紡織品與復(fù)合材料低速?zèng)_擊性能的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)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?zèng)_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(gè)研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的沖擊測(cè)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(cè)，尚難以實(shí)現(xiàn)人體防護(hù)的完備指標(biāo)測(cè)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?zèng)_擊測(cè)試儀用于紡織品與復(fù)合材料的低速?zèng)_擊性能表征，該儀器能檢測(cè)低速?zèng)_擊作用時(shí)防護(hù)材料對(duì)被防護(hù)對(duì)象的防護(hù)效果，并實(shí)時(shí)記錄表征低速?zèng)_擊性能

2、的各項(xiàng)指標(biāo)。由于該裝置尚處于工業(yè)化應(yīng)用的初級(jí)階段，相關(guān)的檢測(cè)指標(biāo)和測(cè)試方法仍需完善，需要制定一套相對(duì)科學(xué)的、合理的標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試方法，并對(duì)相關(guān)測(cè)試指標(biāo)進(jìn)行深入的系統(tǒng)性研究。
　　本課題從測(cè)試條件、樣品歸類、輔助材料的選擇、測(cè)試方法等方面開展沖擊試驗(yàn)、理論分析和實(shí)驗(yàn)論證，嘗試建立紡織品與復(fù)合材料低速?zèng)_擊性能的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法，并基于該測(cè)試方法對(duì)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?jī)?nèi)容

3、包括四個(gè)方面：
　　（1）在前期設(shè)計(jì)完成的新型沖擊防護(hù)檢測(cè)儀器的基礎(chǔ)上，提出可用于沖擊防護(hù)測(cè)試的6個(gè)檢測(cè)指標(biāo)：“剩余沖擊載荷”、“峰值持續(xù)時(shí)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(xiàng)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(cè)項(xiàng)；
　?。?）以測(cè)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(shí)驗(yàn)條件下，得到如下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：一般柔性材料尺寸增

4、加或減小對(duì)剩余沖擊載荷值影響不大，而剛性材料尺寸改變會(huì)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(zhǎng)增加到10cm時(shí)，剩余載荷值隨尺寸增加變化趨緩，為便于實(shí)驗(yàn)操作，本論文的樣品規(guī)格統(tǒng)一設(shè)定為邊長(zhǎng)為10cm的正方形；硅膠緩沖層的尺寸變化和層數(shù)增減都會(huì)對(duì)剩余沖擊載荷測(cè)試數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，但對(duì)于定性比較試驗(yàn)而言，硅膠緩沖層的改變不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生實(shí)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(cè)試至少添加一層邊長(zhǎng)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?zèng)_擊特性，通過(guò)聚類分析（SPSS軟件）對(duì)測(cè)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(wú)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(wú)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(guò)對(duì)樣品的分類管理，設(shè)定和完善適用于

6、各個(gè)類別的測(cè)試方法，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)相關(guān)測(cè)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(cè)試過(guò)程中存在的問(wèn)題提出解決方案，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(cè)試方法。
　?。?）基于標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法，對(duì)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(guò)低速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)編間隔織物的壓縮性能與其低速?zèng)_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(cè)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(dú)以材料的彈性模量或塑性壓縮表現(xiàn)來(lái)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(shí)間長(zhǎng)的織物與彈性模量大、塑性壓縮階段高的織物存在一個(gè)剩余沖擊載荷值相同的沖擊等價(jià)速度，沖擊速度低于該速度時(shí)，彈性模量小的材料剩余沖擊載