超高分子量聚乙烯纖維防割手套的性能綜合分析

徐晨光，孟家光，魏 冬，薛 濤

(西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710048)

0 前言

超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)具有許多優(yōu)異的性能，其密度為0.97 g/cm3，制備的產(chǎn)品重量輕。另外，超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)具有高強(qiáng)度、耐磨性的特點(diǎn)，還可以耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿等化學(xué)品的腐蝕[1]。因此，用超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)作為原料來編織的防割手套會(huì)有很好的物理性能。防切割性能是防割手套很重要的力學(xué)指標(biāo)，除此之外，防割手套的其他綜合力學(xué)性能也是影響其質(zhì)量的重要指標(biāo)，其中包括耐摩擦性、抗撕裂性、抗穿刺性，防護(hù)手套檢測(cè)EN388標(biāo)準(zhǔn)更是將這四個(gè)基本性能參數(shù)作為檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)評(píng)分。

本試驗(yàn)結(jié)合機(jī)械防護(hù)用具EN388標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)防割手套的耐摩擦性、抗撕裂性和抗穿刺性進(jìn)行綜合的測(cè)試及性能分析，評(píng)定所測(cè)試的防割手套的各性能等級(jí)[2－3]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料設(shè)備和儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)中所用儀器如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)所用儀器

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維

1.1.3 防割手套制備過程及后處理

以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維，在7針全自動(dòng)手套機(jī)上以小拇指、無名指、中指、食指、小掌、大拇指、大掌、螺紋口的順序，依次編織成UHMWPE纖維防割手套，再使用含固量為70%的水性聚氨酯(WPU)、12g的保水劑，以40℃的干燥溫度、30℃的涂覆溫度對(duì)防割手套進(jìn)行涂層處理[4]

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 耐摩擦性能測(cè)試

選用YG(B)401E型馬丁代爾平磨儀對(duì)防割手套的耐摩擦性能進(jìn)行測(cè)試，如圖1為YG(B)401E型馬丁代爾平磨儀，在溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度(65±5)%的條件下對(duì)織物試樣進(jìn)行耐磨性能的測(cè)試。試樣直徑應(yīng)為38.0±0.50mm，每個(gè)試樣重復(fù)試驗(yàn)10次，取均值[5]。

圖1 YG(B)401E型馬丁代爾平磨儀

1.2.2 抗撕裂性測(cè)試

選用YG033型織物撕裂儀對(duì)防割手套的抗撕裂性進(jìn)行測(cè)試，如圖2為織物撕裂儀，在溫度(20±2)℃，相對(duì)濕度(65±5)%的條件下對(duì)織物試樣進(jìn)行耐磨性能的測(cè)試。試樣的有效尺寸為100mm×63mm，每個(gè)試樣測(cè)試3次，取平均值[6]。

圖2 織物撕裂儀

1.2.3 抗穿刺性測(cè)試

選用YG(B)026D型電子織物強(qiáng)力機(jī)，試樣的調(diào)濕、測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件為20℃±4℃、相對(duì)濕度為65%±4%，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T19976－2005《紡織品頂破強(qiáng)力的測(cè)定鋼球法》，取樣5塊，分別測(cè)試取平均值[7]。

圖3 電子織物強(qiáng)力機(jī)

2 結(jié)果討論

2.1 耐摩擦性能分析

織物是由紗線組成的，而紗線又是由纖維或單纖組成的，所以織物的磨損可以歸結(jié)為主要是由于織物中的纖維或單絲受到機(jī)械損傷或纖維間的相互聯(lián)系遭到破壞的結(jié)果[8]。防割手套在外力的作用下發(fā)生機(jī)械磨損，其主要包括切割和磨損兩個(gè)現(xiàn)象，當(dāng)纖維一旦被割傷，其裂口在反復(fù)拉伸與彎曲的作用下，就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，使傷口開裂擴(kuò)大，以致纖維斷裂；磨損發(fā)生在機(jī)械與防割手套的表面，它完全取決于兩個(gè)接觸物的正壓力。表2為防割手套耐摩擦性能測(cè)試結(jié)果。

表2 防割手套耐摩擦性能測(cè)試結(jié)果(次)

由表2可以看出，WPU涂層后防割手套的耐摩擦性能優(yōu)于無WPU涂層的防割手套。這是由于涂層整理對(duì)織物耐磨性起到增強(qiáng)的作用，涂層適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)了織物表面并相互粘連以改善織物的耐磨性，并且在經(jīng)過涂層整理后，減少了纖維露在織物的表面，這也有利于提高織物的耐磨性。

