紡織品縫合強度試驗方法改進

張榮，彭祖鵬

0 引言

特紡材料是飛行員個體防護救生服裝、軍用傘和空降空投降落傘裝備產品的主體材料，如傘類產品的傘衣、傘繩、連接帶、傘衣套、傘包等均為綢、布、繩、帶、線等。產品涉及的紡織材料品種繁多，可通過一定的縫合方式合為一體，以便在不同的部位發揮各自的作用。

鑒于飛行員個體防護救生服裝、軍用傘和空降空投降落傘裝備的復雜使用狀況，其特紡材料在產品使用過程需要承受各種形式的外在機械力作用，因此除本體材料應具有的較高強度外，產品接縫處的縫合強度也應達到相應的設計要求。由于縫合強度的大小不僅要反映縫紉工藝性的優劣性，也是產品選材和結構設計的重要依據，因此縫合強度試驗的真實性就顯得尤為重要。

根據公司軍品批生產產品交付、重點型號配套產品研制、生產和加工過程中對于紡織品縫合強度的試驗需求，結合現有試驗存在的問題，開展紡織品縫合強度試驗的改進研究，從而真實、準確地反映紡織品接縫部位的縫合強度，為產品的順利交付、新產品的順利研發等奠定良好的基礎。

1 市場需求分析

1.1 特紡材料批次穩定性要求

由于特紡材料技術要求高、使用量有限，導致特紡材料供貨的技術狀態、批次號、供貨廠家等方面經常發生改變。為了防止因上述原因導致產品加工性能發生變化，進而影響產品功能的實現，主管部門在特紡材料復驗項目表中專門規定“項目表中標明工藝性試驗的為每個交貨批次必做項目；項目表中未標明工藝性試驗的、材料批次號變動時按Q/22S218─2009《特紡材料工藝性試驗方法》加做工藝性能試驗。”上述標準主要針對特紡原材料進行裁剪工藝性和縫紉工藝性兩個試驗項目進行規定，要求在進行縫紉工藝性試驗時，除觀察檢驗縫紉接縫部位的外在質量（如針刺斷紗等），還應對縫合強度的一致性進行總體把控。

1.2 產品設計和使用需求

結合飛行員個體防護救生服裝、軍用傘和空降空投裝備降落傘的復雜使用狀況，特紡材料在產品使用過程需要承受充氣、加壓、雙向拉伸、壓縮扭轉等外力作用，而現有工藝性試驗無法真實反映上述特定的性能，導致產品加工完成后在定檢、鑒定試驗以及交付部隊使用等環節中出現縫合部位在受外力作用后暴露并絲、劈裂、縫線滑移、針跡破損、紗線開綻等系列問題，嚴重降低產品質量，甚至導致產品報廢，不但造成直接的經濟損失，還對社會效益產生影響。因此迫切需要結合相關產品的實際使用狀況，開展特紡材料縫合工藝性能包括縫合強度的研究，預先評價特紡材料的工藝加工性能。

2 縫合強度試驗

2.1 縫合強度測試

2.1.1 縫合試樣制備

以織物類材料為例，接縫部位的縫合方式包括平縫、包縫、加強縫、來去縫、鋸齒縫等，制備試樣時通常按以下三步進行：①除非另有規定，一般每條試樣寬度為50 mm，長度不低于250 mm，試樣裁剪的基本要求是裁直，也可以采用扯邊紗的方式確保平直；②按設定的縫紉方式將兩個試條縫合成為組合試樣，為避免縫紉起止處脫線，一般需要打來回針鎖住；③除非另有規定，組合試樣應不少于三只。

2.1.2 縫合強度試驗

組合試樣加工完成后需在拉力試驗機上進行縫合強度的測試，試驗時一般使用鋸齒形平面夾具。為防止試驗時試樣出現打滑現象，允許在夾具鉗口內襯墊防滑材料（如厚帆布、涂抹松香等）。

2.1.3 存在的問題

縫合部位強度作為與產品結構強度密切相關的一項性能，無論是產品設計論證、新材料應用、工藝驗證還是故障分析等，都離不開材料縫合強度的試驗和研究。但在試驗過程中也逐漸暴露出許多問題：①試樣寬度比較窄，很難確保兩片縫紉整齊，特別是薄型綢試樣；②試樣起止處來回針導致拉伸數據波動較大，影響試驗結果的可參照性；③手動夾持力度不當易出現試樣打滑、斷鉗口或材料本體先拉斷的現象；④數據離散性偏大，難以真實反映縫合強度拉伸性能。

