聚乙烯防切割手套用針織物設計與性能評價

徐立雙 王利君 孫曉楠

摘要： 針對防切割手套性能評價問題，文章以聚乙烯纖維為原料，設計了18種防切割手套用針織物，并利用TDM100耐切割性能測試儀測試了織物的耐切割性能，結合灰色近優(yōu)法對織物防護性能進行評價與甄選，構建了織物綜合得分的評價模型，并驗證了其適用性。該模型顯示：織物的性能與其厚度、橫密、縱密、平方米質量等因素存在定量關系，其中厚度影響最為顯著。初步實現(xiàn)以結構參數(shù)來評價織物性能，研究結果可為聚乙烯防切割手套的設計與性能評價提供參考。

關鍵詞： 聚乙烯;防切割手套用針織物;結構參數(shù);回歸分析;綜合評價

中圖分類號： TS186.3

文獻標志碼： A

文章編號： 1001-7003（2021）12-0017-06

引用頁碼： 121104

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.12.004（篇序）

Abstract： To address the evaluation problems of cut-resistant gloves， 18 types of knitted fabric for cut-resistant gloves were designed using polyethylene fiber as raw material， then the anti-cutting performance of the fabric was tested using TDM100 cutting resistance tester. The protection performance of fabric was evaluated and selected based on grey near optimal method， the evaluation model of fabric comprehensive scores was established， and then its applicability was verified. This model has shown that there exists a quantitative relationship between fabric performance and its thickness， transverse density， longitudinal density， the mass of each square meter， among which thickness has the most obvious impact. The study has preliminarily achieved the goal of evaluating fabric performance by structural parameters and the research results can provide references for the design and performance evaluation of the polyethylene cut-resistant gloves.

Key words： polyethylene; knitted fabric for cut-resistant gloves; structural parameters; regression analysis; comprehensive evaluation

據(jù)統(tǒng)計，手部傷害事故占到了各類工傷事故數(shù)量的25%[1]。防切割手套在安保行業(yè)、玻璃生產加工制造業(yè)、機械生產行業(yè)等具有較高的應用價值。目前國內外學者對聚乙烯防切割針織物進行了不同的研究。楊豆豆等[2]在7針全自動手套機上采用添紗組織結構方法，應用分離編織和轉移技術，編織了聚乙烯防切割手套，得出聚乙烯纖維防切割手套編織的最佳條件：聚乙烯紗線線密度1 665 dtex，捻度200 捻/m，織物平方米質量200 g/m2。方圓等[3-4]發(fā)現(xiàn)在聚乙烯紗線線密度一定時，隨著紗線捻度的增加，織物的防切割性能呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。劉柳等[5]詳細解讀了幾種機械防護手套的測試標準，得出了不同的測試標準與方法對防切割手套的測試結果有影響。黃俊峰等[6]以聚乙烯、錦綸、氨綸纖維為原料，組合搭配3種結構的成紗方式，研究紗線結構對織物性能的影響，結果顯示：以氨綸為芯，外層分布以S、Z捻包覆錦綸、聚乙烯纖維雙層結構包覆紗編織的手套織物性能最佳;同時利用電子強力機和馬丁代爾儀測試了防切割手套的綜合性能，并利用模糊綜合評價對手套防護性進行了綜合排序。姜亞明等[7]將聚乙烯纖維與芳綸纖維運用一定的復合方法形成多種復合結構的防刺材料，并加工成防刺織物，得出織物性能優(yōu)異且具有防切割、防刺等性能。

Alireza Mollaei等[8]研究了結構參數(shù)對芳綸和聚乙烯緯編針織物耐切割性能的影響，得出密度較高時，芳綸和聚乙烯混合紗線的耐切割性能較好。Mustafa Ertekin等[9]將芳綸紗線與高舒適性紗線結合，設計并測試了所用原料不同的手套耐切割性能和舒適性（透氣性、導熱性、透濕性），將聚乙烯紗線與滌綸紗線混合，保證手套耐切割性的同時提高了手套的舒適性。Pyo Kyeong Deok等[10]研究了不同纖維、不同的加捻方法對防切割織物物理性能的影響，得出凱夫拉與聚乙烯纖維混合使用得到的手套耐切割性能達到四級。

為滿足手部安全防護需求，各種防機械傷害的手套被不斷開發(fā)與應用，各種防切割手套測試與評價標準不斷頒布，但防切割手套的測試與評價過程是對實物進行破壞性試驗，造成手套開發(fā)周期長、成本高。因此，本文在前人研究的基礎上選用聚乙烯纖維包覆紗，為實現(xiàn)用織物的結構參數(shù)預測織物綜合得分，設計編織了18種防切割針織物，并測定織物規(guī)格及性能。利用灰色近優(yōu)法對織物防切割性能進行綜合評價，計算綜合得分，評選最佳工藝參數(shù)。通過回歸分析，深入探究織物的基本結構參數(shù)與性能的關系，構建防切割手套用針織物性能與織物結構參數(shù)之間的評價模型。

