三維膨體織物耐壓縮性能試驗方法分析

張榮，彭祖鵬

0 引言

由于三維膨體織物采用特殊的立體三維編織結(jié)構(gòu)形式，中間的尼龍單絲連接線可以支撐5 mm的厚度，并通過氣體的通透和傳濕改善飛行員的體表溫濕度。因此采用三維膨體織物作為主體骨架材料的通風(fēng)系統(tǒng)，可有效降低飛行員工作時的熱負(fù)荷，提高著裝的舒適性。

三維膨體織物使用時可根據(jù)高空代償服的不同部位任意裁剪，簡單方便。但在使用（飛行）過程中要求三維膨體織物既要承受一定的壓力，又要壓縮彈性變形小，可使壓縮空氣自由通過。

三維膨體織物按照俄羅斯實物樣品進行仿制，研制時依據(jù)俄方提供的技術(shù)資料要求，主要指標(biāo)要求包括單位面積質(zhì)量、斷裂強力、斷裂伸長率、變形率、剩余伸長率等，其中單位面積質(zhì)量、斷裂強力、斷裂伸長率等指標(biāo)要求屬于紡織材料通用的技術(shù)要求，測試方法也屬于常規(guī)測試方法，只有變形率、剩余伸長率等指標(biāo)屬于新出現(xiàn)的指標(biāo)要求，但目前無法得到詳細(xì)的試驗方法。

試驗以俄羅斯實物樣品和對于主體材料三維膨體織物的變形率和剩余變形率的技術(shù)指標(biāo)要求為依據(jù)，結(jié)合高空代償服和通風(fēng)服通風(fēng)系統(tǒng)使用性能要求，設(shè)計新型的三維膨體織物耐壓縮性能試驗方法，用于三維膨體織物耐壓縮性能的鑒定和復(fù)驗，為高空代償服和通風(fēng)服通風(fēng)系統(tǒng)的功能實現(xiàn)奠定良好的基礎(chǔ)，從而為全面實現(xiàn)三維膨體織物的國產(chǎn)化打下堅實的基礎(chǔ)。

1 耐壓縮性能前期測試情況

俄方提供的三維膨體織物耐壓縮性能要求為：當(dāng)負(fù)荷為3.92 N/cm2時，每壓縮變形周期的變形率為13%，剩余變形率為4%。該技術(shù)資料來源于俄方三維膨體織物的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)TY17-09-09-11-87，該標(biāo)準(zhǔn)屬于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但缺少企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文本，對其測試方法和測試設(shè)備無從了解。此項指標(biāo)直接關(guān)系到產(chǎn)品的使用性能，是一項非常重要的技術(shù)指標(biāo)，必須有明確的測試方法。

試驗時所用三維膨體織物仿照俄羅斯樣品（CT60-40）研制。由于國內(nèi)早期與救生服裝配套的通風(fēng)服通風(fēng)系統(tǒng)支撐材料是彈簧，而彈簧具有質(zhì)量重、服用舒適性差等缺點，導(dǎo)致通風(fēng)服推廣困難。與彈簧織物相比，三維膨體織物無論是質(zhì)量，還是外觀手感都有明顯的優(yōu)越性，且服用舒適性較好。在三維膨體織物研制過程中，只能借鑒通風(fēng)系統(tǒng)原用骨架材料金屬彈簧壓縮性能的測試方法和試驗儀器進行三維膨體織物變形率和剩余變形率的試驗。由于適用于金屬彈簧的彈簧拉壓試驗機加壓量程太大，用于三維膨體織物測試時數(shù)據(jù)偏差較大，且加壓時間需要用秒表進行手動控制，易產(chǎn)生較大的誤差，實用性欠佳。

此外，根據(jù)三維膨體織物使用的實際狀況，早期還設(shè)計了手工方法測試，但測量時全靠手工操作，加壓時間又無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確性太差，更無法作為三維膨體織物研制階段鑒定檢驗的方法施行。

無論是對于高空代償服產(chǎn)品的使用性能，還是對于三維膨體織物本身，耐壓縮性能都是一項很重要的性能指標(biāo)，因此應(yīng)對該項指標(biāo)的測試方法進行專項研究。

2 耐壓縮性能試驗方法設(shè)計

2.1 試驗原理

通風(fēng)系統(tǒng)是高空代償服和通風(fēng)服的主要組件，而三維膨體織物是用于服裝通風(fēng)系統(tǒng)的主體材料。飛行員在機動飛行過程中勞動強度大，容易出汗，通風(fēng)系統(tǒng)可隨時為飛行員熱負(fù)荷集中部位通風(fēng)、散熱，降低熱負(fù)荷，這就要求材料具有強度高、彈性好、易彎折、耐壓縮等性能。一般的制織技術(shù)局限于二維制織，三維織物是二維制織技術(shù)的拓展，它是一種三維多向立體結(jié)構(gòu)體，主要采用上、下二層織物可單獨編織成布，中間支撐鬃絲在支撐過程中可與上下層同時編織的方式編織成型，其主要特點為：①自由調(diào)節(jié)支撐層面的厚度，滿足不同的要求；②上下二層織物可自由設(shè)計，功能多，對織物的密實和稀疏、平坦或凹凸毛糙方面都可方便控制；③支撐層可做到或多或少、可有可無的彈性及滿足持久彈性、抗壓彈性的回復(fù)。

