張榮，彭祖鵬

0 引言

特紡材料是飛行員個(gè)體防護(hù)救生服裝、軍用傘和空降空投降落傘裝備產(chǎn)品的主體材料，如傘類產(chǎn)品的傘衣、傘繩、連接帶、傘衣套、傘包等均為綢、布、繩、帶、線等。產(chǎn)品涉及的紡織材料品種繁多，可通過一定的縫合方式合為一體，以便在不同的部位發(fā)揮各自的作用。

鑒于飛行員個(gè)體防護(hù)救生服裝、軍用傘和空降空投降落傘裝備的復(fù)雜使用狀況，其特紡材料在產(chǎn)品使用過程需要承受各種形式的外在機(jī)械力作用，因此除本體材料應(yīng)具有的較高強(qiáng)度外，產(chǎn)品接縫處的縫合強(qiáng)度也應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。由于縫合強(qiáng)度的大小不僅要反映縫紉工藝性的優(yōu)劣性，也是產(chǎn)品選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，因此縫合強(qiáng)度試驗(yàn)的真實(shí)性就顯得尤為重要。

根據(jù)公司軍品批生產(chǎn)產(chǎn)品交付、重點(diǎn)型號(hào)配套產(chǎn)品研制、生產(chǎn)和加工過程中對(duì)于紡織品縫合強(qiáng)度的試驗(yàn)需求，結(jié)合現(xiàn)有試驗(yàn)存在的問題，開展紡織品縫合強(qiáng)度試驗(yàn)的改進(jìn)研究，從而真實(shí)、準(zhǔn)確地反映紡織品接縫部位的縫合強(qiáng)度，為產(chǎn)品的順利交付、新產(chǎn)品的順利研發(fā)等奠定良好的基礎(chǔ)。

1 市場(chǎng)需求分析

1.1 特紡材料批次穩(wěn)定性要求

由于特紡材料技術(shù)要求高、使用量有限，導(dǎo)致特紡材料供貨的技術(shù)狀態(tài)、批次號(hào)、供貨廠家等方面經(jīng)常發(fā)生改變。為了防止因上述原因?qū)е庐a(chǎn)品加工性能發(fā)生變化，進(jìn)而影響產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)，主管部門在特紡材料復(fù)驗(yàn)項(xiàng)目表中專門規(guī)定“項(xiàng)目表中標(biāo)明工藝性試驗(yàn)的為每個(gè)交貨批次必做項(xiàng)目；項(xiàng)目表中未標(biāo)明工藝性試驗(yàn)的、材料批次號(hào)變動(dòng)時(shí)按Q/22S218─2009《特紡材料工藝性試驗(yàn)方法》加做工藝性能試驗(yàn)?！鄙鲜鰳?biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)特紡原材料進(jìn)行裁剪工藝性和縫紉工藝性兩個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)定，要求在進(jìn)行縫紉工藝性試驗(yàn)時(shí)，除觀察檢驗(yàn)縫紉接縫部位的外在質(zhì)量（如針刺斷紗等），還應(yīng)對(duì)縫合強(qiáng)度的一致性進(jìn)行總體把控。

1.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)和使用需求

結(jié)合飛行員個(gè)體防護(hù)救生服裝、軍用傘和空降空投裝備降落傘的復(fù)雜使用狀況，特紡材料在產(chǎn)品使用過程需要承受充氣、加壓、雙向拉伸、壓縮扭轉(zhuǎn)等外力作用，而現(xiàn)有工藝性試驗(yàn)無法真實(shí)反映上述特定的性能，導(dǎo)致產(chǎn)品加工完成后在定檢、鑒定試驗(yàn)以及交付部隊(duì)使用等環(huán)節(jié)中出現(xiàn)縫合部位在受外力作用后暴露并絲、劈裂、縫線滑移、針跡破損、紗線開綻等系列問題，嚴(yán)重降低產(chǎn)品質(zhì)量，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，不但造成直接的經(jīng)濟(jì)損失，還對(duì)社會(huì)效益產(chǎn)生影響。因此迫切需要結(jié)合相關(guān)產(chǎn)品的實(shí)際使用狀況，開展特紡材料縫合工藝性能包括縫合強(qiáng)度的研究，預(yù)先評(píng)價(jià)特紡材料的工藝加工性能。