1?試?驗

1.1?材料與儀器

超高相對分子質量聚乙烯纖維（北京同益中特種纖維技術開發(fā)有限公司），氨綸、錦綸（上海凱威有限公司）。

YG（B）141D數(shù)字式織物厚度儀（寧波紡織儀器廠），精密度電子天平（上海天美天平儀器有限公司），LLY-27纖維細度分析儀（溫州大榮紡織儀器有限公司），TDM100耐切割性能測試儀（南通宏大實驗儀器有限公司），馬丁代爾法織物耐磨性測試儀、YG 026型多功能強力機（溫州方圓儀器有限公司），12針手搖橫機（義烏市同宏機械設備有限公司）。

1.2?防切割針織物的設計與編織

緯編針織物的設計主要包括原料的選擇、織物組織設計、色彩和圖案、工藝設計四方面，而服用針織品的力學性能、手感、風格受紗線線密度的影響[11]。結合防切割針織物性能要

求，本文選用聚乙烯、錦綸、氨綸為原料，設置牽引倍數(shù)為3.2倍，加工捻度為250 捻/m，進行包覆加工得到不同規(guī)格的包覆紗，具體規(guī)格如表1所示。

為探究織物的結構參數(shù)對織物綜合性能的影響，本文選擇組織結構、密度作為基本結構參數(shù)。手套口通常采用羅紋組織，其余部位多采用緯平針組織[12]，因此選擇緯平針、1+1羅紋、2+2羅紋三種組織結構，根據(jù)紗線的線密度，選擇合適的手搖橫機，通過多次試驗確定合適的密度值范圍（橫密和縱密各選三水平）作為針織物的工藝參數(shù)，設計正交試驗如表2所示，并編織不同規(guī)格的試樣。針織物在編織過程中，由于紗線受到的拉力不能完全保持一致，因此防切割針織物的實際密度與設定密度存在差異，以實測密度為準。

1.3?織物規(guī)格及性能測試

1.3.1?規(guī)格測試

根據(jù)國標GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》、GB/T 4669—2008《紡織品針織物單位長度質量和單位面積質量的測定》、GB/T 4668—1995《針織物密度的測定方法》對防切割織物的厚度、平方米質量、橫密、縱密進行測定，測試結果如表3所示。

1.3.2?性能測試

根據(jù)EM388《手部防護機械危害防護手套》測試標準，調整試驗溫度與濕度，將試樣在標準環(huán)境下平衡24 h后，對織物進行性能測試，測試結果如表3所示。

1） 耐磨性。使用馬丁代爾儀，設置壓強為（9±0.2） kPa，選定為平方米質量（300±30） g/m2的磨料，對直徑不少于38 mm的圓形試樣進行測試，得到織物的耐磨周期。

2） 耐切割性。使用耐切割性測試儀，對尺寸長為（100±10） mm、寬（60±6） mm的試樣進行試驗，設定TMD1003耐切割性能測試儀壓力為（5±0.05） N，記錄循環(huán)周期T，計算織物耐切割指數(shù)。

3） 抗撕裂性。使用電子強力機，對尺寸為200 mm×50 mm的試樣進行試驗，設置電子強力機測試參數(shù)，選定單縫撕裂法，設定織物撕裂伸長所對應的夾距200 mm和拉伸速度100 mm/min，獲得織物的撕裂強力。

4） 耐穿刺性。使用電子強力機，對直徑不少于40 mm的圓形試樣進行試驗，設置電子強力機量程500 N，設定鋼針速度100 mm/min，期間最大的作用力即織物的耐穿刺力。

2?織物性能評價

2.1?灰色近優(yōu)評價

選用灰色近優(yōu)法對18種試樣進行評價。該方法具有樣本需求量小、對分布服從無要求、避免賦權不同時對判定結果的干擾、定量分析結果與定性分析結果相同等優(yōu)勢[13-14]，廣泛應用于紡織服裝性能評價過程。根據(jù)測試結果，本文將織物的耐磨性能、耐切割性能、抗撕裂性能和耐穿刺性能（依次標為A1、A2、A3、A4）來評價防切割手套的綜合性[15-16]。列出18個試樣4項指標的白化灰矩陣18×4，織物的耐磨性能、耐切割性能、抗撕裂性能和耐穿刺性能越好，織物的綜合得分越高，因此均采用上限效果測度，將試驗所測數(shù)據(jù)按照相應的效果測度換算為′18×4，再進行綜合性能評價，綜合得分越高，防切割針織物的綜合性能越好。

