); – evaluarea prin variaţia relativă a masei în procesul de condiţionare, la 24; 48; 72 ore; – efectuarea a 10 determinări; epruveta standard are dimensiunile de 50 × 200 mm.

Fig. IX. 5.129. Stabilirea echilibrului sorbţie-desorbţie şi histereza la ţesături: I – influenţa fineţii firelor; II – influenţa compoziţiei fibroase şi a fineţii firelor;

III – influenţa structurii geometrice.

IX.5.2.3.3.3. Permeabilitatea materialelor textile plane la vapori


Permeabilitatea materialelor textile plane la vapori / aerosoli reprezintă proprietatea ţesăturii de a fi traversată de un flux de fluid.

Permeabilitatea se măsoară prin determinarea pierderii de masă prin vaporizare a lichidului (apă distilată) dintr-un recipient (pahar Herfeld) obturat cu epruveta de material textil (epruvetele au formă circulară, φ = 60 mm); paharul se introduce într-un exicator cu o soluţie puternic higroscopică, ce produce evaporarea apei.

Permeabilitatea la vapori PV se calculează conform BS 7209; 3424, cu relaţia:

48 24 72 481/ 2 [( ) ( )],VP M M M M= − + − (IX.5.136)

în care: M24, 48, 72 reprezintă masa recipientului [g] după 24 ore, 48 ore şi, respectiv, 72 ore.

IX.5.2.3.3.4. Determinarea permeabilităţii la apă

Permeabilitatea la apă este proprietatea materialelor textile de a fi traversate de un jet de apă; se determină prin diferite metode.

Metoda ploii artificiale Rain Tester (AATCC 35). În condiţia de simulare a ploii (fig. IX.5.130), se determină capacitatea de absorbţie la trecerea apei prin materialul analizat. Capacitatea de absorbţie se exprimă prin:

Ca = (M – M0)/M0·100 % (IX.5.137) unde: M0 este masa suportului epruvetei înainte de încercare; M – masa suportului epruvetei supuse ploii, după îndepărtarea surplusului de apă.

Fig. IX. 5.130. Principiul Rain Tester. Fig. IX. 5.131. Principiul Drop Penetration test.

În figura IX.5.130, rozeta de stropire P, prevăzută cu 13 orificii de diametru 0,99 mm, se cuplează în poziţie orizontală cu rezervorul de apă alimentat prin tubul H şi permite dirijarea orizontală a fluxului de lichid spre epruveta E, testată, de dimensiuni standard (200×200 mm); prin cota rezervorului se reglează presiunea jetului de lichid; prin legătura cu tubul deversor de preaplin şi recirculare se asigură nivelul constant al apei în rezervor. Epruveta este fixată în faţa rozetei, la distanţa de 305 mm, pe un suport de hârtie absorbantă – sugativă S de 150×150 mm, de


masă determinată. Jetul de apă este dirijat pe suprafaţa epruvetei timp de 5 min ± 1 s, după care epruveta se extrage, iar suportul de hârtie absorbantă se supune cântăririi.

Capacitatea de absorbţie a materialului testat se poate obţine prin variaţia presiunii jetului de lichid, prin cota rezervorului, cu determinarea: presiunii limită la care apa nu traversează ţesătura; presiunii minime la care, prin epruvetă, trec 10 ml de apă.

Metoda Drop Penetration Test (BSEN 24920). În condiţia de simulare a ploii (fig. IX.5.131), cu jetul orientat sub unghi de 45 0 faţă de suprafaţa epruvetei, permeabilitatea la apă se exprimă prin timpul necesar ca epruveta să fie traversată de 10 ml de apă. Picăturile de apă sunt dirijate pe verticală (60 ± 5 picături/minut/tub capilar) spre epruveta E orientată sub un unghi de 45o, în sensul de orientare al urzelii, faţă de axa jetului; apa ce traversează epruveta este colectată prin intermediul colectorului semisferic, C; testul se încheie la colectarea a 10 ml de apă în rezervorul R (ISO 4920, BSEN 24920).

Metoda presiunii hidrostatice. Permeabilitatea la apă se apreciază la presiune: – constantă: determinarea cantităţii de apă ce a traversat epruveta, în interval de timp

determinat; – variabilă, prin determinarea: presiunii necesare apariţiei pe faţa epruvetei fixate într-un penetrometru (fig. IX.5.132)

a trei picături de apă; presiunea hidrostatică este normală pe elementul de suprafaţă şi are o valoare unică, indiferent de orientarea suprafeţei în jurul punctului considerat;

înălţimii coloanei de apă care asigură presiunea necesară pentru traversarea ţesăturii de primele trei picături de apă.

Epruveta standard E, fixată pe pâlnia de sticlă (cu suprafaţa de 100 cm2), se introduce în cavitatea discului metalic, racordat prin tub flexibil la rezervorul cu apă distilată. Sub presiunea coloanei apa traversează epruveta, pe suprafaţa căreia apar treptat primele picături

Fig. IX.5.132. Testarea textilelor plane la presiunea hidrostatică.


