XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение физических свойств и характеристик тряпок из микрофибры

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Тезикова М.А. 1

---

1Газпром школа Свободный

Горбатенко И.Ю. 1

---

1Газпром школа Свободный

Работа в формате PDF

684.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Сегодняшний мир быстро развивается и привносит в нашу жизнь много нового, но тряпка остается незыблемой. Она находит свое применение в разных сферах деятельности, от бытовой уборки до промышленности. Благодаря своей простоте и универсальности, тряпка стала незаменимым инструментом для уборки и поддержания чистоты.

Каждая хозяйка мечтает иметь тряпку, которая качественно очищает поверхность без дорогостоящего моющего средства. Одна такая тряпка должна заменять множество других тряпок, гелей, жидкостей и порошков, для ухода за разными поверхностями.

С учетом того, сколько их разновидностей сейчас выпускают, можно растеряться и сделать неверный выбор. А ведь хорошая тряпка должна, сэкономить время и сделать процесс мытья легким, быстрым, приятным. Каким тряпкам отдавать предпочтение? Из какого материала делаются тряпки? Есть ли отличия в технических характеристиках тряпок различных производителей? Какие характеристики являются показателями качества тряпки? Эти вопросы делают тему нашего исследования актуальной.

Цель исследования: экспериментальное исследование физических свойств характеристик тряпок для уборки разных производителей, определение характеристик, которые являются показателями их качества.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Изучить теоретический материал по данной теме в научно-популярной литературе, публикациях и статьях Интернет;

2. Провести экспериментальную проверку:

-измерить размеры тряпки (a, b);

-определить плотность;

-исследовать износостойкость тряпок разных производителей;

-исследовать зависимость массы впитываемой жидкости от рода жидкости (плотности);

-исследовать время высыхания тряпок от температуры окружающей среды.

3. Проанализировать полученные результаты, сформулировать выводы.

Область исследования – первоначальные сведения о строении вещества, взаимодействие тел.

Объект исследования – тряпка из микрофибры. 

Предмет исследования – физические свойства и характеристики тряпки.

Гипотеза исследования - следует ожидать, что эксплуатационные свойства и характеристики тряпок разных производителей различны и напрямую зависят от показателей качества материала, из которого они изготовлены.

Методы исследования:

• Теоретический: сбор, анализ, синтез, обобщение информации;

• Экспериментальный: проектирование исследования, сбор данных, анализ результатов, выводы, публикация результатов.

Новизна работы: в нашей работе представлен как теоретический, так и практический материал, выходящий за рамки школьной программы курса физики. Поставлен ряд опытов и проведено исследование в области изучения свойств материала.

Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности их использования на уроках физики 7,10 классов, на внеурочной деятельности при изучении таких тем как «Плотность вещества», «Смачивание и несмачивание», «Капиллярные явления».

1. Теоретическая часть

1. 1. История происхождения тряпки

Слово «тряпка» имеет довольно интересное происхождение. Оно происходит от древнегерманского слова «trappa», которое означает «кусок ткани». В средневековой Европе тряпки изготавливались из льна или хлопка и использовались для различных бытовых нужд.

С течением времени слово «тряпка» стало широко распространено и использовалось для обозначения множества различных предметов. От старых тряпок делали ковры, одежду, а также использовали их для уборки. Именно этот последний аспект и закрепил за словом «тряпка» его современное значение.

История происхождения тряпок неразрывно связана с историей ткани. Первое упоминание о кусках материи, используемых для протирания, встречается в папирусах Древнего Египта. 

Исторически первыми материалами, используемыми в качестве тряпок, являлись ветошь из хлопка и льна. До промышленной революции в Европе в 17–18 веках, когда текстильная промышленность начала развиваться, ветошь оставалась дорогим видом товара. Но со снижением себестоимости текстильных изделий и тканей ветошь стала массово доступной как вспомогательный материал для протирания различных загрязнений. 

Также существует две версии происхождения тряпок для ухода за лицами и телом:

Версия Д. Г. Томпсона. По ней, тряпки были изобретены предпринимателем или инженером Д. Г. Томпсоном в 1970-х годах. Он заметил потребность в удобных и гигиеничных средствах для ухода за ребёнком и придумал идею использовать кусочки целлюлозы, пропитанные бактерицидным веществом, для создания тряпок. 

Версия компании «Кимберли-Кларк». По ней, тряпки были изобретены компанией «Кимберли-Кларк», которая в то время уже выпускала обычные сухие салфетки. Компания решила создать более удобный и гигиеничный продукт для ухода за ребёнком, и так появились первые тряпки [1]. 