利用灰色近優(yōu)法可得到18種織物的綜合得分。1#～18#織物的具體得分如上述矩陣所示，對比分析可以發(fā)現(xiàn)：同種組織結構，密度相同或接近的前提下，所用聚乙烯纖維線密度為400 dtex的織物綜合得分明顯高于聚乙烯纖維線密度為200 dtex的織物;織物的組織結構不同，織物的綜合得分也不同，相同或密度接近的前提下，緯平針組織結構的織物綜合得分高于其他兩種組織結構;同種組織結構的前提下，織物的橫密、縱密越大，織物的綜合得分越高。因此，本文設計編織的防切割手套用針織物最佳結構參數(shù)為紗線線密度400 dtex，緯平針組織，橫密49行/5 cm，縱密41.5列/5 cm。

2.2?評價模型構建

2.2.1?相關分析

為了進一步分析防切割手套用針織物的基本結構參數(shù)與綜合得分的關系，本文運用SPSS軟件計算相關系數(shù)，對綜合得分與變量之間的線性關系進行分析，結果如表4所示。

由表4可知，防切割針織物性能的綜合得分與織物的厚度、平方米質量，橫密、縱密顯著相關。防切割織物被破壞的整個過程中，針尖、刀片等外力對織物橫截面線圈的剪切占主導作用，織物抵抗外力的沖擊破壞能力直接受紗線力學性能的影響;織物的厚度、平方米質量受紗線線密度的影響，聚乙烯紗線的力學性能又與紗線的線密度成正比，紗線線密度越大，織物能夠吸收的破壞能越大，綜合性能越好;織物的橫密、縱密直接影響織物的緊密程度，織物的尺寸穩(wěn)定性受織物緊密程度的影響，織物越緊密，紗線的抱和力和摩擦力越大，紗線之間的交織點越不容易發(fā)生滑移，織物的性能越好。其中，織物中線圈的狀態(tài)更多受織物橫密的影響，橫密對綜合得分的影響大于縱密對織物綜合得分的影響;紗線的滑移起到一定的緩沖作用，在一定程度上減輕外力對織物的破壞[7]。因此，織物的厚度、平方米質量、橫密、縱密共同影響織物的綜合得分，影響防切割手套用針織物的性能。

2.2.2?回歸分析

為更加客觀、簡便地評價織物的綜合性能，本文以織物性能的綜合得分為因變量，厚度、平方米質量、橫密、縱密為自變量，進行回歸分析，建立防切割針織物的評價模型，結果如表5所示。

由表5可知，防切割手套用針織物的評價模型調整R2為0.687，接近0.7，模型具有實際意義，回歸方程顯著性檢驗的概率P值小于顯著水平α（置信區(qū)間95%，顯著水平α為005），說明模型整體擬合良好。根據(jù)系數(shù)的絕對值可知，織物的厚度對防切割織物綜合得分的影響最大，得防切割織物性能評價模型：

針織物性能綜合得分=1.434-0.321×織物厚度+0.001×平方米質量-0.007×橫密-0.003×縱密

2.2.3?模型驗證

為檢驗所建模型的準確性及適用性，本文另取LGDX-585的包覆紗，編織6種不同規(guī)格的聚乙烯防切割手套，并測得基本結構參數(shù)與性能，計算織物性能的實際得分，如表6所示。將試樣的實際得分與模型得分進行比較，結果如圖1所示。

由圖1可以看出，試樣B1～B6實際得分分布在模型預測得分兩側且與模型數(shù)據(jù)接近，說明實際值與預測值相差不大。調整后的R2為0.72，說明模型擬合度良好，具有一定的預測性，優(yōu)化了聚乙烯防切割手套的評價過程，可為防切割手套的設計與評價提供參考。

3?結?論

聚乙烯防切割針織物作為近年來使用廣泛的防護紡織品，其性能綜合得分受織物多個結構參數(shù)的共同影響。具體結論如下：

1） 借助灰色近優(yōu)法，得出了聚乙烯防切割手套用針織物的綜合得分，選出了最佳的編織工藝參數(shù)為：緯平針組織結構，紗線線密度400 dtex，橫密49行/5 cm，縱密41.5列/5 cm。

2） 織物的性能與織物的基本結構參數(shù)存在定量關系，其中織物的厚度對防切割織物綜合得分的影響最大，在原料同為聚乙烯、錦綸、氨綸纖維的前提下，可得防切割手套用針織物的評價模型。該模型有效簡化了手套的評價過程，初步實現(xiàn)了以織物的結構參數(shù)來評價綜合性能，減小了對手套樣本的破壞性，具有更高的實用性，為進一步提高防切割手套的性能提供參考。

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