摘 要：為了解決薄型手套耐切割性較差的問題采用高強聚乙烯/錦綸/氨綸包覆紗為原料進行編織賦予手套較高的防切割性能，通過正交試驗的方法，分析紗線結構、細度、捻度以及織物厚度等因素與手套防切割性能的關系。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；當高強聚乙烯絲細度一定時隨著捻度的增加手套防切割性能呈先增大后減少的趨勢防切割性能與紗線的細度、織物單位面積重量呈正相關。

關鍵詞：高強聚乙烯；防割手套；包覆紗；防切割織物；錦綸；氨綸

0 引 言

隨著材料科學與技術的不斷進步和高性能紡織纖維材料的研究與應用功能性產業用紡織品迅速發展和普及特別是高強防切割手套得到了極大的發展。

通過采用高性能纖維與其它紡織纖維原料的復合編織成具有防切割性能的功能手套不僅滿足了人們對手部防護的需求還提高了手套的使用壽命和服用性能。傳統上主要采用在紗線中加入金屬絲或者極細微金屬環的方式來生產防切割手套。根據作業需要這種防護手套可以分為三指和五指兩種。

但是這種手套過硬關節不易彎曲工作人員使用時穿戴不便雖然可以提高對手部的防護但會影響工作效率^[1-3]。用來生產防切割織物的高性能纖維主要有高強聚乙烯和芳綸類纖維^[4]。經過處理的高強聚乙烯纖維具有良好的耐化學性能夠耐受絕大部分的化學侵蝕相比芳綸纖維在紫外線環境下強度損失更小^[5]。通過選用高強聚乙烯/錦綸/氨綸絲作為原料編織成防切割性能優良的高強手套不但彌補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性能的要求^[6]。

本文采用試驗研究的方法通過對影響手套防切割性能因素的分析為進一步提高手套織物的防切割性能提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

包芯紗、包捻紗、包覆紗3種紗線編織的手套。

1.2 儀器與設備

采用南通宏達實驗儀器有限公司生產的TDM-100型防護手套耐切割性能測試儀。

1.3 試驗方法

1.3.1 手套耐切割性能

按照EN-388機械性危害防護手套標準取多組手套樣本在耐切割測試儀上進行測試。用防切割指數評價手套的防切割性能。抗切割指數時≤1.2達到一級水平；指數時達到二級水平；指數≤2.5 ≤5時達到三級水平；指數≤10時達到四級水平；指數時達到五級水平^[5]。得到的實驗結果與防≤20切割指數標準進行對比結果越大說明手套的防切割性能越好?

1.3.2 手套耐切割性能測試方法

參考機械防護手套標準以耐切割次數為評價指標在溫度為（23±2）℃,相對濕度為（50±10）%的條件下取多組長（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，在耐切割性測試儀上分別在5N大小的不間斷力下進行對照測試。根據樣本被割破前所能承受的次數來確定等級。在耐切割測試儀上測試手套的耐切割次數，次數越大，說明防切割性能越好^[7]。

圖1 高強聚乙烯/錦綸/氨綸手套樣本

1.3.3 正交試驗的設計

手套的防切割性能與紗線結構、捻度、細度、織物厚度等因素密不可分，采用正交實驗的方法，研究各因素與手套防切割性能之間的關系。通過極差分析的方法，分析各因素對手套防切割性能的影響的顯著性。分別取高強聚乙烯、氨綸成分的包芯紗；高強聚乙烯、氨綸成分的合捻紗以及高強聚乙烯、錦綸、氨綸成分的包覆紗編織3種不同紗線結構的手套樣本測量。為了提高分析的準確性，采用控制變量的方式，單因素進行分析，紗線只改變最外層高強聚乙烯的捻度和線密度兩種參數，而保持3種結構紗線的芯紗氨綸絲細度44.44dtex不變、包覆紗中錦綸77.78dtex/2F、280捻/m不變。正交實驗影響因素水平如表1所示。