Observaţii: Impermeabilitatea la apă (gradul hidrofug) reprezintă proprietatea de a respinge apa de

pe suprafaţa materialului şi de blocare a traversării acestuia; metodele de determinare sunt aceleaşi cu cele de apreciere a permeabilităţii la apă.

IX.5.2.3.3.5. Determinarea permeabilităţii la aer

Permeabilitatea la aer se defineşte prin volumul de aer care străbate în unitatea de timp o unitate de suprafaţă a materialului textil, la valoarea depresiunii de referinţă (între cele două feţe ale materialului), de 1 cm col. H2 O:

Pa = V/A·t (IX.5.138)

Constituie un factor determinant pentru starea de confort fiziologic creată de produsul vestimentar; rezultatul determinării se exprimă ca: Pa [l / min; ml/s].

Observaţii: 1. Rezistenţa opusă de materialul textil la trecerea unui curent de aer se defineşte prin

timpul necesar pentru traversarea unităţii de suprafaţă a epruvetei de către 1 m3 aer, la aceeaşi condiţie de presiune, şi depinde de compactitatea structurală a materialului testat şi de grosimea acestuia.

apRiδ

=

unde: δ este grosimea materialului, în mm; i – coeficientul de permeabilitate la aer, în kg/m2·h. 2. Permeabilitatea la aer a materialelor textile plane este determinată de: – caracteristicile de compoziţie şi geometrice ale materialului testat: grosime, porozitate;

este influenţată de conţinutul de umiditate; – condiţiile de efectuare a testului /gradientul de presiune aplicat la suprafaţă. 3. Permeabilitatea la aer este influenţată: – prin modificarea compoziţiei fiboase a materialului/voluminozitate, grad de ondulare

al fibrelor; – prin modificarea contexturii/ desimi tehnologice, desimi geometrice, grad de acoperire

cu fir; – prin sistemele de filare utilizate pentru obţinerea firelor componente; fineţea şi

torsiunea firelor utilizate.

Determinarea permeabilităţii la aer în condiţii statice (fig. IX.5.133). Aceasta se detemină prin debitul care traversează epruveta E, la aspiraţie (realizată cu pompa de aspiraţie, P). Conform figurii IX.5.133, au loc următoarele etape:

– aplicarea diferenţei de presiune (valoare standardizată) între feţele epruvetei prin aspiraţie;

– determinarea volumului de aer care traversează epruveta cu contor de debit sau rotametru, R;

– verificarea diferenţei de presiune se realizează cu manometrul M, iar măsurarea se efectuează la stabilizarea debitului.

Observaţii: 1. Permeabilitatea la aer, în condiţia standard [m3/s·m2], se calculează în funcţie de

debitul de aer q [l/h] şi de aria secţiunii gurii de absorbţie A [m2]:


Pa∆P = (q∆P·10–3) /3600A (IX.5.139) 2. Permeabilitatea unui produs multistrat este media armonică a permeabilităţii

componentelor (relaţia Kledon):

1

11 .n

aaij

PP=

⎛ ⎞⎜ ⎟=⎜ ⎟⎝ ⎠∑ (IX.5.140)

3. Permeabilitatea la aer este dependentă de densitatea aparentă a materialului testat:

1a aP P Pγ= ⋅ ∆ , (IX.5.141)

unde: Pa1 este permeabilitatea la aer la diferenţa de presiune de 1 Pa; ∆P – diferenţa de presiune; γ – coeficient dependent de densitatea aparentă a materialului (γ = 0,53-0,98).

Fig. IX.5.133. Determinarea permeabilităţii la aer a textilelor / condiţii statice.

Fig. IX.5.134. Determinarea

permeabilităţii la aer a textilelor plane – Airbag Tester.

Metoda de determinare a permeabilităţii la aer în condiţii dinamice (fig. IX.5.134).

Permite determinarea permeabilităţii epruvetei într-un domeniu de variaţie al presiunii de încercare. Metoda este adecvată ţesăturilor tehnice „airbag” care sunt utilizate în regim dinamic de aplicare a presiunii. Sistemul de măsurare FX-3350 Dynamic Air Permeability Tester, prevăzut cu soft specializat, simulează condiţiile de inflaţie-deflaţie a epruvetei la presiune variabilă.

În acest scop se stabileşte o valoare iniţială a presiunii, care se modifică prin injectarea unui curent de aer comprimat (care traversează epruveta şi se colectează într-un recipient exterior); creşterea de presiune este de 1000 mbar şi se produce într-un interval de timp de 15-20 ms; scăderea presiunii are loc într-un interval de timp de 100-200 ms. Măsurarea presiunii aerului în cele două volume se realizează continuu, ca funcţie de timp, şi acest lucru permite calculul automat al valorii medii a permeabilităţii la aer a epruvetei testate şi a exponentului curbei permeabilităţii la aer în timpul fazei de deflaţie/ în condiţiile unui domeniu de testare de 400-600 mbar (domeniul critic pentru permeabilitate); rezultatele măsurării sunt prelucrate numeric.