2.2 改進措施

2.2.1 制樣方法改進

為了避免試樣縫合起止處打來回針直接引起數據偏差的問題，可通過借鑒抓樣法試驗方法進行試樣制備。抓樣法顧名思義就是中間部分被夾持的一種拉伸試驗，而目前采用的條樣法是試樣全部被夾持的拉伸試驗。用于縫合強度試驗，僅從試樣制備可體現以下優勢：①試樣尺寸較大，長為152 mm，寬為101 mm,只要裁剪整齊，兩片縫合難度較小；②縫合起止處雖然也需要打來回針鎖止，但鎖止處遠離拉伸夾持部分，其不利影響可忽略不計；③為了適合抓樣法夾具的夾持，只需在組合試樣上距左側長38 mm處標示一條細線即可。

2.2.2 試驗夾具優化

試驗時根據不同標準方法可選用不同的夾具，目前主要采用抓樣法夾具和氣動型夾具。

美國聯邦FED-STD-191A標準關于機織物可縫紉性試驗方法采用的試驗方法為抓樣法，而非條樣法，抓樣法夾具的結構型式見圖1。試驗所用夾具有兩個鉗口，夾鉗應設計成一個鉗口與夾鉗的剛性框架構成一個整體，另一鉗口被固定但可沿垂直方向作微小移動。每個鉗口的表面均為光潔平整的夾持面，所有可能產生剪切作用的邊緣均應倒成圓弧角，每個夾鉗上的前鉗口尺寸應為25 mm×25 mm，后鉗口尺寸為25 mm×38 mm。

圖1 抓樣法夾具示意圖

由于抓樣法夾具采用手動夾持試樣，對于形狀復雜的縫合強度試樣有一定的局限性，因而更適合采用氣動型夾具，氣動型夾具結構型式見圖2。氣動型夾具以壓縮空氣為動力，檢測時會自動夾緊試樣，不受人為因素影響，不會出現打滑或斷鉗口或材料本體先斷等異常情況。夾持試樣時，只要找準試樣上預先畫出的標示線即可，操作簡便，省時省力。主要適合用于綢布類的抓樣法試樣的拉伸強力測試，其夾持部位每個夾鉗上的前鉗口尺寸為25 mm×25 mm，后鉗口尺寸為25 mm×38 mm。

圖2 氣動型夾具

2.3 試驗方法

2.3.1 抓樣法夾具夾持

采用抓樣法夾具進行夾持試驗時，將縫合試樣縫合縫的一端放入鉗口中間，將上夾鉗的前鉗口面的垂直外邊邊緣與試樣上所畫的細線對正，擰緊上夾鉗，將縫合試樣縫合縫的另一端放入下鉗口中間，下鉗口的前鉗口面的垂直外邊邊緣與試樣上所畫的細線對正，擰緊下夾鉗，將試樣的縫合縫應夾在上、下夾鉗的中間部位進行測試。

2.3.2 氣動型夾具夾持

采用氣動型夾具進行夾持試驗時，應按以下步驟進行：①檢查壓縮機與氣動型夾具的連接，確保氣體管路通常，壓力穩定；②啟動氣動型夾具上夾鉗的松弛開關，松開上夾鉗前、后面；③將試樣的一端居中放置在上夾鉗中間部位，啟動氣動型夾具上夾鉗的夾緊開關，夾緊試樣；④啟動氣動型夾具下夾鉗的松弛開關，松開下夾鉗的前、后面；⑤將試樣的另一端居中放置在下夾鉗的中間部位，啟動氣動夾具下夾鉗的夾緊開關，夾緊試樣。

表1 縫合強度試驗結果

2.4 試驗驗證

按照改進方案，選用輕質高強抗燃織物進行縫合強度的試驗驗證，縫合部位拉伸試驗方法采用抓樣法進行，試驗時設定上下夾持距離為76 mm、拉伸速度為300 mm/min，試驗結果見表1。

由表1可知，輕質高強抗燃織物縫合部位的縫合強度試驗采用抓樣法進行測試，測試結果顯示所測得的數據一致性較好，數據不勻率低，試驗過程中未出現打滑或斷鉗口的現象，僅出現縫合部位縫線被拉斷的現象。

3 結論

縫合強度是上述特種裝備和產品必不可少的結構設計強度性能通用指標，在設計選材時被作為重要指標進行考核。綜合考慮，特種裝備產品的使用需求，對目前縫合強度試驗中存在的問題進行改進，并取得良好的效果。該研究方法可以真實、準確地反映紡織品的縫紉性能，為特紡材料的設計提供有價值的參考數據，對于提升中國個體防護救生裝備、軍用傘、空降空投等裝備的技術水平也有著重要的意義。