表1 因素水平表

2 結果與討論

2.1 實驗結果與數據處理

根據因素水平表，考察A、B、C、D4種因素與防切割性能的關系，每個因素取3種水平，選用正交表L9，得到表2所示的正交實驗結果^[8]。

通過極差分析，得出影響手套防切割性能因素的主次順序A>B>D>C。根據表2中數據，通過比較發現：A因素對手套防切割性能影響最明顯，B因素其次，C、D因素對防切割性能影響相對較小。

表2 正交實驗分析結果

2.2 試驗過程受力分析

手套防切割性能的強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織物的破壞程度。因此，對手套織物表面的受力進行分析，可以為提高手套織物防切割性能提供設計依據^[9]。

假設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 切割過程中的受力分析

由于二次求導為負值，故當φ取最大值時，Ft取最大值；減小，Ft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，手套切割時紗線越容易滑移，則滑移量越大，織物結構越松散，儲存的能量就越小，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，減少在切割過程中紗線的滑移量，從而把更多的切割功轉變成紗線的應變能，使手套的防切割性能得到相應提高^[10]。

2.3 紗線結構對防切割性能的影響

通過表2可以發現，紗線結構對手套耐切割性能的影響比較明顯。圖3為紗線結構與手套耐切割次數的之間的關系。

圖3 紗線結構與耐切割次數的關系

通過圖3可知，采用高強聚乙烯纖維、錦綸、氨綸絲3種纖維優化組合，手套織物的防切割性能較為優良。在其他因素不變的情況下，采用不同結構的紗線編織的手套其防切割性能存在明顯差異。包覆紗、合捻紗的強力比包芯紗高10%到20%左右，在3種結構復合紗編織的手套織物受到外力拉伸作用時，合捻紗編織的手套織物出現較明顯的露底現象。包覆紗編織的手套不僅保證紗線具有較高的力學性能，而且解決了彈性芯紗裸露的難題，且防切割性能最好。

2.4 紗線細度對防切割性能的影響

由表2知，紗線細度對手套防切割性能的強弱也十分明顯。圖4為紗線細度與耐切割次數的關系曲線。

圖4 紗線細度與耐切割次數的關系

紗線粗細對防切割性能的影響，紗線的線密度越大，紗線橫截面內所包含纖維數越多，單位面積內受力纖維越多，能承受的外力越大，紗線的強力就越高。手套受到外力切割時，手套織物受到的傷害也越小，防切割性能也就越高。

2.5 紗線捻度對防切割性能的影響

由表2知，捻度對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之間的關系。由圖5可知紗線捻度的大小對手套的防竊割性能影響較大。

圖5 紗線捻度與耐切割次數的關系

隨著紗線捻度的增加，手套耐切割次數呈現先增加后減少的趨勢，在捻度為200捻/m 時，耐切割次數最大。這是由于加捻的作用，使紗線間抱合力增大，同時，纖維間產生向心壓力，使纖維間摩擦力增大，不宜產生滑移，隨著捻度的繼續增大，耐切割次數開始下降。這是因為當紗線捻度達到一定大小后，紗線捻度的增加，使紗線預應力增大，纖維強度的軸向分布開始減弱，使纖維過度傾斜，纖維強力反而降低，所以編織手套時，應適當增加捻度，以防減弱了紗線的力學性能，進而影響手套的防切割性能。

2.6 織物面密度與耐切割次數的關系

從表2中可以看出，相比其他兩種因素，織物面密度對手套耐切割性能影響相對較小，但也有一定的影響。圖6為織物面密度與手套耐切割次數之間的關系。

圖6 織物面密度與耐切割次數的關系

織物面密度與手套織物的緊密度、尺寸穩定性、未變形能量有關。研究發現：當織物面密度在210g/m2時單位面積內蘊含的未變形能量要比150g/m2時高33%?？椢镌胶瘢€圈中紗線的滑移量越小，尺寸穩定性強，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 論

a）防切割手套對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合，所編織的手套不僅能滿足機械性危害防護的要求，通過實際佩戴發現其具有與普通手套接近的外觀和佩戴感覺。

b）以相同原料生產不同結構的紗線，所編織的手套防切割性能有所差異。相比包芯紗、合捻紗，雙層包覆結構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。

d）紗線的細度、手套織物的面密度與防切割性能呈正相關，細度越大、織物面密度越大，手套防切割性越好。