Observaţii: 1. Sistemul este prevăzut cu celule de măsurare interschimbabile, care acoperă domenii

diferite ale permeabilităţii, pentru produse realizate într-o gamă extinsă a compactităţii structurale (tabelul IX.5.61):

2. Valenţele sistemului de măsurare sunt amplificate prin softul specializat ce permite interpretarea automată a rezultatelor măsurării (fig. IX.5.135- IX.5.138).


Testarea se realizează într-un interval de timp scurt; se caracterizează prin precizie şi reproductibilitate şi prin posibilităţile de interpretare.

Concomitent cu determinarea permeabilităţii se urmăreşte variaţia acesteia în funcţie de presiunea de efectuare a testului, deformaţia epruvetei în funcţie de presiunea de testare şi se obţine diagrama efort-deformaţie în funcţie de presiunea aplicată.

Tabelul IX.5.61

Caracteristicile celulelor de măsură Airbag Tester

Caracteristici F X 3350-100 FX 3350-200 FX 3350-400 FX 3350-800 FX 3350-1600

Viteza 200-450 450-750 75 0-1500 150 0-3000 300 0-6000 Presiunea 400-600 4 00-600 400 – 600 400-6 00 400-600

Fig. IX.5.135. Variaţia presiunii de efectuare

a testului.

F ig. IX.5.136. Înălţimea de boltire în funcţie

de presiune.

Fig. IX.5.137. Tensiunea în funcţie de deformaţie.

Fig. IX.5.138. Permeabilitatea la aer/ determinată

şi calculată în funcţie de presiune.


IX.5.2.3.3.6. Conductivitatea termică şi capacitatea de izolare termică

Proprietăţile fizice definitorii pentru comportarea produsului textil, în contextul transferului de energie termică, sunt:

– rezistenţa termică R: raportul dintre diferenţa dintre valorile absolute ale temperaturilor pe cele două feţe ale textilului plan (∆T) şi cantitatea de energie termică transferată în unitatea de timp prin unitatea de suprafaţă:

2/( / ) [K m /W]R T Q a= ∆ ⋅ , (IX.5.142)

şi defineşte capacitatea de izolare termică a acestuia; – rezistivitatea termică, r: raportul dintre rezistenţa termică şi grosimea ţesăturii;

constituie o proprietate intrinsecă a produsului şi este independentă de forma acestuia: r = R/d; (IX.5.143)

– conductivitatea termică, Λ, este inversa rezistivităţii, fiind definită prin relaţia:

Λ = d/R= (d/∆T)·(Q/A) [W·m–1·K–1]. (IX.5.144) Conductivitatea şi capacitatea de izolare termică a produselor textile sunt determinate

la nivelul structurii textile şi sunt în mică măsură dependente de natura fibrelor componente, deoarece fibrele textile (în condiţiile unei densităţi de împachetare constante) prezintă valori foarte apropiate ale conductivităţii termice, mult mai mari decât conductivitatea termică a aerului (tabelul IX.5.62).

Fig. IX.5.139. Percepţia obiectivă a tuşeului cald / rece, sub formă de semnal tranzitoriu.

Observaţii: 1. La aceeaşi masă corespunzătoare unităţii de suprafaţă M[g/m2], capacitatea de izolare

termică este determinată de pilozitatea şi voluminozitatea firelor componente, care se reflectă şi în moliciunea produsului.

2. Tuşeul cald sau rece se asociază particularităţilor structurale menţionate mai sus şi influenţează transferul termic în sensul corp-material textil, determinând percepţia diferită a materialului textil la nivelul termoreceptorilor pielii (fig. IX.5.139); astfel, tuşeul cald se explică prin conductivitatea redusă a materialului textil.

3. Tuşeul /cald sau rece/ se evidenţiază prin măsurare obiectivă (instalaţia de măsură Thermolabo / Kawabata), deci urmărirea variaţiei fluxului termic la contactul unei surse

Tabelul IX.5.62

Conductivitatea termică a

principalelor categorii de fibre

Fibra Λ [W·m–1·K–1] Bumbac o, 461 Viscoză 0,289 PA 0,243 Acetat 0,226 Celofibră 0,200 PAC 0,193 PES 0,141 Pp 0,117 Aer imobil 0,026


termice cu materialul textil; aceasta se produce sub o formă tranzitorie, identică cu cea produsă la suprafaţa pielii.

Metode de măsurare a conductivităţii termice a materialelor textile. Rezistenţa şi conductivitatea termică se determină prin măsurarea fluxului termic care străbate produsul atunci când acesta este plasat într-un gradient de temperatură; determinarea se realizează cu instalaţii de măsură standardizate.

