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，國內(nèi)外已有很多關于防墜落和抗刺產(chǎn)品的開發(fā)和研究。將各種材料和結構的防墜落產(chǎn)品應用于防止彈頭、排爆衣等個人防護設備。許多產(chǎn)品具有良好的耐蔭性，但價格高、重復使用，不適合日常生活的保護用途。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、價廉物美的服裝面料,以適應社會發(fā)展的需要。1防定量防定量織物服裝面料種類較多,防護的機理也不盡相同,對于不同的織物組織結構,防砍抗刺特點和機理都有很大的區(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。本試驗采用高強度聚乙烯長絲編織傳統(tǒng)的緯編針織物,并對其防砍防割抗刺的性能和機理進行分析。1.1編針織物的性能織物組織結構主要考慮使防護服織物的防砍抗刺性能達到國家公安部標準,因此織物的結構特性既要考慮到穿著的防護性、舒適性,也要考慮到易生產(chǎn)和經(jīng)濟性。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構中,有單面組織、雙面組織、復合組織和多軸向復合組織等。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,防護性能強;復合組織織物較厚,編織較復雜,結構與雙面織物類似;多軸向復合織物厚度比雙面略厚,防護性能好,但生產(chǎn)較為困難。本試驗根據(jù)防護的基本要求,選擇厚度適中、結構緊密、編織簡單、容易制作的雙羅紋組織進行試制和測試。1.2針織織物結構特點雙羅紋組織是由2個羅紋橫列錯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)第一個縱行(左邊)在織物的表面編織,第二個縱行(右邊)在織物里層編織,而橫列2正好相反。在一個組織循環(huán)內(nèi)2個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,形成織物結構緊密,手感厚實,彈性和延伸性較小。針織織物由線圈單元構成,線圈之間具有長度轉(zhuǎn)移的特點,當雙羅紋組織結構的織物在受到刀砍,即刀刃作用到織物的表層線圈上時,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)的緯編織物對水果刀的防護效果較好,首先因為水果刀的刀尖夾角α比GA68標準刀具的大,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構特點,決定了針織物對刀具穿刺能量的良好吸收性。當?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度轉(zhuǎn)移的特點,當一個線圈在受到很小的作用力拉伸時,相鄰的線圈長度就會迅速向該線圈轉(zhuǎn)移,此時,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,刀刃開始對被鎖緊的線圈起明顯的切割作用,此時被鎖緊的線圈已經(jīng)不是單個線圈,而是由周圍的多個線圈層層包圍,作用力隨之分散轉(zhuǎn)移?？椢锷舷聦拥木€圈由于結構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;如果刀刃的應力大于紗線的剪切力,則線圈發(fā)生斷裂,外層的第二個線圈繼續(xù)對刀刃鎖緊,如圖3所示。所以,緯編針織物對刀刃具有較好的緩沖和鎖緊作用,在編織時線圈越緊則效果越明顯。故紗線的斷裂強度和剪切強度是針織物防砍抗刺性能的關鍵指標。1.4芳綸長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度的纖維材料。目前具有較高強度的纖維種類有:不銹鋼纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、高強度聚乙烯纖維等。不銹鋼纖維重量重,不易彎曲,伸長小,彈性差。玻璃纖維易脆裂,纖維頭端堅硬,伸長小,彈性差,穿著有刺癢感,不夠舒適。芳綸纖維強度高,伸長適中,彈性較好,穿著舒適。芳綸長絲國產(chǎn)較少,價格相對較高。超高分子量聚乙烯纖維的比強度和比模量極高,斷裂強度為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,結晶度高,所以對水、酸、堿等介質(zhì)很穩(wěn)定,并具有輕質(zhì)、高能量吸收特性;其理論強度遠遠高于現(xiàn)有纖維的強度,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發(fā);此纖維原料國內(nèi)多家企業(yè)已有大量生產(chǎn),如中紡投資發(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。綜合對比,高強度聚乙烯纖維強度高、重量輕、價格低,本試驗采用此纖維原料進行制作試驗研究。1.5防定量與抗刺性測試線圈越小,刀刃穿入后線圈束縛越早,阻滯性越好,防砍抗刺效果越佳。通過編織工藝的設計,將不同線密度的長絲編織成最緊的密度即線圈最小化,編織后測試其防砍、抗割與抗刺性。本研究對66.67、133.33、200、266.67、333.33tex高強度聚乙烯長絲進行編織雙羅紋組織的織物,并測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高強度聚乙烯長絲做對比測試。2.2編織設備CMS45、SSG-122SV、SIG-122SV全電腦橫機。2.3羽毛的原始規(guī)格參數(shù)編織后織物通過24h的自然放置,充分回縮后測定成品規(guī)格,如表1所示。3抗切割和抗刺試驗3.1試驗設備與材料在研究織物實際效果時,主要研究其對菜刀、水果刀等刀具的防砍抗刺能力。本試驗采用國家公安部GA68—2003《防刺服》標準中規(guī)定的防刺服的防刺性能測試方法。試驗設備為落錘式?jīng)_擊試驗機。用標準試驗刀具加配重達到2.4kg,以24J的沖擊動能按0°、45°穿刺角刺入防刺服,要求刀尖不應穿透防刺服。刀具采用商場常見的水果刀、菜刀。測試時被測面料背襯測試材料,背襯材料的彈性與人體相仿。試驗用的背襯材料為1#模型膠泥,制成尺寸為400mm×400mm×60mm的長方體,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之前進行校準。由于0°穿刺力大于45°時的力度,本試驗主要測試0°參數(shù)。3.2服裝閥固定將菜刀(市售菜刀:王麻子牌,刀長20.5cm)用夾具固定,距離面料1m高度順導軌自由下落。配重為5kg,砍擊動能大于50J,以0°砍擊,各試驗織物均未砍斷,只是凹陷進膠泥中。試驗結果見表2。3.3切割次數(shù)測試將菜刀用夾具固定在往復試驗機上,其上加配重,往復切割至斷開,每塊試樣測量被割斷的切割次數(shù)(測試5次取平均值),并與133.33tex滌綸長絲制織織物進行比較。結果見表3。3.4穿刺測試測試將水果刀(雙刃、26°)用夾具固定,刀具加配重2.5kg,從1m高度自由下落,沖擊動能大于24J,以0°的穿刺角進行穿刺測試。試樣背襯1#模型膠泥,結果見表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長方體。結果見表5。4雙羅紋織物的抗沖性GA68-2003《防刺服》標準認定,穿刺的凹陷深度不大于20mm,則可有效地防止低速穿刺作用。通過測試表明:高強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的切割作用,較滌綸同類織物高許多倍;3層333.33tex高強度聚乙烯纖維的雙羅紋織物具有較好的抗刺性;動態(tài)穿刺時2層333.33t