經(jīng)編針織物防刺機制研究

經(jīng)編針織物防刺機制研究

個人預防裝備要求保護人體免受刺刀、斬首等鋒利物體的傷害，并確保安裝人員的活動不受很大限制。硬質(zhì)和半硬質(zhì)防刺產(chǎn)品雖然防刺性能優(yōu)異,但其質(zhì)量和剛性對使用者的活動和穿著舒適性有較大的限制和影響。軟質(zhì)防刺產(chǎn)品柔韌性好,基本上可日常穿著,且隱蔽性較好,是近幾年研究的重點?，F(xiàn)有的軟質(zhì)防刺織物多為機織物、非織造物或它們的復合織物,另外也有對緯編防刺針織物相關的研究,并獲得一定的理論成果。到目前為止,很少有關于經(jīng)編防刺產(chǎn)品研究的文獻報道。為深入研究經(jīng)編針織物的防刺性能,本文進行了經(jīng)編針織物的防刺性能測試,并對測試結果進行了一定分析,為防刺產(chǎn)品的進一步開發(fā)和結構優(yōu)化提供參考。1機織物防刺效果分析織物在穿刺的過程中主要承受拉伸力和剪切力的作用,同時因用于防刺的高性能纖維本身的抗拉強力遠高于它的剪切強力,所以實際上織物在穿刺過程中發(fā)生的主要是刀刃對它的剪切破壞,增加刀具刀刃處的高性能纖維集聚是提高材料防刺性能的有效途徑。現(xiàn)已市場化生產(chǎn)的機織物防刺服是依靠機織物較高的緊密度和其采用的原料來共同達到防刺效果的。機織物因為是經(jīng)緯紗交織的結構,較緊密,刀尖較難刺入到織物中,從刀尖刺入織物到刺穿織物的過程中紗線不易產(chǎn)生滑移,所以每一時刻都相當于一根紗線在承受刀尖的切割作用;緯編針織物是由沉降弧在橫向?qū)⒄麄€織物連成為整體,經(jīng)編針織物在縱向由延展線連接成一整體,由于它們都是線圈串套的形式,紗線易產(chǎn)生滑移,所以當受到刀具穿刺時,刀尖較易刺入到織物中,但是隨刀尖的深入,刀具周圍的紗線產(chǎn)生抽拔滑移,刀刃周圍聚集的紗線根數(shù)增加,穿刺力增加,當刺入口達到幾乎無法擴張的程度時,織物呈現(xiàn)鎖緊狀態(tài),織物受到最大穿刺力,刀刃處的纖維因拉伸和剪切作用開始斷裂,隨斷裂纖維根數(shù)的增加,織物結構在某個瞬間脫散失效,載荷驟降,織物最終被刺穿。所以從增加刀刃處集聚纖維的根數(shù)和承受切割的能力而言,針織物比機織物更具優(yōu)勢。2靜態(tài)實驗方案2.1試驗材料及試樣市場化的軟質(zhì)防刺服主要采用Kevlar和超高分子質(zhì)量聚乙烯(UHMWPE)等高強高模纖維為原料。本文實驗采用中國紡織科學研究院提供的278dtex超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維,在機號為E22的雙針床拉舍爾經(jīng)編機上采用單針床生產(chǎn)2梳的單面經(jīng)編針織物。在編織時對織物組織和密度等工藝參數(shù)進行調(diào)整,得到了7種不同結構的試樣,如表1所示。8#試樣是機織物,其經(jīng)密為9.5根/cm,緯密為9根/cm,面密度為440g/m2。2.2靜態(tài)防刺實驗采用由HD026H電子織物強力儀改裝的防刺性能靜態(tài)測試儀來進行準靜態(tài)防刺性能測試。由于織物強力較高,在做數(shù)次靜態(tài)實驗后就會使刀具鈍化,而刀刃的鋒利與否對測試結果有很大影響,因此,在做此次靜態(tài)實驗時,織物的測試順序按正交設計表進行,以盡可能減少誤差,提高結果準確率。將織物試樣剪成直徑為8cm的圓片,夾在1對環(huán)形夾具之間并調(diào)整好穿刺角,按照準靜態(tài)防刺實驗的要求設定標準實驗刀具的下降速度為20mm/min,刀具勻速下降刺穿單層試樣,在穿刺力衰減為原來的90%時實驗停止,電腦記錄刀具位移與受力的關系曲線、最大穿刺力、穿刺深度和穿刺功。觀察密度對防刺性能的影響時按照順序依次做工藝正面0°、90°、45°3個角度,工藝反面0°、90°、45°3個角度,機織物做0°、45°2個角度。0°、90°、45°都是指刀刃與線圈縱行之間所成的角度,如圖1所示。3預防刺的結果和分析3.1對所測數(shù)據(jù)的選取按照上述實驗安排進行防刺實驗,在測試和研究防刺性能的影響因素時,對按正交設計測試所得數(shù)據(jù)中的5組數(shù)據(jù)去掉1個最大值,再去掉1個最小值,然后對剩下的3個數(shù)據(jù)取平均值,而對于只有3組數(shù)據(jù)的,就直接取這3組數(shù)據(jù)的平均值。測試最終結果如表2所示。