Instalaţia de măsură Thermolabo se poate utiliza pentru determinarea conductivităţii termice L şi este alcătuită din trei componente:

– WB (cutia cu apă) în interiorul căreia un curent de apă este menţinut la temperatură constantă, egală cu a mediului, prin intermediul căreia proba este pregătită în vederea măsurării;

– BTB (sursa de căldură izolată), care furnizează o temperatură constantă, diferită de a mediului, similară cu temperatura corpului uman;

– TB (condensorul termic), care în procesul de măsurare se plasează pe suprafaţa epruvetei; la iniţierea fluxului termic se măsoară:

Qt = R–1·dq /dt. (IX.5.145)

Prin plasarea probei între modulele BTB şi TB, se determină energia necesară pentru echilibrarea pierderii de căldură la traversarea epruvetei de fluxul termic, prin menţinerea diferenţei de temperatură la valoare constantă:

1( )Q A UIt−= ⋅ ∆θ ⋅ (IX.5.146)

Instalaţia Alambeta / Zweigle este destinată determinării conductivităţii termice a materialelor textile plane şi evaluării tuşeului „rece” sau „cald” al acestora; instalaţia este similară cu Thermolabo, fiind realizată din două module care preiau funcţiile de pregătire şi măsurare necesare (fig. IX.5.140).

Fig. IX.5.140. Principiul instalaţiei Alambeta.

Fig. IX.5.141. Schema de principiu a instalaţiei pentru determinarea conductivităţii termice a

materialelor textile.


Produsele textile pot fi selecţionate conform unei destinaţii pe baza măsurării obiective a proprietăţilor termice specifice:

– conductivitatea şi capacitatea de izolare termică a: textilelor plane; produselor matlasate, caşerate / destinate confecţiilor; produselor destinate izolaţiilor termice;

– pentru verificarea eficienţei tratamentelor de finisare prin scămoşare, emerizare, texturare contracţie;

– evaluarea uniformităţii comportării materialelor la fixare termică şi uscare. Instalaţia Shirley Tog-Meter este utilizată la măsurarea caracteristicilor termice ale

materialelor textile prin determinarea gradientului de temperatură cauzat de fluxul termic care traversează suprafaţa testată; instalaţia de măsură este capsulată pentru menţinerea condiţiilor standard, este echipată cu senzori calibraţi pentru temperatură şi prevăzută cu un modul destinat înregistrării rezultatelor. Determinările se realizează pe epruvete standard condiţionate, de formă circulară, a căror grosime se măsoară înainte de efectuarea testului astfel:

– epruveta condiţionată se plasează pe placa izolatoare şi se acoperă cu placa rece; – se determină temperatura de transfer, cu ajutorul senzorilor de temperatură, prin

intermediul înregistratorului cuplat cu senzorii; – se calculează rezistenţa termică a materialului, TOG şi conductivitatea termică a

epruvetei testate. Instalaţia de măsură din figura IX.5.141 are funcţionare similară; conductivitatea termică

se determină în condiţia unui flux termic staţionar, la valoare determinată a gradientului de temperatură, pentru suprafaţa dimensionată.

Determinarea se finalizează la regim de temperatură staţionar:

1

1 2 [W m K ],

( )A−Φ

λ = δ ⋅ ⋅θ − θ

(IX.5.147)

unde: Φ este fluxul termic transmis prin epruvetă, în [W]; A – suprafaţa epruvetei, în m2; δ – grosimea epruvetei de material textil; θ 1, θ 2 – temperaturile la suprafaţa materialului, determinate cu senzorii T4; T5.

IX.5.2.3.3.7. Comportarea textilelor plane la flacără

O ţesătură rezistentă la flacără este caracterizată prin aceea că nu permite propagarea combustiei. Materialele textile se testează (fig. IX.5.142) prin determinarea:

– timpului necesar pentru propagarea combustiei pe o anumită distanţă/ determinată de: natura fibrelor componente, masa pe unitatea de suprafaţă;

– vitezei de propagare a combustiei [mm/s]:

v = K/M (IX.5.148)

unde: K este constantă ce caracterizează materialul fibros testat; are valori de: 8000, la bumbac; 2500, la lână.

Caracterizarea produsului testat se realizează prin: – timpul de post-combustie, între momentul iniţial şi autostingere; – timpul de post-incandescenţă, de la dispariţia flăcării la dispariţia incandescenţei; – dimensiunea maximă de extindere a efectelor combustiei: topitură, ardere sau

deteriorare; – desprinderea bucăţilor de material degradat. Prin standard se prescrie acţionarea asupra epruvetei suspendate în plan vertical cu un

arzător alimentat cu propan, înclinat la 45o faţă de aceasta, timp de 12 s.


Testarea materialelor care se expun acţiunii flăcării pe toată suprafaţa se realizează pe aceeaşi instalaţie, prin modificarea poziţiei arzătorului faţă de epruvetă şi a duratei de expunere (max 30 s).

Materialele tratate ignifug se testează după spălare sau curăţire uscată.

Fig. IX.5.142. Principiul de testare al comportării la ardere a epruvetelor

de material textil.

IX.5.2.3.3.8. Proprietăţile electrice ale produselor textile

Metode şi aparate pentru determinarea rezistivităţii. Materialele textile sunt dielectrici şi se caracterizează prin rezistivitate electrică foarte mare, de ordinul 10 6-10 15 Ω.

