運動服裝防冰刀切割測試裝置研制及應用*

劉貴

（1.福建省紡織產品檢測技術重點實驗室，福建 福州 350026；2.福建省纖維檢驗中心，福建 福州 350026）

0 前言

2022 年，在我國成功舉辦的北京冬奧會推動了社會各界對冰雪運動的關注，激起了大眾對冰雪運動的熱忱。滑冰運動作為增強體能、放松娛樂的項目深受大眾喜愛。短道速滑項目作為歷屆冬奧會上的奪金熱點，一直以來深受關注，在提倡全民冰雪運動的大背景下，也影響著更多人參與此項運動。

短道速滑運動中除專用的冰刀、冰鞋以及其他防護用具之外，服裝是最為重要的裝備。好的裝備可以避免外在的傷害，保持身體的舒適性與安全性，提高運動成績，反之則可能對運動員產生多方面的傷害。基于此，考慮到普通民眾滑冰運動過程中難免會有冰刀觸碰身體的情況需求，因此冰上運動服裝以及速滑服的防切割性能成為紡織服裝從業(yè)者關注的焦點，但是，目前國內并無相關測試方法，因此對運動服裝的防冰刀切割性能檢測方法進行研究意義重大。本文參考國內外紡織品等相關切割性能測試方法標準，對冰刀觸碰人體時對服裝產生切割的過程進行分析，以織物等速伸長（CRE）強力試驗機為基礎，研發(fā)紡織物防切割性能測試裝置。

1 防切割測試現狀

目前防切割性能涉及的標準主要有：ISO 13997:2023《防護服 機械性能 抗尖銳物體切割性的測定》、ASTM F 1790-2021《防護服用材料耐切割性測量》、ISO 20344:2021《個人防護設備 鞋靴的試驗方法》、EN 388:2016《防機械危險的防護手套》、GB 24541—2022《手部防護 機械危害防護手套》、 GB/T 20991—2007《個體防護裝備 鞋的測試方法》、GB/T 17622—2008《帶電作業(yè)用絕緣手套》、AQ 6102—2007《耐酸（堿）手套》、GA 614—2006《警用防割手套》。

所用到的設備主要分為手套切割試驗機和抗切割性能試驗機（TDM-100）兩大類。手套切割試驗機試驗裝置如圖1所示。

圖1 常用手套防切割性能測試儀

抗切割性能試驗機TDM-100用于包括織物、復合材料、皮革、橡膠及增強材料、防護服所用各種材料的耐切割性能，是ISO、ASTM等標準推薦用測試儀，主要適用標準為ISO 13997、ASTM F 1790，是美國杜邦等知名公司及眾多計量機構使用產品（圖2）。測試方法在鋒利直刃刀片上施加負載，沿直線切割樣品，在3種不同負載下分別切割樣品5次，樣品在承受刀片切割20 mm且不被割穿的條件下，刀片上所施加的最大力即為切割力。切割力越大，材料的抗切割性能越強。

圖2 抗切割性能試驗機（TDM-100）

以上標準涉及的2種防切割測試設備，主要用于專業(yè)防護紡織品，主要考慮的是人們在從事特種工作時的防護，屬于專業(yè)防護領域，而針對冰上運動中冰刀鞋冰刀的防切割并不適用，因此，亟須研發(fā)冰刀相關防切割測試裝置和測試方法。

2 織物防切割測試裝置的研發(fā)

以織物等速伸長（CRE）強力試驗機為原型開發(fā)開織物防切割裝置，設計相關配件，主要包括切割測試刀具、刀具連接件和測試圓形基座。

2.1 切割測試刀具

滑冰運動主要包括速度滑冰、花樣滑冰和冰球，參考這3種冰鞋冰刀相關參數，設計的測試切割刀具參數如下：⑴材質：普鋼或鎢鋼；⑵硬度：洛氏硬度HRC 60±1；⑶刀片形狀：長度(10±0.2)cm，寬度(4±0.2)cm，刀刃厚度(1.2±0.1)mm。刀片與連接件之間的夾角可以人工調節(jié)。

