柔性个体防护材料抗穿刺性能的试验研究

组织结构 编号
mm
（ g·m －2 ）
穿透状态
1 32 层纬平针 14． 1 2 36 层纬平针 16． 0 3 18 层 MBWK 18． 9 5 14 层 1 + 1 罗纹 12． 3 6 26 层双罗纹 14． 5 7 36 层双罗纹 20． 6
6 959． 52 穿透（ 3． 0 mm） 7 892． 76 临界未穿透 9 003． 66 临界未穿透 6 789． 94 穿透（ 3． 5 mm） 5 855． 61 穿透（ 11． 5 mm） 8 278． 28 穿透（ 4． 0 mm）
2 试验结果及分析
2． 1 试验结果 表 1 为试样的工艺参数，表 2 为单一结构样品
的试验结果，表 3 为复合结构样品的试验结果。
表 1 试样工艺参数表
编号 组织结构
纱线线密度/ 织物密度/ 面密度/ 厚度/
tex
（ 行·cm － 1） （ g·m － 2） mm
1
MBWK 衬经纱 2 × 160 4． 3
表 3 复合结构样品试验结果
复合方式
样品 织物厚度/ 面密度/ 编号 mm （ g·m － 2）
穿透状态
4 层 MBWK + 4 层纬平针 1 2 3 4 5
6 层 MBWK + 6 层纬平针 1 2 3 4 5
8 层 MBWK + 6 层纬平针 1 2 3 4 5
13． 80 7 640． 16 穿透（ 2． 3 mm） 14． 20 7 648． 22 穿透（ 3． 6 mm） 13． 90 7 636． 18 穿透（ 1． 2 mm） 14． 10 7 655． 32 穿透（ 3． 0 mm） 14． 00 7 638． 62 穿透（ 2． 2 mm） 17． 82 8 650． 00 未穿透 18． 52 8 648． 40 未穿透 17． 78 8 653． 68 临界未穿透 17． 86 8 650． 12 未穿透 18． 24 8 649． 23 未穿透 19． 12 9 906． 96 临界未穿透 19． 68 9 948． 14 未穿透 19． 41 9 915． 47 临界未穿透 18． 96 9 971． 64 临界未穿透 19． 97 10 007． 87 未穿透
v———速度；
g———重力加速度；
h———高度。
1． 2． 2 冲击方式
在冲击发生的一瞬间，刀具主轴与材料测试面
之间的夹角，有 0°和 45°两种情况。
1． 2． 3 试验材料结构
本文利用纬编针织结构（ 包括传统纬编针织
物和纬编轴向织物） 的优良吸能特性，组合成多层
的复合防刺织物，以充分发挥各种织物结构的不同
1———支架； 2———横梁； 3———卡具； 4———刀具； 5———测试垫及背衬
图 5 试验装置简图
1． 2 试验准备
1． 2． 1 冲击条件
质量为 2． 4 kg 的刀具从 1 m 高处自由下落，
根据式（ 1） 可计算出冲击动能约为 24 J。
E动
=
1 mv2 2
= mgh
（ 1）
式中： m———刀具质量；
图 6 为样品在刀具冲击后织物表面和底面的 形态特征，图 7 为对应的背衬胶泥的变形图。从图 中可以看到，织物的底面和表面被穿透时，断裂孔 洞的边缘 整 齐，表 明 纱 线 主 要 是 被 刀 刃 切 割 断 裂 的； 而未被刀刃穿透的织物变形较大，隐约形成的 孔洞边缘毛糙，相当部分的纱线明显不是被刀刃割断 的，而是被拉伸变形或者处于切割的临界断裂状态［8-9］。
研究报告
产业用纺织品
总第 265 期
柔性个体防护材料抗穿刺性能的试验研究*
张 卓1 任忠海1 杨声强2 ( 1． 广东出入境检验检疫局检验检疫技术中心，广州，510623;
2． 通标标准技术〔深圳〕服务有限公司，深圳，518049)
摘 要： 以防刺材料的测试标准介绍测试仪器、试验参数及样品结构选择，分析柔性防刺服的防刺机理和性 能。结果表明，一定范围内增加材料厚度是提高柔性防刺服防刺性能的有效途径; 混合结构的柔性复 合防刺服能达到较为理想的防刺效果。试验中验证的这类复合结构包括纬编轴向衬纱( MBWK) 织 物与纬平针织物混合制作而成的防刺织物; 单一结构织物复合材料的防刺性能比复合结构材料的差。
图 1 MBWK 织物结构示意图
1 试验部分
英国 PSDB（ Police Scientific Development Branch） 的警用防护服标准对防刺服防刺性能的检测方法 作了详细说明，但是没有提出具体量化的判别条件 或限量； 美国司法协会的防刺服标准 NIJ0115． 00 对防刺性能的检测方法、评价等级均有明确而全面 的描述和规定； 中国已经颁布了专门的 GA 68—2008 警用防刺服标准，它是在综合借鉴前两个国外主要 标准方法的基础之上形成的。本文采用 GA 68— 2008 的试验方法对 MBWK 织物的抗穿刺性能进 行研究。