Proprietăţile electrice depind de: natura materialului fibros; prezenţa purtătorilor de sarcină /impurităţi, fracţiuni de monomer, pigmenţi.

Ele sunt influenţate de: – temperatură (influenţează fenomenele de disociere şi mobilitatea purtătorilor de

sarcini); variaţia temperaturii determină variaţia conductivităţii:

γ = e –∆U/K T (IX.5.149)

unde: K este constanta lui Boltzmann; ∆U – energia de activare a fenomenelor de conducţie; T – temperatura absolută, în K.

– umiditatea materialelor textile (influenţează mobilitatea purtătorilor de sarcini); în condiţia unei temperaturi constante, T [oC], rezistenţa este:

RT = ct = A·U –K, (IX.5.150)

unde: RT este rezistenţa electrică a probei, în Ω; U – conţinutul de umiditate, în %; A, K – constante de material.

Materialele textile se caracterizează prin: – rezistivitatea de volum ρ V / fibre:

ρV = 10–1·k·S·RV·a–1 [Ω·cm]; (IX.5.151) ρV = 10 2·m·RL·a–2·d–1 [ Ω·cm ], ( IX.5.152)

unde: k este coeficientul de umplere al dispozitivului de măsurare; S – aria suprafeţei electrodului în contact cu materialul fibros, în mm2; a – distanţa dintre electrozi, în mm; d – densitatea materialului, în g/cm3; m – masa fibrelor din spaţiului dintre electrozi, în g;


– rezistivitatea de lungime ρl /fire:

ρl = 10·n·RL·a–1 [ Ω /cm ] (IX.5.153)

unde n este numărul de fire prinse între electrozii de măsurare;

– conductivitatea electrică γ:

γ = ρ–1 (IX.5.154) Observaţii: 1. RV, RT reprezintă media geometrică a valorilor

rezistenţei electrice calculate ca M (log R i). 2. Proprietăţile electrice sunt raportate la

parametrii climei standard (tabelul IX.5.63). 3. Proprietăţile electrice sunt dependente de puritatea produselor textile; prezenţa

substanţelor auxiliare / agentul de antistatizare: reduce rezistivitatea de aproximativ 1010ori / pigmenţii (exemplu: pentru fibre viscoza cu o concentraţie de 30%, negru de fum) de 108 ori/; prezenţa/ absenţa adosurilor tehnologice trebuie specificată întotdeauna.

Tabelul IX.5.63

Valori orientative ale rezistivităţii electrice determinate în condiţiile climei standard

Fibra Bumbac In Ramie Lână PAC PES Viscoză Acetat

log (ρ) 6,8 6,9 7,5 8,4 8,7 8 7 11,7

Principii de măsurare a rezistenţei electrice a produselor textile. Determinarea caracteristicilor dielectrice. Electrozii dispozitivului de măsurare (între care se dispun epruvetele de material textil) se conectează cu o sursă de curent continuu; rezistenţa electrică se măsoară cu teraohmetrul sau prin metoda voltmetru-ampermetru, iar rezistivitatea materialelor testate se calculează conform relaţiilor IX.5.151- IX.5.154.

Produsele textile se caracterizează ca dielectrici prin: – permitivitatea dielectrică relativă:

0

,rCC

ε =

unde: C0 este capacitatea condensatorului în aer; C – capacitatea aceluiaşi condensator /în prezenţa dielectricului (material textil).

εr este o mărime adimensională care indică creşterea energiei absorbite de către un condensator între plăcile căruia s-a plasat dielectricul respectiv;

– tangenta unghiului de pierderi dielectrice, tgδ, în care factorul de pierderi dielectrice δ exprimă pierderile de energie sub formă de efecte termice în dielectricul respectiv.

Condiţiile de climă influenţează valorile εr şi tgδ : – εr depinde de temperatură; în figura IX.5.144 se evidenţiază temperaturi critice Tc,

caracteristice fiecărui material / cu valori maxime εr; – εr depinde de umiditatea relativă a aerului (tabelul IX.5.64); conţinutul de umiditate

are cea mai mare influenţă, deoarece produsul textil umed constituie un amestec de fibre (εr = 2-6), aer (εr = 1), apă (εr = 80); o variaţie neînsemnată a conţinutului de umiditate conduce la variaţii pronunţate ale permitivităţii relative.

21

ab

1

2

a

Fig. IX.5.143. Electrozi pentru determinarea rezistenţei electrice a

materialelor textile: 1 – electrozi; 2 – materialul fibros.


Fig. IX.5.144. Variaţia permitivităţii relative şi a pierderilor dielectrice în funcţie de temperatură.