2.2 抗撕裂性能分析

織物中紗線受到與其軸向相垂直的外力，逐根受到最大負(fù)荷發(fā)生斷裂時(shí)稱為撕破強(qiáng)力[9]。織物的撕破是比較常見和容易發(fā)生的一種破壞形式，防割手套經(jīng)常以撕破為破壞形式出現(xiàn)，為了提高防割手套的使用壽命，必須對(duì)其撕破性能進(jìn)行研究。表3為防割手套抗撕裂性能測(cè)試結(jié)果。

表3 防割手套抗撕裂性能測(cè)試結(jié)果(次)

表3中，涂層后的防割手套的抗撕裂性測(cè)試平均值大于無涂層手套，涂層后防割手套的表面形成的膜對(duì)纖維形成了粘連，并阻止纖維的相互移動(dòng)，導(dǎo)致防割手套的抗撕裂性能增強(qiáng)。

2.3 抗穿刺性能分析

手套織物穿刺破壞過程實(shí)際就是織物中紗線的滑移與紗線橫截面切割破壞的響應(yīng)過程[10]。防割手套的抗穿刺性是消費(fèi)者選擇手套很看重的一個(gè)項(xiàng)目，在日常的機(jī)械作業(yè)中，尖銳的物體容易對(duì)手部造成傷害。因此，對(duì)防割手套的抗穿刺性能也必須進(jìn)行測(cè)試，如表4為防割手套抗穿刺性能測(cè)試結(jié)果。從表4中可以得出，涂層手套的抗穿刺性能大大優(yōu)于未涂層的手套。這是由于，涂層工序?qū)Ψ栏钍痔妆砻嫘纬闪艘粚颖Ｗo(hù)層，可以有效防止尖銳物品的穿刺，而防割手套作為針織物產(chǎn)品，它的抗穿刺性能較差。防割手套作為針織物，可以通過改用較粗的紗線或者適當(dāng)提高針圈密度來提高抗穿刺性能。

表4 防割手套抗穿刺性能測(cè)試結(jié)果(N)

2.4 兩種手套性能對(duì)比

表5 兩種手套性能對(duì)比

從表5中可以看出，涂層手套的耐摩擦性、抗撕裂性和耐穿刺性均優(yōu)于無涂層的手套。

EN388標(biāo)準(zhǔn)是在手套通用標(biāo)準(zhǔn)EN420的基礎(chǔ)上規(guī)定了勞動(dòng)防護(hù)手套的機(jī)械性危害防護(hù)手套的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、標(biāo)志標(biāo)識(shí)和使用說明，適用在機(jī)械危害方面的各種防護(hù)性手套，也用來確定手套的防沖擊割傷和抗靜電特性。

所謂“機(jī)械危害”指的是由摩擦、刀割、撕裂和刺穿而造成的危險(xiǎn)。EN388標(biāo)準(zhǔn)即是通過測(cè)試手套的摩擦性、抗割性、抗撕裂性和耐刺穿性，對(duì)四個(gè)基本測(cè)試性能進(jìn)行評(píng)級(jí)(1—5級(jí))，每個(gè)基本測(cè)試等級(jí)越高代表該手套相對(duì)應(yīng)的耐磨性、抗割性、抗撕裂性或者耐穿刺性越好，那么機(jī)械危害防護(hù)就能達(dá)到相應(yīng)的效果，表6為EN388標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的評(píng)分等級(jí)。

表6 EN388標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的評(píng)分等級(jí)

通過對(duì)防割手套的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行考量，參照機(jī)械防護(hù)用具EN388標(biāo)準(zhǔn)，本課題所研究生產(chǎn)的防割手套的耐磨性等級(jí)3級(jí)、抗撕裂性等級(jí)3級(jí)和抗穿刺性等級(jí)2級(jí)，各性能指標(biāo)基本達(dá)到相應(yīng)等級(jí)。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)結(jié)合機(jī)械防護(hù)用具EN388標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)防割手套的耐摩擦性、抗撕裂性和抗穿刺性進(jìn)行綜合的測(cè)試及性能分析，評(píng)定所織造的防割手套的各性能等級(jí)，考查所制造的防割手套是否滿足市場(chǎng)需求。通過對(duì)防割手套的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行考量，參照機(jī)械防護(hù)用具EN388標(biāo)準(zhǔn)，本課題所測(cè)試的防割手套的耐磨性等級(jí)3級(jí)、抗撕裂性等級(jí)3級(jí)和抗穿刺性等級(jí)2級(jí)，各性能指標(biāo)基本達(dá)到相應(yīng)等級(jí)，可以滿足市場(chǎng)所求。