聚氨酯芳綸平紋織物武術運動復合防刺材料制備與性能實驗研究

陳理 王博濤

摘 要：武術運動中有許多項目需運用銳器，會對人體安全造成一定的威脅?；诖?，為得到防刺性能更加優異的武術運動復合防刺材料，制備了聚氨酯（C3H8N2O）芳綸平紋織物武術運動復合防刺材料，研究了不同種類的C3H8N2O、不同涂層工藝和疊加結構的C3H8N2O芳綸平紋織物武術運動復合防刺材料對防刺性能的影響。結果表明：Base cloth的防刺性能較C3H8N2O復合芳綸布的防刺性能更優;常規的聚酯型C3H8N2O和聚醚型C3H8N2O與聚碳酸酯型C3H8N2O復合材料的撕裂性能與防刺性能相比較差;組成組分相同的、疊加結構不同的織物其防刺性能不同。

關鍵詞：聚氨酯;芳綸平紋織物;武術運動;防刺性能;涂覆工藝

中圖分類號：TB34 文獻標識碼：A 文章編號：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

防刺服可以有效預防武術運動中對人體產生的攻擊傷害，是對人體安全起到防護作用的一種服裝。武術運動復合防刺材料不僅要求穿著舒適，而且還需要具備靈活性不能影響運動等。C3H8N2O芳綸織物及其復合材料都是防刺材料領域研究重點研究對象。將C3H8N2O表面的樹脂涂覆在芳綸織物上，其防刺性能有了顯著提高[1]。文章對不同工藝制造的芳綸平紋織物武術運動復合材料的防刺性能進行了試驗。

1 實驗

1.1 實驗材料及儀器

（1）實驗所需材料：基礎芳綸材料（芳綸無捻復絲），線密度為34.3tex/100根，斷裂強度為21.050cN/dtex，斷裂伸長率為3.62%，圣維奧新材料公司產品;常規C3H8N2O硬泡組合料all、聚醚型聚氨酯D，Foshan wengkaier Trade Co.， Ltd;自制了聚碳酸酯型C3H8N2OB、C。

（2） 儀器：Xieqiang instrument manufacturing （Shanghai） Co.， Ltd的CTM2000萬能拉伸試驗機;JJFWI-111落錘沖擊試驗機，Chengde Jinjian Testing Instrument Co.， Ltd;GA747-III劍桿織機，Changyi Haotian Textile Machinery Co.， Ltd ;SU-8010型Cold Field Scanning electron microscope，Products of Hitachi， Japan。

1.2 芳綸平紋織物的織造

芳綸平紋織物是芳綸無捻復絲通過劍桿織機加工而成的。而絲束蓬松度會影響芳綸平紋織物的生產（無捻長絲使織口處單絲大量斷裂）。如表1所示為芳綸平紋織物規格型號，可根據織物的具體型號對其無捻長絲施加保護，提高捻長絲的可織性[2]。

1.3 C3H8N2O與芳綸織物復合

C3H8N2O（聚氨酯）與芳綸織物復合材料制樣主要采用以下3種方式進行：

（1）濕法涂層制樣。①在C3H8N2O中加入N，N-二甲基甲酰胺溶劑，控制粘度為1000MPa·s左右，并將其涂抹在織物材料上;②進行紡織浴，通過紡織浴N，N-二甲基甲酰胺被交換分離出來，形成新的聚氨酯層;③進行壓軋，再凝固、再壓軋，以上操作需要重復5次，并在150℃的溫度下進行烘干，最后成型。

（2）轉移涂層制樣。①將C3H8N2O表面的樹脂進行轉移，轉移之后的樹脂放于紙上，再將其放入150℃的烘箱里進行烘干，待溶劑徹底烘干后取出再重涂一層面膠，然后再烘干，如此重復幾次，待到膠層厚度達到0.12mm時結束;②在樹脂材料上涂覆一層調整好溶劑的C3H8N2O底膠粘合劑，再將C3H8N2O與芳綸織物進行融合;③對融合材料進行熱輥壓合，并在150℃烘箱中進行3min烘干，最后將冷卻后的織物與紙進行分離。

