方 園,李新陽,黃浚峰

(浙江理工大學(xué)材料與紡織學(xué)院,杭州 310018)

高強(qiáng)聚乙烯/錦綸/氨綸手套防切割性能的研究

方 園,李新陽,黃浚峰

(浙江理工大學(xué)材料與紡織學(xué)院,杭州 310018)

為了解決薄型手套耐切割性較差的問題,采用高強(qiáng)聚乙烯/錦綸/氨綸包覆紗為原料進(jìn)行編織,賦予手套較高的防切割性能。通過正交試驗的方法,分析紗線結(jié)構(gòu)、細(xì)度、捻度以及織物厚度等因素與手套防切割性能的關(guān)系。研究表明:在其他條件相同的情況下,與包芯紗、合捻紗相比,包覆紗編織的手套織物防切割性能最好;當(dāng)高強(qiáng)聚乙烯絲細(xì)度一定時,隨著捻度的增加,手套防切割性能呈先增大后減少的趨勢,防切割性能與紗線的細(xì)度、織物單位面積重量呈正相關(guān)。

高強(qiáng)聚乙烯; 防割手套; 包覆紗; 防切割織物; 錦綸; 氨綸

0 引 言

隨著材料科學(xué)與技術(shù)的不斷進(jìn)步和高性能紡織纖維材料的研究與應(yīng)用,功能性產(chǎn)業(yè)用紡織品迅速發(fā)展和普及,特別是高強(qiáng)防切割手套得到了極大的發(fā)展。

通過采用高性能纖維與其它紡織纖維原料的復(fù)合,編織成具有防切割性能的功能手套,不僅滿足了人們對手部防護(hù)的需求,還提高了手套的使用壽命和服用性能。傳統(tǒng)上主要采用在紗線中加入金屬絲或者極細(xì)微金屬環(huán)的方式來生產(chǎn)防切割手套。根據(jù)作業(yè)需要,這種防護(hù)手套可以分為三指和五指兩種。但是這種手套過硬,關(guān)節(jié)不易彎曲,工作人員使用時穿戴不便,雖然可以提高對手部的防護(hù),但會影響工作效率[1-3]。用來生產(chǎn)防切割織物的高性能纖維主要有高強(qiáng)聚乙烯和芳綸類纖維[4]。經(jīng)過處理的高強(qiáng)聚乙烯纖維具有良好的耐化學(xué)性,能夠耐受絕大部分的化學(xué)侵蝕,相比芳綸纖維在紫外線環(huán)境下強(qiáng)度損失更小[5]。通過選用高強(qiáng)聚乙烯/錦綸/氨綸絲作為原料,編織成防切割性能優(yōu)良的高強(qiáng)手套,不但彌補(bǔ)了普通手套易磨損,耐切割性能差的不足,而且能很好地滿足手套織物服用性與防護(hù)性能的要求[6]。本文采用試驗研究的方法,通過對影響手套防切割性能因素的分析,為進(jìn)一步提高手套織物的防切割性能提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

包芯紗、包捻紗、包覆紗3種紗線編織的手套。

1.2 儀器與設(shè)備

采用南通宏達(dá)實驗儀器有限公司生產(chǎn)的TDM-100型防護(hù)手套耐切割性能測試儀。

1.3 試驗方法

1.3.1 手套耐切割性能

按照EN-388機(jī)械性危害防護(hù)手套標(biāo)準(zhǔn),取多組手套樣本在耐切割測試儀上進(jìn)行測試。用防切割指數(shù)評價手套的防切割性能?？骨懈钪笖?shù)≤1.2時達(dá)到一級水平;指數(shù)≤2.5時達(dá)到二級水平;指數(shù)≤5時達(dá)到三級水平;指數(shù)≤10時達(dá)到四級水平;指數(shù)≤20時達(dá)到五級水平[5]。得到的實驗結(jié)果與防切割指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比,結(jié)果越大說明手套的防切割性能越好。

1.3.2 手套耐切割性能測試方法

參考EN-388機(jī)械防護(hù)手套標(biāo)準(zhǔn),以耐切割次數(shù)為評價指標(biāo),在溫度為(23±2)℃,相對濕度為(50±10)%的條件下,取多組長(100±10) mm,寬(60±6) mm尺寸大小的普通手套以及防切割手套的掌部為樣本,如圖1所示,在耐切割性測試儀上分別在5N大小的不間斷力下進(jìn)行對照測試,根據(jù)樣本被割破前所能承受的次數(shù)來確定等級。在耐切割測試儀上測試手套的耐切割次數(shù),次數(shù)越大,說明防切割性能越好[7]。