3.2防刺性能與gb2的關系為研究不同結構對防刺性能的影響,從工藝反面并且沿與縱行成不同角度時取2#、5#、7#試樣,之所以這樣取是因為它們都是在以GB2為經(jīng)平的情況下不斷延長GB1延展線的1組數(shù)據(jù),此時觀察結構對防刺性能的影響更有說服力。由表2可見,隨延展線的增長,織物的穿刺力呈明顯增大的趨勢。這是因為延展線的每次增長,都意味著同時跨過同一橫列相鄰縱行之間的紗線根數(shù)增多,織物的緊密度更高,在刀具穿刺的過程中,同時承受刀刃切割的紗線根數(shù)增多,即增加了刀具刀刃處的纖維集聚,進而織物的防刺性能得到增強。3.3基礎密度對經(jīng)編針織物密度的影響分析密度(縱密)對織物防刺性能的影響,需要建立在其他條件相同,而只有密度變化的情況下,如表2所示。1#、2#、3#試樣都是以雙經(jīng)平結構為基礎生產(chǎn)的經(jīng)編針織物,密度分別為7橫列/cm、9橫列/cm、11橫列/cm。如表2所示,規(guī)律并不是很明顯,究其原因是所采用的密度變化幅度過窄,沒能達到足以呈現(xiàn)密度對防刺性能影響規(guī)律的程度,但是緊密度直接關系到織物的防刺性能,而密度是影響緊密度的最關鍵因素之一,所以密度對防刺性能必然存在影響;但同時密度的增加也會限制經(jīng)編針織物的線圈滑移和自鎖緊現(xiàn)象的發(fā)生;因此,問題的關鍵是尋找一個平衡點,這有待于進一步研究。3.4工藝反面穿刺力和穿刺功綜合比較在探討刺入面對防刺性能的影響時,需要在不同的角度下分別進行比較,本文對3種角度工藝正反面進行比較得出,當沿45°、90°2種角度刺入時,2#、4#、5#、6#、7#試樣并沒有呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律,當沿0°刺入時,所有工藝反面的穿刺力都大于工藝正面。但是實際上刀具從哪個角度下刺入是不確定的,所以為綜合比較刺入面對穿刺性能的影響,采用工藝正反面穿刺力和穿刺功3個角度的平均值來綜合比較。由表2數(shù)據(jù)可明顯看到,工藝正面和工藝反面的穿刺力數(shù)值比較接近,而工藝正面的穿刺功基本上大于工藝反面。綜合考慮可得出,工藝正面的防刺性能好于工藝反面,所以若利用經(jīng)編針織物來生產(chǎn)防刺服時,經(jīng)編針織物的工藝正面應朝外,有利于增強最終防刺性能。3.5刺入角度對防刺性能的影響由于從工藝正面和工藝反面2個不同的工作面刺入時與刀尖接觸處線圈的形態(tài)是不一樣的,所以討論刺入角度對防刺性能的影響將分別從工藝正面和工藝反面2種情況下探討。3.5.1從工藝開始由表2可知,從工藝正面刺入時,5種試樣在不同角度時的穿刺力其規(guī)律不是很明顯。3.5.2藝反射線下不同織入量、不同厚度、覆蓋方式下防刺力對比同沿工藝正面刺入時一樣,沿工藝反面刺入時,除6#試樣,其他4種試樣的最大穿刺力都出現(xiàn)在刀尖與工藝反面成0°刺入時,最大穿刺力出現(xiàn)在7#試樣,為159N,所以可總結出當?shù)毒邚墓に嚪疵娲倘霑r,刀尖沿與線圈縱行成0°刺入時可獲得最好的防刺效果。同時,從表2中還可看出,5#的穿刺力大于4#,7#的穿刺力大于6#,這2組樣品基本組織一樣,只是在前后梳上對調(diào)了位置,所以可得出,當配置前后梳的組織時,應把延展線相對較長的組織放到GB1上,這樣有助于增強其防刺性能。之所以會出現(xiàn)這樣的效果是因為當?shù)毒叽倘氲娇椢锷蠒r,短延展線在上面會限制線圈的滑移現(xiàn)象,從而當達到自鎖緊現(xiàn)象時同時承受刀刃切割的紗線根數(shù)減少,降低了織物的防刺性能,所以從這個角度講,在設計經(jīng)編防刺針織物時,如若是雙梳織物,應把長延展線配置在GB1上。3.6超高分子質(zhì)量聚乙烯織物的織物特性由于在此次靜態(tài)防刺實驗時采用的經(jīng)編針織物原料為278dtex的超高分子質(zhì)量聚乙烯,而機織物是由2778dtex的超高分子質(zhì)量聚乙烯生產(chǎn)的,除比較它們的穿刺力以外,采用穿刺力與面密度的比值綜合比較,具有相對的有效性。選用2#、4#、5#、6#、7#經(jīng)編針織物與8#機織物進行對比,結果如圖2所示。由圖可看出,經(jīng)編針織物在穿刺力及紗線強力利用率上比機織物略高,用于生產(chǎn)軟質(zhì)防刺服具有一定的優(yōu)勢。4展線有利于增強織物的防刺性能通過對經(jīng)編針織物進行防刺性能測試并對相關實驗結果的分析,得到如下結論。1)隨延展線的增長,經(jīng)編針織物的防刺性能增強,且長延展線配置在第1把梳有利于增強