1. 2. Виды тряпок

Салфетки для уборки дома можно поделить на категории в зависимости от материала и сферы использования. Большие изделия обычно используются для мытья пола, а вот маленькие подходят для очистки разнообразных поверхностей. Профессиональные салфетки часто имеют пропитку и предназначены только для определенных деликатных изделий. Для уборки квартиры чаще применяют универсальные тряпочки.

Есть несколько видов материалов из которых изготавливают тряпки:

1. Хлопковые. Простой и распространенный вариант, которым пользовались и пользуются многие поколения хозяек. Хлопковые салфетки для уборки могут иметь различные оттенки и размеры.

2. Из микрофибры. Современный материал применяется не только для изготовления салфеток для уборки, но также для полотенец и одежды. Изделия из микрофибры бывают неткаными и ткаными. Если сравнивать с хлопком, то материал впитывает в 7 раз больше влаги.

3. Целлюлозные. Такой материал очень схож с вискозой по характеристикам. Целлюлозные салфетки не получится использовать для сухой уборки, их нужно хоть немного увлажнить. Сами волокна в материале довольно хрупкие, что влияет на износостойкость при интенсивном использовании.

4. Из вискозы. Довольно популярные салфетки разных цветов. Вискозные изделия нередко имеют дополнительные компоненты в составе. Наличие полиэстера снижает качество уборки.

5. Из бамбука. Салфетки из такого материала относительно недавно появились на отечественном рынке. Изделия имеют довольно высокую стоимость и большой размер. Бамбук не применяется для удаления сильных загрязнений, он лучше подходит для легкой ежедневной уборки. Также материал плохо вымывает грязь из микротрещин.

6. Другие. Меньшей популярностью пользуются латексные салфетки для уборки. Они бывают разных размеров и цветов. Латекс довольно бережно очищает различные поверхности. Эффективно убирает даже старые и въевшиеся пятна. Прорезиненная поверхность на ощупь отличается от привычных тряпок. Многоразовые салфетки отлично поглощают влагу. Их даже можно стирать, но только не в горячей воде. Латекс не удаляет отпечатки пальцев с гладких поверхностей.

7. Также существуют влажные салфетки для уборки. Они одноразовые и пропитаны специальным чистящим средством. Подходят для быстрого устранения пятен, ведь уже готовы к применению, не придется тратить время на смачивание. Салфетки используются при точечной уборке, ведь подходят только для определенных поверхностей.

8. Обычно влажные салфетки предназначены для очистки техники и мелких декоративных элементов. В генеральной уборке практически не используются. Волокна салфеток хрупкие, поэтому применять их стоит бережно.

9. Для стекол и зеркал хорошо подходят изделия из искусственной замши. Они могут использоваться даже без дополнительных моющих средств. Материал не оставляет ворсинок на поверхности. Отлично справляется с разводами и отпечатками пальцев. Правда, применяются салфетки только в увлажненном состоянии [2].

Самые популярные производители тряпок:

1. Vileda

2. Smart

3. Bagi

4. «Рыжий Кот» 

5. Clear Line 

В нашей работе мы будем изучать свойства и характеристики тряпок из микрофибры, так как микрофибра является лучшим материалом для вытирания пыли, мойки окон и пола, а также полировки зеркал.

1. 3. Микрофибра

Микрофибра - это синтетический материал, состоящий из полиэстера и полиамида. Он характеризуется своей мягкостью, высоким впитывающим свойством и способностью удалять пыль и грязь без использования химических средств. Микрофибра широко используется в производстве салфеток, полотенец, рукавиц и других предметов для уборки.

Положительно заряженные волокна микрофибры притягивают пыль с отрицательным зарядом. Благодаря статическому электричеству ткань подбирает самые маленькие крупицы пыли и надежно фиксирует их в своих волокнах, не позволяя подниматься в воздух или оседать на других предметах. Это лучшие салфетки для уборки, которые рекомендованы аллергикам и астматикам.

В сухом виде микрофибра работает как магнит для пыли, а во влажном превращается в эффективную тряпку для удаления самых сильных загрязнений. После очистки на поверхности не остается разводов и ворса.

Поперечное сечение разрезанной микрофибры напоминает звездочку, где между лучами расположены пустые пространства, собирающие загрязнения.

Рисунок 1 – Поперечное сечение разрезанной микрофибры

Это некие карманы для сбора пыли. Для сравнения поперечное сечение разрезанного х/б волокна напоминает круг, а потому он может только выметать пыль по типу веника. Таким образом, пока микроволокно поглощает, хлопок выталкивает. Поскольку волокна микрофибры представляют собой одну непрерывную нить, они почти не содержат ворса, что делает их безопасными для деликатных оптических поверхностей [7].