Tabelul IX.5.643

Valori orientative ale permitivităţii dielectrice la materiale fibroase

Material fibros 100 MHz 1 MHz 50 Hz φ [%] φ [%] φ [%]

0 45 65 0 45 65 65 Celuloza 3 4,4 6 3,2 7,1 18 – Acetat 2,5 2,9 3,5 2,6 3 3,5 4,5 PAN 2,3 2,5 2,8 2,8 3,3 4,2 6,5 PES 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 3

Măsurarea capacităţii se asigură conform prin-

cipiului din figura IX.5.145; valoarea εr este dată de relaţia:

0 0

1 ,1

r d C dC

ε =+ −

∆ ∆

(IX.5.155)

în care: d0 este distanţa dintre electrozii condensatorului de măsură C0; d – distanţa dintre electrozii condensatorului C; ∆ – grosimea dielectricului (materialul textil).

Măsurarea se efectuează în trei condiţii diferite: ∃d0 = d, valoare constantă a distanţei dintre electrozii condensatorului de măsură:

0

1 ;1 1

r CdC

ε =⎛ ⎞+ −⎜ ⎟∆ ⎝ ⎠

(IX.5.156)

∃d0 = d = D, ideal – imposibil de realizat pentru produsele textile, deoarece electrozii ar trebui să adere perfect la suprafaţa epruvetei de material textil:

d∆

Fig. IX.5.145. Determinarea permitivităţii dielectrice.


0

rCC

ε = (IX.5.157)

∃d0 ≠ d; C = C0 /metodă de comparaţie; se măsoară micrometric variaţia distanţei dintre plăcile condensatorului:

0

1 .1

r d dε =

−−

∆

(IX.5.158)

Măsurarea se execută pe instalaţii de măsurare prin metode de rezonanţă, cu decametrul, prin metoda substituţiei; condiţia de rezonanţă este:

0 0

12rf L C

= (IX.5.159)

şi îndeplinirea este semnalizată prin intermediul voltmetrului electronic, care indică un maxim de tensiune la bornele condensatorului C0; prin substituţie se urmăreşte îndeplinirea condiţiei cu condensatorul de măsură Cx (fig. IX.5.146).

Fig. IX.5.146. Principiul de funcţionare al decametrului.

Metode şi aparate pentru determinarea încărcării cu electricitate statică. Electrizarea materialelor textile generează efecte care stânjenesc prelucrarea tehnologică, provoacă disconfort în purtare şi uneori pericol în folosire şi întreţinere.

Mecanismul electrizării materialelor textile este specific dielectricilor, care, prin contactul a două suprafeţe diferite, favorizează transportul de sarcini electrice, electroni sau ioni; acest transport are loc prin „efectul tunel”, când distanţa dintre suprafeţe este de 25Å sau mai mică.

Produsele textile, dielectrici cu rezistivitate mare de suprafaţă şi volum, păstrează încărcări statice mari, cu o densitate maximă de 2650 pC/cm2, care creează un câmp electric de 3 MV/m.

În funcţie de semnul sarcinilor dobândite prin frecare, materialele alcătuiesc serii triboelectrice, în cadrul cărora ordinea este dependentă faţă de parametrii de climat (tabe-lul IX.5.65).

Frecarea intervine în electrizare prin mărirea numărului zonelor de contact dintre suprafeţe şi prin efectele termice care determină creşterea mobilităţii sarcinilor.

Tendinţa de electrizare se măsoară prin: – determinarea electrizării rezultate în urma frecării produselor textile; – determinarea timpului de înjumătăţire a sarcinilor electrice formate pe produs; – determinarea rezistivităţii electrice a produsului textil.


Electrizarea prin frecare se apreciază cantitativ prin determinarea potenţialului electric, a sarcinii electrice sau a intensităţii câmpului electric produs de sarcina generată (tabelul IX.5.66).

Tabelul IX.5.65

Serii triboelectrice la materiale textile

φ(%) 0 65 35

+ Sticla Sticla Sticla Fibre poliamidice Fibre proteice Fibre proteice Fibre proteice Fib re celulozice Fibre poliamidice Fibre celulozice F ibre acetat Oţel Oţel Fibre poliacrilvinilice Fibre celulozice Fibre acetat Oţel Fibre poliesterice Fibre poliesterice Fibre poliesterice Fibre poliacrilnitrilice Fibre poliacrilnitrilice Fibre poliolefinice Fibre poliolefinice Fibre poliacrilvinilice F ibre poliolefinice – Teflon

Tabelul IX.5.66

Clasificarea metodelor de măsurare a electrizării rezultate prin frecare

Mărimea electrică măsurată Electrozi Electrometre

Sarcină; densitatea de sarcină De contact Mecanice Potenţial electric Câmp electric creat de sarcină

De inducţie

Electronice, cu amplificator de c.c.; cu modulare mecanică şi cu amplificare în c.a.

Măsurarea densităţii de sarcină prin contact. Se face prin: – conductoare: măsurarea sarcinii electrice se realizează prin determinarea potenţialului

creat de aceasta, la plasarea între electrozii unui condensator de capacitate determinată; sarcina Q se calculează cu relaţia:

Q = C·U (IX.5.160)

– dielectrici: sarcinile nu pot fi transmise simplu electrodului; determinarea este mai dificilă; contactul între corpul de măsură şi electrod se face întotdeauna numai în câteva puncte (suprafaţa de contact fiind foarte mică în raport cu suprafaţa totală încărcată).

