陳理 王博濤

摘 要：武術(shù)運(yùn)動(dòng)中有許多項(xiàng)目需運(yùn)用銳器，會(huì)對(duì)人體安全造成一定的威脅?；诖?，為得到防刺性能更加優(yōu)異的武術(shù)運(yùn)動(dòng)復(fù)合防刺材料，制備了聚氨酯（C3H8N2O）芳綸平紋織物武術(shù)運(yùn)動(dòng)復(fù)合防刺材料，研究了不同種類的C3H8N2O、不同涂層工藝和疊加結(jié)構(gòu)的C3H8N2O芳綸平紋織物武術(shù)運(yùn)動(dòng)復(fù)合防刺材料對(duì)防刺性能的影響。結(jié)果表明：Base cloth的防刺性能較C3H8N2O復(fù)合芳綸布的防刺性能更優(yōu);常規(guī)的聚酯型C3H8N2O和聚醚型C3H8N2O與聚碳酸酯型C3H8N2O復(fù)合材料的撕裂性能與防刺性能相比較差;組成組分相同的、疊加結(jié)構(gòu)不同的織物其防刺性能不同。

關(guān)鍵詞：聚氨酯;芳綸平紋織物;武術(shù)運(yùn)動(dòng);防刺性能;涂覆工藝

中圖分類號(hào)：TB34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）06-0056-04

Abstract：Many events in martial arts require the use of sharps， which will pose a certain threat to human safety. Based on this， in order to obtain a martial arts composite stab-resistant material with better stab resistance， a polyurethane （C3H8N2O） aramid plain weave fabric martial arts composite stab-resistant material was prepared. The effects of different types of C3H8N2O， C3H8N2O aramid plain weave fabrics with different coating processes and superimposed structures on martial arts sports composite stab-resistant materials were studie.The results show that the stabbing performance of Base cloth is better than that of C3H8N2O composite arylon cloth. The conventional polyester type C3H8N2O and polyether type C3H8N2O and polycarbonate type C3H8N2O composites have poor tearing and stabbing performance. The stings resistance of fabrics with the same composition and different superposition structure is different.

Key words：solvent-free elastomer;basketball environmental protection materials; Semi-prepolymer; prepolymer

0 引言

防刺服可以有效預(yù)防武術(shù)運(yùn)動(dòng)中對(duì)人體產(chǎn)生的攻擊傷害，是對(duì)人體安全起到防護(hù)作用的一種服裝。武術(shù)運(yùn)動(dòng)復(fù)合防刺材料不僅要求穿著舒適，而且還需要具備靈活性不能影響運(yùn)動(dòng)等。C3H8N2O芳綸織物及其復(fù)合材料都是防刺材料領(lǐng)域研究重點(diǎn)研究對(duì)象。將C3H8N2O表面的樹脂涂覆在芳綸織物上，其防刺性能有了顯著提高[1]。文章對(duì)不同工藝制造的芳綸平紋織物武術(shù)運(yùn)動(dòng)復(fù)合材料的防刺性能進(jìn)行了試驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

（1）實(shí)驗(yàn)所需材料：基礎(chǔ)芳綸材料（芳綸無捻復(fù)絲），線密度為34.3tex/100根，斷裂強(qiáng)度為21.050cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為3.62%，圣維奧新材料公司產(chǎn)品;常規(guī)C3H8N2O硬泡組合料all、聚醚型聚氨酯D，F(xiàn)oshan wengkaier Trade Co.， Ltd;自制了聚碳酸酯型C3H8N2OB、C。

（2） 儀器：Xieqiang instrument manufacturing （Shanghai） Co.， Ltd的CTM2000萬能拉伸試驗(yàn)機(jī);JJFWI-111落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，Chengde Jinjian Testing Instrument Co.， Ltd;GA747-III劍桿織機(jī)，Changyi Haotian Textile Machinery Co.， Ltd ;SU-8010型Cold Field Scanning electron microscope，Products of Hitachi， Japan。

1.2 芳綸平紋織物的織造

芳綸平紋織物是芳綸無捻復(fù)絲通過劍桿織機(jī)加工而成的。而絲束蓬松度會(huì)影響芳綸平紋織物的生產(chǎn)（無捻長(zhǎng)絲使織口處單絲大量斷裂）。如表1所示為芳綸平紋織物規(guī)格型號(hào)，可根據(jù)織物的具體型號(hào)對(duì)其無捻長(zhǎng)絲施加保護(hù)，提高捻長(zhǎng)絲的可織性[2]。

