聚氨酯芳纶平纹织物武术运动复合防刺材料制备与性能实验研究

陈理 王博涛

摘 要：武术运动中有许多项目需运用锐器，会对人体安全造成一定的威胁。基于此，为得到防刺性能更加优异的武术运动复合防刺材料，制备了聚氨酯（C3H8N2O）芳纶平纹织物武术运动复合防刺材料，研究了不同种类的C3H8N2O、不同涂层工艺和叠加结构的C3H8N2O芳纶平纹织物武术运动复合防刺材料对防刺性能的影响。结果表明：Base cloth的防刺性能较C3H8N2O复合芳纶布的防刺性能更优;常规的聚酯型C3H8N2O和聚醚型C3H8N2O与聚碳酸酯型C3H8N2O复合材料的撕裂性能与防刺性能相比较差;组成组分相同的、叠加结构不同的织物其防刺性能不同。

关键词：聚氨酯;芳纶平纹织物;武术运动;防刺性能;涂覆工艺

中图分类号：TB34 文献标识码：A 文章编号：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

防刺服可以有效预防武术运动中对人体产生的攻击伤害，是对人体安全起到防护作用的一种服装。武术运动复合防刺材料不仅要求穿着舒适，而且还需要具备灵活性不能影响运动等。C3H8N2O芳纶织物及其复合材料都是防刺材料领域研究重点研究对象。将C3H8N2O表面的樹脂涂覆在芳纶织物上，其防刺性能有了显著提高[1]。文章对不同工艺制造的芳纶平纹织物武术运动复合材料的防刺性能进行了试验。

1 实验

1.1 实验材料及仪器

（1）实验所需材料：基础芳纶材料（芳纶无捻复丝），线密度为34.3tex/100根，断裂强度为21.050cN/dtex，断裂伸长率为3.62%，圣维奥新材料公司产品;常规C3H8N2O硬泡组合料all、聚醚型聚氨酯D，Foshan wengkaier Trade Co.， Ltd;自制了聚碳酸酯型C3H8N2OB、C。

（2） 仪器：Xieqiang instrument manufacturing （Shanghai） Co.， Ltd的CTM2000万能拉伸试验机;JJFWI-111落锤冲击试验机，Chengde Jinjian Testing Instrument Co.， Ltd;GA747-III剑杆织机，Changyi Haotian Textile Machinery Co.， Ltd ;SU-8010型Cold Field Scanning electron microscope，Products of Hitachi， Japan。

1.2 芳纶平纹织物的织造

芳纶平纹织物是芳纶无捻复丝通过剑杆织机加工而成的。而丝束蓬松度会影响芳纶平纹织物的生产（无捻长丝使织口处单丝大量断裂）。如表1所示为芳纶平纹织物规格型号，可根据织物的具体型号对其无捻长丝施加保护，提高捻长丝的可织性[2]。

1.3 C3H8N2O与芳纶织物复合

C3H8N2O（聚氨酯）与芳纶织物复合材料制样主要采用以下3种方式进行：

（1）湿法涂层制样。①在C3H8N2O中加入N，N-二甲基甲酰胺溶剂，控制粘度为1000MPa·s左右，并将其涂抹在织物材料上;②进行纺织浴，通过纺织浴N，N-二甲基甲酰胺被交换分离出来，形成新的聚氨酯层;③进行压轧，再凝固、再压轧，以上操作需要重复5次，并在150℃的温度下进行烘干，最后成型。

（2）转移涂层制样。①将C3H8N2O表面的树脂进行转移，转移之后的树脂放于纸上，再将其放入150℃的烘箱里进行烘干，待溶剂彻底烘干后取出再重涂一层面胶，然后再烘干，如此重复几次，待到胶层厚度达到0.12mm时结束;②在树脂材料上涂覆一层调整好溶剂的C3H8N2O底胶粘合剂，再将C3H8N2O与芳纶织物进行融合;③对融合材料进行热辊压合，并在150℃烘箱中进行3min烘干，最后将冷却后的织物与纸进行分离。

（3）干法直接涂层。先将芳纶织物进行有张力的固定，然后在织物上涂抹C3H8N2O底胶粘合剂，并在130℃烘箱中进行1min固化，再将分离出的C3H8N2O树脂涂抹在织物上，进行150℃烘干，如果上胶量达到要求（140g/m2），即完成实验，否则还需重复以上操作[3]。

1.4 防刺性能测定

（1）动态状态下的防刺性能测定。以国家防刺服的相关标准为依据，以JJFWI-111落锤冲击试验机为仪器测定自由下落时防刺材料被刀具刺穿时的防刺情况[4]。按照相关标准，试验刀具加配重质量不超过2.5kg，冲击动能25J，穿刺角0°。各个入刺点之间的距离以及其到芳纶织物材料边缘的距离均大于50mm。

（2）抗撕裂性能测定。根据某工业相关标准，如图1所示采用CTM2000万能拉伸试验机对试样材料进行拉伸撕裂测试，试样材料的规格大小如图1所示，抽取各样品的五种试样进行测试，最后在根据测试结果求出平均值。

