緯編針織物防割抗刺性能研究

緯編針織物防割抗刺性能研究

目前，國(guó)內(nèi)外已有很多關(guān)于防墜落和抗刺產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和研究。將各種材料和結(jié)構(gòu)的防墜落產(chǎn)品應(yīng)用于防止彈頭、排爆衣等個(gè)人防護(hù)設(shè)備。許多產(chǎn)品具有良好的耐蔭性，但價(jià)格高、重復(fù)使用，不適合日常生活的保護(hù)用途。因此,需要研發(fā)-一種防砍抗刺性良好、穿著舒適輕便、透氣性能好、價(jià)廉物美的服裝面料,以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。1防定量防定量織物服裝面料種類較多,防護(hù)的機(jī)理也不盡相同,對(duì)于不同的織物組織結(jié)構(gòu),防砍抗刺特點(diǎn)和機(jī)理都有很大的區(qū)別。大量研究表明,緯編針織物具有良好的沖擊能量吸收性和穿著舒適性。本試驗(yàn)采用高強(qiáng)度聚乙烯長(zhǎng)絲編織傳統(tǒng)的緯編針織物,并對(duì)其防砍防割抗刺的性能和機(jī)理進(jìn)行分析。1.1編針織物的性能織物組織結(jié)構(gòu)主要考慮使防護(hù)服織物的防砍抗刺性能達(dá)到國(guó)家公安部標(biāo)準(zhǔn),因此織物的結(jié)構(gòu)特性既要考慮到穿著的防護(hù)性、舒適性,也要考慮到易生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)性。在各類織物中,緯編針織物的透氣性、柔軟性、抗沖擊等性能較好。緯編針織物的組織結(jié)構(gòu)中,有單面組織、雙面組織、復(fù)合組織和多軸向復(fù)合組織等。單面織物采用單針床編織,織物薄,線圈轉(zhuǎn)移,變形大,易穿透,防護(hù)性能低;雙面織物采用雙針床編織,厚度為單面織物的2倍,線圈緊密、變形小,緩沖大,防護(hù)性能強(qiáng);復(fù)合組織織物較厚,編織較復(fù)雜,結(jié)構(gòu)與雙面織物類似;多軸向復(fù)合織物厚度比雙面略厚,防護(hù)性能好,但生產(chǎn)較為困難。本試驗(yàn)根據(jù)防護(hù)的基本要求,選擇厚度適中、結(jié)構(gòu)緊密、編織簡(jiǎn)單、容易制作的雙羅紋組織進(jìn)行試制和測(cè)試。1.2針織織物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)雙羅紋組織是由2個(gè)羅紋橫列錯(cuò)位疊加在一起組成的,屬于羅紋的變化組織,如圖1所示。編織成織物后如圖2所示,橫列1的線圈(黑色線圈表示)第一個(gè)縱行(左邊)在織物的表面編織,第二個(gè)縱行(右邊)在織物里層編織,而橫列2正好相反。在一個(gè)組織循環(huán)內(nèi)2個(gè)羅紋橫列的線圈表里交換且橫向連接,因此所有線圈之間表里相互鉗制、縱向相互串套,形成織物結(jié)構(gòu)緊密,手感厚實(shí),彈性和延伸性較小。針織織物由線圈單元構(gòu)成,線圈之間具有長(zhǎng)度轉(zhuǎn)移的特點(diǎn),當(dāng)雙羅紋組織結(jié)構(gòu)的織物在受到刀砍,即刀刃作用到織物的表層線圈上時(shí),紗線受壓后首先由圓形變?yōu)楸鈭A形,其次相鄰的縱行就會(huì)向受力方向轉(zhuǎn)移,線圈橫向連接線(沉降弧)向兩側(cè)傳遞作用力,線圈縱向受力線圈轉(zhuǎn)移,由于表里兩層的線圈之間有較大的空隙,壓力由表層傳遞到內(nèi)層,將受到緩沖;內(nèi)層線圈受力后也發(fā)生變形;兩層線圈的變形和線圈的長(zhǎng)度轉(zhuǎn)移吸收了較大的能量,緩解了紗線受砍擊而發(fā)生斷裂。1.3旋轉(zhuǎn)軸下圈的發(fā)展傳統(tǒng)的緯編織物對(duì)水果刀的防護(hù)效果較好,首先因?yàn)樗兜牡都鈯A角α比GA68標(biāo)準(zhǔn)刀具的大,一般為26°～30°,使刀尖不易穿透針織物線圈的孔隙。