1.3 C3H8N2O與芳綸織物復(fù)合

C3H8N2O（聚氨酯）與芳綸織物復(fù)合材料制樣主要采用以下3種方式進(jìn)行：

（1）濕法涂層制樣。①在C3H8N2O中加入N，N-二甲基甲酰胺溶劑，控制粘度為1000MPa·s左右，并將其涂抹在織物材料上;②進(jìn)行紡織浴，通過紡織浴N，N-二甲基甲酰胺被交換分離出來，形成新的聚氨酯層;③進(jìn)行壓軋，再凝固、再壓軋，以上操作需要重復(fù)5次，并在150℃的溫度下進(jìn)行烘干，最后成型。

（2）轉(zhuǎn)移涂層制樣。①將C3H8N2O表面的樹脂進(jìn)行轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移之后的樹脂放于紙上，再將其放入150℃的烘箱里進(jìn)行烘干，待溶劑徹底烘干后取出再重涂一層面膠，然后再烘干，如此重復(fù)幾次，待到膠層厚度達(dá)到0.12mm時(shí)結(jié)束;②在樹脂材料上涂覆一層調(diào)整好溶劑的C3H8N2O底膠粘合劑，再將C3H8N2O與芳綸織物進(jìn)行融合;③對(duì)融合材料進(jìn)行熱輥壓合，并在150℃烘箱中進(jìn)行3min烘干，最后將冷卻后的織物與紙進(jìn)行分離。

（3）干法直接涂層。先將芳綸織物進(jìn)行有張力的固定，然后在織物上涂抹C3H8N2O底膠粘合劑，并在130℃烘箱中進(jìn)行1min固化，再將分離出的C3H8N2O樹脂涂抹在織物上，進(jìn)行150℃烘干，如果上膠量達(dá)到要求（140g/m2），即完成實(shí)驗(yàn)，否則還需重復(fù)以上操作[3]。

1.4 防刺性能測(cè)定

（1）動(dòng)態(tài)狀態(tài)下的防刺性能測(cè)定。以國家防刺服的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以JJFWI-111落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)為儀器測(cè)定自由下落時(shí)防刺材料被刀具刺穿時(shí)的防刺情況[4]。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)刀具加配重質(zhì)量不超過2.5kg，沖擊動(dòng)能25J，穿刺角0°。各個(gè)入刺點(diǎn)之間的距離以及其到芳綸織物材料邊緣的距離均大于50mm。

（2）抗撕裂性能測(cè)定。根據(jù)某工業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示采用CTM2000萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣材料進(jìn)行拉伸撕裂測(cè)試，試樣材料的規(guī)格大小如圖1所示，抽取各樣品的五種試樣進(jìn)行測(cè)試，最后在根據(jù)測(cè)試結(jié)果求出平均值。

（3）單束拔脫力測(cè)試。如圖2所示將芳綸平紋織物裁剪成固定形狀，在兩個(gè)材料之間預(yù)留10根纖維束，然后在切斷處將該纖維從上方切斷，在芳綸平紋織物材料兩端進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，測(cè)定的最大拉伸力為纖維被抽出前的，材料樣品測(cè)試各抽出5塊試樣進(jìn)行測(cè)試，在根據(jù)最后結(jié)果求平均值[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 塑料涂覆對(duì)防刺性能的影響

基礎(chǔ)樹脂選用常規(guī)聚氨酯硬泡組合料all。在上膠量相同的情況下，對(duì)復(fù)合芳綸織物進(jìn)行測(cè)試，如表2所示測(cè)試其撕裂強(qiáng)度和單束拔脫力，使用轉(zhuǎn)移涂層、濕法涂層和干法直涂的方法在芳綸織物上進(jìn)行測(cè)試。

由表2可以知，在上膠量不變的情況下，濕法涂層的撕裂性最好，單束拔脫力最差。在濕法涂層中，由于該涂層具有會(huì)降低C3H8N2O的微多孔結(jié)構(gòu)，而且C3H8N2O對(duì)芳綸纖維的纏繞紗效果偏低，因此復(fù)合芳綸織物在該涂層的撕裂強(qiáng)度低、單束拔脫力最大[6]。在干法涂層中，直涂工藝會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)，該層粘接點(diǎn)多、對(duì)基布的潤(rùn)濕效果比較好，紗線不宜滑動(dòng)，因此，復(fù)合芳綸織物在該涂層的單束拔脫力最大、撕裂強(qiáng)度低。在轉(zhuǎn)移涂層中，由于C3H8N2O與芳綸布的粘接點(diǎn)少，因此撕裂強(qiáng)度低，僅為基布的15%左右，但是單束拔脫力比Base cloth高。由此可知，3個(gè)涂層相比轉(zhuǎn)移涂層的防刺效果最佳。

2.2 聚氨酯類型對(duì)芳綸織物防刺性能的影響

如表3所示為各類聚氨酯對(duì)芳綸織物防刺性能測(cè)試結(jié)果，該測(cè)試選用轉(zhuǎn)移涂層制備的復(fù)合芳綸織物進(jìn)行測(cè)試。