2.2 刀具連接件

連接件的作用是上端連接到強力機上夾頭，下端安裝刀片，并要求方便更換，且刀片與連接件下端之間的夾角可以按照設定的角度進行調節(jié)（圖3）。

圖3 切割刀片連接方式

2.3 測試圓形基座

圓形基座的上部可安裝測試試樣，并應有固定試樣的相關部件，且可方便安裝試樣。圓形基座的底部應有連接機構，可方便安裝在現有強力的底座上。

圓形基座材質為金屬，設計內孔直徑為(15±0.2)cm，確保切割刀片在向下運行中，切片可自由進出基座內孔。圓形基座內孔深度設計為(15±0.2)cm，即切割刀片在基座內孔中的最大行程為(15±0.2)cm，確保被切割測試的試樣能被刀片割破。內孔深度太淺，即刀片向下的行程較短，對于某些彈性較好的織物，可能會發(fā)生觸底情況（即刀片連同被測試的試樣向下運動中接觸到基座內孔底部，試樣未被割破）。試驗中應盡量避免該情況的發(fā)生。

圓形基座的結構圖如圖4（a）和（b）所示，實際測試過程中刀片接觸試樣，進行切割的狀態(tài)見圖4（c）。

圖4 切割刀片連接方式

3 測試與應用

3.1 試樣準備

速滑服、冰球服等產品主要以針織面料為主，部分產品也會使用較大面積的機織面料。本項目選取14款典型針織運動服面料（編號為K1#～K14#）和14款典型機織運動服面料（編號為W1#～W14#）開展驗證試驗。

3.2 測試條件

先對28個樣品進行調濕處理，在恒溫恒濕實驗室調濕24 h后上機測試，選擇力的量程使輸出值在滿量程的10%～90%之間，設定試驗機的速度為(300±10)mm/min。

3.3 測試結果

對28個樣品進行相關測試。測試時以刀片割穿織物，刀刃全部在織物的另一面為測試終點，記錄力值-位移曲線，以最大力值為測試結果。為了解切割角度對切割力的影響，分別選取了0°、30°、45°和60°四種切割測試角度，同時為保證測試結果的準確可靠，每個樣品測試3次，以3次的平均值作為最終報出值。相關測試結果如表1、表2。

表1 不同切割角度時樣品（針織物）切割力值

表2 不同切割角度時樣品（機織物）切割力值

從表1可知，K14#、K2#和K7#樣品切割力隨切割角度的變化在14個針織樣品中居前三，30°切割力值較0°切割力值分別減小了60.1%、48.0%和39.7%。從表2可知，W4#、W1#和W3#樣品切割力隨切割角度的變化在14個機織樣品中居前三，30°切割力值較0°切割力值分別減小了65.6%、63.1%和62.8%。

從表1和表2可知，無論是針織物還是機織物切割力在0°時最大且隨著切割角度的增大，切割力先減小后增大。這是因為切割角度為0°時，冰刀刀刃與織物平面呈水平，刀片與織物接觸面積最大，水平切割分力為零，垂直切割力與頂破織物的力相等；隨著切割角度的變大水平切割力逐漸增大，垂直切割力逐漸變小，但達到某個角度后由于冰刀側邊比刀刃鈍的原因，垂直切割力又開始上升。

4 結論

本文以織物等速伸長（CRE）強力試驗機為基礎，研制了運動服裝防冰刀切割測試裝置的切割刀具，設計了連接件和圓形基座，進行裝配后得到了防切割試驗裝置。以冬季戶外運動服面料作為測試對象，選取了常用的機織和針織運動褲面料試樣各14個，分別采用0°、30°、45°和60°四種切割角度進行了驗證測試，得到了運動服面料的切割力并進行了分析。結果表明該裝置裝配簡便，適用性強，刀片可更換，且刀片與連接件之間的夾角可以通過人工調節(jié)得到不同的切割角度，可用于運動服裝防冰刀切割測試。