柔性防刺经编间隔织物的结构与性能研究

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近几年来,随着恐怖事件的频繁发生和人们自我保护意识的增强,个体防护已成为了一个全球性关注的问题,尤其是防御来自匕首、刺刀等锐器的威胁。国内外关于防刺产品的研究愈来愈多,但大多数都是以单一的纺织结构为主,而且多为机织物、非织造材料、单向无纬布等,部分院校虽对纬编针织物和经编单面针织物的防刺性能也有少量的研究,但都还限于理论阶段,对于经编间隔织物的结构及其防刺性能国内外尚未有相关的研究。本文通过对几种高性能纤维原料的性能进行比较,最终确定了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维为原料,试织不同结构的经编间隔织物作为防刺材料。文章首先对超高分子量聚乙烯纱线进行了捻度测试,试验证明在不影响力学性能的前提下给予纱线保护性低捻(50捻/m)有利于双针床经编机的成圈编织;然后对低捻超高分子量聚乙烯纱线在双针床拉舍尔经编机上的编织性能进行探讨,分析了整经和织造过程中出现的问题以及解决方案,实现了顺利编织超高分子量聚乙烯经编间隔织物。实验综合参考中华人民共和国GA68-2008《警用防刺服标准》和美国NIJ防刺性能测试标准,对经编间隔织物进行了准静态和动态防刺性能测试,分析了牵拉密度、脱圈板距离以及剪切增稠液对经编间隔织物防刺性能的影响作用。准静态防刺性能测试的结果表明,在可以编织的前提下,间隔织物的密度越大,抵御刀具的穿刺冲击性能越好;而织物的厚度在适当的脱圈板距离下,才具有最好的防刺性能,实验显示8mm的脱圈板距离,间隔层结构的抗冲击性能最佳;其次发现剪切增稠液用于处理低密度的经编间隔织物,可以有效提高综合防刺性能,高密度织物经过处理后,克重增加明显,不满足柔性防刺服的服用要求;但是动态防刺性能测试的结果表明,经编间隔织物在受到穿刺冲击时织物变形较大,需与紧密度高的材料进行复合制得柔性复合防刺服。最后本课题利用穿刺力与穿刺位移的关系曲线结合ANSYS/LS-DYNA软件对经编间隔织物的防刺行为进行了数值模拟,分析了经编间隔织物在防刺表时现出的防刺特性,其上下面层线圈的拉伸变形和剪切作用协同间隔层的压缩变形一起抵御刀具的穿刺,能够收到很好的防刺效果;仿真结果表明增大织物表面的紧密度和间隔层的抗弯刚度,可以有效降低刺入点的应力集中,提高抵御刀具穿刺冲击的能力。本课题首次对超高分子量聚乙烯制备的经编间隔织物的结构与防刺性能进行研究,论证了经编间隔织物用于开发柔性防刺层的可行性。经编间隔织物作为柔性复合防刺服中一种新型防刺层具有一定的优势,为国内防刺材料的研究领域开拓了新的方向,也为个体防护装甲材料的发展做出了一定的贡献。
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