由表3可知，在模量相同時(shí)，B類聚氨酯的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度最高，防刺性穿透層數(shù)最少。由此可知，芳綸平紋織物的防刺性能與拉伸強(qiáng)度有關(guān)。刀具刺透聚氨酯涂層是防刺試驗(yàn)的關(guān)鍵，C3H8N2O防刺效果隨拉伸強(qiáng)度而變化，當(dāng)拉伸強(qiáng)度越高時(shí)，防刺效果越佳。當(dāng)拉伸強(qiáng)度相當(dāng)時(shí)，100%模量有較大差異，而抗拉強(qiáng)度相當(dāng)?shù)腁和C其防刺效果也相當(dāng)，因此可知，100%模量對(duì)芳綸平紋織物的防刺效果影響不大。從穿透層數(shù)來看，D的防刺效果最差，其與Base cloth的防刺效果相差不多，但是整體來說，芳綸平紋織物的防刺效果比Base cloth佳[7]。

2.3 復(fù)合工藝對(duì)芳綸織物防刺性能的影響

利用轉(zhuǎn)移涂層工藝，將B類C3H8N2O涂在芳綸平紋織物的兩側(cè)，上膠量需要單側(cè)與總量相同。如表4所示為復(fù)合工藝對(duì)芳綸織物防刺性能測(cè)試，分別測(cè)試雙側(cè)、單側(cè)復(fù)合涂層對(duì)芳綸織物防刺性能的影響。

從表4可以看出，雙側(cè)復(fù)合工藝防刺效果更佳，雙側(cè)涂層工藝比單側(cè)涂層工藝比單束拔脫力增大，穿透層數(shù)減少[8]。在上膠量相同的情況下，對(duì)纖維的固結(jié)作用雙側(cè)涂覆樹脂比單側(cè)涂覆樹脂大，纖維不會(huì)發(fā)生滑移，進(jìn)而其抗剪切能力較差，樹脂會(huì)增大刀具的摩擦阻力，因此會(huì)增加織物的防刺性能。

2.4 疊加方式對(duì)芳綸織物防刺性能的影響

防刺結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)可以在織物面密度與厚度相同的情況下，設(shè)定6種組成組分相同、疊加結(jié)構(gòu)不同的織物，對(duì)其防刺性能進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)材料為：10層芳綸平紋織物和20層樹脂芳綸復(fù)合織物。

經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試可知，組成組分相同的、疊加結(jié)構(gòu)不同的織物其防刺性能不同[9]。其中，當(dāng)疊加方式為：芳綸織物（5）+復(fù)合織物（20）+芳綸織物（5）時(shí)，其防刺性能最好;當(dāng)疊加方式為：復(fù)合織物（20）+芳綸織物（10）時(shí)，其防刺性能最差。Base cloth（芳綸基布）和樹脂復(fù)合芳綸織物在疊加結(jié)構(gòu)里作用不同。Base cloth的主要作用為抗剪切，復(fù)合材料的主要作用是抗沖擊。復(fù)合材料由于柔韌性好，可以在疊加方式中緩解變形的壓力起到了緩沖作用;樹脂復(fù)合層相比于復(fù)合材料柔韌性較差，只能通過破壞才可以吸收能量。

3 結(jié)論

（1）Base cloth的防刺性能較C3H8N2O復(fù)合芳綸布的防刺性能更優(yōu)[10]。采用3種工藝對(duì)材料進(jìn)行加工，其中轉(zhuǎn)移涂層工藝加工的復(fù)合材料防刺效果更優(yōu)（單束纖維拔脫力和撕裂強(qiáng)力均高于其他兩種工藝）。復(fù)合材料的涂層的出現(xiàn)，在一定程度上阻礙了刀具的破壞力，起到了保護(hù)作用，進(jìn)一步提高了芳綸織物武術(shù)運(yùn)動(dòng)復(fù)合防刺材料的保護(hù)性能。

（2）從動(dòng)態(tài)穿透層數(shù)上相比較，常規(guī)的聚酯型C3H8N2O和聚醚型C3H8N2O與聚碳酸酯型C3H8N2O復(fù)合材料的撕裂性能與防刺性能相比較差。芳綸平紋織物武術(shù)運(yùn)動(dòng)復(fù)合防刺材料通過雙側(cè)復(fù)合C3H8N2O的方式可以提高復(fù)合材料的防刺性能，在武術(shù)運(yùn)動(dòng)中起到更大的作用。

（3）組成組分相同的、疊加結(jié)構(gòu)不同的織物其防刺性能不同。復(fù)合材料不但具有抗剪切以和抗拉伸的作用，同時(shí)還起到緩沖和抗沖擊層的作用。

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