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        超高分子量聚乙烯纖維防割手套的性能綜合分析

        2019-09-13 08:52:58徐晨光孟家光
        關(guān)鍵詞:機(jī)械

        徐晨光,孟家光,魏 冬,薛 濤

        (西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安 710048)

        0 前言

        超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)具有許多優(yōu)異的性能,其密度為0.97 g/cm3,制備的產(chǎn)品重量輕。另外,超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)具有高強(qiáng)度、耐磨性的特點(diǎn),還可以耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿等化學(xué)品的腐蝕[1]。因此,用超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)作為原料來(lái)編織的防割手套會(huì)有很好的物理性能。防切割性能是防割手套很重要的力學(xué)指標(biāo),除此之外,防割手套的其他綜合力學(xué)性能也是影響其質(zhì)量的重要指標(biāo),其中包括耐摩擦性、抗撕裂性、抗穿刺性,防護(hù)手套檢測(cè)EN388標(biāo)準(zhǔn)更是將這四個(gè)基本性能參數(shù)作為檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)評(píng)分。

        本試驗(yàn)結(jié)合機(jī)械防護(hù)用具EN388標(biāo)準(zhǔn),對(duì)防割手套的耐摩擦性、抗撕裂性和抗穿刺性進(jìn)行綜合的測(cè)試及性能分析,評(píng)定所測(cè)試的防割手套的各性能等級(jí)[2-3]。

        1 試驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料設(shè)備和儀器

        1.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

        實(shí)驗(yàn)中所用儀器如表1所示。

        表1 實(shí)驗(yàn)所用儀器

        超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維

        1.1.3 防割手套制備過(guò)程及后處理

        以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維,在7針全自動(dòng)手套機(jī)上以小拇指、無(wú)名指、中指、食指、小掌、大拇指、大掌、螺紋口的順序,依次編織成UHMWPE纖維防割手套,再使用含固量為70%的水性聚氨酯(WPU)、12g的保水劑,以40℃的干燥溫度、30℃的涂覆溫度對(duì)防割手套進(jìn)行涂層處理[4]

        1.2 測(cè)試方法

        1.2.1 耐摩擦性能測(cè)試

        選用YG(B)401E型馬丁代爾平磨儀對(duì)防割手套的耐摩擦性能進(jìn)行測(cè)試,如圖1為YG(B)401E型馬丁代爾平磨儀,在溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度(65±5)%的條件下對(duì)織物試樣進(jìn)行耐磨性能的測(cè)試。試樣直徑應(yīng)為38.0±0.50mm,每個(gè)試樣重復(fù)試驗(yàn)10次,取均值[5]。

        圖1 YG(B)401E型馬丁代爾平磨儀

        1.2.2 抗撕裂性測(cè)試

        選用YG033型織物撕裂儀對(duì)防割手套的抗撕裂性進(jìn)行測(cè)試,如圖2為織物撕裂儀,在溫度(20±2)℃,相對(duì)濕度(65±5)%的條件下對(duì)織物試樣進(jìn)行耐磨性能的測(cè)試。試樣的有效尺寸為100mm×63mm,每個(gè)試樣測(cè)試3次,取平均值[6]。

        圖2 織物撕裂儀

        1.2.3 抗穿刺性測(cè)試

        選用YG(B)026D型電子織物強(qiáng)力機(jī),試樣的調(diào)濕、測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件為20℃±4℃、相對(duì)濕度為65%±4%,根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T19976-2005《紡織品頂破強(qiáng)力的測(cè)定鋼球法》,取樣5塊,分別測(cè)試取平均值[7]。

        圖3 電子織物強(qiáng)力機(jī)

        2 結(jié)果討論

        2.1 耐摩擦性能分析

        織物是由紗線組成的,而紗線又是由纖維或單纖組成的,所以織物的磨損可以歸結(jié)為主要是由于織物中的纖維或單絲受到機(jī)械損傷或纖維間的相互聯(lián)系遭到破壞的結(jié)果[8]。防割手套在外力的作用下發(fā)生機(jī)械磨損,其主要包括切割和磨損兩個(gè)現(xiàn)象,當(dāng)纖維一旦被割傷,其裂口在反復(fù)拉伸與彎曲的作用下,就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中,使傷口開裂擴(kuò)大,以致纖維斷裂;磨損發(fā)生在機(jī)械與防割手套的表面,它完全取決于兩個(gè)接觸物的正壓力。表2為防割手套耐摩擦性能測(cè)試結(jié)果。

        表2 防割手套耐摩擦性能測(cè)試結(jié)果(次)

        由表2可以看出,WPU涂層后防割手套的耐摩擦性能優(yōu)于無(wú)WPU涂層的防割手套。這是由于涂層整理對(duì)織物耐磨性起到增強(qiáng)的作用,涂層適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)了織物表面并相互粘連以改善織物的耐磨性,并且在經(jīng)過(guò)涂層整理后,減少了纖維露在織物的表面,這也有利于提高織物的耐磨性。

