編織帶材質和編織形式對頭盔佩戴裝置強度的影響和原因分析

梁 志

（江西聯(lián)創(chuàng)電聲有限公司，江西 南昌 330096）

現(xiàn)有標準下，防暴頭盔[1]只有一種盔型，為全盔型，由殼體、緩沖層、襯墊、面罩、佩戴裝置（包括系帶、下頦托、佩戴扣和盔頂懸掛系統(tǒng)等）、護頸組成。適合公安全警種使用，能夠有效防護警員頭部、面部、頸部免受銳器、利器、棍棒及非爆炸性投擲物（如潑灑腐蝕性化學液體） 攻擊的警用頭盔，是警務人員在反恐反暴斗爭中佩戴以保護自身安全、保存戰(zhàn)斗力的必備防護裝備。

頭盔在滿足各項防護性能和作戰(zhàn)技能指標的前提下，為確保頭盔的佩戴穩(wěn)定性和可靠性[2]，按照GA294—2012《警用防暴頭盔》要求，頭盔佩戴裝置的織帶應能承受900 N 負載，加載過程中織帶伸長量應小于等于25 mm，卸載后佩戴插扣能正常使用[3]。

1 試驗背景

基于防暴頭盔佩戴裝置穩(wěn)定性和可靠性的要求，對不同材質和不同編織形式的編織帶進行了佩戴裝置強度性能試驗驗證，并記錄各類編織帶縫制的佩戴裝置編織帶伸長量，以探究編織帶材質和編織形式對頭盔佩戴裝置編織帶伸長量的影響。

2 試驗對象

試驗對象為頭盔佩戴裝置，即各類材質和編織形式的編織帶縫制的佩戴裝置，其外形見圖1。本文所選用的編織帶按材質種類可分為：尼龍織帶、滌綸織帶、氨綸織帶。編織帶按編織形式可分為：平紋織帶、坑紋織帶、人字紋織帶、工字紋織帶。

圖1 佩戴裝置

3 試驗方案

為驗證編織帶材質和編織形式對佩戴裝置編織帶伸長量的影響，本文將按照下述兩種試驗方案進行對比驗證試驗，試驗設備采用頭盔專用佩戴裝置強度試驗設備，試驗環(huán)境在室溫狀態(tài)下進行，所縫制的佩戴裝置除編織帶材質和編織帶的縫制形式不同以外，其余縫制所需的零部件全部為同批、同質、同類物料，同一員工縫制，可近似為無任何差異，避免了因其他因素導致的偏差影響。

試驗方案一：選用同一編織形式的尼龍織帶、滌綸織帶和氨綸織帶縫制成佩戴裝置，每款縫制2套，織帶厚度約1.0 mm，織帶編制形式為人字型編織；上述3 款材質的佩戴裝置進行編號，尼龍織帶佩戴裝置編號為01-1 和01-2，滌綸織帶佩戴裝置編號為02-1 和02-2，氨綸織帶佩戴裝置編號為03-1 和03-2；將上述3 款佩戴裝置裝配在成品盔上進行佩戴裝置強度試驗，記錄織帶伸長量。

試驗方案二：將平紋尼龍織帶、坑紋尼龍織帶、人字紋尼龍織帶和工字紋尼龍織帶分別縫制成佩戴裝置，每款縫制2 套，織帶厚度約1.0 mm；上述4 款不同編織形式的佩戴裝置編號，平紋尼龍織帶編號為001-1 和001-2，坑紋尼龍織帶編號為002-1 和002-2，人字紋尼龍織帶編號為003-1 和003-2，工字紋尼龍織帶編號為004-1 和004-2；將上述4 款佩戴裝置裝配在成品盔上進行佩戴裝置強度試驗，記錄織帶伸長量。

4 試驗結果

經過試驗驗證，方案一的試驗結果見表1。

表1 方案一試驗結果

經過試驗驗證，方案二的試驗結果見表2。

表2 方案二試驗結果

試驗設備和伸長量量具見下圖2 和圖3。

圖2 試驗設備

圖3 伸長量量具

試驗結果表明：尼龍織帶佩戴裝置強度明顯優(yōu)于滌綸織帶和氨綸織帶，織帶承受900 N 拉力，持續(xù)時間2min 后，織帶伸長量低于25 mm，滿足性能指標要求，滌綸材質和氨綸材質的織帶不符合要求。工字型編織形式的織帶經過試驗后，其抗拉性能明顯優(yōu)于平紋、坑紋和人字紋編織形式的織帶。

5 原理分析

5.1 材質的影響

尼龍織帶是由聚酰胺類單體聚合而成，經紡絲工藝拉絲，從而編織成尼龍織帶，尼龍具有極佳的材料韌性和抗拉伸強度，相較于滌綸為聚酯類聚合物聚合而成，氨綸由聚氨酯類聚合物制成，其韌性遠低于尼龍材質，抗拉強度不及尼龍材料。尼龍分子結構由-CONH-連接，氨綸由-NHCOO-連接，滌綸由-COO-連接，從原理上分析，-CONH-化學鍵結構穩(wěn)定性優(yōu)于-NHCOO-和-COO-，同時，-CONH-鍵會產生吸水效應，產生分子間氫鍵，結構強度提升，化學穩(wěn)定性優(yōu)異，而氨綸和滌綸無此特性，故材料的抗拉強度不及尼龍織帶，制成頭盔佩戴裝置組件運用于頭盔時，其佩戴裝置伸長量，尼龍織帶效果最佳。

5.2 織帶編織形式的影響

織帶編織形式錯綜復雜，不同的編織形式，其縫制制品的交叉點數(shù)不同，不同交叉點縫紉織物的抗拉強度差異明顯。交叉點增多提高了織物抗拉拔特性，拉拔紗線與交叉點接觸總面積增加，拉拔過程變長。單向縫紉增強效果小于雙向縫紉，增強效果與交叉點數(shù)無比例關系?？p紉并不改變織物的基本變形機理，距離拉拔端越近的緯紗變形越大，同根緯紗標記點越靠近拉拔經紗變形越大，拉拔過后的緯紗恢復部分變形，越靠近拉拔端其殘余變形越大。對比上述四類編織形式的佩戴裝置，工字型編織形式相較于平紋、坑紋和人字紋編織形式，交叉點數(shù)更多，經緯兩個方向都有縫紉，抗拉過程中，雙向編織方式提高了織物強度，弱化了織物動摩擦階段的抵抗變形能力，即織物抗拉能力較強，織物伸長量較小。

6 結論

尼龍織帶抗拉強度優(yōu)于滌綸和氨綸織帶，尼龍織帶縫制的佩戴裝置，系帶承受900 N 負載，加載過程中系帶伸長量小于25 mm，卸載后佩戴插扣能正常使用。對比平紋、坑紋、人字紋和工字紋編織形式的尼龍織帶，工字紋尼龍織帶抗拉能力最佳。