Densitatea de sarcină se exprimă: pentru corpuri izolatoare, în C/cm2, pentru suprafeţe plane, în C/cm, la structurile liniare, C/g masă fibroasă. Cunoscând intensitatea curentului I [A] şi viteza de transport v [cm/s], se poate determina densitatea de sarcină acumulată pe material:

2 [C/cm ],Q lS b v

σ = =⋅

(IX.5.161)

unde: b este lăţimea materialului încărcat.


Măsurarea densităţii de sarcină prin influenţă. Electrodul se leagă de un electrometru cu un conductor ecranat, care trebuie să aibă o anumită lungime pentru a putea ajunge în toate locurile importante în măsurare; utilizarea conductoarelor ecranate duce la creşterea capacităţii sistemului şi, prin aceasta, la micşorarea sensibilităţii (fig. IX.5.147).

Fig. IX.5.147. Metode de măsurare a densităţii de sarcină.

Determinarea se realizează cu electrometre mecanice (cu o rezistenţă de izolaţie de 1016 Ω). În practică sunt preferate electrometrele electronice, la care tensiunea de măsură este amplificată şi transformată în curent care poate fi măsurat şi înregistrat în mod corespunzător.

Culegerea sarcinii cu un electrod metalic nu prezintă o precizie suficientă deoarece contactul electrodului cu materialul textil nu se realizează în punctele de generare prin frecare a sarcinilor electrice/ deci nu se culeg toate sarcinile; acest contact generează apariţia de sarcini şi rezultate eronate.

Introducerea materialului textil în cuşcă Faraday şi măsurarea sarcinii totale a cuştii cu un electrometru este dificil de realizat, deoarece pentru a obţine sensibilitatea metodei trebuie îndeplinite condiţii contradictorii: capacitatea electrică a cuştii trebuie să fie mică/dimensiuni mici; cuşca trebuie să fie ecranată electric (capacitate mare); sarcina electrică necesară mare, deci probe de dimensiuni apreciabile.

Măsurarea câmpului electric produs de sarcină. Câmpul creat de sarcinile electrice acumulate de produs determină o separare de sarcini şi, ca urmare, o sarcină electrică egală şi de semn contrar pe sonda conectată la un aparat de măsură; condiţia de realizare a unei măsurări corecte este reducerea consumului din energia câmpului şi menţinerea geometriei acestuia; măsurarea se realizează cu electrometre electronice, prevăzute cu amplificatoare de curent continuu sau cu modulare mecanică şi amplificare în curent alternativ.

Electrometre electronice cu amplificare în curent continuu. Electrometrul (fig. IX.5.148,a) se constituie dintr-un electrod legat printr-un conductor ecranat de un amplificator operaţional prevăzut cu un element de integrare şi un aparat de măsură care indică sarcina acumulată de produs sub influenţa câmpului E. În cazul electrometrului cu amplificator de c.c. şi cameră de ionizare, între electrodul de gardă 1 şi electrodul de măsură 2 se plasează camera de ionizare 3, în care un produs radioactiv determină un nivel constant de ionizare: prezenţa unui câmp electrostatic exterior E determină o variaţie a nivelului iniţial de ionizare şi apariţia în circuitul de măsurare a unui curent, a cărui intensitate este proporţională cu valoarea sa.

Etalonarea aparatului se realizează direct în unităţi de intensitate de câmp, fiind utilă în analiza câmpurilor omogene.

Determinarea timpului de înjumătăţire a sarcinilor de pe produsul textil. În cadrul oricărei metode de măsurare a electrizării în care se măsoară potenţialul sau intensitatea câmpului electric (procedeu fără contact) se poate determina cu un cronometru timpul de reducere la jumătate a valorii iniţiale. La baza măsurării stă principiul descărcării tensiunii la bornele unui condensator, care este funcţie de timp şi de rezistenţa electrică a probei prin care se face transportul de sarcini:


U = U0·e τ/RC, (IX.5.162) unde: U este tensiunea între armăturile condensatorului la momentul τ, în %; U0 – tensiunea iniţială sau de încărcare la timpul τ =0, în V; t – timpul de descărcare, în s; R – rezistenţa electrică a materialului, în Ω; C – capacitatea electrică a condensatorului, în F.

a b

Fig. IX.5.148. Măsurarea intensităţii câmpului creat de sarcinile electrice; amplificatoare de curent continuu:

a – amplificator de c.c.; b – amplificator de c.c. şi cameră de ionizare.

Rezultă:

0

,ln

RUCU

τ= (IX.5.163)

Deoarece atât potenţialul cât şi intensitatea câmpului electric sunt proporţionale cu sarcinile de pe produsul textil, acesta va fi chiar timpul de înjumătăţire a sarcinilor.