2 縫合強(qiáng)度試驗(yàn)

2.1 縫合強(qiáng)度測(cè)試

2.1.1 縫合試樣制備

以織物類材料為例，接縫部位的縫合方式包括平縫、包縫、加強(qiáng)縫、來去縫、鋸齒縫等，制備試樣時(shí)通常按以下三步進(jìn)行：①除非另有規(guī)定，一般每條試樣寬度為50 mm，長(zhǎng)度不低于250 mm，試樣裁剪的基本要求是裁直，也可以采用扯邊紗的方式確保平直；②按設(shè)定的縫紉方式將兩個(gè)試條縫合成為組合試樣，為避免縫紉起止處脫線，一般需要打來回針鎖?。虎鄢橇碛幸?guī)定，組合試樣應(yīng)不少于三只。

2.1.2 縫合強(qiáng)度試驗(yàn)

組合試樣加工完成后需在拉力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行縫合強(qiáng)度的測(cè)試，試驗(yàn)時(shí)一般使用鋸齒形平面夾具。為防止試驗(yàn)時(shí)試樣出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，允許在夾具鉗口內(nèi)襯墊防滑材料（如厚帆布、涂抹松香等）。

2.1.3 存在的問題

縫合部位強(qiáng)度作為與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度密切相關(guān)的一項(xiàng)性能，無論是產(chǎn)品設(shè)計(jì)論證、新材料應(yīng)用、工藝驗(yàn)證還是故障分析等，都離不開材料縫合強(qiáng)度的試驗(yàn)和研究。但在試驗(yàn)過程中也逐漸暴露出許多問題：①試樣寬度比較窄，很難確保兩片縫紉整齊，特別是薄型綢試樣；②試樣起止處來回針導(dǎo)致拉伸數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，影響試驗(yàn)結(jié)果的可參照性；③手動(dòng)夾持力度不當(dāng)易出現(xiàn)試樣打滑、斷鉗口或材料本體先拉斷的現(xiàn)象；④數(shù)據(jù)離散性偏大，難以真實(shí)反映縫合強(qiáng)度拉伸性能。

2.2 改進(jìn)措施

2.2.1 制樣方法改進(jìn)

為了避免試樣縫合起止處打來回針直接引起數(shù)據(jù)偏差的問題，可通過借鑒抓樣法試驗(yàn)方法進(jìn)行試樣制備。抓樣法顧名思義就是中間部分被夾持的一種拉伸試驗(yàn)，而目前采用的條樣法是試樣全部被夾持的拉伸試驗(yàn)。用于縫合強(qiáng)度試驗(yàn)，僅從試樣制備可體現(xiàn)以下優(yōu)勢(shì)：①試樣尺寸較大，長(zhǎng)為152 mm，寬為101 mm,只要裁剪整齊，兩片縫合難度較??；②縫合起止處雖然也需要打來回針鎖止，但鎖止處遠(yuǎn)離拉伸夾持部分，其不利影響可忽略不計(jì)；③為了適合抓樣法夾具的夾持，只需在組合試樣上距左側(cè)長(zhǎng)38 mm處標(biāo)示一條細(xì)線即可。

2.2.2 試驗(yàn)夾具優(yōu)化

試驗(yàn)時(shí)根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)方法可選用不同的夾具，目前主要采用抓樣法夾具和氣動(dòng)型夾具。

美國(guó)聯(lián)邦FED-STD-191A標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于機(jī)織物可縫紉性試驗(yàn)方法采用的試驗(yàn)方法為抓樣法，而非條樣法，抓樣法夾具的結(jié)構(gòu)型式見圖1。試驗(yàn)所用夾具有兩個(gè)鉗口，夾鉗應(yīng)設(shè)計(jì)成一個(gè)鉗口與夾鉗的剛性框架構(gòu)成一個(gè)整體，另一鉗口被固定但可沿垂直方向作微小移動(dòng)。每個(gè)鉗口的表面均為光潔平整的夾持面，所有可能產(chǎn)生剪切作用的邊緣均應(yīng)倒成圓弧角，每個(gè)夾鉗上的前鉗口尺寸應(yīng)為25 mm×25 mm，后鉗口尺寸為25 mm×38 mm。