        2.2 抗撕裂性能分析

        織物中紗線受到與其軸向相垂直的外力,逐根受到最大負(fù)荷發(fā)生斷裂時(shí)稱為撕破強(qiáng)力[9]。織物的撕破是比較常見(jiàn)和容易發(fā)生的一種破壞形式,防割手套經(jīng)常以撕破為破壞形式出現(xiàn),為了提高防割手套的使用壽命,必須對(duì)其撕破性能進(jìn)行研究。表3為防割手套抗撕裂性能測(cè)試結(jié)果。

        表3 防割手套抗撕裂性能測(cè)試結(jié)果(次)

        表3中,涂層后的防割手套的抗撕裂性測(cè)試平均值大于無(wú)涂層手套,涂層后防割手套的表面形成的膜對(duì)纖維形成了粘連,并阻止纖維的相互移動(dòng),導(dǎo)致防割手套的抗撕裂性能增強(qiáng)。

        2.3 抗穿刺性能分析

        手套織物穿刺破壞過(guò)程實(shí)際就是織物中紗線的滑移與紗線橫截面切割破壞的響應(yīng)過(guò)程[10]。防割手套的抗穿刺性是消費(fèi)者選擇手套很看重的一個(gè)項(xiàng)目,在日常的機(jī)械作業(yè)中,尖銳的物體容易對(duì)手部造成傷害。因此,對(duì)防割手套的抗穿刺性能也必須進(jìn)行測(cè)試,如表4為防割手套抗穿刺性能測(cè)試結(jié)果。從表4中可以得出,涂層手套的抗穿刺性能大大優(yōu)于未涂層的手套。這是由于,涂層工序?qū)Ψ栏钍痔妆砻嫘纬闪艘粚颖Wo(hù)層,可以有效防止尖銳物品的穿刺,而防割手套作為針織物產(chǎn)品,它的抗穿刺性能較差。防割手套作為針織物,可以通過(guò)改用較粗的紗線或者適當(dāng)提高針圈密度來(lái)提高抗穿刺性能。

        表4 防割手套抗穿刺性能測(cè)試結(jié)果(N)

        2.4 兩種手套性能對(duì)比

        表5 兩種手套性能對(duì)比

        從表5中可以看出,涂層手套的耐摩擦性、抗撕裂性和耐穿刺性均優(yōu)于無(wú)涂層的手套。

        EN388標(biāo)準(zhǔn)是在手套通用標(biāo)準(zhǔn)EN420的基礎(chǔ)上規(guī)定了勞動(dòng)防護(hù)手套的機(jī)械性危害防護(hù)手套的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、標(biāo)志標(biāo)識(shí)和使用說(shuō)明,適用在機(jī)械危害方面的各種防護(hù)性手套,也用來(lái)確定手套的防沖擊割傷和抗靜電特性。

        所謂“機(jī)械危害”指的是由摩擦、刀割、撕裂和刺穿而造成的危險(xiǎn)。EN388標(biāo)準(zhǔn)即是通過(guò)測(cè)試手套的摩擦性、抗割性、抗撕裂性和耐刺穿性,對(duì)四個(gè)基本測(cè)試性能進(jìn)行評(píng)級(jí)(1—5級(jí)),每個(gè)基本測(cè)試等級(jí)越高代表該手套相對(duì)應(yīng)的耐磨性、抗割性、抗撕裂性或者耐穿刺性越好,那么機(jī)械危害防護(hù)就能達(dá)到相應(yīng)的效果,表6為EN388標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的評(píng)分等級(jí)。

        表6 EN388標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的評(píng)分等級(jí)

        通過(guò)對(duì)防割手套的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行考量,參照機(jī)械防護(hù)用具EN388標(biāo)準(zhǔn),本課題所研究生產(chǎn)的防割手套的耐磨性等級(jí)3級(jí)、抗撕裂性等級(jí)3級(jí)和抗穿刺性等級(jí)2級(jí),各性能指標(biāo)基本達(dá)到相應(yīng)等級(jí)。

        3 結(jié)論

        本實(shí)驗(yàn)結(jié)合機(jī)械防護(hù)用具EN388標(biāo)準(zhǔn),對(duì)防割手套的耐摩擦性、抗撕裂性和抗穿刺性進(jìn)行綜合的測(cè)試及性能分析,評(píng)定所織造的防割手套的各性能等級(jí),考查所制造的防割手套是否滿足市場(chǎng)需求。通過(guò)對(duì)防割手套的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行考量,參照機(jī)械防護(hù)用具EN388標(biāo)準(zhǔn),本課題所測(cè)試的防割手套的耐磨性等級(jí)3級(jí)、抗撕裂性等級(jí)3級(jí)和抗穿刺性等級(jí)2級(jí),各性能指標(biāo)基本達(dá)到相應(yīng)等級(jí),可以滿足市場(chǎng)所求。

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