Scăderea are loc prin scurgerea la pământ prin rezistenţa electrică a produsului textil şi, din acest motiv, epruveta trebuie legată nemijlocit la pământ, întotdeauna în acelaşi mod.

Condiţiile mediului ambiant se menţin constante, deci temperatura şi umiditatea mediului nu se introduc în relaţia de calcul.

Electrometre electronice cu amplificare în curent alternativ. Prin alternarea poziţiilor electrodului colector (fig. IX.5.150,a, b) realizată prin mişcare de rotaţie, rezultă un curent alternativ, de frecvenţă determinată de pulsaţia ω, ce poate fi amplificat şi măsurat:

Ux = i·R = S·C·ε·E·sin ω·t (IX.5.164)

unde: S este suprafaţa electrodului colector; ε – permitivitatea dielectricului; ω = 2πn; E – intensitatea câmpului electric creat de sarcina de măsurat.

Semnalul tensiune este amplificat şi redresat prin intermediul unei tensiuni auxiliare furnizate de un generator magnetic, la aceeaşi frecvenţă ν, ceea ce permite şi stabilirea polarităţii sarcinii care a produs câmpul electric respectiv.

Aparatul este etalonat în unităţi de intensitate de câmp [V/m], iar tensiunea Ux poate fi calculată în funcţie de distanţa frontală a generatorului electrostatic şi material:

U = E·d [V] ( IX.5.165)

Fig. IX.5.149. Principiul determinării timpului de înjumătăţire

a sarcinilor statice.


Condiţii metrologice la măsurarea încărcării electrostatice a materialelor textile. Din analizele efectuate asupra condiţiilor metrologice se constată (fig. IX.5.151) următoarele influenţe:

– influenţa formei epruvetei asupra încărcării; – influenţa formei epruvetei asupra vitezei de scădere a sarcinii statice; – influenţa dimensiunii capului de testare asupra sarcinii acumulate, Q; – influenţa suportului epruvetei.

Fig. IX.5.150. Măsurarea intensităţii câmpului creat de sarcinile statice cu amplificator

de curent alternativ.

Fig. IX.5.151. Măsurarea intensităţii câmpului creat de sarcinile electrice; amplificatoare de

curent continuu.

Observaţii: – sarcinile acumulate pe probele fixate pe suport izolat sunt de 2-3 ori mai mari decât în

cazul celor legate la pământ; – sarcina acumulată creşte o dată cu dimensiunea capului de probă, cu excepţia probelor

ce conţin componente conductive; dimensiunea optimă a cadrului este la 70×100 mm (sau un diametru echivalent);

– scăderea în timp a încărcării statice este mai mare pentru probele aşezate pe suport împământat;

– viteza de scădere în timp a încărcării statice este mai mică la creşterea suprafeţei epruvetei (bumbac, materiale tratate antistatic);

– sarcina şi viteza de reducere a sarcinii acumulate sunt similare la fixarea epruvetei pe suport metalic / de lemn legat la pământ; valorile sunt mai stabile la ţesăturile cu elemente electroconductive.

Observaţiile de mai sus sunt exemplificate prin reprezentări grafice (fig. IX.5.152- IX.5.160) obţinute în determinări efectuate pe textile plane realizate ca ţesături sau tricoturi, din diferite materii prime.


Fig. IX.5.152. Variaţia câmpului electric creat de

sarcină, în funcţie de dimensiunea epruvetei testate şi de intervalul de măsurare.

Fig. IX.5.153. Dependenţa câmpului electric creat de sarcină de dimensiunea epruvetei

testate.

Fig. IX.5.154. Timpul de înjumătăţire a sarcinii la epruvete fixate pe suport metalic

împământat.

Fig. IX.5.155. Dependenţa câmpului creat de

sarcină de dimensiunea epruvetei şi natura suportului izolator.

F ig. IX.5.156. Dependenţa câmpului creat de

Fig. IX.5.157. Dependenţa câmpului creat de


sarcină de natura suportului izolator, la ţesătura de bumbac.

sarcină de natura suportului izolator, la tricot din fire PES cu conţinut de fibre conductive.

Fig. IX.5.158. Dependenţa câmpului creat de sarcină de umiditatea relativă a aerului, la ţesături de: lână, bumbac; PES şi PA /antistatizate.

Fig. IX.5.159. Dependenţa câmpului creat de sarcina acumulată de temperatura şi umiditatea relativă a aerului, la ţesături din: bumbac 100%, lână 100%; amestec de PES


cu componente conductive; amestec de PES cu componente conductive şi bumbac.

Fig. IX.5.160. Dependenţa câmpului creat de sarcina acumulată de temperatura şi umiditatea relativă a aerului, la ţesături din PES 100%, PA 100% şi PES 100%,

PA 100% antistatizate.

O influenţă deosebită asupra rezultatelor determinărilor asupra încărcării statice acumulate prin frecare este exercitată de parametrii de climat şi mai ales de umiditatea relativă a aerului; influenţa se manifestă diferenţiat, în funcţie de natura materialelor testate.

manual microscopie

Documents