STF处理后的织物的防刺性研究yd20501

张莉李美真内蒙古工业大学轻工与纺织学院呼和浩特010080

原载：天津纺织科技2016-4；4-6

摘要：本文对剪切增稠液体的耐刺(STF)处理过的芳纶和尼龙面料进行了研究，发现其相于其他等值面密度的面料整齐指标得到了显著的改善。具体而言，在高速和低速的负载条件下可以观察到它们的穿刺阻力有了显

著提高，与此同时抗切割能力也略有增加。织物的结构显示STF除了提供类似增加织物纱线支数的效果，结果表明，这些新型材料针对刺威胁的改进可以用于制造柔性防弹衣。

关键词：防刺 STF 芳纶尼龙穿刺

防弹衣材料传统的设计是为了提供保护，防止弹威胁[1]。然而，最近已导致增加一定程度的防刺防护。在军事上的应用，如今近距离的接触越来越密切，城市冲突就必须装甲系统的防刺能力的发展，士兵在该领域会遇到的刺威胁包括刀和锋利的器械直接攻击，以及身体与碎片、碎玻璃和铁丝网的接触，因而城市冲突中就必须提高防刺能力[2-4]。

刺威胁可以分为两类：穿刺和切割。穿刺指的是利用没有锋芒尖端的工具如冰锥或锥子来穿透[5]。这些容易威胁惩教人员的要首要关注。因为这些尖锐的物体都比较容易即兴发挥。切割指的是指刀子与连续的切削刃相接触，这种切割威胁比起穿刺更难以阻挡。因为切削刃在刺的活动中呈现出一种连续性[6]。

以前的研究已经调查了浸渍有胶体并且具有不连续剪切增稠流体的芳族聚酰胺织物的防弹性能。这些研究指出，在某些条件下，这种STF复合材料提供了一种冲击特性，这种特性优于整齐材料[7]。此外，结果表明STF使织物的厚度或刚度有很少或者没有增加。在本文中，我们研究了传统的防刺和STF处理的织物。用尼龙和芳纶面料测试用STF处理后对纤维不同性能的影响。不同纱支的平纹织物也对光纤架构、STF处理和威胁条件之间的关系进行测试。在冲击和静态条件下分离任何和速率有关的材料并对其进行测试。这些防刺试验是通过显微镜来帮助识别和介绍，并产生所观测的织物的性能机制。

1 实验

1.1 实验材料

STF由分散胶体二氧化硅粒子在200Mw体积分数大约为52％聚乙二醇产生。STF的流变学表征证实了间断剪切增稠速率约20S-1.纱线及织物的性能如表1，并且照片如图1。所有面料均为平纹。我们将使用缩写LD、MD和HD指的是低旦、中旦和高旦丝，均为尼龙面料。除了高旦丝尼龙面料每厘米具有一转的捻度外其余的纱均无捻。为了制造STF织物复合材料，首先在体积比为3：1体积比下稀释乙醇，单个的纤维层每个测量尺寸38.1cm X 38.1cm。然后在溶液中浸泡1分钟，挤干除去液体，并在65℃干燥30min。对每一个试样在STF作用下的重量增加的平均值进行了记录。另外在STF作用下重量增加最高的，为27.7％，为低旦尼龙面料，重量增加最低的，为19.5％，为高旦尼龙面料(高旦尼龙)。这些STF织物按照多层次排列，如表1所示。织物如图1所示。

表1纱线及织物性能

图1芳纶及尼龙织物

图2指出扫描电子显微镜(SEM)处理过的STF-芳纶图像。注意大多数的STF和PEG在高真空和电子束照射下会有一些组分的蒸发，这使得图像仅在干式二氧化硅并且STF存在的环境条件下显示。这些图像表明STF已充分润湿织物、纱线、纤维。另外，在经STF负载25.1％ (重量)的芳纶，纱线和纱线之间存在空隙，没有完全被STF覆盖。该图像还表明，该二氧化硅颗粒有些是分散的，并且比芳纶长丝的直径小得多。

图2 STF芳纶织物

1.2 落塔测试测试

进行的防刺试验是根据NIJ的防弹衣的防刺标准进行的。如图3(a)、(b)所示实验用刀和钉。图4所示为刀和钉的尖端SEM图像，为了能够在芳纶织物的顶部成像。注意前端和边缘的直径明显大于长丝和颗粒的直径，并且比一般纱线的尺寸小。