1.4 Показатели качества микрофибры

1. Плотность - важный параметр, который влияет на качество уборки и долгосрочное использование тряпки. Плотность микрофибры измеряется в граммах на квадратный метр (г/м²) и определяет, насколько плотно расположены волокна в материале. Высокая плотность означает больше волокон на единицу площади и, соответственно, более эффективное удаление грязи и пыли. Однако слишком высокая плотность может сделать салфетку тяжелой, трудной в использовании и медленно сохнущей. В то же время, слишком низкая плотность может привести к быстрому износу салфетки и ухудшению качества уборки. Оптимальная плотность микрофибры для салфеток составляет 250 г/м² [3].

2. Гигроскопичность. Результаты проведенных исследований показали, что впитываемость микрофибры составляет примерно 560% от ее собственного веса. Впитываемостьмикрофибры зависит от структуры и плетения самой ткани. Полотно может иметь гладкую, махровую или перфорированную поверхность. При этом, чем меньше промежутки между волокнами, тем выше капиллярное давление между ними. А значит и способность ткани впитывать жидкости - выше. Также разработано специальное плетение микрофибры для ухода за прозрачными поверхностями. Такие салфетки из микрофибры не только быстро и эффективно собирают в разлитые жидкости, пыль и грязь, но и не оставляют после себя ни одного развода. 

3. Способность быстро отдавать влагу. В отличие от хлопка или льна микрофибра так же быстро сохнет, как и впитывает воду.

4. Устойчивость к износу. Микрофибра обладает высокой прочностью и устойчивостью к истиранию. Волокна прочно связаны между собой, что делает ткань долговечной и стойкой к повреждениям.

2. Экспериментальная часть

Для того, чтобы наглядно показать свойства микрофибры нами были проведены исследования по изучению показателей качества. Исследовали тряпки из микрофибры следующих производителей, которые можно встретить в нашем городе:

• Образец 1- «Березка»;

• Образец 2- «Coral Velvet»;

• Образец 3- «Microfibra»;

• Образец 4- «Baizheng»;

• Образец 5- «Yonic».

2.1 Обработка результатов измерений

Для построения диаграмм была использована программа Microsoft Еxcel 2016. Для измерения массы использовали рычажные весы, температуры – термометр.

2.2 Определение плотности тряпки

Оборудование: исследуемые образцы тряпок, весы с разновесами, измерительная лента.

Ход работы:

1. Измеряем длину и ширину каждого образца.

2. Рассчитываем площадь: .

3. Измеряем массу с помощью весов.

4. Рассчитываем плотность по формуле : .

5. Данные заносим в таблицу 1.

6. Строим диаграмму 1.

7. Делаем вывод.

Таблица 1

Диаграмма 1

Вывод: Исходя из эксперимента образец №4 с плотностью 258,33 г/м² более подходит под стандарты 250 г/м² - обладает достаточным количеством волокон для удаления грязи и пыли без усилий. Салфетки с такой плотностью лёгкие и гибкие. Образец №5 обладает самой высокой плотностью 607,32 г/м², это говорит о том, что салфетка тяжёлая, трудная в использовании. Плотность образцов 1,2,3 лежит в диапазоне от 250-300 г/м².

2.3 Исследование зависимости массы впитываемой жидкости от рода жидкости

Оборудование: исследуемые образцы тряпок, контейнер с водой, измерительный цилиндр, электронные весы, шприц.

Жидкости: вода - №1, вода с моющим средством Мистер Пропер - №2, подсолнечное масло - №3, газировка «Крем сода» - №4

Ход работы:

1. Измеряем массу каждого образца в сухом состоянии.

2. Опускаем поочередно образцы тряпок в жидкость №1 (глубина погружения не более 3 мм).

3. Измеряем массу каждого образца через 1 минуту.

4. Высушиваем образцы тряпок и повторяем измерения 5 раз для каждого образца.

5. Рассчитываем массу впитываемой жидкости:m_ж = m_ср – m

6. Меняем жидкость и повторяем измерения.

7. Заносим данные в таблицу 2,3 и строим диаграмму 2.

8. Делаем вывод.

Таблица 2

Таблица 3

Диаграмма 2

Вывод: Масса впитываемой жидкости зависит от рода жидкости (плотности), лучше всего впитывается подсолнечное масло. Следует отметить, что образцы тряпок имеют различную степень впитываемости. Это связано с тем, что образцы имеют разную плотность.

2.4 Исследование времени высыхания тряпок от температуры окружающей среды

Оборудование: образцы тряпок, емкость с водой, термометр.

Ход работы:

1. Опускаем поочередно каждый образец в емкость с водой (глубина погружения не более 3 мм).

