三維膨體織物耐壓縮性能試驗(yàn)方法分析

張榮，彭祖鵬

0 引言

由于三維膨體織物采用特殊的立體三維編織結(jié)構(gòu)形式，中間的尼龍單絲連接線可以支撐5 mm的厚度，并通過氣體的通透和傳濕改善飛行員的體表溫濕度。因此采用三維膨體織物作為主體骨架材料的通風(fēng)系統(tǒng)，可有效降低飛行員工作時(shí)的熱負(fù)荷，提高著裝的舒適性。

三維膨體織物使用時(shí)可根據(jù)高空代償服的不同部位任意裁剪，簡(jiǎn)單方便。但在使用（飛行）過程中要求三維膨體織物既要承受一定的壓力，又要壓縮彈性變形小，可使壓縮空氣自由通過。

三維膨體織物按照俄羅斯實(shí)物樣品進(jìn)行仿制，研制時(shí)依據(jù)俄方提供的技術(shù)資料要求，主要指標(biāo)要求包括單位面積質(zhì)量、斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、變形率、剩余伸長(zhǎng)率等，其中單位面積質(zhì)量、斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率等指標(biāo)要求屬于紡織材料通用的技術(shù)要求，測(cè)試方法也屬于常規(guī)測(cè)試方法，只有變形率、剩余伸長(zhǎng)率等指標(biāo)屬于新出現(xiàn)的指標(biāo)要求，但目前無法得到詳細(xì)的試驗(yàn)方法。

試驗(yàn)以俄羅斯實(shí)物樣品和對(duì)于主體材料三維膨體織物的變形率和剩余變形率的技術(shù)指標(biāo)要求為依據(jù)，結(jié)合高空代償服和通風(fēng)服通風(fēng)系統(tǒng)使用性能要求，設(shè)計(jì)新型的三維膨體織物耐壓縮性能試驗(yàn)方法，用于三維膨體織物耐壓縮性能的鑒定和復(fù)驗(yàn)，為高空代償服和通風(fēng)服通風(fēng)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)奠定良好的基礎(chǔ)，從而為全面實(shí)現(xiàn)三維膨體織物的國(guó)產(chǎn)化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 耐壓縮性能前期測(cè)試情況

俄方提供的三維膨體織物耐壓縮性能要求為：當(dāng)負(fù)荷為3.92 N/cm2時(shí)，每壓縮變形周期的變形率為13%，剩余變形率為4%。該技術(shù)資料來源于俄方三維膨體織物的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)TY17-09-09-11-87，該標(biāo)準(zhǔn)屬于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但缺少企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文本，對(duì)其測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備無從了解。此項(xiàng)指標(biāo)直接關(guān)系到產(chǎn)品的使用性能，是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)指標(biāo)，必須有明確的測(cè)試方法。

試驗(yàn)時(shí)所用三維膨體織物仿照俄羅斯樣品（CT60-40）研制。由于國(guó)內(nèi)早期與救生服裝配套的通風(fēng)服通風(fēng)系統(tǒng)支撐材料是彈簧，而彈簧具有質(zhì)量重、服用舒適性差等缺點(diǎn)，導(dǎo)致通風(fēng)服推廣困難。與彈簧織物相比，三維膨體織物無論是質(zhì)量，還是外觀手感都有明顯的優(yōu)越性，且服用舒適性較好。在三維膨體織物研制過程中，只能借鑒通風(fēng)系統(tǒng)原用骨架材料金屬彈簧壓縮性能的測(cè)試方法和試驗(yàn)儀器進(jìn)行三維膨體織物變形率和剩余變形率的試驗(yàn)。由于適用于金屬彈簧的彈簧拉壓試驗(yàn)機(jī)加壓量程太大，用于三維膨體織物測(cè)試時(shí)數(shù)據(jù)偏差較大，且加壓時(shí)間需要用秒表進(jìn)行手動(dòng)控制，易產(chǎn)生較大的誤差，實(shí)用性欠佳。

此外，根據(jù)三維膨體織物使用的實(shí)際狀況，早期還設(shè)計(jì)了手工方法測(cè)試，但測(cè)量時(shí)全靠手工操作，加壓時(shí)間又無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確性太差，更無法作為三維膨體織物研制階段鑒定檢驗(yàn)的方法施行。

無論是對(duì)于高空代償服產(chǎn)品的使用性能，還是對(duì)于三維膨體織物本身，耐壓縮性能都是一項(xiàng)很重要的性能指標(biāo)，因此應(yīng)對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試方法進(jìn)行專項(xiàng)研究。

2 耐壓縮性能試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)原理

通風(fēng)系統(tǒng)是高空代償服和通風(fēng)服的主要組件，而三維膨體織物是用于服裝通風(fēng)系統(tǒng)的主體材料。飛行員在機(jī)動(dòng)飛行過程中勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易出汗，通風(fēng)系統(tǒng)可隨時(shí)為飛行員熱負(fù)荷集中部位通風(fēng)、散熱，降低熱負(fù)荷，這就要求材料具有強(qiáng)度高、彈性好、易彎折、耐壓縮等性能。一般的制織技術(shù)局限于二維制織，三維織物是二維制織技術(shù)的拓展，它是一種三維多向立體結(jié)構(gòu)體，主要采用上、下二層織物可單獨(dú)編織成布，中間支撐鬃絲在支撐過程中可與上下層同時(shí)編織的方式編織成型，其主要特點(diǎn)為：①自由調(diào)節(jié)支撐層面的厚度，滿足不同的要求；②上下二層織物可自由設(shè)計(jì)，功能多，對(duì)織物的密實(shí)和稀疏、平坦或凹凸毛糙方面都可方便控制；③支撐層可做到或多或少、可有可無的彈性及滿足持久彈性、抗壓彈性的回復(fù)。

