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

以織物等速伸長（CRE）強力試驗機為原型開發開織物防切割裝置，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。

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（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得到不同的切割角度，可用于運動服裝防冰刀切割測試。