（3）单束拔脱力测试。如图2所示将芳纶平纹织物裁剪成固定形状，在两个材料之间预留10根纤维束，然后在切断处将该纤维从上方切断，在芳纶平纹织物材料两端进行拉拔试验，测定的最大拉伸力为纤维被抽出前的，材料样品测试各抽出5块试样进行测试，在根据最后结果求平均值[5]。

2 结果与分析

2.1 塑料涂覆对防刺性能的影响

基础树脂选用常规聚氨酯硬泡组合料all。在上胶量相同的情况下，对复合芳纶织物进行测试，如表2所示测试其撕裂强度和单束拔脱力，使用转移涂层、湿法涂层和干法直涂的方法在芳纶织物上进行测试。

由表2可以知，在上胶量不变的情况下，湿法涂层的撕裂性最好，单束拔脱力最差。在湿法涂层中，由于该涂层具有会降低C3H8N2O的微多孔结构，而且C3H8N2O对芳纶纤维的缠绕纱效果偏低，因此复合芳纶织物在该涂层的撕裂强度低、单束拔脱力最大[6]。在干法涂层中，直涂工艺会产生粘结，该层粘接点多、对基布的润湿效果比较好，纱线不宜滑动，因此，复合芳纶织物在该涂层的单束拔脱力最大、撕裂强度低。在转移涂层中，由于C3H8N2O与芳纶布的粘接点少，因此撕裂强度低，仅为基布的15%左右，但是单束拔脱力比Base cloth高。由此可知，3个涂层相比转移涂层的防刺效果最佳。

2.2 聚氨酯类型对芳纶织物防刺性能的影响

如表3所示为各类聚氨酯对芳纶织物防刺性能测试结果，该测试选用转移涂层制备的复合芳纶织物进行测试。

由表3可知，在模量相同时，B类聚氨酯的拉伸强度、撕裂强度最高，防刺性穿透层数最少。由此可知，芳纶平纹织物的防刺性能与拉伸强度有关。刀具刺透聚氨酯涂层是防刺试验的关键，C3H8N2O防刺效果随拉伸强度而变化，当拉伸强度越高时，防刺效果越佳。当拉伸强度相当时，100%模量有较大差异，而抗拉强度相当的A和C其防刺效果也相当，因此可知，100%模量对芳纶平纹织物的防刺效果影响不大。从穿透层数来看，D的防刺效果最差，其與Base cloth的防刺效果相差不多，但是整体来说，芳纶平纹织物的防刺效果比Base cloth佳[7]。

2.3 复合工艺对芳纶织物防刺性能的影响

利用转移涂层工艺，将B类C3H8N2O涂在芳纶平纹织物的两侧，上胶量需要单侧与总量相同。如表4所示为复合工艺对芳纶织物防刺性能测试，分别测试双侧、单侧复合涂层对芳纶织物防刺性能的影响。

从表4可以看出，双侧复合工艺防刺效果更佳，双侧涂层工艺比单侧涂层工艺比单束拔脱力增大，穿透层数减少[8]。在上胶量相同的情况下，对纤维的固结作用双侧涂覆树脂比单侧涂覆树脂大，纤维不会发生滑移，进而其抗剪切能力较差，树脂会增大刀具的摩擦阻力，因此会增加织物的防刺性能。

2.4 叠加方式对芳纶织物防刺性能的影响

防刺结构实验可以在织物面密度与厚度相同的情况下，设定6种组成组分相同、叠加结构不同的织物，对其防刺性能进行试验。实验材料为：10层芳纶平纹织物和20层树脂芳纶复合织物。

经试验测试可知，组成组分相同的、叠加结构不同的织物其防刺性能不同[9]。其中，当叠加方式为：芳纶织物（5）+复合织物（20）+芳纶织物（5）时，其防刺性能最好;当叠加方式为：复合织物（20）+芳纶织物（10）时，其防刺性能最差。Base cloth（芳纶基布）和树脂复合芳纶织物在叠加结构里作用不同。Base cloth的主要作用为抗剪切，复合材料的主要作用是抗冲击。复合材料由于柔韧性好，可以在叠加方式中缓解变形的压力起到了缓冲作用;树脂复合层相比于复合材料柔韧性较差，只能通过破坏才可以吸收能量。

3 结论

（1）Base cloth的防刺性能较C3H8N2O复合芳纶布的防刺性能更优[10]。采用3种工艺对材料进行加工，其中转移涂层工艺加工的复合材料防刺效果更优（单束纤维拔脱力和撕裂强力均高于其他两种工艺）。复合材料的涂层的出现，在一定程度上阻碍了刀具的破坏力，起到了保护作用，进一步提高了芳纶织物武术运动复合防刺材料的保护性能。

（2）从动态穿透层数上相比较，常规的聚酯型C3H8N2O和聚醚型C3H8N2O与聚碳酸酯型C3H8N2O复合材料的撕裂性能与防刺性能相比较差。芳纶平纹织物武术运动复合防刺材料通过双侧复合C3H8N2O的方式可以提高复合材料的防刺性能，在武术运动中起到更大的作用。

（3）组成组分相同的、叠加结构不同的织物其防刺性能不同。复合材料不但具有抗剪切以和抗拉伸的作用，同时还起到缓冲和抗冲击层的作用。

参考文献

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