圖1 高強(qiáng)聚乙烯/錦綸/氨綸手套樣本

1.3.3 正交試驗的設(shè)計

手套的防切割性能與紗線結(jié)構(gòu)、捻度、細(xì)度、織物厚度等因素密不可分,采用正交實驗的方法,研究各因素與手套防切割性能之間的關(guān)系。通過極差分析的方法,分析各因素對手套防切割性能的影響的顯著性。分別取高強(qiáng)聚乙烯、氨綸成分的包芯紗;高強(qiáng)聚乙烯、氨綸成分的合捻紗以及高強(qiáng)聚乙烯、錦綸、氨綸成分的包覆紗編織3種不同紗線結(jié)構(gòu)的手套樣本測量。為了提高分析的準(zhǔn)確性,采用控制變量的方式,單因素進(jìn)行分析,紗線只改變最外層高強(qiáng)聚乙烯的捻度和線密度兩種參數(shù),而保持3種結(jié)構(gòu)紗線的芯紗氨綸絲細(xì)度44.44 dtex不變、包覆紗中錦綸77.78 dtex/2F、280捻/m不變。正交實驗影響因素水平如表1所示。

表1 因素水平表

2 結(jié)果與討論

2.1 實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理

根據(jù)因素水平表,考察A、B、C、D 4種因素與防切割性能的關(guān)系,每個因素取3種水平,選用正交表L9,得到表2所示的正交實驗結(jié)果[8]。

通過極差分析,得出影響手套防切割性能因素的主次順序A>B>D>C。根據(jù)表2中數(shù)據(jù),通過比較發(fā)現(xiàn):A因素對手套防切割性能影響最明顯,B因素其次,C、D因素對防切割性能影響相對較小。

表2 正交實驗分析結(jié)果

2.2 試驗過程受力分析

手套防切割性能的強(qiáng)弱主要取決于手套織物表面所能承受切割外力的作用力大小,切割外力的大小決定了切割時織物的破壞程度。因此,對手套織物表面的受力進(jìn)行分析,可以為提高手套織物防切割性能提供設(shè)計依據(jù)[9]。

假設(shè)一定大小的圓形刀片作用于手套織物表面,在外力作用下,織物受到擠壓產(chǎn)生變形,如圖2所示。其中Nt為正壓力,P1為Nt的水平分力,f為摩擦力,P2為垂直分力,由此得出力的平衡公式為:

(1)

圖2 切割過程中的受力分析

2.3 紗線結(jié)構(gòu)對防切割性能的影響

通過表2可以發(fā)現(xiàn),紗線結(jié)構(gòu)對手套耐切割性能的影響比較明顯。圖3為紗線結(jié)構(gòu)與手套耐切割次數(shù)的之間的關(guān)系。

圖3 紗線結(jié)構(gòu)與耐切割次數(shù)的關(guān)系

通過圖3可知,采用高強(qiáng)聚乙烯纖維、錦綸、氨綸絲3種纖維優(yōu)化組合,手套織物的防切割性能較為優(yōu)良。在其他因素不變的情況下,采用不同結(jié)構(gòu)的紗線編織的手套其防切割性能存在明顯差異。包覆紗、合捻紗的強(qiáng)力比包芯紗高10%～20%左右,在3種結(jié)構(gòu)復(fù)合紗編織的手套織物受到外力拉伸作用時,合捻紗編織的手套織物出現(xiàn)較明顯的露底現(xiàn)象。包覆紗編織的手套不僅保證紗線具有較高的力學(xué)性能,而且解決了彈性芯紗裸露的難題,且防切割性能最好。

2.4 紗線細(xì)度對防切割性能的影響

由表2知,紗線細(xì)度對手套防切割性能的強(qiáng)弱也十分明顯。圖4為紗線細(xì)度與耐切割次數(shù)的關(guān)系曲線。

圖4 紗線細(xì)度與耐切割次數(shù)的關(guān)系

紗線粗細(xì)對防切割性能的影響,紗線的線密度越大,紗線橫截面內(nèi)所包含纖維數(shù)越多,單位面積內(nèi)受力纖維越多,能承受的外力越大,紗線的強(qiáng)力就越高。手套受到外力切割時,手套織物受到的傷害也越小,防切割性能也就越高。

