摘要
来自自然灾害以及社会不安定因素的威胁，人类必须选用各种各样的产品保护自身安全。我国对于枪支管控严格，日常生活中刀具成为了对人们安危最严重的威胁，然而传统的防刺服质地较硬、较为厚重，不适宜日常穿着，而目前市面上的柔性防刺服成本较高，对于普及应用仍有一定的限制，因此综合权衡防刺效果、服用性能和成本来制备防刺织物具有重要的意义。 本课题首先研究了聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）、芳纶纤维在一定使用环境下的力学性能与微观形貌，并借助不同的复合纱成形过程，将聚酯纤维与UHMWPE、芳纶纤维进行复合，探索复合纱的性能，并通过主成分分析和逐步回归法建立各参量与复合纱性能的数学关系，用于对复合纱线性能的预测。其次，以自制的复合纱线为原料制备防刺织物，并测试其准静态防刺效果和服用性能，研究复合纱线、织物结构以及不同规格刀具等对织物综合性能的影响；最后，采用SolidWorks和Abaqus有限元软件对织物穿刺过程和力学行为进行了模拟。 实验结果表明：3种纤维原料在酸、盐环境下，纤维的断裂强度与端粒伸长率没有明显损伤。UHMWPE纤维耐热稳定性较差，高温处理会导致纤维力学性能大幅下降；复合纱随着捻度的增大，强力呈先增大后减小的变化趋势。引入包缠角的概念，并以高性能纤维强力（X1）、聚酯纤维强力（X2）、高性能纤维细度（X3）、聚酯纤维细度（X4）、高性能纤维包缠角（X5）、聚酯纤维包缠角（X6）为变量，构建了纱线强度和条干的预测模型，得到200捻/m的UHMWPE/聚酯复合纱和250捻/m的芳纶/聚酯复合纱更适合防刺织物的织造。通过对织物的准静态刺破载荷和服用性能的分析发现，聚酯纤维的加入对织物的服用性能没有明显影响；在高性能纤维含量一定时，聚酯纤维可提升织物防刺效果；随着织物内纤维总根数的增加，刺破载荷值随之增大，当织物中总纤维根数相近时，高性能纤维含量高的织物刺破载荷值较大；堆叠多层可大幅提升织物的防刺效果，相较于单层织物，堆叠四层后，织物的准静态防刺载荷最大可提升536%；刀具厚度对穿刺效果有显著影响，刀体最薄的美工刀可完全穿透织物，刀体较厚的刀具不可完全穿透织物；聚酯纤维的加入可降低织物的成本，最多可降低9%，与此同时，织物的刺破载荷增大了16.60%；有限元模型可清晰表征出刀具刺入织物的过程及力学行为，表明强力较差的聚酯纤维首先断裂，被抽拔出织物，同时消耗部分刺入能量，提升防刺效果。
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