（3）干法直接涂層。先將芳綸織物進行有張力的固定，然后在織物上涂抹C3H8N2O底膠粘合劑，并在130℃烘箱中進行1min固化，再將分離出的C3H8N2O樹脂涂抹在織物上，進行150℃烘干，如果上膠量達到要求（140g/m2），即完成實驗，否則還需重復以上操作[3]。

1.4 防刺性能測定

（1）動態狀態下的防刺性能測定。以國家防刺服的相關標準為依據，以JJFWI-111落錘沖擊試驗機為儀器測定自由下落時防刺材料被刀具刺穿時的防刺情況[4]。按照相關標準，試驗刀具加配重質量不超過2.5kg，沖擊動能25J，穿刺角0°。各個入刺點之間的距離以及其到芳綸織物材料邊緣的距離均大于50mm。

（2）抗撕裂性能測定。根據某工業相關標準，如圖1所示采用CTM2000萬能拉伸試驗機對試樣材料進行拉伸撕裂測試，試樣材料的規格大小如圖1所示，抽取各樣品的五種試樣進行測試，最后在根據測試結果求出平均值。

（3）單束拔脫力測試。如圖2所示將芳綸平紋織物裁剪成固定形狀，在兩個材料之間預留10根纖維束，然后在切斷處將該纖維從上方切斷，在芳綸平紋織物材料兩端進行拉拔試驗，測定的最大拉伸力為纖維被抽出前的，材料樣品測試各抽出5塊試樣進行測試，在根據最后結果求平均值[5]。

2 結果與分析

2.1 塑料涂覆對防刺性能的影響

基礎樹脂選用常規聚氨酯硬泡組合料all。在上膠量相同的情況下，對復合芳綸織物進行測試，如表2所示測試其撕裂強度和單束拔脫力，使用轉移涂層、濕法涂層和干法直涂的方法在芳綸織物上進行測試。

由表2可以知，在上膠量不變的情況下，濕法涂層的撕裂性最好，單束拔脫力最差。在濕法涂層中，由于該涂層具有會降低C3H8N2O的微多孔結構，而且C3H8N2O對芳綸纖維的纏繞紗效果偏低，因此復合芳綸織物在該涂層的撕裂強度低、單束拔脫力最大[6]。在干法涂層中，直涂工藝會產生粘結，該層粘接點多、對基布的潤濕效果比較好，紗線不宜滑動，因此，復合芳綸織物在該涂層的單束拔脫力最大、撕裂強度低。在轉移涂層中，由于C3H8N2O與芳綸布的粘接點少，因此撕裂強度低，僅為基布的15%左右，但是單束拔脫力比Base cloth高。由此可知，3個涂層相比轉移涂層的防刺效果最佳。

2.2 聚氨酯類型對芳綸織物防刺性能的影響

如表3所示為各類聚氨酯對芳綸織物防刺性能測試結果，該測試選用轉移涂層制備的復合芳綸織物進行測試。

由表3可知，在模量相同時，B類聚氨酯的拉伸強度、撕裂強度最高，防刺性穿透層數最少。由此可知，芳綸平紋織物的防刺性能與拉伸強度有關。刀具刺透聚氨酯涂層是防刺試驗的關鍵，C3H8N2O防刺效果隨拉伸強度而變化，當拉伸強度越高時，防刺效果越佳。當拉伸強度相當時，100%模量有較大差異，而抗拉強度相當的A和C其防刺效果也相當，因此可知，100%模量對芳綸平紋織物的防刺效果影響不大。從穿透層數來看，D的防刺效果最差，其與Base cloth的防刺效果相差不多，但是整體來說，芳綸平紋織物的防刺效果比Base cloth佳[7]。

2.3 復合工藝對芳綸織物防刺性能的影響

利用轉移涂層工藝，將B類C3H8N2O涂在芳綸平紋織物的兩側，上膠量需要單側與總量相同。如表4所示為復合工藝對芳綸織物防刺性能測試，分別測試雙側、單側復合涂層對芳綸織物防刺性能的影響。