2. Не выжимая вынимаем и вешаем тряпку сушиться при температуре окружающей среды 27 ⁰ С.

3. Измеряем время высыхания тряпки.

4. Данные заносим в таблицу 4.

5. Повторяем п. 1-4 при температуре окружающей среды 5⁰ С.

6. Делаем вывод.

Таблица 4

Вывод: анализируя таблицу видно, что при комнатной температуре 27 ⁰ С тряпки высохли быстрее, чем на балконе при температуре 5⁰ С. Образцам № 2,3 требуется меньше времени на высыхание. Образцы № 1,4 высыхают немного дольше,чем образцы № 2,3 . Образцу № 5 нужно большее количество времени чтобы высохнуть.

2.5 Исследование износостойкости

Оборудование: образцы тряпок, наждачная бумага.

Ход работы:

1. Образец салфетки проводим о поверхность наждачной бумаги 10 раз.

2. Оцениваем внешний вид, а именно стирание верхнего слоя, разрывы.

Вывод: Оценив внешний вид тряпок (Приложение 1), можно сказать, что образцы № 3 и № 5 испортились, от них полетел ворс. Образцы № 1,2,4 не изменились после трения об наждачную бумагу. Это говорит о том, что они более износостойкие.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данная исследовательская работа является актуальной, так как на рынке представлено множество различных тряпок из микрофибры. В магазинах разбегаются глаза при выборе тряпки, и среди них важно выбрать оптимальный вариант. Таким образом работа имеет не только теоретическое, но и практическое значение. В ходе выполнения работы были изучены показатели качества тряпок из микрофибры разных производителей. На основании полученных данных пришли к следующим выводам:

1. Тряпки разных производителей отличаются по массе, размеру и плотности. По плотности к стандартам - 250 г/м² близок образец №4. Тряпки плотностью 200–350 г/м² — оптимальный выбор для генеральной уборки дома. Они не царапают стекла, кожаную отделку мебели, пластики. В этот диапазон попали образцы №1 - №4. Образец №5 обладает самой высокой плотностью 607,32 г/м², это говорит о том, что салфетка предназначена для чистки и полировки деликатных материалов.

2. Исследуемые образцы тряпок имеют различную степень впитываемости. Образцы по-разному впитывали жидкости, отличающиеся плотностью. Больше жидкости впитывал образец №5. Плотность этого образца самая наибольшая из всех образцов, значит между волокнами меньше промежутков, это позволяет больше впитывать жидкости.

3. Образцам №2,3 потребовалось меньше времени на высыхание, чем другим образцам. Дольше всех сох образец №5.

4. По износостойкости образцы №1,2,4 не поменяли свой внешний вид. Это говорит о том, что они прослужат в прок домохозяйкам более долгое время, чем другие образцы.

Анализируя вышесказанное, из пяти образцов тряпок для уборки помещения мы рекомендуем образец №2. У этого образца плотность попадает в диапазон оптимальной плотности, образец хорошо впитывает жидкость и быстро сохнет и так же является более износостойким.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. «Кто придумал тряпки. История тряпок: происхождение и развитие»

https://telegra.ph/Kto-pridumal-tryapki-Istoriya-tryapok-proishozhdenie-i-razvitie-07-03

2. «Интернет магазин товаров для дома»

https://santreyd.ru/blog/kakimi-byvayut-salfetki-dlya-uborki/

3. «Оптимальная плотность микрофибры в салфетках для эффективной уборки»

https://guru.wildberries.ru/article/optimalnaya-plotnost-mikrofibry-v-salfetkah-dlya-effektivnoy-uborki-1679508818?ysclid=manln8ndnv544147518

4. «От чего зависит впитываемость микрофибры?» https://nepcomp.ru/articles/ot-chego-zavisit-vpityvaemost-mikrofibry-140.html?ysclid=m8mco5hjb687106911

5. «Что такое гигроскопичность ткани»

https://artdtex.artpostel.com/blog/chto-takoe-gigroskopichnost-tkani-kak-etot-pokazatel-otrazhaetsya-na-kachestve-tekstilya/

6. «Микрофибра: состав и свойство ткани»

https://atlasfiber.ru/blog/mikrofibra-sostav-i-svojstva-tkani?ysclid=m8mdwxqg7h801158089

7. «Какие салфетки и тряпки из микрофибры самые лучшие по составу и плотности»

https://dzen.ru/a/YNR5mdBjfgOmuSbi?ysclid=m7jz9eh7mk143352060

Приложение 1

Фотография 1 – Образцы тряпок

Фотография 2 – Внешний вид тряпок, после трения о наждачную бумагу