另外,針織物柔軟富有彈性的織物特性和線圈串套的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),決定了針織物對(duì)刀具穿刺能量的良好吸收性。當(dāng)?shù)毒呓佑|到織物后,刀尖首先穿入表層的線圈中,由于針織物線圈具有線圈長(zhǎng)度轉(zhuǎn)移的特點(diǎn),當(dāng)一個(gè)線圈在受到很小的作用力拉伸時(shí),相鄰的線圈長(zhǎng)度就會(huì)迅速向該線圈轉(zhuǎn)移,此時(shí),紗線在軸向握持張力很小的情況下接受刀刃的切割,切割力很小。隨著刀具的下落,刀尖刺入線圈的面積迅速增大,線圈轉(zhuǎn)移到一定程度后不再轉(zhuǎn)移,刀尖被線圈鎖緊,刀刃開(kāi)始對(duì)被鎖緊的線圈起明顯的切割作用,此時(shí)被鎖緊的線圈已經(jīng)不是單個(gè)線圈,而是由周圍的多個(gè)線圈層層包圍,作用力隨之分散轉(zhuǎn)移。織物上下層的線圈由于結(jié)構(gòu)連接迅速組成的紗線束包圍在刀尖周圍,內(nèi)層的線圈受力最大,由里向外線圈的受力逐漸減小;如果刀刃的應(yīng)力大于紗線的剪切力,則線圈發(fā)生斷裂,外層的第二個(gè)線圈繼續(xù)對(duì)刀刃鎖緊,如圖3所示。所以,緯編針織物對(duì)刀刃具有較好的緩沖和鎖緊作用,在編織時(shí)線圈越緊則效果越明顯。故紗線的斷裂強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度是針織物防砍抗刺性能的關(guān)鍵指標(biāo)。1.4芳綸長(zhǎng)絲和超高分子量聚乙烯纖維根據(jù)上述分析,紗線原料需要采用高強(qiáng)度的纖維材料。目前具有較高強(qiáng)度的纖維種類有:不銹鋼纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、高強(qiáng)度聚乙烯纖維等。不銹鋼纖維重量重,不易彎曲,伸長(zhǎng)小,彈性差。玻璃纖維易脆裂,纖維頭端堅(jiān)硬,伸長(zhǎng)小,彈性差,穿著有刺癢感,不夠舒適。芳綸纖維強(qiáng)度高,伸長(zhǎng)適中,彈性較好,穿著舒適。芳綸長(zhǎng)絲國(guó)產(chǎn)較少,價(jià)格相對(duì)較高。超高分子量聚乙烯纖維的比強(qiáng)度和比模量極高,斷裂強(qiáng)度為2.8～4N/tex,是鋼鐵的15倍,比碳纖維和芳綸1414(kevlar纖維)高2倍;斷裂伸長(zhǎng)率較以往的紡織纖維低,為3%～6%;具有良好的耐疲勞和耐摩擦性能。由于超高分子量聚乙烯分子鏈不含有氨基、羥基和其他活性基團(tuán),結(jié)晶度高,所以對(duì)水、酸、堿等介質(zhì)很穩(wěn)定,并具有輕質(zhì)、高能量吸收特性;其理論強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有纖維的強(qiáng)度,在低速環(huán)境下的高能量吸收特性更適用于防砍抗刺服裝的開(kāi)發(fā);此纖維原料國(guó)內(nèi)多家企業(yè)已有大量生產(chǎn),如中紡?fù)顿Y發(fā)展股份有限公司、湖南中泰特種裝備有限公司、寧波大成新材料股份有限公司等。綜合對(duì)比,高強(qiáng)度聚乙烯纖維強(qiáng)度高、重量輕、價(jià)格低,本試驗(yàn)采用此纖維原料進(jìn)行制作試驗(yàn)研究。1.5防定量與抗刺性測(cè)試線圈越小,刀刃穿入后線圈束縛越早,阻滯性越好,防砍抗刺效果越佳。通過(guò)編織工藝的設(shè)計(jì),將不同線密度的長(zhǎng)絲編織成最緊的密度即線圈最小化,編織后測(cè)試其防砍、抗割與抗刺性。