紡織品與復(fù)合材料低速沖擊性能的標(biāo)準(zhǔn)化測試研究.pdf

1、隨著高空墜物、交通事故等人身安全事故的頻發(fā)，低速沖擊類防護(hù)裝備的研究與開發(fā)成為紡織品與復(fù)合材料領(lǐng)域的一個研究熱點。傳統(tǒng)的沖擊測試儀器局限于材料本身的沖擊損傷或破壞相關(guān)指標(biāo)的檢測，尚難以實現(xiàn)人體防護(hù)的完備指標(biāo)測試。
　　為此，上海工程技術(shù)大學(xué)和萊州電子儀器有限公司合作研制SHLJ-LSIT-01型低速沖擊測試儀用于紡織品與復(fù)合材料的低速沖擊性能表征，該儀器能檢測低速沖擊作用時防護(hù)材料對被防護(hù)對象的防護(hù)效果，并實時記錄表征低速沖擊性能

2、的各項指標(biāo)。由于該裝置尚處于工業(yè)化應(yīng)用的初級階段，相關(guān)的檢測指標(biāo)和測試方法仍需完善，需要制定一套相對科學(xué)的、合理的標(biāo)準(zhǔn)化的測試方法，并對相關(guān)測試指標(biāo)進(jìn)行深入的系統(tǒng)性研究。
　　本課題從測試條件、樣品歸類、輔助材料的選擇、測試方法等方面開展沖擊試驗、理論分析和實驗論證，嘗試建立紡織品與復(fù)合材料低速沖擊性能的標(biāo)準(zhǔn)化測試方法，并基于該測試方法對經(jīng)編間隔織物的壓縮性能和沖擊防護(hù)性能進(jìn)行系統(tǒng)性表征和研究分析。
　　本論文的主要研究內(nèi)容

3、包括四個方面：
　　（1）在前期設(shè)計完成的新型沖擊防護(hù)檢測儀器的基礎(chǔ)上，提出可用于沖擊防護(hù)測試的6個檢測指標(biāo)：“剩余沖擊載荷”、“峰值持續(xù)時間”、“沖擊加速度峰值”、“材料破損情況”、“系統(tǒng)吸收能量”和“材料吸收能量”，該六項指標(biāo)可作為表征材料的沖擊隔離防護(hù)能力的常用檢測項；
　?。?）以測試標(biāo)準(zhǔn)化為目的，研究了樣品尺寸、硅膠緩沖層厚度變化與剩余沖擊載荷之間的關(guān)系。在本論文的實驗條件下，得到如下的實驗結(jié)果：一般柔性材料尺寸增

4、加或減小對剩余沖擊載荷值影響不大，而剛性材料尺寸改變會導(dǎo)致剩余沖擊載荷發(fā)生變化，當(dāng)正方形的剛性材料的邊長增加到10cm時，剩余載荷值隨尺寸增加變化趨緩，為便于實驗操作，本論文的樣品規(guī)格統(tǒng)一設(shè)定為邊長為10cm的正方形；硅膠緩沖層的尺寸變化和層數(shù)增減都會對剩余沖擊載荷測試數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，但對于定性比較試驗而言，硅膠緩沖層的改變不會對實驗結(jié)果產(chǎn)生實質(zhì)性的影響，因此基于保護(hù)傳感器的目的，本論文的沖擊測試至少添加一層邊長為12cm的正方形硅膠緩沖

5、層。
　?。?）根據(jù)紡織品和復(fù)合材料的低速沖擊特性，通過聚類分析（SPSS軟件）對測試材料進(jìn)行樣品分類。紡織品可分為兩類，第一類以機(jī)織物、針織物、無紡布為代表的二維紡織品，第二類為以多層機(jī)織物、多層針織物、多層無紡布、羊毛氈、經(jīng)編間隔織物為代表的準(zhǔn)三維紡織品；復(fù)合材料分為三類：第一類為剛性復(fù)合材料、雙剛性面疊層復(fù)合材料，第二類為柔性復(fù)合材料、雙柔性面疊層復(fù)合材料，第三類為柔剛各一面的復(fù)合材料。通過對樣品的分類管理，設(shè)定和完善適用于

6、各個類別的測試方法，從而實現(xiàn)了對相關(guān)測試方法的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化。文中根據(jù)各種類材料沖擊測試過程中存在的問題提出解決方案，通過實驗驗證準(zhǔn)確性和合理性，分類制定了適合于各種紡織品和復(fù)合材料的測試方法。
　?。?）基于標(biāo)準(zhǔn)化測試方法，對經(jīng)編間隔織物的壓縮性能與沖擊防護(hù)性能關(guān)系進(jìn)行了研究。通過低速沖擊實驗，發(fā)現(xiàn)經(jīng)編間隔織物的壓縮性能與其低速沖擊防護(hù)性能具有相關(guān)性，經(jīng)多元線性回歸建立了壓縮彈性壓縮模量等參數(shù)與剩余沖擊載荷值的關(guān)系模型，結(jié)果表明此模

7、型可有效預(yù)測試樣彈性壓縮模量參數(shù)與剩余沖擊載荷值之間的相互關(guān)系。嘗試建立經(jīng)編間隔織物的沖擊吸能模型，并發(fā)現(xiàn)：一般情況下，較低速下彈性模量小的材料沖擊防護(hù)能力好，較高速下彈性模量大的材料沖擊防護(hù)能力好，但不能單獨以材料的彈性模量或塑性壓縮表現(xiàn)來判斷材料沖擊防護(hù)能力好壞。彈性模量小、塑性壓縮階段高度低且持續(xù)時間長的織物與彈性模量大、塑性壓縮階段高的織物存在一個剩余沖擊載荷值相同的沖擊等價速度，沖擊速度低于該速度時，彈性模量小的材料剩余沖擊載