图3试验用刀和钉

图4刀和钉的尖端SEM图

为了进行防刺试验。冲击器被安装在十字头上，为了具有特定的质量加载了配重块。为了达到效果，十字头从固定的高度丢下。十字头的冲击时速度是使用飞行时间型的光电二极管为基础测量确定的。穿透深度是由冲击器测定穿透纸的数量决定。要注意共有五层纸，所以最大穿透深度为五层。另外还要注意。尽管这些纸张没有受到冲击直接穿透。但也有可能由于钝性冲击载荷的刺激而撕裂。尽管外观上并没有明显的渗透到纸层，但在大多数情况下STF-芳纶测试中多层纸被撕破。

分别对每个对象进行两组实验。对于第一组，质量是固定的(2.34公斤的刀冲击，2.33公斤的钉冲击)，下降高度从0.1-0.75m不等。在第二组试验中降落高度是固定的为0.1米(速度为1.4m／s)，下降质量不固定刀冲击从2.34公斤至4.68公斤不等，钉冲击为2.33公斤到4.67公斤不等，整套测试条件在表二中给出。尼龙和STF一尼龙在1 1.5J的水平下被击溃。所以在最高能级水平(17.2J)并未对这些材料进行实验。在不同的；中击速度下与相对冲击理论值存在一些偏差(1-10％)。所有的数据均是实际测量冲击能。落塔测试实验如表2所示。

表2落塔实验条件

需要注意的是N J J标准关于渗透的允许深度(7mm)，这样伤害就不太可能，由于薄的泡沫层有5.8毫米厚。第一层的纸在泡沫衬垫的最顶端。测试中只有一层或两层在相应的穿透试验中予以一定的保护。

1.3 织物损伤成像

为了进一步探究损伤机理，提供了下落后的照片及SEM照片，并且介绍了准静态测试。照片显示了第一层织物的正面及最后一层的背面。为了保护织物第一层和最后一层的完整性，样品的提取和扫描成像是在每种织物第二层和第二层到最后一层间进行的。

图5显示了芳纶和STF一芳纶受到刀冲击时的防刺性能。随着冲击的增加，穿透进入衬垫材料也增加。一般情况下，与芳纶相比STF芳纶表现出较低的穿透深度。在较高的能量水平下，芳纶和STF芳纶均能达到在五层间达到最大的穿透深度。图5 （b）显示了在m=2.34kg，h=0.75m对织物进行测试后，观察到对纱线进行切割后STF芳纶的损坏程度较少。

图5芳纶和STF一芳纶织物受刀冲击图

图6显示了芳纶和STF-芳纶在钉冲击下的防刺现象，STF芳纶与芳纶相比具有明显的防刺性。在对STF芳纶作用时，钉冲击撞击器产生了塑性弯曲。弯曲发生在距离钉尖端三厘米与钉尖端呈1 5°处。并且显示了织物在m=2.33kg h=0.75m测试后，芳纶有明显地穿刺损坏，STF芳纶却很少有明显的损坏。

图6芳纶和STF一芳纶织物受钉冲击图

图7显示了尼龙和STF尼龙防刀刺性能，STF尼龙面料与尼龙面料相比具有较低的穿透深度。随着纱线旦尼尔的减少织物的整齐性能略有所增加。

图7尼龙和STF尼龙防刀刺性能

图8显示了在钉冲击下尼龙和STF尼龙在落塔的防刺性能，与任何旦尼尔尼龙织物相~LSTF尼龙表现出较好的防刺性。

图8在钉冲击下尼龙和STF尼龙的防刺性能

2 结论

芳纶及STF芳纶在刀和钉冲击力负载作用下的结果，两种面料同时受到；中击时。STF芳纶比普通整齐的芳纶面料表现出了较高的承载性；在刀的冲击下STF尼龙面料与尼龙面料相比具有较低的穿透深度；芳纶和STF-芳纶在钉冲击下，STF芳纶与芳纶相比具有明显的防刺性；与任何旦尼尔尼龙纱线相~LSTF尼龙表现出较好的防刺性。

参考文献

[1]王刚.浅析防刺服的现状与开发[J].天津工业大学，201 0(3)：36-38

[2]Knitted structures against pointed weapons TUT Textiles a Usage Techniques 2000／38 1 58-1 61.

[3]顾肇文.柔性复合防刺服机理研究[J].纺织学报，20O6(8)：80-84

[4]胡小兰等，用于人体防护装甲的纤维复合材料的研究，纤维复合材料，2000(6)：41

[5]H.J.Decker。C.J.Habach。et a1.Stab resistance of shear thickening (STF)一treated fabrics.Composites science and technology.2007，67：565-578.

[6]徐素鹏.张玉芳.剪切增稠液体在个体防护装甲上的应用进展.高科技纤维与应用.2008.33(3)：40-43.

[7]代利文.具有奇异特性的纳米粒子溶剂.技术与市场.2008。2：7-8.