作為一種全新的材料，必會出現(xiàn)一些新的技術(shù)性能，從而需要設(shè)計新型的試驗方法來進行測試。工程化應(yīng)用研究的主要目的是制定與之相適應(yīng)的測試手段，最終通過產(chǎn)品功能考核予以驗證其可行性。根據(jù)DC-7高空代償服技術(shù)條件規(guī)定的通風(fēng)阻力試驗要求，即在空氣流量為（250±10）L/min時通風(fēng)系統(tǒng)阻力不超過2.45 kPa、“充氣—排氣”循環(huán)試驗次數(shù)為2 000次，在循環(huán)500次、1 000次、1 500次和2 000次時對通風(fēng)阻力有著不同的要求。

經(jīng)過資料調(diào)研和查詢，紡織行業(yè)常用的厚度測試儀被納入研究范圍。厚度測試儀的測試原理為：試樣放置在基準(zhǔn)板上，另一與基準(zhǔn)板平行的圓形壓腳對試樣施加規(guī)定壓力，兩塊板中間的垂直距離作為試樣的測量值。根據(jù)高空代償服和通風(fēng)服產(chǎn)品的實際使用狀態(tài)，結(jié)合產(chǎn)品通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)阻力試驗對于三維膨體織物耐壓縮性能的要求，需要對厚度測試儀進行壓縮功能的設(shè)計改進，具體包括三個方面：①厚度測試儀是一次性測試，而服裝實際使用時是反復(fù)“充氣—排氣”，兼顧日常紡織品厚度測試需求，可設(shè)定“單次”或“多次”；②三維膨體織物的技術(shù)指標(biāo)變形率是指每個壓縮周期的變形率，壓力的大小需要通過增加厚度測試儀配套的砝碼數(shù)量和質(zhì)量來實現(xiàn)；③高空代償服和通風(fēng)服產(chǎn)品的通風(fēng)系統(tǒng)工作時充壓時間要求持續(xù)60 s，因此需增加對持續(xù)時間的控制。

2.2 試驗儀器設(shè)計制造

根據(jù)高空代償服和通風(fēng)服產(chǎn)品通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計和使用需求，聯(lián)合國內(nèi)紡織儀器專業(yè)制造廠家，研制加工新型儀器——耐壓縮性能測試儀，其主要技術(shù)參數(shù)如下：

測定厚度范圍：（0.01～10）mm；

最小分度值：0.01 mm；

行程：120 mm；

壓盤直徑：Φ7.98、Φ11.28、Φ25.22、Φ35.68、Φ 50.48 mm；

壓重砝碼：25 cN～200 N（±0.1%）；

壓重時間：10 s、30 s、60 s。

2.3 試驗步驟設(shè)計

2.3.1 取樣

試樣長度和寬度應(yīng)大于壓盤直徑兩倍以上，也可整幅測試，但應(yīng)在不同的位置測試，相鄰兩處的距離不少于20 cm，試樣表面應(yīng)無任何影響試驗結(jié)果的疵點，每批產(chǎn)品至少測試三個試樣（或三處）。

2.3.2 測量步驟

升起壓腳，將試樣在不受張力的情況下放置在基準(zhǔn)板上，具體見圖1：輕輕下調(diào)壓腳于試樣上，設(shè)定負(fù)荷顯示為1 N（起始加壓）時，讀取并記錄厚度指示表上的讀數(shù)作為厚度D1；繼續(xù)增加壓力至規(guī)定值，保壓，讀取并記錄厚度指示表上的讀數(shù)作為厚度D2；取出試樣靜置10 min后重復(fù)上述步驟，讀取并記錄厚度指示表上的讀數(shù)作為厚度D3。

圖1 耐壓縮性能測試儀測量示意圖

2.3.3 變形率計算

變形率按式（1）進行計算：

式（1）中：

D1——試樣起始加壓厚度值（相當(dāng)于原始厚度）；

D2——試樣在規(guī)定壓力下的厚度值。剩余變形率按式（2）進行計算：

式（2）中：

D1——試樣起始加壓厚度值（相當(dāng)于原始厚度）；

D3——試樣恢復(fù)的厚度值。

3 結(jié)論

三維膨體織物的耐壓縮性能變形率（負(fù)荷為3.92 N/cm2時的每壓縮變形周期）和剩余變形率作為服裝考核的重要指標(biāo)，在應(yīng)用研究過程中應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品使用情況和技術(shù)指標(biāo)要求，利用現(xiàn)有設(shè)備條件設(shè)計耐壓縮性能試驗方法。經(jīng)反復(fù)試驗驗證，效果良好,可用于三維膨體織物的鑒定和質(zhì)量一致性檢驗，為材料用于高空代償服通風(fēng)系統(tǒng)主體，有效降低飛行員體表溫度奠定良好的基礎(chǔ)。

耐壓縮性能作為紡織材料的一項新型功能，試驗方法在國內(nèi)尚屬空白。在無技術(shù)資料可借鑒的前提下，自行設(shè)計開發(fā)試驗儀器和試驗方法，不僅對提高中國海上救生防護裝備的整體技術(shù)水平有著重要的意義，還可以創(chuàng)造良好的社會效益和經(jīng)濟效益。