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（ 2） 单一结构样品的防刺效果比 MBWK 织物 + 传统纬编针织物等复合结构的差。
（ 3） 复合结构织物的防刺性能随厚度的增加 而增强，但不能超过临界值，否则影响穿着舒适性。
图 6 样品受到刀具冲击后织物表层和底层形态图
图 7 背衬胶泥变形形态图
纬编针织物也无法单独用作防刺材料。如果 纱线较粗，织物密度小，则织物结构稀疏，无法起到 防刺效果； 如果纱线较细，织物密度较大，则织物结 构紧密，穿刺时相邻线圈挤压不易变形，纱线易被 切割断裂，防刺性能较差。如果要使纱线粗一些， 织物密度大一些，即达到所现的［10］。
图 3 背衬材料结构示意图
将防刺服或者相当面积的防刺功能面料平放 在背衬材料上面，用 50 mm 宽两端有尼龙搭扣的 松紧带将样品固定在背衬材料上面（ 固定带不应 干扰刺着点） ，见图 4。
试验装置由支架、升降杆（ 横梁） 、卡具、刀具、 测试垫构成，见图 5。冲 击 刀 具 的 能 量 可 以 达 到 GA 68—2008 防刺服测试标准中的 24 J。可以通
* 广东出入境检验检疫局科研基金资助项目（ 2011GDK54） 收稿日期： 2012 － 08 － 01 作者简介： 张卓，男，1974 年生，高级工程师。主要研究方向为 进出口纺织品检验技术。
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的自然状态，这样才能充分发挥衬纱纱线的力学性 能。此外，MBWK 织物的加工工艺和设备简单，节 省原料［4-5］。
过测量被刺材料的断口宽度、刀具的刺入深度来反 映刺入效果［7］。
图 4 背衬材料和冲击位置
图 2 GA 68—2008 标准防刺试验刀具
背衬材料尺寸为 400 mm × 400 mm × 67 mm， 由上面 4 层 6 mm 厚的氯丁橡胶海绵，中间 1 层 30 mm厚的聚乙烯闭孔泡沫塑料，下面 2 层 6． 5 mm 厚的天然橡胶组成。图 3 为背衬材料的结构示意 图，它由 若 干 层 不 同 的 部 分 依 次 相 间 而 成［6］。 本 试验中为了能直观观察到样品的穿透情况，在天然 橡胶层外部加了 1 层软质胶泥。
3 结语
（ 1） MBWK 织物 + 传统纬编针织物的复合方 式能达到一定的防刺效果。
参考文献
［1］ 郭静荷． 纬编复合防刺织物的防刺性能研究［D］． 天 津： 天津工业大学，2005： 1-3．
［2］ 郭静荷，姜亚明． 防刺个体装甲材料的发展与现状 ［J］． 产业用纺织品，2004，22（ 6） ： 5-8．
目前，国内外关于防刺材料的研究对象大多数 都是组织结构单一的材料，且实际应用中在质量等 方面还远未达到轻便、柔软的理想状态［3］。
纬编双轴向多层衬纱织物（ Multi-layered Biaxial Weft Knitted Fabrics，简称 MBWK 织物） 结构如图 1 所示，它具备优异的力学性能和良好的曲面可成形 性，是一种理想的防刺服 装 的 后 备 材 料。MBWK 织物中的绑缚系统一般为传统的针织物组织结构， 如经编组织、纬平针组织等，衬纱系统在与织物主 轴呈水平和垂直的两个方向上排列，并处于被拉直
注： 临界未穿透———恰最底面一层材料未被穿透； 未穿透———底面至少有 2 层材料未穿透。
2． 2 试验结果分析 表 1 是本文试验中试样的结构参数，采用了
4 种针织结构： MBWK、纬平针、1 + 1 罗纹和双罗纹 组织。由表 2 可以看出，单一结构样品的抗穿刺性 能较差，样品大多被穿透。从表 3 中可以看出，样 品的抗穿刺性能随着复合层数的增加而增强，8 层 MBWK 织物 + 6 层纬平针织物的结构是该复合材 料穿刺性能的临界点，即稍大于此复合层数的结构 — 38 —
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防刺特点，从而达到理想的防刺效果。用纬平针织 物和 MBWK 织物进行复合，织物排列结构为纬平 针织物在表面，MBWK 织物在底层，并且相同结构 的织物放在一起，不同结构织物不能混合放置。
织物纵横向纱线及 MBWK 织物绑缚系统纱线 均采用 HPPE 长丝，绑缚系统是 1 + 1 罗纹组织。
［6］ 中华人民共和国公共安全行业标准． GA 68—2008 警 用防刺服［S］． 北京： 中国标准出版社，2008．
［7］ 左向春，张艳鹏，刘长顺，等． 个体防刺材料现状及发 展趋势［J］． 合成纤维，2010（ 2） ： 15-17．
（ 1 + 1 罗纹捆缚） 衬纬纱 2 × 160
捆绑纱 17
2
纬平针
133
5． 5
3 1 + 1 罗纹
133
5． 9
4
双罗纹
19
10． 2
918． 38 1． 60
528． 80 1． 36 541． 74 1． 52 251． 35 0． 69