2.5 紗線捻度對防切割性能的影響

由表2知,捻度對手套防切割性能影響顯著。圖5為包覆紗捻度與耐切割次數(shù)之間的關(guān)系。由圖5可知紗線捻度的大小對手套的防竊割性能影響較大。

圖5 紗線捻度與耐切割次數(shù)的關(guān)系

隨著紗線捻度的增加,手套耐切割次數(shù)呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,在捻度為200捻/m時,耐切割次數(shù)最大。這是由于加捻的作用,使紗線間抱合力增大,同時,纖維間產(chǎn)生向心壓力,使纖維間摩擦力增大,不宜產(chǎn)生滑移,隨著捻度的繼續(xù)增大,耐切割次數(shù)開始下降。這是因為當(dāng)紗線捻度達(dá)到一定大小后,紗線捻度的增加,使紗線預(yù)應(yīng)力增大,纖維強(qiáng)度的軸向分布開始減弱,使纖維過度傾斜,纖維強(qiáng)力反而降低,所以編織手套時,應(yīng)適當(dāng)增加捻度,以防減弱了紗線的力學(xué)性能,進(jìn)而影響手套的防切割性能。

2.6 織物面密度與耐切割次數(shù)的關(guān)系

從表2中可以看出,相比其他兩種因素,織物面密度對手套耐切割性能影響相對較小,但也有一定的影響。圖6為織物面密度與手套耐切割次數(shù)之間的關(guān)系。

圖6 織物面密度與耐切割次數(shù)的關(guān)系

織物面密度與手套織物的緊密度、尺寸穩(wěn)定性、未變形能量有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)織物面密度在210 g/m2時單位面積內(nèi)蘊(yùn)含的未變形能量要比150 g/m2時高33%?？椢镌胶?線圈中紗線的滑移量越小,尺寸穩(wěn)定性強(qiáng),織物未變形能量越高,夠吸收的破壞能越大,手套的防切割性能也必然越好。

3 結(jié) 論

a) 防切割手套對原料的選擇要求較高,選擇高性能纖維與其它紡織纖維原料的復(fù)合,所編織的手套不僅能滿足機(jī)械性危害防護(hù)的要求,通過實際佩戴發(fā)現(xiàn)其具有與普通手套接近的外觀和佩戴感覺。

b) 以相同原料生產(chǎn)不同結(jié)構(gòu)的紗線,所編織的手套防切割性能有所差異。相比包芯紗、合捻紗,雙層包覆結(jié)構(gòu)的包覆紗可以明顯提高手套防切割的性能。

c) 隨著紗線捻度的增加,手套的防切割性能呈先增大后減小的趨勢。

d) 紗線的細(xì)度、手套織物的面密度與防切割性能呈正相關(guān),細(xì)度越大、織物面密度越大,手套防切割性越好。

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(責(zé)任編輯：許惠兒)

Research on Anti-cutting Performance of High-Strength Polyethylene/Nylon/Spandex Gloves

FANGYuan,LIXin-yang,HUANGJun-feng

(School of Materials and Textiles,Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 310018,China)

To solve the problem of poor anti-cutting performance of thin gloves,high-strength polyethylene/nylon/spandex raw materials were adopted to weave gloves so as to improve anti-cutting performance of gloves.Orthogonal experiment was made to analyze the relations among structure,fineness,twist of yarn,thickness of fabrics and anti-cutting performance of gloves.Studies have shown that: with other conditions unchanged,compared with the core spun yarn and twisted yarn,gloves knitted by wrap yarn have the best anti-cutting performance; when fineness of high strength polyethylene filament is certain,anti-cutting performance of gloves first increases and then reduces with the rise in twist; anti-cutting performance is positively related to fineness of yarn and weight per unit area of fabrics.

high-strength polyethylene; anti-cutting glove; covered yarn; anti-cutting fabric; nylon; spandex

1673-3851 (2015) 02-0156-04

2014-06-23

浙江省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會2012年創(chuàng)新專項(2012-548)

方 園(1958-),男,教授,碩士研究生導(dǎo)師,主要從事紡織工程與機(jī)電一體化方面的研究。

TS186.3

A