摘 要：為了解決薄型手套耐切割性較差的問(wèn)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(guò)正交試驗(yàn)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(shí)隨著捻度的增加手套防切割性能呈先增大后減少的趨勢(shì)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),。

關(guān)鍵詞：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(guò)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(duì)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(lái)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(guò)硬關(guān)節(jié)不易彎曲工作人員使用時(shí)穿戴不便雖然可以提高對(duì)手部的防護(hù)但會(huì)影響工作效率^[1-3],。用來(lái)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(guò)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(guò)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(yàn)研究的方法通過(guò)對(duì)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(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的TDM-100型防護(hù)手套耐切割性能測(cè)試儀。

1.3 試驗(yàn)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(cè)試儀上進(jìn)行測(cè)試,。用防切割指數(shù)評(píng)價(jià)手套的防切割性能,。抗切割指數(shù)時(shí)≤1.2達(dá)到一級(jí)水平,；指數(shù)時(shí)達(dá)到二級(jí)水平,；指數(shù)≤2.5 ≤5時(shí)達(dá)到三級(jí)水平；指數(shù)≤10時(shí)達(dá)到四級(jí)水平,；指數(shù)時(shí)達(dá)到五級(jí)水平^[5],。得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與防≤20切割指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比結(jié)果越大說(shuō)明手套的防切割性能越好?

1.3.2 手套耐切割性能測(cè)試方法

參考機(jī)械防護(hù)手套標(biāo)準(zhǔn)以耐切割次數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)在溫度為（23±2）℃,相對(duì)濕度為（50±10）%的條件下取多組長(zhǎng)（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(cè)試儀上分別在5N大小的不間斷力下進(jìn)行對(duì)照測(cè)試,。根據(jù)樣本被割破前所能承受的次數(shù)來(lái)確定等級(jí),。在耐切割測(cè)試儀上測(cè)試手套的耐切割次數(shù)，次數(shù)越大,，說(shuō)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(yàn)的設(shè)計(jì)

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(shí)驗(yàn)的方法,，研究各因素與手套防切割性能之間的關(guān)系,。通過(guò)極差分析的方法，分析各因素對(duì)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(cè)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44.44dtex不變,、包覆紗中錦綸77.78dtex/2F、280捻/m不變,。正交實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理

根據(jù)因素水平表，考察A,、B,、C、D4種因素與防切割性能的關(guān)系,，每個(gè)因素取3種水平,，選用正交表L9，得到表2所示的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果^[8],。

通過(guò)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(guò)比較發(fā)現(xiàn)：A因素對(duì)手套防切割性能影響最明顯,，B因素其次，C,、D因素對(duì)防切割性能影響相對(duì)較小,。

表2 正交實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果

2.2 試驗(yàn)過(guò)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(shí)織物的破壞程度,。因此,，對(duì)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(jì)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：

圖2 切割過(guò)程中的受力分析

由于二次求導(dǎo)為負(fù)值,，故當(dāng)φ取最大值時(shí),，F(xiàn)t取最大值；減小,，F(xiàn)t也隨之減小,。壓力Nt=√P21+P22，式中水平P1的大小決定了紗線的滑移量,，手套切割時(shí)紗線越容易滑移,，則滑移量越大，織物結(jié)構(gòu)越松散,，儲(chǔ)存的能量就越小,，抵抗外力破壞的能力越弱，從而手套織物的防切割性能較弱,。通過(guò)提高壓力分量P1使合力Nt 增大,，壓力Nt的增加可以使紗線間摩擦作用增強(qiáng)，減少在切割過(guò)程中紗線的滑移量,，從而把更多的切割功轉(zhuǎn)變成紗線的應(yīng)變能,，使手套的防切割性能得到相應(yīng)提高^[10]。

2.3 紗線結(jié)構(gòu)對(duì)防切割性能的影響

通過(guò)表2可以發(fā)現(xiàn),，紗線結(jié)構(gòu)對(duì)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(guò)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%到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(shí),，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(duì)防切割性能的影響

由表2知，紗線細(xì)度對(duì)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(duì)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(shí),，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(duì)防切割性能的影響

由表2知,，捻度對(duì)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(duì)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(shì),，在捻度為200捻/m 時(shí),，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(shí)，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(kāi)始下降,。這是因?yàn)楫?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(kāi)始減弱，使纖維過(guò)度傾斜,，纖維強(qiáng)力反而降低,，所以編織手套時(shí)，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(duì)手套耐切割性能影響相對(duì)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210g/m2時(shí)單位面積內(nèi)蘊(yùn)含的未變形能量要比150g/m2時(shí)高33%,。織物越厚,，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(duì)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(guò)實(shí)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(jué),。

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(shì),。

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。