Группа физиков из Университета Ренна, Университета Аояма Гакуин и Университета Лиона выяснила, что именно трение между волокнами позволяет трикотажным тканям принимать определенные формы. Это открытие проливает свет на механизмы, лежащие в основе формирования структуры трикотажных изделий.
Ученые сосредоточили свое внимание на анализе механики вязания, которая до сих пор оставалась малоизученной областью. Несмотря на многочисленные исследования, посвященные свойствам тканей, включая их теплоизоляционные характеристики, детали, определяющие форму вязанных изделий, оставались загадкой.
Для своих экспериментов специалисты использовали нейлоновую нить и классический узор вязания под названием «чулочная вязка». Эта техника, основанная на формировании переплетающихся петель с помощью вязальных спиц, широко применяется в создании трикотажных изделий. Ученые изготовили образец ткани из массива 70×70 петель и прикрепили его к двухосевой растягивающей машине, чтобы исследовать поведение материала под различными нагрузками.
Во время экспериментов ткань подвергали растяжению в разных направлениях, а затем анализировали изменения в ее структуре. Результаты показали, что ткань не имеет единственной устойчивой формы. В зависимости от способа растяжения материал мог принимать различные метастабильные формы — состояния, при которых ткань остается стабильной, но не находится в своей единственной возможной конфигурации. Дальнейший анализ показал, что соотношение длины и ширины варьировалось в зависимости от прикладываемых усилий и степени закручивания.
Чтобы глубже понять этот феномен, исследователи создали компьютерные симуляции структуры нитей. Виртуальные эксперименты позволили им воспроизвести наблюдаемые в реальном образце эффекты, а также протестировать влияние характеристик, которые невозможно было изменить в реальной ткани, например уровень трения между волокнами. Когда его снизили в симуляции до нуля, число возможных метастабильных форм ткани сократилось до одной. Таким образом, именно трение было идентифицировано как ключевой фактор, определяющий способность трикотажных изделий принимать различные формы.
Это открытие не только улучшает понимание физических свойств тканей, но и имеет практическое значение для текстильной промышленности. Возможность контролировать формы вязанных изделий за счет манипуляций с трением может открыть новые горизонты в создании одежды и других текстильных продуктов с заданными характеристиками. Например, инженеры могут разработать материалы, которые легко адаптируются под различные нагрузки или сохраняют устойчивость в заданной форме.
Работа группы ученых представляет собой важный шаг вперед в области физики материалов, а также дает основания для дальнейших исследований. Изучение других факторов, например влияния различного типа волокон или структуры петель, может привести к еще более глубокому пониманию механики вязания и расширению возможностей текстильного производства.
Ранее ученые разработали основу для «умного» текстиля — роботизированные волокна SHINE.