作為一種全新的材料，必會(huì)出現(xiàn)一些新的技術(shù)性能，從而需要設(shè)計(jì)新型的試驗(yàn)方法來進(jìn)行測(cè)試。工程化應(yīng)用研究的主要目的是制定與之相適應(yīng)的測(cè)試手段，最終通過產(chǎn)品功能考核予以驗(yàn)證其可行性。根據(jù)DC-7高空代償服技術(shù)條件規(guī)定的通風(fēng)阻力試驗(yàn)要求，即在空氣流量為（250±10）L/min時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)阻力不超過2.45 kPa、“充氣—排氣”循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)為2 000次，在循環(huán)500次、1 000次、1 500次和2 000次時(shí)對(duì)通風(fēng)阻力有著不同的要求。

經(jīng)過資料調(diào)研和查詢，紡織行業(yè)常用的厚度測(cè)試儀被納入研究范圍。厚度測(cè)試儀的測(cè)試原理為：試樣放置在基準(zhǔn)板上，另一與基準(zhǔn)板平行的圓形壓腳對(duì)試樣施加規(guī)定壓力，兩塊板中間的垂直距離作為試樣的測(cè)量值。根據(jù)高空代償服和通風(fēng)服產(chǎn)品的實(shí)際使用狀態(tài)，結(jié)合產(chǎn)品通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)阻力試驗(yàn)對(duì)于三維膨體織物耐壓縮性能的要求，需要對(duì)厚度測(cè)試儀進(jìn)行壓縮功能的設(shè)計(jì)改進(jìn)，具體包括三個(gè)方面：①厚度測(cè)試儀是一次性測(cè)試，而服裝實(shí)際使用時(shí)是反復(fù)“充氣—排氣”，兼顧日常紡織品厚度測(cè)試需求，可設(shè)定“單次”或“多次”；②三維膨體織物的技術(shù)指標(biāo)變形率是指每個(gè)壓縮周期的變形率，壓力的大小需要通過增加厚度測(cè)試儀配套的砝碼數(shù)量和質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)；③高空代償服和通風(fēng)服產(chǎn)品的通風(fēng)系統(tǒng)工作時(shí)充壓時(shí)間要求持續(xù)60 s，因此需增加對(duì)持續(xù)時(shí)間的控制。

2.2 試驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)制造

根據(jù)高空代償服和通風(fēng)服產(chǎn)品通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用需求，聯(lián)合國(guó)內(nèi)紡織儀器專業(yè)制造廠家，研制加工新型儀器——耐壓縮性能測(cè)試儀，其主要技術(shù)參數(shù)如下：

測(cè)定厚度范圍：（0.01～10）mm；

最小分度值：0.01 mm；

行程：120 mm；

壓盤直徑：Φ7.98、Φ11.28、Φ25.22、Φ35.68、Φ 50.48 mm；

壓重砝碼：25 cN～200 N（±0.1%）；

壓重時(shí)間：10 s、30 s、60 s。

2.3 試驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)

2.3.1 取樣

試樣長(zhǎng)度和寬度應(yīng)大于壓盤直徑兩倍以上，也可整幅測(cè)試，但應(yīng)在不同的位置測(cè)試，相鄰兩處的距離不少于20 cm，試樣表面應(yīng)無任何影響試驗(yàn)結(jié)果的疵點(diǎn)，每批產(chǎn)品至少測(cè)試三個(gè)試樣（或三處）。

2.3.2 測(cè)量步驟

升起壓腳，將試樣在不受張力的情況下放置在基準(zhǔn)板上，具體見圖1：輕輕下調(diào)壓腳于試樣上，設(shè)定負(fù)荷顯示為1 N（起始加壓）時(shí)，讀取并記錄厚度指示表上的讀數(shù)作為厚度D1；繼續(xù)增加壓力至規(guī)定值，保壓，讀取并記錄厚度指示表上的讀數(shù)作為厚度D2；取出試樣靜置10 min后重復(fù)上述步驟，讀取并記錄厚度指示表上的讀數(shù)作為厚度D3。

圖1 耐壓縮性能測(cè)試儀測(cè)量示意圖

2.3.3 變形率計(jì)算

變形率按式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式（1）中：

D1——試樣起始加壓厚度值（相當(dāng)于原始厚度）；

D2——試樣在規(guī)定壓力下的厚度值。剩余變形率按式（2）進(jìn)行計(jì)算：

式（2）中：

D1——試樣起始加壓厚度值（相當(dāng)于原始厚度）；

D3——試樣恢復(fù)的厚度值。

3 結(jié)論

三維膨體織物的耐壓縮性能變形率（負(fù)荷為3.92 N/cm2時(shí)的每壓縮變形周期）和剩余變形率作為服裝考核的重要指標(biāo)，在應(yīng)用研究過程中應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品使用情況和技術(shù)指標(biāo)要求，利用現(xiàn)有設(shè)備條件設(shè)計(jì)耐壓縮性能試驗(yàn)方法。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，效果良好,可用于三維膨體織物的鑒定和質(zhì)量一致性檢驗(yàn)，為材料用于高空代償服通風(fēng)系統(tǒng)主體，有效降低飛行員體表溫度奠定良好的基礎(chǔ)。

耐壓縮性能作為紡織材料的一項(xiàng)新型功能，試驗(yàn)方法在國(guó)內(nèi)尚屬空白。在無技術(shù)資料可借鑒的前提下，自行設(shè)計(jì)開發(fā)試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)方法，不僅對(duì)提高中國(guó)海上救生防護(hù)裝備的整體技術(shù)水平有著重要的意義，還可以創(chuàng)造良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。