纬编针织物防割抗刺性能研究

纬编针织物防割抗刺性能研究

目前，国内外已有很多关于防坠落和抗刺产品的开发和研究。将各种材料和结构的防坠落产品应用于防止弹头、排爆衣等个人防护设备。许多产品具有良好的耐荫性，但价格高、重复使用，不适合日常生活的保护用途。因此,需要研发-一种防砍抗刺性良好、穿着舒适轻便、透气性能好、价廉物美的服装面料,以适应社会发展的需要。1防定量防定量织物服装面料种类较多,防护的机理也不尽相同,对于不同的织物组织结构,防砍抗刺特点和机理都有很大的区别。大量研究表明,纬编针织物具有良好的冲击能量吸收性和穿着舒适性。本试验采用高强度聚乙烯长丝编织传统的纬编针织物,并对其防砍防割抗刺的性能和机理进行分析。1.1编针织物的性能织物组织结构主要考虑使防护服织物的防砍抗刺性能达到国家公安部标准,因此织物的结构特性既要考虑到穿着的防护性、舒适性,也要考虑到易生产和经济性。在各类织物中,纬编针织物的透气性、柔软性、抗冲击等性能较好。纬编针织物的组织结构中,有单面组织、双面组织、复合组织和多轴向复合组织等。单面织物采用单针床编织,织物薄,线圈转移,变形大,易穿透,防护性能低;双面织物采用双针床编织,厚度为单面织物的2倍,线圈紧密、变形小,缓冲大,防护性能强;复合组织织物较厚,编织较复杂,结构与双面织物类似;多轴向复合织物厚度比双面略厚,防护性能好,但生产较为困难。本试验根据防护的基本要求,选择厚度适中、结构紧密、编织简单、容易制作的双罗纹组织进行试制和测试。1.2针织织物结构特点双罗纹组织是由2个罗纹横列错位叠加在一起组成的,属于罗纹的变化组织,如图1所示。编织成织物后如图2所示,横列1的线圈(黑色线圈表示)第一个纵行(左边)在织物的表面编织,第二个纵行(右边)在织物里层编织,而横列2正好相反。在一个组织循环内2个罗纹横列的线圈表里交换且横向连接,因此所有线圈之间表里相互钳制、纵向相互串套,形成织物结构紧密,手感厚实,弹性和延伸性较小。针织织物由线圈单元构成,线圈之间具有长度转移的特点,当双罗纹组织结构的织物在受到刀砍,即刀刃作用到织物的表层线圈上时,纱线受压后首先由圆形变为扁圆形,其次相邻的纵行就会向受力方向转移,线圈横向连接线(沉降弧)向两侧传递作用力,线圈纵向受力线圈转移,由于表里两层的线圈之间有较大的空隙,压力由表层传递到内层,将受到缓冲;内层线圈受力后也发生变形;两层线圈的变形和线圈的长度转移吸收了较大的能量,缓解了纱线受砍击而发生断裂。1.3旋转轴下圈的发展传统的纬编织物对水果刀的防护效果较好,首先因为水果刀的刀尖夹角α比GA68标准刀具的大,一般为26°～30°,使刀尖不易穿透针织物线圈的孔隙。另外,针织物柔软富有弹性的织物特性和线圈串套的结构特点,决定了针织物对刀具穿刺能量的良好吸收性。当刀具接触到织物后,刀尖首先穿入表层的线圈中,由于针织物线圈具有线圈长度转移的特点,当一个线圈在受到很小的作用力拉伸时,相邻的线圈长度就会迅速向该线圈转移,此时,纱线在轴向握持张力很小的情况下接受刀刃的切割,切割力很小。随着刀具的下落,刀尖刺入线圈的面积迅速增大,线圈转移到一定程度后不再转移,刀尖被线圈锁紧,刀刃开始对被锁紧的线圈起明显的切割作用,此时被锁紧的线圈已经不是单个线圈,而是由周围的多个线圈层层包围,作用力随之分散转移。织物上下层的线圈由于结构连接迅速组成的纱线束包围在刀尖周围,内层的线圈受力最大,由里向外线圈的受力逐渐减小;如果刀刃的应力大于纱线的剪切力,则线圈发生断裂,外层的第二个线圈继续对刀刃锁紧,如图3所示。所以,纬编针织物对刀刃具有较好的缓冲和锁紧作用,在编织时线圈越紧则效果越明显。故纱线的断裂强度和剪切强度是针织物防砍抗刺性能的关键指标。1.4芳纶长丝和超高分子量聚乙烯纤维根据上述分析,纱线原料需要采用高强度的纤维材料。目前具有较高强度的纤维种类有:不锈钢纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、高强度聚乙烯纤维等。