圖1 抓樣法夾具示意圖

由于抓樣法夾具采用手動(dòng)夾持試樣，對(duì)于形狀復(fù)雜的縫合強(qiáng)度試樣有一定的局限性，因而更適合采用氣動(dòng)型夾具，氣動(dòng)型夾具結(jié)構(gòu)型式見圖2。氣動(dòng)型夾具以壓縮空氣為動(dòng)力，檢測(cè)時(shí)會(huì)自動(dòng)夾緊試樣，不受人為因素影響，不會(huì)出現(xiàn)打滑或斷鉗口或材料本體先斷等異常情況。夾持試樣時(shí)，只要找準(zhǔn)試樣上預(yù)先畫出的標(biāo)示線即可，操作簡(jiǎn)便，省時(shí)省力。主要適合用于綢布類的抓樣法試樣的拉伸強(qiáng)力測(cè)試，其夾持部位每個(gè)夾鉗上的前鉗口尺寸為25 mm×25 mm，后鉗口尺寸為25 mm×38 mm。

圖2 氣動(dòng)型夾具

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 抓樣法夾具夾持

采用抓樣法夾具進(jìn)行夾持試驗(yàn)時(shí)，將縫合試樣縫合縫的一端放入鉗口中間，將上夾鉗的前鉗口面的垂直外邊邊緣與試樣上所畫的細(xì)線對(duì)正，擰緊上夾鉗，將縫合試樣縫合縫的另一端放入下鉗口中間，下鉗口的前鉗口面的垂直外邊邊緣與試樣上所畫的細(xì)線對(duì)正，擰緊下夾鉗，將試樣的縫合縫應(yīng)夾在上、下夾鉗的中間部位進(jìn)行測(cè)試。

2.3.2 氣動(dòng)型夾具夾持

采用氣動(dòng)型夾具進(jìn)行夾持試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：①檢查壓縮機(jī)與氣動(dòng)型夾具的連接，確保氣體管路通常，壓力穩(wěn)定；②啟動(dòng)氣動(dòng)型夾具上夾鉗的松弛開關(guān)，松開上夾鉗前、后面；③將試樣的一端居中放置在上夾鉗中間部位，啟動(dòng)氣動(dòng)型夾具上夾鉗的夾緊開關(guān)，夾緊試樣；④啟動(dòng)氣動(dòng)型夾具下夾鉗的松弛開關(guān)，松開下夾鉗的前、后面；⑤將試樣的另一端居中放置在下夾鉗的中間部位，啟動(dòng)氣動(dòng)夾具下夾鉗的夾緊開關(guān)，夾緊試樣。

表1 縫合強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

按照改進(jìn)方案，選用輕質(zhì)高強(qiáng)抗燃織物進(jìn)行縫合強(qiáng)度的試驗(yàn)驗(yàn)證，縫合部位拉伸試驗(yàn)方法采用抓樣法進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)設(shè)定上下夾持距離為76 mm、拉伸速度為300 mm/min，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1可知，輕質(zhì)高強(qiáng)抗燃織物縫合部位的縫合強(qiáng)度試驗(yàn)采用抓樣法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示所測(cè)得的數(shù)據(jù)一致性較好，數(shù)據(jù)不勻率低，試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)打滑或斷鉗口的現(xiàn)象，僅出現(xiàn)縫合部位縫線被拉斷的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

縫合強(qiáng)度是上述特種裝備和產(chǎn)品必不可少的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度性能通用指標(biāo)，在設(shè)計(jì)選材時(shí)被作為重要指標(biāo)進(jìn)行考核。綜合考慮，特種裝備產(chǎn)品的使用需求，對(duì)目前縫合強(qiáng)度試驗(yàn)中存在的問題進(jìn)行改進(jìn)，并取得良好的效果。該研究方法可以真實(shí)、準(zhǔn)確地反映紡織品的縫紉性能，為特紡材料的設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)，對(duì)于提升中國(guó)個(gè)體防護(hù)救生裝備、軍用傘、空降空投等裝備的技術(shù)水平也有著重要的意義。