本研究對(duì)66.67、133.33、200、266.67、333.33tex高強(qiáng)度聚乙烯長(zhǎng)絲進(jìn)行編織雙羅紋組織的織物,并測(cè)試其防砍抗刺的效果。2用于紡織生產(chǎn)的材料2.1主要材料為電線原材料選用66.67、133.33、200、266.67、333.33tex高強(qiáng)度聚乙烯長(zhǎng)絲做對(duì)比測(cè)試。2.2編織設(shè)備CMS45、SSG-122SV、SIG-122SV全電腦橫機(jī)。2.3羽毛的原始規(guī)格參數(shù)編織后織物通過(guò)24h的自然放置,充分回縮后測(cè)定成品規(guī)格,如表1所示。3抗切割和抗刺試驗(yàn)3.1試驗(yàn)設(shè)備與材料在研究織物實(shí)際效果時(shí),主要研究其對(duì)菜刀、水果刀等刀具的防砍抗刺能力。本試驗(yàn)采用國(guó)家公安部GA68—2003《防刺服》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的防刺服的防刺性能測(cè)試方法。試驗(yàn)設(shè)備為落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)。用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)刀具加配重達(dá)到2.4kg,以24J的沖擊動(dòng)能按0°、45°穿刺角刺入防刺服,要求刀尖不應(yīng)穿透防刺服。刀具采用商場(chǎng)常見(jiàn)的水果刀、菜刀。測(cè)試時(shí)被測(cè)面料背襯測(cè)試材料,背襯材料的彈性與人體相仿。試驗(yàn)用的背襯材料為1#模型膠泥,制成尺寸為400mm×400mm×60mm的長(zhǎng)方體,用支架在底部固定,可以調(diào)整砍刺角度:0°～45°。背襯膠泥的軟硬程度需要在每次試驗(yàn)之前進(jìn)行校準(zhǔn)。由于0°穿刺力大于45°時(shí)的力度,本試驗(yàn)主要測(cè)試0°參數(shù)。3.2服裝閥固定將菜刀(市售菜刀:王麻子牌,刀長(zhǎng)20.5cm)用夾具固定,距離面料1m高度順導(dǎo)軌自由下落。配重為5kg,砍擊動(dòng)能大于50J,以0°砍擊,各試驗(yàn)織物均未砍斷,只是凹陷進(jìn)膠泥中。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。3.3切割次數(shù)測(cè)試將菜刀用夾具固定在往復(fù)試驗(yàn)機(jī)上,其上加配重,往復(fù)切割至斷開(kāi),每塊試樣測(cè)量被割斷的切割次數(shù)(測(cè)試5次取平均值),并與133.33tex滌綸長(zhǎng)絲制織織物進(jìn)行比較。結(jié)果見(jiàn)表3。3.4穿刺測(cè)試測(cè)試將水果刀(雙刃、26°)用夾具固定,刀具加配重2.5kg,從1m高度自由下落,沖擊動(dòng)能大于24J,以0°的穿刺角進(jìn)行穿刺測(cè)試。試樣背襯1#模型膠泥,結(jié)果見(jiàn)表4。3.5人模3#模型將水果刀(單刃、26°)用夾具固定,刀具加配重2.5kg以剛性桿為半徑,自高度1.1m自由下落,沖擊動(dòng)能大于24J,以0°的穿刺角沖擊直立的45kg人模背部,1#模型膠泥制成尺寸為300mm×300mm×60mm長(zhǎng)方體。結(jié)果見(jiàn)表5。4雙羅紋織物的抗沖性GA68-2003《防刺服》標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定,穿刺的凹陷深度不大于20mm,則可有效地防止低速穿刺作用。通過(guò)測(cè)試表明:高強(qiáng)度聚乙烯纖維的雙羅紋織物具有較好的抗砍性;織物具有較好的抗砍擊時(shí)的切割作用,較滌綸同類織物高許多倍;3層333.33tex高強(qiáng)度聚乙烯纖維的雙羅紋織物具有較好的抗刺性;動(dòng)態(tài)穿刺時(shí)2層333.33t