不锈钢纤维重量重,不易弯曲,伸长小,弹性差。玻璃纤维易脆裂,纤维头端坚硬,伸长小,弹性差,穿着有刺痒感,不够舒适。芳纶纤维强度高,伸长适中,弹性较好,穿着舒适。芳纶长丝国产较少,价格相对较高。超高分子量聚乙烯纤维的比强度和比模量极高,断裂强度为2.8～4N/tex,是钢铁的15倍,比碳纤维和芳纶1414(kevlar纤维)高2倍;断裂伸长率较以往的纺织纤维低,为3%～6%;具有良好的耐疲劳和耐摩擦性能。由于超高分子量聚乙烯分子链不含有氨基、羟基和其他活性基团,结晶度高,所以对水、酸、碱等介质很稳定,并具有轻质、高能量吸收特性;其理论强度远远高于现有纤维的强度,在低速环境下的高能量吸收特性更适用于防砍抗刺服装的开发;此纤维原料国内多家企业已有大量生产,如中纺投资发展股份有限公司、湖南中泰特种装备有限公司、宁波大成新材料股份有限公司等。综合对比,高强度聚乙烯纤维强度高、重量轻、价格低,本试验采用此纤维原料进行制作试验研究。1.5防定量与抗刺性测试线圈越小,刀刃穿入后线圈束缚越早,阻滞性越好,防砍抗刺效果越佳。通过编织工艺的设计,将不同线密度的长丝编织成最紧的密度即线圈最小化,编织后测试其防砍、抗割与抗刺性。本研究对66.67、133.33、200、266.67、333.33tex高强度聚乙烯长丝进行编织双罗纹组织的织物,并测试其防砍抗刺的效果。2用于纺织生产的材料2.1主要材料为电线原材料选用66.67、133.33、200、266.67、333.33tex高强度聚乙烯长丝做对比测试。2.2编织设备CMS45、SSG-122SV、SIG-122SV全电脑横机。2.3羽毛的原始规格参数编织后织物通过24h的自然放置,充分回缩后测定成品规格,如表1所示。3抗切割和抗刺试验3.1试验设备与材料在研究织物实际效果时,主要研究其对菜刀、水果刀等刀具的防砍抗刺能力。本试验采用国家公安部GA68—2003《防刺服》标准中规定的防刺服的防刺性能测试方法。试验设备为落锤式冲击试验机。用标准试验刀具加配重达到2.4kg,以24J的冲击动能按0°、45°穿刺角刺入防刺服,要求刀尖不应穿透防刺服。刀具采用商场常见的水果刀、菜刀。测试时被测面料背衬测试材料,背衬材料的弹性与人体相仿。试验用的背衬材料为1#模型胶泥,制成尺寸为400mm×400mm×60mm的长方体,用支架在底部固定,可以调整砍刺角度:0°～45°。背衬胶泥的软硬程度需要在每次试验之前进行校准。由于0°穿刺力大于45°时的力度,本试验主要测试0°参数。3.2服装阀固定将菜刀(市售菜刀:王麻子牌,刀长20.5cm)用夹具固定,距离面料1m高度顺导轨自由下落。配重为5kg,砍击动能大于50J,以0°砍击,各试验织物均未砍断,只是凹陷进胶泥中。试验结果见表2。3.3切割次数测试将菜刀用夹具固定在往复试验机上,其上加配重,往复切割至断开,每块试样测量被割断的切割次数(测试5次取平均值),并与133.33tex涤纶长丝制织织物进行比较。结果见表3。3.4穿刺测试测试将水果刀(双刃、26°)用夹具固定,刀具加配重2.5kg,从1m高度自由下落,冲击动能大于24J,以0°的穿刺角进行穿刺测试。试样背衬1#模型胶泥,结果见表4。3.5人模3#模型将水果刀(单刃、26°)用夹具固定,刀具加配重2.5kg以刚性杆为半径,自高度1.1m自由下落,冲击动能大于24J,以0°的穿刺角冲击直立的45kg人模背部,1#模型胶泥制成尺寸为300mm×300mm×60mm长方体。结果见表5。4双罗纹织物的抗冲性GA68-2003《防刺服》标准认定,穿刺的凹陷深度不大于20mm,则可有效地防止低速穿刺作用。通过测试表明:高强度聚乙烯纤维的双罗纹织物具有较好的抗砍性;织物具有较好的抗砍击时的切割作用,较涤纶同类织物高许多倍;3层333.33tex高强度聚乙烯纤维的双罗纹织物具有较好的抗刺性;动态穿刺时2层333.33t