從表4可以看出，雙側復合工藝防刺效果更佳，雙側涂層工藝比單側涂層工藝比單束拔脫力增大，穿透層數減少[8]。在上膠量相同的情況下，對纖維的固結作用雙側涂覆樹脂比單側涂覆樹脂大，纖維不會發生滑移，進而其抗剪切能力較差，樹脂會增大刀具的摩擦阻力，因此會增加織物的防刺性能。

2.4 疊加方式對芳綸織物防刺性能的影響

防刺結構實驗可以在織物面密度與厚度相同的情況下，設定6種組成組分相同、疊加結構不同的織物，對其防刺性能進行試驗。實驗材料為：10層芳綸平紋織物和20層樹脂芳綸復合織物。

經試驗測試可知，組成組分相同的、疊加結構不同的織物其防刺性能不同[9]。其中，當疊加方式為：芳綸織物（5）+復合織物（20）+芳綸織物（5）時，其防刺性能最好;當疊加方式為：復合織物（20）+芳綸織物（10）時，其防刺性能最差。Base cloth（芳綸基布）和樹脂復合芳綸織物在疊加結構里作用不同。Base cloth的主要作用為抗剪切，復合材料的主要作用是抗沖擊。復合材料由于柔韌性好，可以在疊加方式中緩解變形的壓力起到了緩沖作用;樹脂復合層相比于復合材料柔韌性較差，只能通過破壞才可以吸收能量。

3 結論

（1）Base cloth的防刺性能較C3H8N2O復合芳綸布的防刺性能更優[10]。采用3種工藝對材料進行加工，其中轉移涂層工藝加工的復合材料防刺效果更優（單束纖維拔脫力和撕裂強力均高于其他兩種工藝）。復合材料的涂層的出現，在一定程度上阻礙了刀具的破壞力，起到了保護作用，進一步提高了芳綸織物武術運動復合防刺材料的保護性能。

（2）從動態穿透層數上相比較，常規的聚酯型C3H8N2O和聚醚型C3H8N2O與聚碳酸酯型C3H8N2O復合材料的撕裂性能與防刺性能相比較差。芳綸平紋織物武術運動復合防刺材料通過雙側復合C3H8N2O的方式可以提高復合材料的防刺性能，在武術運動中起到更大的作用。

（3）組成組分相同的、疊加結構不同的織物其防刺性能不同。復合材料不但具有抗剪切以和抗拉伸的作用，同時還起到緩沖和抗沖擊層的作用。

參考文獻

[1]吳中偉，艾青松，虎龍，等.柔性芳綸無緯布防刺性能研究[J].高科技纖維與應用，2019，44（01）：18-24.

[2]雷鵬，孫潤軍，王秋實，等.納米SiO_2/WPU復合芳綸防刺材料[J].印染，2019，45（01）：30-34.

[3]裴鵬英，胡雨，胡慧娜，等.柔性防彈防刺服開發關鍵技術[J].紡織導報，2017（S1）：62-65.

[4]方心靈，常浩，許冬梅，等.芳綸無緯布防彈防刺性能的研究[J].高科技纖維與應用，2015，40（03）：45-48.

[5]李亞濱，徐玲玲.聚氨酯復合芳綸織物的防刺性能[J].天津工業大學學報，2017，36（04）：27-31.

[6]王夢茹.競技武術運動對膝關節的損傷及應對措施[J].中華武術（研究），2019，8（11）：82-83.

[7]張含亮，李寶強.工程復合塑料特性分析及其在現代體育設施中的應用[J].粘接，2019，40（12）：128-132.

[8]周美進，鄧飛.對位芳綸復合材料的研究進展[J].合成技術及應用，2016，31（04）：22-27.

[9]顧龍鑫，陳曉鋼，楊紅英，等.芳綸及其復合材料產品在體育器材上的應用[J].合成纖維，2016，45（07）：22-25.

[10]彭濤，劉克杰，陳超峰，等.芳綸Ⅲ低成本化制備及應用工程化進展[J].高科技纖維與應用，2015，40（05）：21-26+37.